Visualizações: 0 Autor: Editor do site Horário de publicação: 14/05/2025 Origem: Site
Como profissionais da área do vidro arquitetônico, frequentemente encontramos uma série de questões técnicas relacionadas ao vidro. Entre eles, o problema da autoexplosão de O vidro temperado é particularmente enfatizado em nosso processo de produção e fabricação. O texto a seguir foi escrito por nosso consultor técnico profissional, resumindo as propriedades mecânicas do vidro arquitetônico, as formas de falha, o mecanismo de autoexplosão do vidro temperado e os métodos para reduzir a autoexplosão do vidro temperado
O vidro arquitetônico é um material típico quebradiço. Uma compreensão completa de suas propriedades mecânicas é de grande importância para o projeto e construção corretos. Este artigo analisa as propriedades mecânicas do vidro arquitetônico, com a expectativa de desempenhar um papel benéfico na aplicação do vidro arquitetônico.
1. O vidro arquitetônico elástico é um corpo completamente elástico. Até o momento, nenhuma deformação plástica visível foi detectada em todo o mundo. Portanto, ao projetar e construir vidro arquitetônico, sua periferia deve estar em contato com materiais macios, como tiras de borracha ou selantes, e não deve entrar em contato direto com materiais metálicos, como perfis de alumínio ou perfis de aço.
2. O vidro arquitetônico frágil possui um grande número de microfissuras em sua superfície, o que o torna extremamente frágil e possui resistência à fratura extremamente baixa, manifestando-se como fratura repentina quando falha. Portanto, em circunstâncias normais, o vidro arquitetônico não pode ser usado como material estrutural de engenharia.
3. Dispersão de resistência Devido à presença de um grande número de microfissuras na superfície do vidro arquitetônico, sua resistência está intimamente relacionada ao tamanho da trinca, e o tamanho e a quantidade da trinca existem aleatoriamente, o que torna a dispersão da resistência do vidro arquitetônico relativamente grande.Ao projetar e usar vidro arquitetônico, um fator de segurança maior deve ser levado em consideração. Geralmente, para o vidro, deve ser adotado um fator de segurança com probabilidade de falha não superior a 0,1%.
4. Valor de resistência: A falha do vidro arquitetônico está intimamente relacionada à propagação de trincas superficiais. A localização inicial da fissura e a direção da fissura no momento da falha devem ser diferenciadas durante o projeto. A direção da aplicação da força determina a resistência do vidro arquitetônico.
A resistência do vidro arquitetônico é classificada em resistência de grande área, resistência de borda e resistência de face final.
1. Falha por flexão Sob a ação de forças externas, como carga de vento, o vidro arquitetônico mostra a falha por flexão de placas finas. De modo geral, o projeto do vidro temperado requer uma resistência de 84MPa, que é a resistência à flexão.
O vidro arquitetônico não possui resistência à compressão, resistência ao cisalhamento ou resistência à tração. Portanto, ao projetar, não faz sentido calcular a tensão de compressão, a tensão de cisalhamento e a tensão de tração do vidro arquitetônico.
2. Danos por impacto Sob o impacto do corpo humano ou de objetos, o vidro arquitetônico está sujeito a danos, ou seja, a resistência ao impacto do vidro é relativamente baixa. Portanto, melhorar a sua resistência ao impacto é uma questão fundamental que deve ser considerada na produção de vidro arquitetônico.
3. Rachadura térmica Sob a ação do estresse da diferença de temperatura, o vidro de construção é altamente propenso a rachaduras térmicas. Como a rachadura inicial da explosão térmica do vidro começa na borda da placa de vidro, o processamento fino de sua borda tem um efeito significativo na melhoria da resistência do vidro à explosão térmica. Entretanto, o tratamento térmico do vidro também aumentará significativamente a sua resistência à explosão térmica.
A resistência à flexão e a resistência ao impacto do vidro arquitetônico de autoexplosão de vidro temperado são relativamente baixas e são altamente propensas a rachaduras térmicas, o que limita sua ampla aplicação.
O tratamento térmico do vidro, nomeadamente o tratamento de têmpera, pode aumentar a sua resistência à flexão em 2 a 3 vezes e a sua resistência ao impacto em 3 a 4 vezes. Não há problema de fissuração térmica individual.
