Lượt xem: 0 Tác giả: Site Editor Thời gian xuất bản: 14-05-2025 Nguồn gốc: Địa điểm
Là những người hành nghề trong lĩnh vực kính kiến trúc, chúng tôi thường gặp phải hàng loạt vấn đề kỹ thuật liên quan đến kính. Trong đó, vấn đề tự nổ của Kính cường lực được đặc biệt chú trọng trong quá trình sản xuất và chế tạo của chúng tôi. Văn bản dưới đây được viết bởi chuyên gia tư vấn kỹ thuật chuyên nghiệp của chúng tôi, tóm tắt các tính chất cơ lý của kính kiến trúc, các dạng hư hỏng, cơ chế tự nổ của kính cường lực và các phương pháp giảm hiện tượng tự nổ của kính cường lực
Kính kiến trúc là một loại vật liệu dễ vỡ điển hình. Sự hiểu biết thấu đáo về các tính chất cơ học của nó có ý nghĩa rất lớn để thiết kế và thi công chính xác. Bài viết này đánh giá các tính chất cơ học của kính kiến trúc, với mong muốn đóng một vai trò có lợi trong việc ứng dụng kính kiến trúc.
1.Kính kiến trúc đàn hồi là một vật thể hoàn toàn đàn hồi. Cho đến nay, trên toàn thế giới chưa phát hiện thấy biến dạng dẻo nào của nó. Vì vậy, khi thiết kế và thi công kính kiến trúc, ngoại vi của nó phải tiếp xúc với các vật liệu mềm như dải cao su hoặc chất bịt kín, và không được tiếp xúc trực tiếp với vật liệu kim loại như nhôm định hình hoặc thép định hình.
2. Kính kiến trúc giòn có số lượng lớn các vết nứt nhỏ trên bề mặt, khiến nó cực kỳ giòn và có độ bền gãy cực kỳ kém, biểu hiện là gãy đột ngột khi bị hỏng. Do đó, trong trường hợp bình thường, kính kiến trúc không thể được sử dụng làm vật liệu kết cấu kỹ thuật.
3. Sự phân tán sức mạnh Do sự hiện diện của một số lượng lớn các vết nứt nhỏ trên bề mặt kính kiến trúc, độ bền của nó liên quan chặt chẽ đến kích thước vết nứt, kích thước và số lượng vết nứt tồn tại ngẫu nhiên, khiến cho độ phân tán sức mạnh của kính kiến trúc tương đối lớn. Khi thiết kế và sử dụng kính kiến trúc, cần tính đến hệ số an toàn lớn hơn. Nói chung, đối với kính, nên áp dụng hệ số an toàn có xác suất hư hỏng không lớn hơn 0,1%.
4. Giá trị độ bền: Sự hư hỏng của kính kiến trúc có liên quan chặt chẽ đến sự lan truyền của các vết nứt trên bề mặt. Cần phân biệt vị trí vết nứt ban đầu và hướng vết nứt tại thời điểm hỏng hóc trong quá trình thiết kế. Hướng tác dụng của lực quyết định độ bền của kính kiến trúc.
Độ bền của kính kiến trúc được phân loại thành cường độ diện tích lớn, cường độ cạnh và cường độ mặt cuối.
1. Sự cố uốn cong Dưới tác động của các lực bên ngoài như tải trọng gió, kính kiến trúc cho thấy sự cố uốn cong của các tấm mỏng. Nói chung, thiết kế kính cường lực đòi hỏi cường độ 84MPa, tức là cường độ uốn.
Kính kiến trúc không có cường độ nén, cường độ cắt hoặc cường độ kéo. Vì vậy, khi thiết kế, việc tính toán ứng suất nén, ứng suất cắt và ứng suất kéo của kính kiến trúc là vô nghĩa.
2. Thiệt hại do va đập Dưới tác động của cơ thể con người hoặc đồ vật, kính kiến trúc dễ bị hư hại, tức là khả năng chống va đập của kính tương đối thấp. Vì vậy, việc cải thiện khả năng chống va đập của nó là vấn đề then chốt cần được quan tâm trong sản xuất kính kiến trúc.
