科学认知 辩证分析｜耀皮为您解读钢化玻璃“自爆”现象

导语

玻璃兼顾美观与实用，既能够凭借通透明亮、晶莹剔透的外表惹人喜爱，又能够充分展现坚硬耐久的物理性能……

近年来，随着玻璃幕墙的日益增多，以及在建筑设计时，玻璃板面尺寸越来越大，楼层愈建愈高，钢化玻璃成为了目前使用量较大、市场需求量较多的安全玻璃。与之同时，各种玻璃在安装后产生“自爆”破裂现象时有发生，有的建筑的脚手架尚未开始拆除，玻璃就开始连续的发生“自爆”，并且时常有伤人事件发生。造成媒体、业主等各方面均认为是玻璃的质量问题; 而且造成一种错觉——“只有中国才会出现此类现象”！

“自爆”是钢化玻璃的特有现象，本期知识大百科，中国幕墙网ALwindoor.com特约——从超高层到复杂曲面，再到超大体量，永远有新追求的“耀皮玻璃”，为您带来关于正确认知钢化玻璃“自爆”现象的专业分享。

（1）玻璃“自爆”是钢化玻璃才会发生吗？

是的，钢化玻璃在无荷载作用下发生的自发性炸裂称为钢化玻璃的自爆。

钢化玻璃与平板玻璃相比有许多优点，如钢化玻璃的强度高，韧性好，抗热冲击性能优越，因此被广泛地应用于玻璃幕墙和门窗工程实践中，但是钢化玻璃也有缺点，如自爆。就目前掌握的科学技术而言，人类还无法预测何时、哪片玻璃将出现“自爆“现象，因为玻璃的破损过程，不像金属材料先有屈服现象的发生，而是突然发生破损，因此无法预测“自爆”的发生。但是，我们可以通过采用对钢化玻璃进行“均质”处理，明显降低钢化玻璃“自爆”现象的发生。

（2）引起钢化玻璃自爆的原因有哪些？

1．玻璃中含有硫化镍结晶物：硫化镍夹杂物一般以无色结晶体存在，并且存在随温度变化晶相转变的倾向，由高温相向低温相转变时伴有5%~10%的体积膨胀；而通常在钢化玻璃内硫化镍以高温相存在（浮法玻璃中以低温相存在，钢化加工过程把硫化镍变为高温相），从物体都有趋于更稳定低温相的自然原理，钢化玻璃中的硫化镍杂质都有向低温相转变的趋势。如果这些杂物位于钢化玻璃张应力的部位，在温度、荷载等作用下，则体积膨胀会引起钢化玻璃自发炸裂。由硫化镍粒子造成的钢化玻璃自爆其爆裂点裂纹形状往往较大且与蝴蝶相似，故被称为蝴蝶形裂纹，往往在爆裂点中部有一个颗粒，被认为是硫化镍粒子，这两个特性被用来作为钢化玻璃是否是自爆的判据。硫化镍粒子在钢化玻璃自爆前后的体积是不同的，爆裂前体积小自爆后其体积增大。硫化镍粒子体积非常小、折射率和玻璃几乎一致且无色，相变发生既有自身因素又有外界因素促成，因此相变发生很随机，这是钢化玻璃自爆不易预见的主要原因之一。

2．玻璃中有结石、气泡等杂质：玻璃是典型的脆性材料，其力学行为服从断裂力学。玻璃中的结石、气泡和杂质在玻璃中将会形成微裂纹，是钢化玻璃的薄弱环节，特别是裂纹尖端是应力集中处。如果结石、气泡或杂质处在钢化玻璃的张应力区，也可能导致钢化玻璃自动炸裂。 

3．幕墙玻璃安装过程中，固定玻璃方式不正确，导致钢化玻璃局部受到外界较集中的应力作用，而应力集中的部位若同时存在结石、气泡等杂质或存在划伤、压伤等缺陷，也会导致钢化玻璃自发炸裂。

（3）工程企业在玻璃运输和施工中会造成钢化玻璃“自爆”吗？

玻璃表面和边部在加工、运输、贮存和施工过程，可能造成有划痕、破皮和爆边等缺陷，易造成应力缺口而导致钢化玻璃自爆。玻璃表面本来就存在大量的微裂纹，这也是玻璃力学行为服从断裂力学的根本原因。这些微裂纹在一定的条件下会扩展，如水蒸气的作用、荷载的作用等，都可能加速微裂纹的扩展。