O excelente desempenho do vidro temperado expandiu muito a aplicação do vidro arquitetônico. No entanto, o vidro temperado também tem uma desvantagem distinta, ou seja, a autoexplosão do vidro temperado. À temperatura ambiente, há uma tendência termodinâmica de a fase A se transformar na fase oposta, acompanhada por uma expansão de volume de 2% a 3%. Partículas de sulfeto de níquel existem no vidro plano, por isso também existem no vidro semi-temperado e no vidro temperado.
Porém, o vidro plano e o vidro semi-temperado não apresentam o fenômeno de autoexplosão. Somente o vidro temperado apresenta o fenômeno de autoexplosão. A razão é que a tendência termodinâmica da transformação de fase das partículas de sulfeto de níquel de a para A é insuficiente. Certas condições cinéticas devem ser atendidas para alcançar essa transformação de fase, que por sua vez causa a autoexplosão do vidro. O vidro plano é vidro recozido e não há tensão em seu interior.
Os estados de tensão interna do vidro semi-temperado e do vidro temperado são mostrados na Figura 1.
Como pode ser visto na Figura 1, as tendências de distribuição de tensões internas do vidro semi-temperado e do vidro temperado são consistentes, com a superfície externa sob tensão de compressão e a superfície interna sob tensão de tração. A diferença entre os dois é que a tensão de compressão superficial e a tensão de tração interna do vidro temperado são maiores do que as do vidro semi-temperado. Partículas de sulfeto de níquel no vidro têm condições cinéticas para transformação de fase somente quando estão localizadas em uma região de tensão de tração suficientemente grande. Como a transformação de fase das partículas de sulfeto de níquel é acompanhada pela expansão de volume, uma tensão de tração suficientemente grande causa a expansão de volume das partículas de sulfeto de níquel.
As condições dinâmicas são fornecidas. Esta é a razão pela qual o vidro plano e o vidro semi-temperado não sofrem autoexplosão, ao contrário do vidro temperado. Partículas de sulfeto de níquel no vidro são distribuídas aleatoriamente. Se estiverem localizadas na área com tensão máxima de tração do vidro temperado, essas partículas podem se tornar o ponto de ignição para a autoexplosão do vidro temperado. A autoexplosão do vidro temperado causada por partículas de sulfeto de níquel geralmente tem um formato de rachadura no ponto de ruptura semelhante ao de uma borboleta, que é chamada de rachadura em forma de borboleta. Alguns vidros temperados autoexplosivos possuem uma partícula colorida no meio do ponto de explosão, que se acredita ser uma partícula de sulfeto de níquel. Essas duas características são frequentemente usadas como critério para determinar se o vidro temperado explode automaticamente. O volume das partículas de sulfeto de níquel é diferente antes e depois da autoexplosão do vidro temperado. Antes da explosão, o volume é pequeno e não é fácil de ser visto. Após a autoexplosão, seu volume aumenta, a localização é determinada e é muito fácil de ser visto. Esta é também uma das razões pelas quais a autoexplosão do vidro temperado não é fácil de prever. A rachadura autoexplosiva do vidro temperado é mostrada na Figura 2.
A autoexplosão do vidro temperado causada por partículas de sulfeto de níquel tem características de iniciativa, espontaneidade e nenhuma causa externa, sendo verdadeiramente autoexplosiva. Duas condições são necessárias para que as partículas de sulfeto de níquel causem a autoexplosão do vidro temperado. Uma delas é a magnitude da tensão de tração no local onde as partículas de sulfeto de níquel estão situadas. O segundo é o tamanho das partículas de sulfeto de níquel. Quanto maior o tamanho das partículas de sulfeto de níquel, menor será a tensão de tração necessária. Ou seja, para diferentes tensões de tração, as partículas de sulfeto de níquel apresentam tamanhos críticos. No vidro temperado, quanto maior a tensão de tração, menor o tamanho crítico das partículas de sulfeto de níquel, mais partículas de sulfeto de níquel autoexplosivas são produzidas e maior a probabilidade de autoexplosão do vidro temperado.