3. Nứt nhiệt Dưới tác động của ứng suất chênh lệch nhiệt độ, kính xây dựng rất dễ bị nứt nhiệt. Vì vết nứt ban đầu của vụ nổ nhiệt kính bắt đầu từ mép của tấm kính nên việc xử lý tinh xảo cạnh của nó có tác dụng đáng kể trong việc cải thiện khả năng chống nổ nhiệt của kính. Trong khi đó, việc xử lý nhiệt của kính cũng sẽ tăng cường đáng kể khả năng chống nổ nhiệt.
Độ bền uốn và khả năng chống va đập của kính kiến trúc tự nổ bằng kính cường lực tương đối thấp và rất dễ bị nứt do nhiệt, điều này hạn chế ứng dụng rộng rãi của nó.
Xử lý nhiệt của kính, cụ thể là xử lý tôi, có thể tăng cường độ uốn lên gấp 2 đến 3 lần và cường độ va đập lên gấp 3 đến 4 lần. Không có vấn đề nứt nhiệt riêng lẻ.
Hiệu suất tuyệt vời của kính cường lực đã mở rộng đáng kể ứng dụng của kính kiến trúc. Tuy nhiên, kính cường lực cũng có một nhược điểm rõ rệt, đó là kính cường lực tự nổ. Chỉ khi hiểu rõ cơ chế tự nổ của kính cường lực thì kính cường lực mới có thể được thiết kế và sử dụng chính xác. Có nhiều lý do dẫn đến vụ nổ tự phát của kính cường lực, trong đó quan trọng nhất là sự giãn nở của các hạt niken sunfua. Kính có chứa tạp chất niken sunfua, thường tồn tại dưới dạng tinh thể (NiS). Ở nhiệt độ phòng, có xu hướng nhiệt động để pha A chuyển thành pha ngược lại, kèm theo sự giãn nở thể tích từ 2% đến 3%. Các hạt niken sunfua tồn tại trong kính phẳng, đó là lý do tại sao chúng cũng tồn tại trong kính bán cường lực và kính cường lực.
Tuy nhiên, kính phẳng và kính bán cường lực không có hiện tượng tự nổ. Chỉ có kính cường lực mới có hiện tượng tự nổ. Nguyên nhân là do xu hướng nhiệt động của quá trình chuyển pha của các hạt niken sunfua từ a sang A là không đủ. Một số điều kiện động học nhất định phải được đáp ứng để đạt được sự biến đổi pha này, từ đó gây ra hiện tượng tự nổ của kính. Kính phẳng là kính được ủ và không có ứng suất bên trong. Kính bán cường lực và kính cường lực sau khi nguội sẽ có ứng suất bên trong và thuộc về vật liệu dự ứng lực.
Trạng thái ứng suất bên trong của kính bán cường lực và kính cường lực được thể hiện trên Hình 1.
Như có thể thấy trong Hình 1, xu hướng phân bổ ứng suất bên trong của kính bán cường lực và kính cường lực là nhất quán, với bề mặt bên ngoài chịu ứng suất nén và bề mặt bên trong chịu ứng suất kéo. Sự khác biệt giữa hai loại này là ứng suất nén bề mặt và ứng suất kéo bên trong của kính cường lực đều lớn hơn kính bán cường lực. Các hạt niken sunfua trong thủy tinh chỉ có điều kiện động học để chuyển pha khi chúng nằm trong vùng ứng suất kéo đủ lớn. Bởi vì sự biến đổi pha của các hạt niken sunfua đi kèm với sự giãn nở thể tích, ứng suất kéo đủ lớn gây ra sự giãn nở thể tích của các hạt niken sunfua.
