Просмотры: 0 Автор: Редактор сайта Время публикации: 14 мая 2025 г. Происхождение: Сайт
Как специалисты в области архитектурного стекла, мы часто сталкиваемся с рядом технических проблем, связанных со стеклом. Среди них проблема самовзрыва закаленному стеклу . В нашем производстве и производственном процессе особое внимание уделяется Следующий текст был написан нашим профессиональным техническим консультантом и кратко описывает механические свойства архитектурного стекла, формы разрушения, механизм самовзрыва закаленного стекла и методы уменьшения самовзрыва закаленного стекла.
Архитектурное стекло – типичный хрупкий материал. Тщательное понимание его механических свойств имеет большое значение для правильного проектирования и строительства. В этой статье рассматриваются механические свойства архитектурного стекла с ожиданием того, что оно сыграет полезную роль в применении архитектурного стекла.
1.Эластичное архитектурное стекло представляет собой полностью эластичное тело. До сих пор во всем мире не было обнаружено видимой его пластической деформации. Поэтому при проектировании и изготовлении архитектурного стекла его периферия должна контактировать с мягкими материалами, такими как резиновые ленты или уплотнители, и не должна вступать в прямой контакт с металлическими материалами, такими как алюминиевые или стальные профили.
2. Хрупкое архитектурное стекло имеет на своей поверхности большое количество микротрещин, что делает его чрезвычайно хрупким и имеет крайне низкую вязкость разрушения, проявляющуюся внезапным разрушением при разрушении. Поэтому в обычных условиях архитектурное стекло не может быть использовано в качестве инженерно-конструкционного материала.
3. Разброс прочности. Из-за наличия большого количества микротрещин на поверхности архитектурного стекла его прочность тесно связана с размером трещины, а размер и количество трещин существуют случайным образом, что делает разброс прочности архитектурного стекла относительно большим. При проектировании и использовании архитектурного стекла следует учитывать больший коэффициент безопасности. Обычно для стекла следует принимать коэффициент запаса прочности с вероятностью разрушения не более 0,1%.
4. Значение прочности. Разрушение архитектурного стекла тесно связано с распространением поверхностных трещин. При проектировании следует различать начальное расположение трещины и направление трещины в момент разрушения. Направление приложения силы определяет прочность архитектурного стекла.
Прочность архитектурного стекла подразделяется на прочность большой площади, прочность края и прочность торцевой поверхности.
1. Разрушение при изгибе. Под действием внешних сил, таких как ветровая нагрузка, архитектурное стекло демонстрирует разрушение при изгибе тонких пластин. Вообще говоря, конструкция из закаленного стекла требует прочности 84 МПа, что соответствует прочности на изгиб.
Архитектурное стекло не обладает прочностью на сжатие, сдвиг и растяжение. Поэтому при проектировании бессмысленно рассчитывать напряжения сжатия, сдвига и растяжения архитектурного стекла.
2. Ударные повреждения. При ударе человеческого тела или предметов архитектурное стекло склонно к повреждениям, то есть ударопрочность стекла относительно низкая. Поэтому повышение его ударопрочности является ключевым вопросом, который следует учитывать при производстве архитектурного стекла.
3. Термическое растрескивание. Под действием напряжения разности температур строительное стекло очень склонно к термическому растрескиванию. Поскольку начальная трещина при тепловом взрыве стекла начинается с края стеклянной пластины, то тонкая обработка ее края оказывает существенное влияние на повышение устойчивости стекла к тепловому взрыву. Между тем, термообработка стекла также существенно повысит его устойчивость к тепловому взрыву.
Прочность на изгиб и ударопрочность самовзрывного архитектурного стекла из закаленного стекла относительно невысоки, и оно очень склонно к термическому растрескиванию, что ограничивает его широкое применение.
Термическая обработка стекла, а именно закалка, позволяет увеличить его прочность на изгиб в 2–3 раза, а ударную вязкость – в 3–4 раза. Нет проблемы индивидуального термического растрескивания.
