Dilihat: 0 Penulis: Editor Situs Waktu Publikasi: 14-05-2025 Asal: Lokasi
Sebagai praktisi di bidang kaca arsitektur, kita sering menjumpai serangkaian permasalahan teknis terkait kaca. Diantaranya, masalah ledakan diri Kaca tempered sangat ditekankan dalam proses produksi dan manufaktur kami. Teks berikut ini ditulis oleh konsultan teknis profesional kami, yang merangkum sifat mekanik kaca arsitektur, bentuk kegagalan, mekanisme ledakan diri kaca tempered, dan metode untuk mengurangi ledakan diri kaca tempered.
Kaca arsitektur adalah bahan rapuh yang khas. Pemahaman menyeluruh tentang sifat mekaniknya sangat penting untuk desain dan konstruksi yang benar. Artikel ini mengulas sifat mekanik kaca arsitektur, dengan harapan dapat memainkan peran yang bermanfaat dalam penerapan kaca arsitektur.
1. Kaca Arsitektur Elastis adalah benda yang sepenuhnya elastis. Sejauh ini, tidak ada deformasi plastis yang terdeteksi di seluruh dunia. Oleh karena itu, ketika merancang dan membuat kaca arsitektur, bagian luarnya harus bersentuhan dengan bahan lunak seperti strip karet atau sealant, dan tidak boleh bersentuhan langsung dengan bahan logam seperti profil aluminium atau profil baja.
2. Kaca arsitektur rapuh memiliki banyak retakan mikro pada permukaannya, yang membuatnya sangat rapuh dan memiliki ketangguhan patah yang sangat buruk, yang diwujudkan dalam bentuk patah tiba-tiba ketika rusak. Oleh karena itu, dalam keadaan normal, kaca arsitektur tidak dapat digunakan sebagai bahan struktur rekayasa.
3. Dispersi Kekuatan Karena adanya sejumlah besar retakan mikro pada permukaan kaca arsitektur, kekuatannya berkaitan erat dengan ukuran retakan, dan ukuran serta kuantitas retakan terjadi secara acak, sehingga dispersi kekuatan kaca arsitektur relatif besar. Saat merancang dan menggunakan kaca arsitektur, faktor keamanan yang lebih besar harus diperhitungkan. Umumnya, untuk kaca, faktor keamanan dengan probabilitas kegagalan tidak lebih besar dari 0,1% harus diterapkan.
4. Nilai Kekuatan: Kegagalan kaca arsitektur berkaitan erat dengan perambatan retakan permukaan. Lokasi retakan awal dan arah retakan pada saat keruntuhan harus dibedakan selama desain. Arah penerapan gaya menentukan kekuatan kaca arsitektur.
Kekuatan kaca arsitektur diklasifikasikan menjadi kekuatan area luas, kekuatan tepi dan kekuatan permukaan ujung.
1. Kegagalan lentur Di bawah aksi gaya eksternal seperti beban angin, kaca arsitektur menunjukkan kegagalan lentur pelat tipis. Secara umum desain kaca tempered membutuhkan kekuatan 84MPa yang merupakan kekuatan lentur.
Kaca arsitektur tidak memiliki kuat tekan, kuat geser, atau kuat tarik. Oleh karena itu, ketika mendesain, tidak ada gunanya menghitung tegangan tekan, tegangan geser, dan tegangan tarik kaca arsitektur
2. Kerusakan Akibat Benturan pada tubuh manusia atau benda, kaca arsitektur rentan terhadap kerusakan, sehingga ketahanan benturan kaca tersebut relatif rendah. Oleh karena itu, meningkatkan ketahanan benturan merupakan isu utama yang harus dipertimbangkan dalam produksi kaca arsitektur.
3. Retak Termal Di bawah pengaruh tekanan perbedaan suhu, kaca bangunan sangat rentan terhadap retak termal. Karena retakan awal ledakan termal kaca dimulai dari tepi pelat kaca, pemrosesan halus pada tepinya memiliki pengaruh yang signifikan terhadap peningkatan ketahanan kaca terhadap ledakan termal. Sementara itu, perlakuan panas pada kaca juga akan meningkatkan ketahanannya terhadap ledakan termal secara signifikan.
Kekuatan lentur dan ketahanan benturan kaca arsitektural self-explosion kaca tempered relatif rendah, dan sangat rentan terhadap retak termal, yang membatasi penerapannya secara luas.
Perlakuan panas pada kaca yaitu perlakuan tempering dapat meningkatkan kekuatan lenturnya sebanyak 2 sampai 3 kali lipat dan kekuatan impaknya sebanyak 3 sampai 4 kali lipat. Tidak ada masalah perengkahan termal individu.