Các điều kiện năng động được cung cấp. Đây là lý do tại sao kính phẳng và kính bán cường lực không có khả năng tự nổ trong khi kính cường lực thì có. Các hạt niken sunfua trong thủy tinh được phân bố ngẫu nhiên. Nếu chúng nằm ở khu vực có ứng suất kéo lớn nhất của kính cường lực, các hạt này có thể trở thành điểm bắt lửa khiến kính cường lực tự phát nổ. Vết nứt tự nổ của kính cường lực do hạt niken sunfua thường có hình dạng vết nứt ở điểm vỡ tương tự như hình con bướm, gọi là vết nứt hình con bướm. Một số kính cường lực tự phát nổ có một hạt màu ở giữa điểm nổ, được cho là hạt niken sunfua. Hai đặc điểm này thường được dùng làm tiêu chí để xác định kính cường lực có tự nổ hay không. Thể tích của các hạt niken sunfua khác nhau trước và sau khi kính cường lực tự nổ. Trước khi vụ nổ, âm lượng nhỏ và không dễ nhìn thấy. Sau khi tự nổ, thể tích của nó tăng lên, vị trí được xác định và rất dễ bị nhìn thấy. Đây cũng là một trong những nguyên nhân khiến việc kính cường lực tự nổ không dễ dự đoán. Vết nứt tự nổ của kính cường lực được thể hiện trên Hình 2.
Sự tự nổ của kính cường lực do các hạt niken sunfua gây ra có đặc tính chủ động, tự phát, không có nguyên nhân bên ngoài và thực sự là sự tự nổ thực sự. Cần có hai điều kiện để các hạt niken sunfua có thể gây ra hiện tượng tự nổ của kính cường lực. Một là độ lớn của ứng suất kéo tại vị trí có các hạt niken sunfua. Thứ hai là kích thước của các hạt niken sunfua. Kích thước của các hạt niken sunfua càng lớn thì ứng suất kéo cần thiết càng nhỏ. Nghĩa là, đối với các ứng suất kéo khác nhau, các hạt niken sunfua có kích thước tới hạn. Trong kính cường lực, ứng suất kéo càng lớn, kích thước tới hạn của các hạt niken sunfua càng nhỏ thì càng tạo ra nhiều hạt niken sunfua tự nổ và khả năng tự nổ của kính cường lực càng lớn.
Ngoài các hạt niken sunfua, kính phẳng còn chứa đá, bong bóng và tạp chất. Thủy tinh là một vật liệu giòn điển hình và đặc tính cơ học của nó tuân theo cơ học đứt gãy. Đá, bọt khí và tạp chất trong kính sẽ hình thành nên các vết nứt trên kính, đây là điểm yếu của kính cường lực, đặc biệt phần đầu vết nứt là vùng tập trung ứng suất. Nếu đá, bong bóng hoặc tạp chất nằm trong vùng ứng suất kéo của kính cường lực hoặc nếu nó chịu ứng suất kéo khi chịu tải có thể khiến kính cường lực bị vỡ.
Theo tiêu chuẩn Trung Quốc, ứng suất bề mặt của kính cường lực không được nhỏ hơn 90MPa, trong khi tiêu chuẩn Mỹ quy định ứng suất nén bề mặt của kính cường lực phải lớn hơn 69MPa. Rất đáng để nghiên cứu xem liệu ứng suất nén bề mặt của kính cường lực ở nước ta có thể giảm xuống để phù hợp hoặc gần với tiêu chuẩn của Hoa Kỳ hay không.
Nếu khả thi sẽ làm giảm đáng kể tốc độ tự nổ của kính cường lực. Việc giảm giá trị giới hạn của ứng suất nén bề mặt có thể khiến các mảnh kính cường lực trở nên lớn hơn. Tuy nhiên, ngay cả khi ứng suất nén bề mặt của kính cường lực rất cao và các mảnh vỡ rất nhỏ thì cũng không thể đảm bảo rằng tất cả các mảnh vỡ đều tồn tại ở trạng thái phân chia. Nhiều trường hợp các mảnh vỡ bị nứt nhưng không vỡ, tạo thành một 'vỏ kính cường lực'. Kết quả không khác nhiều so với những mảnh vỡ lớn hơn và trong một số trường hợp, tác hại còn lớn hơn. Vì vậy, có thể coi là làm giảm giá trị giới hạn của ứng suất nén bề mặt của kính cường lực.