Além das partículas de sulfeto de níquel, o vidro plano também contém pedras, bolhas e impurezas. O vidro é um material tipicamente frágil e seu comportamento mecânico segue a mecânica da fratura. Pedras, bolhas e impurezas no vidro formarão rachaduras no vidro, que é o ponto fraco do vidro temperado, principalmente a ponta da rachadura é a área de concentração de tensões. Se pedras, bolhas ou impurezas estiverem na zona de tensão de tração do vidro temperado, ou se ele for submetido a tensão de tração sob carga, isso poderá causar a quebra do vidro temperado.
De acordo com os padrões chineses, a tensão superficial do vidro temperado não deve ser inferior a 90MPa, enquanto os padrões americanos estipulam que a tensão de compressão superficial do vidro temperado deve ser superior a 69MPa. É altamente digno de estudo se a tensão de compressão superficial do vidro temperado em nosso país pode ser reduzida para ser consistente ou próxima dos padrões dos Estados Unidos.
Se viável, reduzirá bastante a taxa de autoexplosão do vidro temperado. A redução do valor limite da tensão de compressão superficial pode fazer com que os fragmentos de vidro temperado sejam maiores. No entanto, mesmo que a tensão de compressão superficial do vidro temperado seja muito elevada e os fragmentos sejam muito pequenos, não pode ser garantido que todos os fragmentos existam num estado fendido. Em muitos casos, os fragmentos estão rachados, mas não quebrados, formando uma “tampa de vidro temperado”. O resultado não é muito diferente daquele obtido com fragmentos maiores e, em alguns casos, os danos são ainda maiores. Portanto, pode-se considerar a redução do valor limite da tensão de compressão superficial do vidro temperado.
Além disso, a norma para vidro semi-temperado em nosso país estipula que o valor limite da tensão de compressão superficial não deve exceder 60MPa, enquanto a norma para vidro temperado estipula que o valor limite da tensão de compressão superficial não deve ser inferior a 90MPa. Se a tensão de compressão superficial do vidro estiver entre 60MPa e 90MPa, ele não pertence ao vidro semi-temperado nem ao vidro temperado e é considerado um produto de qualidade inferior.
Nesta perspectiva, o valor limite da tensão de compressão superficial do vidro temperado também deve ser reduzido. Se for difícil conectar o valor limite da tensão de compressão superficial do vidro semi-temperado com o do vidro temperado, pelo menos o valor limite da tensão de compressão superficial do vidro temperado pode ser reduzido para estreitar a lacuna entre os dois. Durante o processamento, transporte, armazenamento e construção da superfície e bordas do vidro, podem ocorrer defeitos como arranhões, bordas rachadas e bordas quebradas, que podem facilmente causar concentração de tensões e levar à autoexplosão do vidro temperado. Já existe um grande número de microfissuras na superfície do vidro, o que é também a razão fundamental pela qual o comportamento mecânico do vidro está em conformidade com a mecânica da fratura.
Estas microfissuras expandir-se-ão sob certas condições, tais como a acção de cargas de vapor de água, etc., todas as quais podem acelerar a expansão das microfissuras. Em circunstâncias normais, a taxa de propagação das microfissuras é extremamente lenta, o que se manifesta como a resistência do vidro sendo um valor constante. No entanto, existe um valor crítico para microfissuras na superfície do vidro. Quando o tamanho das microfissuras se aproxima ou atinge o valor crítico, as fissuras se expandem rapidamente, causando a quebra do vidro. Se houver microfissuras próximas do tamanho crítico na superfície e nas bordas do vidro, como arranhões, rachaduras e bordas lascadas causadas durante o processamento, transporte, armazenamento e construção, que são relativamente grandes em tamanho, as microfissuras na superfície ou nas bordas do vidro podem se expandir rapidamente sob cargas extremamente pequenas, eventualmente levando à quebra do vidro.