Performa luar biasa dari kaca tempered telah sangat memperluas penerapan kaca arsitektural. Namun, kaca tempered juga memiliki kelemahan tersendiri, yaitu kaca tempered yang dapat meledak sendiri. Pada suhu kamar, terdapat kecenderungan termodinamika fasa A untuk berubah menjadi fasa sebaliknya, disertai dengan pemuaian volume sebesar 2% hingga 3%. Partikel nikel sulfida terdapat pada kaca lembaran, oleh karena itu partikel tersebut juga terdapat pada kaca semi-temper dan kaca temper.
Namun, kaca lembaran dan kaca semi tempered tidak memiliki fenomena ledakan sendiri. Hanya kaca tempered yang memiliki fenomena meledak sendiri. Alasannya adalah kecenderungan termodinamika transformasi fasa partikel nikel sulfida dari A ke A tidak mencukupi. Kondisi kinetik tertentu harus dipenuhi untuk mencapai transformasi fase ini, yang pada gilirannya menyebabkan kaca meledak sendiri. Kaca datar adalah kaca anil dan tidak ada tekanan di dalamnya. Kaca semi-temper dan kaca temper, setelah pendinginan, memiliki tegangan internal dan termasuk dalam bahan pratekan.
Keadaan tegangan internal kaca semi-temper dan kaca tempered ditunjukkan pada Gambar 1.
Seperti dapat dilihat dari Gambar 1, tren distribusi tegangan internal kaca semi-temper dan kaca tempered konsisten, dengan permukaan luar mengalami tegangan tekan dan permukaan bagian dalam mengalami tegangan tarik. Perbedaan keduanya adalah tegangan tekan permukaan dan tegangan tarik internal kaca tempered lebih besar dibandingkan kaca semi tempered. Partikel nikel sulfida dalam kaca memiliki kondisi kinetik untuk transformasi fasa hanya jika partikel tersebut ditempatkan di daerah tegangan tarik yang cukup besar. Karena transformasi fasa partikel nikel sulfida disertai dengan pemuaian volume, tegangan tarik yang cukup besar menyebabkan pemuaian volume partikel nikel sulfida.
Kondisi dinamis disediakan. Inilah alasan mengapa kaca lembaran dan kaca semi-temper tidak mengalami ledakan sendiri sedangkan kaca tempered mengalaminya. Partikel nikel sulfida dalam kaca tersebar secara acak. Jika mereka berada di area dengan tegangan tarik maksimum dari kaca tempered, partikel-partikel ini dapat menjadi titik penyalaan kaca tempered yang meledak sendiri. Kaca tempered yang meledak sendiri akibat partikel nikel sulfida seringkali mempunyai bentuk retakan pada titik pecahnya yang mirip dengan kupu-kupu, yang disebut retakan berbentuk kupu-kupu. Beberapa kaca tempered yang dapat meledak sendiri memiliki partikel berwarna di tengah titik ledakannya, yang diyakini sebagai partikel nikel sulfida. Kedua karakteristik ini sering digunakan sebagai kriteria untuk menentukan apakah kaca tempered dapat meledak sendiri. Volume partikel nikel sulfida berbeda sebelum dan sesudah kaca tempered meledak sendiri. Sebelum terjadi ledakan, volumenya kecil dan tidak mudah terlihat. Setelah meledak sendiri, volumenya bertambah, lokasinya ditentukan, dan sangat mudah dilihat. Ini juga salah satu alasan mengapa ledakan diri pada kaca tempered tidak mudah diprediksi. Retakan kaca tempered yang meledak sendiri ditunjukkan pada Gambar 2.
Ledakan diri kaca tempered yang disebabkan oleh partikel nikel sulfida mempunyai ciri inisiatif, spontanitas dan tidak ada sebab luar, dan merupakan ledakan diri yang sesungguhnya. Dua kondisi diperlukan agar partikel nikel sulfida dapat menyebabkan ledakan kaca tempered sendiri. Salah satunya adalah besarnya tegangan tarik di lokasi partikel nikel sulfida berada. Yang kedua adalah ukuran partikel nikel sulfida. Semakin besar ukuran partikel nikel sulfida maka tegangan tarik yang dibutuhkan semakin kecil. Artinya, untuk tegangan tarik yang berbeda, partikel nikel sulfida memiliki ukuran kritis. Pada kaca temper, semakin besar tegangan tarik, semakin kecil ukuran kritis partikel nikel sulfida, semakin banyak partikel nikel sulfida yang dapat meledak sendiri, dan semakin besar kemungkinan kaca temper akan meledak sendiri.
