淺談建筑鋼結(jié)構(gòu)的耐急冷急熱性

德國苯水處理工藝后的玻璃。其特點是在玻璃表面形成壓應(yīng)力層,機械強度和耐熱沖擊強度得到提高,并具有特殊的碎片狀態(tài)。但鋼化玻璃自爆問題始終無法回避。鋼化玻璃自爆可以表述為鋼化玻璃在無外部直接作用的情況下而自動發(fā)生破碎的現(xiàn)象。在鋼化加工、貯存、運輸、安裝、使用等過程中均可發(fā)生鋼化玻璃自爆。自爆按起因不同可分為兩種:一是由玻璃中可見缺陷引起的自爆,例如結(jié)石、砂粒、氣泡、夾雜物、缺口、劃傷、爆邊等;二是由玻璃中硫化鎳(NiS)雜質(zhì)膨脹引起的自爆。對這兩種不同類型應(yīng)明確分類,區(qū)別對待,采用不同方法來應(yīng)對和處理。前者一般目視可見,檢測相對容易,故生產(chǎn)中可控。后者則主要由玻璃中微小的硫化鎳顆粒體積膨脹引發(fā),無法目測檢驗,故不可控。在實際運作和處理上,前者一般可以在安裝前剔除,后者因無法檢驗而繼續(xù)存在,成為使用中的鋼化玻璃自爆的主要因素。硫化鎳類自爆后更換難度大,處理費用高,同時會伴隨較大的質(zhì)量投訴及經(jīng)濟(jì)損失,造成業(yè)主的不滿甚至更為嚴(yán)重的其他后果,被稱為“玻璃癌癥”。鋼化玻璃自爆還有一些其他因素:玻璃開槽及鉆孔的不合理、玻璃原片質(zhì)量較差、厚度不均如壓花玻璃、應(yīng)力分布不均例如彎鋼化玻璃及區(qū)域鋼化玻璃等。硫化鎳的來源:浮法生產(chǎn)線的安裝過程中,熔窯內(nèi)鎳化合物的潔凈度目前沒有受到更多在建浮法玻璃生產(chǎn)企業(yè)的關(guān)注,其中主要有熔窯內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)焊接過后遺留下的焊頭、焊渣。理性的講,一個接縫在焊接時會產(chǎn)生上百個甚至上萬個小的鎳化合物也是很正常的,其實這也是直接影響整個窯爐產(chǎn)出浮法玻璃含鎳量。表面看似一片完好的鋼化玻璃也許就因為含有一個大于60μm的硫化鎳而埋下隱患。硫化鎳是一種晶體,存在高溫相和低溫相,相變溫度為379℃。國外研究證明:玻璃主料石英砂或砂巖帶入鎳,燃料及輔料帶入硫,在1400℃~1500℃高溫熔窯燃燒熔化形成硫化鎳。當(dāng)溫度超過1000℃時,硫化鎳以液滴形式隨機分布于熔融玻璃液中。當(dāng)溫度降至797℃時,這些小液滴結(jié)晶固化,硫化鎳處于高溫態(tài)的α-NiS晶相(六方晶體)。當(dāng)溫度繼續(xù)降至379℃時,發(fā)生晶相轉(zhuǎn)變成為低溫狀態(tài)的β-NiS(三方晶系),同時伴隨體積膨脹2%~4%,且表面粗糙。如果這些雜質(zhì)是在鋼化玻璃張應(yīng)力區(qū)內(nèi),則體積膨脹就可能引起自發(fā)炸裂。如果硫化鎳相變沒有轉(zhuǎn)換完全,則即使在自然存放及正常使用的溫度條件下,這一過程仍然繼續(xù),只是速度很低而已。當(dāng)玻璃鋼化加熱時,玻璃內(nèi)部板芯溫度約620℃,所有的硫化鎳都處于高溫態(tài)的α-NiS相。隨后,玻璃進(jìn)入風(fēng)柵急冷,玻璃中的硫化鎳在379℃發(fā)生相變。與浮法退火窯不同的是,鋼化急冷時間很短,來不及轉(zhuǎn)變成低溫態(tài)β-NiS而以高溫態(tài)硫化鎳α相被“凍結(jié)”在玻璃中。