Hơn nữa, tiêu chuẩn kính bán cường lực ở nước ta quy định giá trị giới hạn của ứng suất nén bề mặt không được vượt quá 60MPa, trong khi tiêu chuẩn kính cường lực quy định giá trị giới hạn của ứng suất nén bề mặt không được nhỏ hơn 90MPa. Nếu ứng suất nén bề mặt của kính nằm trong khoảng từ 60MPa đến 90MPa thì kính đó không thuộc loại kính bán cường lực hay kính cường lực và bị coi là sản phẩm kém chất lượng.
Từ góc độ này, giá trị giới hạn của ứng suất nén bề mặt của kính cường lực cũng phải giảm. Nếu khó kết nối giá trị giới hạn của ứng suất nén bề mặt của kính bán cường lực với kính cường lực thì ít nhất có thể giảm giá trị giới hạn của ứng suất nén bề mặt của kính cường lực để thu hẹp khoảng cách giữa hai loại. Trong quá trình gia công, vận chuyển, bảo quản và thi công bề mặt và các cạnh của kính có thể xảy ra các khuyết tật như trầy xước, nứt, vỡ cạnh, dễ gây tập trung ứng suất và dẫn đến kính cường lực tự nổ. Đã có một số lượng lớn các vết nứt nhỏ trên bề mặt kính, đây cũng là lý do cơ bản tại sao hành vi cơ học của kính phù hợp với cơ học đứt gãy.
Những vết nứt vi mô này sẽ giãn nở trong một số điều kiện nhất định, chẳng hạn như tác động của tải hơi nước, v.v., tất cả những điều này có thể đẩy nhanh quá trình giãn nở của các vết nứt vi mô. Trong trường hợp bình thường, tốc độ lan truyền của các vết nứt vi mô là cực kỳ chậm, được biểu hiện bằng độ bền của kính là một giá trị không đổi. Tuy nhiên, có một giá trị tới hạn đối với các vết nứt nhỏ trên bề mặt kính. Khi kích thước của các vết nứt vi mô đạt đến giá trị tới hạn, các vết nứt sẽ mở rộng nhanh chóng, khiến kính bị vỡ. Nếu có các vết nứt nhỏ gần với kích thước tới hạn trên bề mặt và các cạnh của kính, chẳng hạn như vết xước, vết nứt và mép bị sứt mẻ gây ra trong quá trình xử lý, vận chuyển, bảo quản và thi công có kích thước tương đối lớn, thì các vết nứt nhỏ trên bề mặt hoặc các cạnh của kính có thể nhanh chóng lan rộng dưới tải trọng cực nhỏ, cuối cùng dẫn đến vỡ kính.
Để đạt được mục đích này, chất lượng xử lý cạnh của kính cường lực phải được cải thiện và các yêu cầu về xử lý cạnh phải được xác định rõ ràng, chẳng hạn như mài cạnh hoàn toàn ở cả hai mặt hoặc mài cạnh không hoàn chỉnh ở ba mặt, để tránh trầy xước và va đập trên các cạnh và bề mặt của kính. Phân tích và thí nghiệm lý thuyết cho thấy mức độ tôi luyện của cạnh kính cường lực tương đối thấp. Vì vậy, các cạnh của kính cường lực cần được ưu tiên bảo vệ. Đối với kính treo tường có điểm, nếu khoan lỗ trên kính thì các cạnh của lỗ phải được mài mịn, tốt nhất là đánh bóng hoàn thiện, vì các cạnh của lỗ kính là nơi tập trung ứng suất. Trong quá trình sản xuất kính cường lực, cần phải làm nóng và làm mát. Việc xử lý không đồng đều dọc theo bề mặt tấm kính và sự không đối xứng dọc theo chiều dày sẽ dẫn đến ứng suất không đồng đều dọc theo bề mặt tấm và sự phân bổ ứng suất không đối xứng dọc theo chiều dày của kính cường lực. Tất cả những điều này có thể gây ra hiện tượng tự nổ của kính cường lực. Ứng suất không đều dọc theo bề mặt kính cường lực có thể gây ra ứng suất kéo cục bộ trong kính. Nếu ứng suất kéo này quá lớn và vượt quá độ bền vỡ của kính thì kính sẽ vỡ. Sự phân bố ứng suất dọc theo chiều dày của tấm kính phải đối xứng, nghĩa là bề mặt trên và dưới chịu ứng suất nén và bề mặt giữa chịu ứng suất kéo.