通常情况下微裂纹的扩展速度是极其缓慢的，表现为玻璃的强度是一恒定值。但是玻璃表面的微裂纹有一临界值，当微裂纹尺寸接近或达到临界值时，裂纹快速扩张，导致玻璃破裂。如果玻璃表面存在接近临界尺寸的微裂纹，如玻璃表面和边部在加工、运输、贮存和施工过程造成的划痕、破皮、爆边等缺陷尺寸较大，玻璃可能在极小的荷载作用下就导致玻璃表面微裂纹快速扩张，最终导致玻璃破裂。

（4）钢化玻璃的自爆，是生产过程中造成的吗？

钢化玻璃在生产过程中需要对玻璃进行加热和冷却，玻璃在加热或冷却时沿玻璃板面方向不均匀和沿厚度方向的不对称，将导致钢化玻璃沿板面方向应力不均匀和沿厚度方向应力分布不对称，这些都有可能造成钢化玻璃自爆。钢化玻璃沿板面方向应力不均匀，可以造成玻璃表面局部压应力偏小，如果外界产生瞬间较大的张应力，超过玻璃的断裂强度，玻璃就会爆裂。

钢化玻璃板沿厚度方向应力分布应当是对称的，即上下两表面处于压应力区，正中间处于张应力区，上下表面的压应力大小、应力层厚度和分布完全是对称的，玻璃板承受正负风压的能力是相同的。如果玻璃板沿厚度方向应力分布不对称，玻璃板承受正负风压的能力就不相同，一侧承受荷载的能力较强，另一侧较弱，即玻璃可能在较小荷载作用下破损。

（5）钢化玻璃表面应力值大小与自爆率有关吗？

通过理论分析和工程实践证明，预应力越大，钢化程度越高，自爆率也越高。普通平板玻璃和半钢化玻璃几乎没有自爆现象，是因为钢化玻璃沿玻璃板厚度方向上下两表面处于压应力，中间层处于张应力。表面压应力越高，一般情况下钢化玻璃的强度也越高，但是中间层的张应力也越高，过大的张应力将会增加钢化玻璃的自爆风险，因此在工程设计时应该注重钢化玻璃应力的考虑，尽量减少或考虑较低的玻璃表面应力。

（6）钢化玻璃自爆与玻璃面板的尺寸大小有关吗？

我国钢化玻璃标准中对钢化玻璃的弓形弯曲度的要求过低，只有弓形弯曲度的相对值要求，没有绝对值要求。对于尺寸小的钢化玻璃满足要求的弯曲绝对值较小，而对于尺寸较大的钢化玻璃，尽管其弓形弯曲度的相对值满足要求，但其绝对值过大，致使钢化玻璃装配时，应力较容易集中在变形部位。在使用后，叠加其他内外因作用，更易发生钢化玻璃自爆，这也是一些工程上，钢化玻璃在使用几年后发生自爆的原因之一。

（7）自爆的钢化玻璃有哪些特征？

钢化玻璃“自爆“主要是由于玻璃中存在的微小的硫化镍、单质多晶硅、Al2O3等杂质。在外界温度应力的作用下，超出玻璃的许用应力，而产生的具有“蝴蝶斑“状态的破损。

如果玻璃上发现有这样翅膀的蝴蝶，这片玻璃十有八九是自爆了，另外蝴蝶斑碎片玻璃中缝基本垂直玻璃厚度方向且平直，仔细观察中缝中点出会有微小颗粒变形点；研究证实：引起自爆的硫化镍颗粒（蝴蝶斑）尺寸大约在 0.04 mm 到 0.65 mm 之间，平均在 0.2 mm ，肉眼可见「蝴蝶斑」。

（8）钢化玻璃的自爆率是多少呢？

钢化玻璃的自爆率各生产厂家并不一致，从3%～0.3%不等，这个概率受到前面几条提到的生产环境、生产工艺与运输、施工、设计尺寸、施工环境温度变化等因素的影响。

（9）钢化玻璃出现爆裂的时候，怎么处理？

当钢化玻璃自爆或其它原因爆裂，你可能会非常担心玻璃碎裂掉落，发生意外，怎么处理，我们简单提供 3 个建议：

（1）无框、无胶安装的单层钢化玻璃，如店铺大门、淋浴房门等，不管是自爆还是撞爆，都会直接碎成渣。钢化玻璃破碎成无数的既小又圆润的颗粒，速度不快的情况下不容易对人产生伤害。