快速急冷使玻璃得以鋼化,形成外壓內(nèi)張的應(yīng)力統(tǒng)一平衡體。在已經(jīng)鋼化了的玻璃中硫化鎳相變低速持續(xù)地進(jìn)行著,體積不斷膨脹擴(kuò)張,對其周圍玻璃的作用力隨之增大。鋼化玻璃板芯本身就是張應(yīng)力層,位于張應(yīng)力層內(nèi)的硫化鎳發(fā)生相變時體積膨脹也形成張應(yīng)力,這兩種張應(yīng)力疊加在一起,足以引發(fā)鋼化玻璃的破裂即自爆。玻璃在鋼化爐內(nèi)加熱時,因為加熱溫度高于相變溫度,硫化鎳全部轉(zhuǎn)化為高溫相。在隨后的淬冷過程中,高溫相來不及轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏叵?從而被凍結(jié)在鋼化玻璃中。在室溫環(huán)境下,高溫相是不穩(wěn)定的,有逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏叵嗟内厔?。這種轉(zhuǎn)變伴隨著約2%~4%的體積膨脹,使玻璃承受巨大的相變張應(yīng)力,從而導(dǎo)致自爆。為了減少由硫化鎳微粒引起的自爆,可以對鋼化玻璃進(jìn)行均質(zhì)處理。國內(nèi)外的很多鋼化玻璃廠家都采用了均質(zhì)處理工藝來預(yù)防自爆,但實際應(yīng)用效果表明,進(jìn)行均質(zhì)處理后的鋼化玻璃,在服役過程中仍然會發(fā)生自爆現(xiàn)象。由于鋼化玻璃自爆問題的原因不清、責(zé)任不明,特介紹以下內(nèi)容供大家參考:1.鋼化玻璃的自爆時間沒有確定性,可能是剛出爐,也可能是出廠后1~2月,也有出廠1~2年才自爆的,2年后自爆的幾率就較小了。2.鋼化玻璃自爆的根本原因是因為玻璃中含有硫化鎳雜質(zhì)。雜質(zhì)是如何混入的現(xiàn)還未根本查清,故現(xiàn)在還不能完全杜絕。3.鑒別鋼化玻璃的自爆,首先看起爆點(鋼化玻璃裂紋呈放射狀,均有起始點)是否在玻璃中間。如在玻璃邊緣,一般是因為玻璃未經(jīng)過倒角磨邊處理或玻璃邊緣有損傷,造成應(yīng)力集中,裂紋逐漸發(fā)展造成的;如起爆點在玻璃中部,看起爆點是否有兩小塊多邊形組成的類似兩片蝴蝶翅膀似的圖案(蝴蝶斑),如果有,那么仔細(xì)觀察兩小塊多邊形公用邊(蝴蝶的軀干部分)就應(yīng)有肉眼可見的黑色小顆粒(硫化鎳結(jié)石),則可判斷是自爆的,否則就應(yīng)是外力破壞的。4.如何減少鋼化玻璃的破損:a.優(yōu)先選用大廠出廠的原片玻璃,他們選材、工藝控制較嚴(yán),混入雜質(zhì)的幾率較小。b.應(yīng)對鋼化玻璃邊緣進(jìn)行倒角磨邊處理,減小應(yīng)力集中。c.做好玻璃的成品保護(hù),防止蹦邊、掉角,對蹦邊、掉角不大的用拋光機磨成圓弧面,減小應(yīng)力集中。d.采購時要求玻璃廠進(jìn)行鋼化后的均質(zhì)處理(引爆處理,一般小廠沒有均質(zhì)爐,或者有也出于成本考慮不用),并與其約定自爆率,以備日后索賠。e.型材設(shè)計時充分考慮玻璃的熱脹冷縮和層間位移變形,留夠變形空間,施工時注意玻璃下部的墊塊的厚度和硬度以及玻璃與框周邊的間隙。鋼化玻璃中硫化鎳引起自爆的原因主要取決于環(huán)境溫度引起張應(yīng)力的相變,為了降低和