Para este fim, a qualidade do processamento das bordas do vidro temperado deve ser melhorada, e os requisitos para o processamento das bordas devem ser claramente definidos, como retificação completa das bordas em ambos os lados ou retificação incompleta das bordas em três lados, para evitar arranhões e batidas nas bordas e na superfície do vidro.Análises teóricas e experimentos mostram que o grau de têmpera da borda do vidro temperado é relativamente baixo. Portanto, a borda do vidro temperado deve receber proteção prioritária. Para vidros de parede cortina com suporte pontual, se forem feitos furos no vidro, as bordas dos furos devem ser finamente retificadas, de preferência com acabamento polido, pois as bordas dos furos de vidro são áreas onde o estresse está concentrado.Durante o processo de produção de vidro temperado, são necessários aquecimento e resfriamento. O processamento desigual ao longo da superfície da placa de vidro e a assimetria ao longo da direção da espessura levarão a tensões desiguais ao longo da superfície da placa e distribuição assimétrica de tensões ao longo da direção da espessura do vidro temperado. Tudo isso pode causar a autoexplosão do vidro temperado. A tensão irregular ao longo da superfície do vidro temperado pode causar tensão de tração local no vidro. Se esta tensão de tração for muito grande e exceder a resistência à ruptura do vidro, o vidro explodirá. A distribuição de tensões ao longo da direção da espessura da placa de vidro deve ser simétrica, ou seja, as superfícies superior e inferior estão sob tensão de compressão e a superfície intermediária está sob tensão de tração.
A magnitude da tensão de compressão nas superfícies superior e inferior, a espessura e a variação da camada de tensão são completamente simétricas. A capacidade da placa de vidro de suportar a pressão positiva e negativa do vento é a mesma. Se a distribuição de tensão ao longo da direção da espessura da placa de vidro for assimétrica, a capacidade da placa de vidro de suportar a pressão positiva e negativa do vento será diferente. Um lado terá uma capacidade de carga mais forte, enquanto o outro lado terá uma capacidade de carga mais fraca. Ou seja, o vidro pode quebrar sob uma carga menor. Em casos graves, a placa de vidro se deformará sem carga, causando distorção da imagem do vidro da parede cortina. Para este fim, a uniformidade da tensão superficial e a simetria ao longo da direção da espessura do vidro temperado devem ser melhoradas. Especialmente para o revenido do vidro Low-E, mais atenção deve ser dada à simetria da tensão ao longo da direção da espessura. Porque a diferença na absorção da radiação térmica pelas superfícies superior e inferior do vidro Low-E causará a diferença de temperatura ao longo da direção da espessura da placa de vidro durante o aquecimento, e essa diferença acabará por levar à assimetria do estresse do vidro temperado ao longo da direção da espessura.
Atualmente, no processo de têmpera do vidro, o método de convecção forçada é adotado para eliminar esse fator desfavorável. A tensão interna do vidro temperado é irregular e há um grande gradiente de tensão, que pode causar autoexplosão, manifestada à medida que o tamanho dos fragmentos varia muito. Existem cinco pontos de medição para a tensão de compressão superficial, e o valor médio é tomado. superfície do vidro temperado.Reduzir o tamanho da superfície das placas de vidro temperado pode diminuir a taxa de autoexplosão do vidro temperado.Atualmente, na China, a aplicação de vidro arquitetônico mostra uma tendência de superfícies de placas cada vez maiores. Quanto maior o tamanho do vidro temperado e mais espessa a placa de vidro, maior a probabilidade de autoexplosão.
Em um Placa de vidro temperado , desde que haja um ponto de autoexplosão e isso eventualmente leve à autoexplosão do vidro temperado, independentemente do tamanho da placa de vidro temperado, toda a placa de vidro temperado se estilhaçará. Quanto maior for a placa de vidro, mais fatores desfavoráveis, como impurezas, partículas de sulfeto de níquel, defeitos de processamento de borda, arranhões superficiais e tensões irregulares, que podem causar a autoexplosão do vidro temperado, serão. Sob a mesma carga, a probabilidade de autoexplosão aumentará. Portanto, o tamanho das placas de vidro temperado deve ser restrito com base na espessura e no grau de qualidade do vidro plano.
Tanto o 'Vidro Temperado para Portas, Janelas e Paredes Cortinas' (JG/T455-2014) quanto o 'Código Técnico para Aplicação de Vidro para Construção' (JGJ113-2015) estabeleceram regulamentações claras sobre a produção de vidro temperado e a aplicação de vidro para construção. Este artigo realiza uma revisão abrangente das propriedades mecânicas do vidro de construção e fornece algumas explicações complementares para a compreensão dos padrões acima.