Độ lớn của ứng suất nén ở bề mặt trên và dưới, độ dày và sự biến đổi của lớp ứng suất hoàn toàn đối xứng. Khả năng chịu được áp lực gió dương và âm của tấm kính là như nhau. Nếu phân bố ứng suất dọc theo chiều dày của tấm kính không đối xứng thì khả năng chịu được áp lực gió dương và âm của tấm kính sẽ khác nhau. Một bên sẽ có khả năng chịu lực mạnh hơn, còn bên kia sẽ có khả năng chịu lực yếu hơn. Nghĩa là, kính có thể bị vỡ dưới tải trọng nhỏ hơn. Trong trường hợp nghiêm trọng, tấm kính sẽ biến dạng khi không chịu tải, gây biến dạng hình ảnh của kính vách kính. Để đạt được mục đích này, cần cải thiện tính đồng nhất của ứng suất bề mặt và tính đối xứng dọc theo hướng dày của kính cường lực. Đặc biệt đối với quá trình tôi kính Low-E, cần chú ý nhiều hơn đến tính đối xứng của ứng suất dọc theo hướng dày. Bởi vì sự khác biệt về sự hấp thụ bức xạ nhiệt của bề mặt trên và dưới của kính Low-E sẽ gây ra sự chênh lệch nhiệt độ dọc theo chiều dày của tấm kính trong quá trình gia nhiệt, và sự khác biệt này cuối cùng sẽ dẫn đến sự bất đối xứng của ứng suất của kính cường lực dọc theo chiều dày.
Hiện nay, trong quá trình tôi kính, phương pháp đối lưu cưỡng bức được áp dụng để loại bỏ yếu tố bất lợi này. Ứng suất bên trong của kính cường lực không đồng đều và có độ dốc ứng suất lớn, có thể gây tự nổ, biểu hiện là kích thước của các mảnh vỡ rất khác nhau. Có năm điểm đo ứng suất nén bề mặt và lấy giá trị trung bình. Cần thêm các giá trị giới hạn chênh lệch giữa giá trị tối đa và tối thiểu của năm điểm đo để mô tả tính đồng nhất của ứng suất nén trên bề mặt kính cường lực. Giảm kích thước bề mặt của tấm kính cường lực có thể làm giảm tốc độ tự nổ của kính cường lực. Hiện nay, ở Trung Quốc, việc ứng dụng kính kiến trúc cho thấy xu hướng bề mặt tấm ngày càng lớn hơn. Kích thước kính cường lực càng lớn và tấm kính càng dày thì khả năng tự nổ càng lớn.
trong một Tấm kính cường lực chỉ cần có một điểm tự nổ và cuối cùng sẽ dẫn đến kính cường lực tự nổ, bất kể kích thước của tấm kính cường lực như thế nào thì toàn bộ tấm kính cường lực sẽ vỡ tan. Tấm kính càng lớn thì càng có nhiều yếu tố bất lợi như tạp chất, hạt niken sunfua, lỗi xử lý cạnh, vết xước bề mặt, ứng suất không đều có thể khiến kính cường lực tự nổ. Dưới cùng một tải trọng, khả năng tự nổ sẽ tăng lên. Vì vậy, kích thước của tấm kính cường lực nên được hạn chế dựa trên độ dày và chất lượng của kính phẳng.
Cả 'Kính cường lực cho cửa ra vào, cửa sổ và tường rèm' (JG/T455-2014) và 'Quy tắc kỹ thuật ứng dụng kính xây dựng' (JGJ113-2015) đều đưa ra các quy định rõ ràng về sản xuất kính cường lực và ứng dụng kính xây dựng. Bài viết này tiến hành đánh giá toàn diện các tính chất cơ học của kính xây dựng và đưa ra một số giải thích bổ sung để hiểu rõ các tiêu chuẩn trên.