（2）中空钢化玻璃，有框、带胶安装的单层钢化玻璃也适用，爆裂后一般会保持炸裂状态，暂时不会脱落撒满地。处理方法分两种情况：

室内面破碎：把窗户轻轻关上，别动窗户也别压玻璃，如果爆裂的玻璃较大，就用宽胶带粘个米字型；

室外面破碎：像贴对联一样用宽胶带从上到下，肩并着肩贴满，动作尽可能轻柔，需要手伸到外面操作，姿态不会舒服。

（3）以上都是临时性处理办法，因此，当门窗幕墙的玻璃出现爆裂的时候，涉及到高空掉落的风险，无论是夹胶还是单片，都建议尽早更换，避免造成严重安全事故。

（10）只有中国才会发生钢化玻璃“自爆”吗？

出现玻璃破损现象的因素较多，同样在国外也出现玻璃“自爆”现象，玻璃的“自爆”现象是不分国籍和国家发达程度的。在欧洲、北美和全球各地均有时有发生，包括著名设计大师的作品，也难免出现玻璃的“自爆”现象的发生。

北美的某栋建筑在1974～1978五年间，自爆55块，自爆率达到0.5%；澳大利亚曾对八栋幕墙进行过12年跟踪观察，在总共17760块钢化玻璃中，306块自爆，自爆率为1.72%。只是目前来看，中国是世界上建筑发展速度最快的国家，只用了短短三十多年的时间，就从学习幕墙应用，变成了全球幕墙应用第一大国。同理，钢化玻璃在幕墙项目的应用量也是全球第一，所以“自爆”的出镜率自然更高！

（11）如何降低工程中钢化玻璃的自爆？

钢化玻璃的自爆是固有问题，如何做到减少自爆，我们提出了六点建议：

1．优选平板玻璃，高质量的平板玻璃中结石、气泡、杂质和硫化镍含量低，采用优质平板玻璃作为制作钢化玻璃的原片可显著降低钢化玻璃的自爆。

2．提高钢化玻璃加工质量，避免玻璃边部磕碰和表面划伤。理论分析和实验证明，钢化玻璃边部应力较低，因此应对钢化玻璃边部仔细研磨，避免各种微裂纹、破皮爆边等缺陷。对于点支式幕墙玻璃，玻璃钻孔，孔边一定要倒角研磨，去除钻孔产生的微裂纹、破皮和爆边，因为玻璃板孔边是应力薄弱部位。

3．提高钢化玻璃表面应力均匀度和沿厚度方向的对称度。特别对于low-E镀膜玻璃的钢化，更要关注其钢化玻璃应力沿厚度方向的对称度，因为low-E镀膜玻璃上下表面对热辐射吸收的差异，会导致low-E镀膜玻璃在加热和冷却时，沿厚度方向温度的差异，而这种差异最终将会导致钢化玻璃沿厚度方向的应力不对称，目前在采用强制对流的方法缓解Low-E镀膜玻璃钢化过程中这种不利因素。

4．增加均质钢化玻璃的应用量，研发检测钢化玻璃均质质量的方法和设备，使严格按照相关标准均质处理钢化玻璃，使得均质过程起到应有的作用。

5．减少钢化玻璃使用总量，增加半钢化夹层玻璃的使用量，可降低钢化玻璃自爆总量。不言而喻，钢化玻璃应用的总量减少，钢化玻璃自爆的数量一定减少。

6．实践工程中，钢化玻璃使用面积越来越大，对于大板面的钢化玻璃不仅对其弯曲度的相对值提出要求，而且应对其弯曲度的绝对值提出要求，以减小钢化玻璃装配应力，避免钢化玻璃经长时间使用后发生自爆。

结语

综上所述：

科学认知 辩证分析！据中国幕墙网ALwindoor.com收集整理，结合上海耀皮玻璃集团三十多年的研究表明，钢化玻璃因其安全性、较高的强度和较高的耐温差变化性能，在门窗和幕墙工程中应用占比越来较大。

未来，不论是中空钢化玻璃，还是夹胶钢化玻璃，甚至是中空夹胶钢化玻璃……在现代建筑中的应用会越来越广泛，而科学有效的降低钢化玻璃的自爆率，成为建筑门窗幕墙行业共同关注的焦点，希望我们的上述分析及建议，能对您的玻璃选择与应用带来一定的帮助。