Отличные характеристики закаленного стекла значительно расширили сферу применения архитектурного стекла. Однако закаленное стекло также имеет явный недостаток, а именно самовзрыв закаленного стекла. Только досконально понимая механизм самовзрыва закаленного стекла, можно правильно спроектировать и использовать закаленное стекло. Существует много причин самопроизвольного взрыва закаленного стекла, и наиболее важной из них является расширение частиц сульфида никеля. Стекло содержит включения сульфида никеля, которые обычно существуют в виде кристаллов (NiS). При комнатной температуре существует термодинамическая тенденция перехода фазы А в противоположную фазу, сопровождающаяся объемным расширением от 2% до 3%. Частицы сульфида никеля присутствуют в листовом стекле, поэтому они также существуют в полузакаленном и закаленном стекле.
Однако плоское и полузакаленное стекло не подвержено явлению самовзрыва. Только закаленное стекло подвержено явлению самовзрыва. Причина в том, что термодинамическая тенденция фазового превращения частиц сульфида никеля из А в А недостаточна. Для достижения этого фазового превращения должны быть соблюдены определенные кинетические условия, что, в свою очередь, вызывает самовзрыв стекла. Плоское стекло — это отожженное стекло, внутри которого нет напряжения. Полузакаленное стекло и закаленное стекло после закалки испытывают внутренние напряжения и относятся к предварительно напряженным материалам.
Внутренние напряженные состояния полузакаленного и закаленного стекла показаны на рисунке 1.
Как видно из рисунка 1, тенденции распределения внутренних напряжений полузакаленного и закаленного стекла одинаковы: внешняя поверхность находится под сжимающим напряжением, а внутренняя поверхность - под растягивающим напряжением. Разница между ними заключается в том, что поверхностное сжимающее напряжение и внутреннее растягивающее напряжение у закаленного стекла больше, чем у полузакаленного стекла. Частицы сульфида никеля в стекле имеют кинетические условия фазового превращения только тогда, когда они находятся в достаточно большой области растягивающих напряжений. Поскольку фазовое превращение частиц сульфида никеля сопровождается объемным расширением, достаточно большое растягивающее напряжение вызывает объемное расширение частиц сульфида никеля.
Обеспечиваются динамические условия. По этой причине плоское и полузакаленное стекло не подвергаются самовзрыву, в отличие от закаленного стекла. Частицы сульфида никеля в стекле распределены хаотично. Если они расположены в зоне максимального растягивающего напряжения закаленного стекла, эти частицы могут стать точкой воспламенения самовзрыва закаленного стекла. Самовзрыв закаленного стекла, вызванный частицами сульфида никеля, часто имеет форму трещины в месте разрыва, похожую на форму бабочки, которая называется трещиной в форме бабочки. Некоторые самовзрывающиеся закаленные стекла имеют в центре точки взрыва цветную частицу, которая, как полагают, представляет собой частицу сульфида никеля. Эти две характеристики часто используются в качестве критериев для определения возможности самовзрыва закаленного стекла. Объем частиц сульфида никеля различен до и после самовзрыва закаленного стекла. До взрыва объем мал и его нелегко увидеть. После самовзрыва его объем увеличивается, местоположение определяется, и его очень легко увидеть. Это также одна из причин, по которой трудно предсказать самовзрыв закаленного стекла. Трещина самовзрыва закаленного стекла показана на рисунке 2.
Самовзрыв закаленного стекла, вызванный частицами сульфида никеля, имеет характеристики инициативы, спонтанности и отсутствия внешней причины, и это действительно настоящий самовзрыв. Чтобы частицы сульфида никеля вызвали самовзрыв закаленного стекла, необходимы два условия. Одним из них является величина растягивающего напряжения в месте расположения частиц сульфида никеля. Во-вторых, это размер частиц сульфида никеля. Чем больше размер частиц сульфида никеля, тем меньшее растягивающее напряжение для этого требуется. То есть при различных растягивающих напряжениях частицы сульфида никеля имеют критические размеры. В закаленном стекле, чем больше растягивающее напряжение, тем меньше критический размер частиц сульфида никеля, тем больше образуется самовзрывающихся частиц сульфида никеля и тем больше вероятность самовзрыва закаленного стекла.