Selain partikel nikel sulfida, kaca lembaran juga mengandung batu, gelembung, dan kotoran. Kaca adalah bahan yang rapuh, dan perilaku mekanisnya mengikuti mekanika patah. Batu, gelembung dan kotoran pada kaca akan membentuk retakan pada kaca, hal ini merupakan titik lemah dari kaca tempered, terutama ujung retakan merupakan daerah konsentrasi tegangan. Jika batu, gelembung, atau kotoran berada di zona tegangan tarik kaca tempered, atau jika terkena tegangan tarik saat diberi beban, kaca tempered dapat pecah.
Menurut standar Tiongkok, tegangan permukaan kaca tempered tidak boleh kurang dari 90MPa, sedangkan standar Amerika menetapkan bahwa tegangan tekan permukaan kaca tempered harus lebih besar dari 69MPa. Sangatlah layak untuk dipelajari apakah tegangan tekan permukaan kaca tempered di negara kita dapat dikurangi agar konsisten atau mendekati standar Amerika Serikat.
Jika memungkinkan, ini akan sangat mengurangi tingkat ledakan kaca tempered. Penurunan nilai batas tegangan tekan permukaan dapat menyebabkan pecahan kaca tempered menjadi lebih besar. Namun, meskipun tegangan tekan permukaan kaca tempered sangat tinggi dan pecahannya sangat kecil, tidak dapat dijamin bahwa semua pecahannya ada dalam keadaan terbelah. Dalam banyak kasus, pecahannya retak tetapi tidak pecah, membentuk 'penutup kaca tempered'. Hasilnya tidak jauh berbeda dengan pecahan yang lebih besar, dan dalam beberapa kasus, kerugiannya bahkan lebih besar. Oleh karena itu, dapat dipertimbangkan untuk mengurangi nilai batas tegangan tekan permukaan kaca tempered.
Selain itu, standar kaca semi tempered di negara kita menetapkan bahwa nilai batas tegangan tekan permukaan tidak boleh melebihi 60MPa, sedangkan standar kaca tempered menetapkan bahwa nilai batas tegangan tekan permukaan tidak boleh kurang dari 90MPa. Jika tegangan tekan permukaan kaca antara 60MPa dan 90MPa, kaca tersebut bukan milik kaca semi-temper atau kaca temper dan dianggap sebagai produk di bawah standar.
Dari sudut pandang ini, nilai batas tegangan tekan permukaan kaca tempered juga harus dikurangi. Jika sulit menghubungkan nilai batas tegangan tekan permukaan kaca semi temper dengan kaca tempered, paling tidak nilai batas tegangan tekan permukaan kaca tempered dapat dikurangi untuk mempersempit celah antara keduanya. Selama pemrosesan, pengangkutan, penyimpanan, dan konstruksi permukaan dan tepi kaca, cacat seperti goresan, tepi retak, dan tepi pecah dapat terjadi, yang dapat dengan mudah menyebabkan konsentrasi tegangan dan menyebabkan kaca temper meledak sendiri. Sudah terdapat sejumlah besar retakan mikro pada permukaan kaca, yang juga merupakan alasan mendasar mengapa perilaku mekanis kaca sesuai dengan mekanika retakan.
Retakan mikro ini akan meluas dalam kondisi tertentu, seperti pengaruh beban uap air, dll., yang semuanya dapat mempercepat perluasan retakan mikro. Dalam keadaan normal, laju perambatan retakan mikro sangat lambat, yang diwujudkan dengan nilai kekuatan kaca yang konstan. Namun, terdapat nilai kritis terhadap retakan mikro pada permukaan kaca. Ketika ukuran retakan mikro mendekati atau mencapai nilai kritis, retakan tersebut meluas dengan cepat sehingga menyebabkan kaca pecah. Jika terdapat retakan mikro yang mendekati ukuran kritis pada permukaan dan tepi kaca, seperti goresan, retakan, dan tepi terkelupas yang disebabkan selama pemrosesan, pengangkutan, penyimpanan, dan konstruksi, yang berukuran relatif besar, retakan mikro pada permukaan atau tepi kaca dapat mengembang dengan cepat di bawah beban yang sangat kecil, yang pada akhirnya menyebabkan pecahnya kaca.