Помимо частиц сульфида никеля плоское стекло также содержит камни, пузырьки и примеси. Стекло — типичный хрупкий материал, и его механическое поведение соответствует механике разрушения. Камни, пузырьки и примеси в стекле образуют трещины в стекле, что является слабым местом закаленного стекла, особенно кончик трещины является зоной концентрации напряжений. Если камни, пузырьки или загрязнения находятся в зоне растягивающего напряжения закаленного стекла или если оно подвергается растягивающему напряжению под нагрузкой, это может привести к разрушению закаленного стекла.
Согласно китайским стандартам поверхностное напряжение закаленного стекла должно быть не менее 90 МПа, тогда как американские стандарты предусматривают, что поверхностное сжимающее напряжение закаленного стекла должно быть более 69 МПа. Весьма заслуживает изучения вопрос о том, можно ли уменьшить поверхностное сжимающее напряжение закаленного стекла в нашей стране, чтобы оно соответствовало стандартам Соединенных Штатов или приближалось к ним.
Если это возможно, это значительно снизит скорость самовзрыва закаленного стекла. Уменьшение предельного значения поверхностного сжимающего напряжения может привести к увеличению размеров фрагментов закаленного стекла. Однако даже если поверхностное сжимающее напряжение закаленного стекла очень велико, а фрагменты очень малы, нельзя гарантировать, что все фрагменты существуют в расщепленном состоянии. Во многих случаях фрагменты трескаются, но не разбиваются, образуя «покрытие из закаленного стекла». Результат мало чем отличается от более крупных фрагментов, а в некоторых случаях вред даже больше. Следовательно, можно считать снижение предельного значения поверхностного сжимающего напряжения закаленного стекла.
Причем стандарт на полузакаленное стекло в нашей стране предусматривает, что предельное значение поверхностного сжимающего напряжения не должно превышать 60 МПа, а стандарт на закаленное стекло предусматривает, что предельное значение поверхностного сжимающего напряжения не должно быть менее 90 МПа. Если поверхностное сжимающее напряжение стекла составляет от 60 МПа до 90 МПа, оно не относится ни к полузакаленному стеклу, ни к закаленному стеклу и считается некачественным продуктом.
С этой точки зрения предельное значение поверхностного сжимающего напряжения закаленного стекла также должно быть уменьшено. Если трудно связать предельное значение поверхностного сжимающего напряжения полузакаленного стекла с предельным значением поверхностного сжимающего напряжения закаленного стекла, можно уменьшить, по крайней мере, предельное значение поверхностного сжимающего напряжения закаленного стекла, чтобы сузить зазор между ними. Во время обработки, транспортировки, хранения и изготовления поверхности и кромок стекла могут возникнуть такие дефекты, как царапины, трещины и сломанные края, которые легко могут вызвать концентрацию напряжений и привести к самовзрыву закаленного стекла. На поверхности стекла уже имеется большое количество микротрещин, что также является фундаментальной причиной того, что механическое поведение стекла соответствует механике разрушения.
Эти микротрещины будут расширяться при определенных условиях, например, под воздействием водяного пара и т. д., все из которых могут ускорить расширение микротрещин. В обычных условиях скорость распространения микротрещин чрезвычайно мала, что проявляется в том, что прочность стекла является постоянной величиной. Однако существует критическая величина микротрещин на поверхности стекла. Когда размер микротрещин приближается или достигает критического значения, трещины быстро расширяются, вызывая разрушение стекла. При наличии на поверхности и краях стекла микротрещин, близких к критическому размеру, таких как царапины, трещины и сколы по краям, возникших в процессе обработки, транспортировки, хранения и строительства и имеющих относительно большие размеры, микротрещины на поверхности или краях стекла могут быстро расширяться при чрезвычайно малых нагрузках, что в конечном итоге приводит к разрушению стекла.
С этой целью необходимо улучшить качество обработки кромок закаленного стекла и четко определить требования к обработке кромок, такие как полная шлифовка кромок с обеих сторон или неполная шлифовка кромок с трех сторон, чтобы избежать царапин и неровностей на краях и поверхности стекла. Теоретический анализ и эксперименты показывают, что степень закалки кромки закаленного стекла относительно низкая. Поэтому край закаленного стекла должен иметь приоритетную защиту. Если в стекле для навесных стен с точечной опорой просверлены отверстия, края отверстий должны быть тонко отшлифованы, желательно до полировки, поскольку края стеклянных отверстий являются областями концентрации напряжений. В процессе производства закаленного стекла требуются нагрев и охлаждение. Неравномерная обработка по поверхности стеклянной пластины и асимметрия по направлению толщины приведут к неравномерности напряжений по поверхности пластины и несимметричному распределению напряжений по направлению толщины закаленного стекла. Все это может вызвать самовзрыв закаленного стекла. Неравномерное напряжение на поверхности закаленного стекла может вызвать локальное растягивающее напряжение в стекле. Если это растягивающее напряжение слишком велико и превышает предел прочности стекла, стекло лопнет. Распределение напряжений по направлению толщины стеклянной пластины должно быть симметричным, то есть верхняя и нижняя поверхности находятся под напряжением сжатия, а средняя поверхность - растягивающим напряжением.
Величина сжимающих напряжений на верхней и нижней поверхностях, толщина и изменение слоя напряжений полностью симметричны. Способность стеклянной пластины выдерживать положительное и отрицательное давление ветра одинакова. Если распределение напряжений по направлению толщины стеклянной пластины асимметрично, способность стеклянной пластины выдерживать положительное и отрицательное давление ветра будет разной. Одна сторона будет иметь более высокую несущую способность, а другая – более слабую. То есть стекло может разбиться при меньшей нагрузке. В тяжелых случаях стеклянная пластина деформируется без нагрузки, вызывая искажение изображения стекла навесной стены. С этой целью необходимо улучшить однородность поверхностного напряжения и симметрию по направлению толщины закаленного стекла. Особенно при закалке стекла Low-E следует уделять больше внимания симметрии напряжения по направлению толщины. Потому что разница в поглощении теплового излучения верхней и нижней поверхностями стекла Low-E приведет к разнице температур по направлению толщины стеклянной пластины при нагреве, и эта разница в конечном итоге приведет к асимметрии напряжений закаленного стекла по направлению толщины.
В настоящее время в процессе закалки стекла для устранения этого неблагоприятного фактора принят метод вынужденной конвекции. Внутреннее напряжение закаленного стекла неравномерно и существует большой градиент напряжений, который может вызвать самовзрыв, проявляющийся в сильном варьировании размеров фрагментов. Имеется пять точек измерения поверхностного сжимающего напряжения, и берется среднее значение. Для характеристики однородности сжимающего напряжения следует добавить предельные значения разницы между максимальными и минимальными значениями пяти точек измерения. на поверхности закаленного стекла. Уменьшение размера поверхности пластин из закаленного стекла может снизить скорость самовзрыва закаленного стекла. В настоящее время в Китае применение архитектурного стекла демонстрирует тенденцию к увеличению поверхностей пластин. Чем больше размер закаленного стекла и чем толще стеклянная пластина, тем больше вероятность самовзрыва.
В Пластина из закаленного стекла , если есть одна точка самовзрыва, которая в конечном итоге приводит к самовзрыву закаленного стекла, независимо от размера пластины из закаленного стекла, вся пластина из закаленного стекла разобьется. Чем больше стеклянная пластина, тем больше будет неблагоприятных факторов, таких как примеси, частицы сульфида никеля, дефекты обработки кромки, царапины на поверхности и неравномерное напряжение, которые могут вызвать самовзрыв закаленного стекла. При той же нагрузке вероятность самовзрыва возрастет. Поэтому размер пластин из закаленного стекла должен быть ограничен в зависимости от толщины и качества листового стекла.
И «Закаленное стекло для строительных дверей, окон и навесных стен» (JG/T455-2014), и «Технический кодекс по применению строительного стекла» (JGJ113-2015) содержат четкие правила производства закаленного стекла и применения строительного стекла. В этой статье проводится всесторонний обзор механических свойств строительного стекла и приводятся некоторые дополнительные пояснения для понимания вышеуказанных стандартов.