Untuk tujuan ini, kualitas pemrosesan tepi kaca tempered harus ditingkatkan, dan persyaratan untuk pemrosesan tepi harus didefinisikan dengan jelas, seperti penggilingan tepi lengkap di kedua sisi atau penggilingan tepi tidak lengkap di tiga sisi, untuk menghindari goresan dan benturan pada tepi dan permukaan kaca. Analisis dan eksperimen teoritis menunjukkan bahwa tingkat tempering tepi kaca tempered relatif rendah. Oleh karena itu, tepi kaca tempered harus diberi perlindungan prioritas. Untuk kaca dinding tirai yang didukung titik, jika lubang dibor pada kaca, tepi lubang harus digiling halus, sebaiknya sampai selesai dipoles, karena tepi lubang kaca adalah area di mana tegangan terkonsentrasi. Selama proses produksi kaca tempered, diperlukan pemanasan dan pendinginan. Pemrosesan yang tidak merata sepanjang permukaan pelat kaca dan asimetri sepanjang arah ketebalan akan menyebabkan tegangan yang tidak merata di sepanjang permukaan pelat dan distribusi tegangan yang asimetris sepanjang arah ketebalan kaca tempered. Semua ini dapat menyebabkan kaca tempered meledak sendiri. Tegangan yang tidak rata di sepanjang permukaan kaca tempered dapat menyebabkan tegangan tarik lokal pada kaca. Jika tegangan tarik ini terlalu besar dan melebihi kekuatan pecah kaca, maka kaca akan pecah. Distribusi tegangan sepanjang arah ketebalan pelat kaca harus simetris, yaitu permukaan atas dan bawah mengalami tegangan tekan, dan permukaan tengah mengalami tegangan tarik.
Besarnya tegangan tekan pada permukaan atas dan bawah, ketebalan dan variasi lapisan tegangan sepenuhnya simetris. Kemampuan pelat kaca menahan tekanan angin positif dan negatif adalah sama. Jika distribusi tegangan sepanjang arah ketebalan pelat kaca tidak simetris maka kemampuan pelat kaca menahan tekanan angin positif dan negatif akan berbeda. Satu sisi akan memiliki daya dukung beban yang lebih kuat, sedangkan sisi lainnya akan memiliki daya dukung yang lebih lemah. Artinya, kaca bisa pecah karena beban yang lebih ringan. Dalam kasus yang parah, pelat kaca akan berubah bentuk tanpa beban, menyebabkan distorsi pada gambar kaca dinding tirai. Untuk tujuan ini, keseragaman tegangan permukaan dan simetri sepanjang arah ketebalan kaca tempered harus ditingkatkan. Khusus untuk tempering kaca Low-E, perhatian lebih harus diberikan pada simetri tegangan sepanjang arah ketebalan. Karena perbedaan penyerapan radiasi termal oleh permukaan atas dan bawah kaca Low-E akan menyebabkan perbedaan suhu sepanjang arah ketebalan pelat kaca selama pemanasan, dan perbedaan ini pada akhirnya akan menyebabkan asimetri tegangan kaca tempered sepanjang arah ketebalan.
Saat ini, dalam proses temper kaca, metode konveksi paksa diadopsi untuk menghilangkan faktor yang tidak menguntungkan ini. Tegangan internal kaca temper tidak merata dan terdapat gradien tegangan yang besar, yang dapat menyebabkan ledakan sendiri, yang diwujudkan dengan ukuran pecahan yang sangat bervariasi. Tegangan tekan permukaan ada lima titik, dan diambil nilai rata-ratanya. Nilai batas selisih antara nilai maksimum dan minimum dari lima titik pengukuran harus ditambahkan untuk mencirikan keseragaman tegangan tekan pada permukaan temper. kaca.Mengurangi ukuran permukaan pelat kaca tempered dapat menurunkan tingkat ledakan diri kaca tempered.Saat ini, di Tiongkok, penerapan kaca arsitektur menunjukkan tren permukaan pelat yang semakin besar. Semakin besar ukuran kaca tempered dan semakin tebal pelat kacanya, semakin besar kemungkinan terjadinya ledakan sendiri.
Di sebuah Pelat kaca tempered , selama masih ada satu titik ledakan diri dan pada akhirnya menyebabkan kaca tempered meledak sendiri, berapapun ukuran pelat kaca tempered tersebut, seluruh pelat kaca tempered akan pecah. Semakin besar pelat kaca, semakin banyak faktor yang tidak menguntungkan seperti pengotor, partikel nikel sulfida, cacat pemrosesan tepi, goresan permukaan, dan tekanan tidak rata yang dapat menyebabkan kaca temper meledak sendiri. Di bawah beban yang sama, kemungkinan ledakan diri akan meningkat. Oleh karena itu, ukuran pelat kaca tempered harus dibatasi berdasarkan ketebalan dan kualitas kaca lembaran.
Baik 'Kaca Tempered untuk Pintu Bangunan, Jendela dan Dinding Tirai' (JG/T455-2014) maupun 'Kode Teknis Penerapan Kaca Bangunan' (JGJ113-2015) telah membuat peraturan yang jelas mengenai produksi kaca tempered dan penerapan kaca bangunan. Artikel ini melakukan tinjauan komprehensif terhadap sifat mekanik kaca bangunan dan memberikan beberapa penjelasan tambahan untuk memahami standar di atas.
