淺談安全玻璃的作用

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淺談安全玻璃的作用:淺析汽車安全玻璃質(zhì)量及影響

摘 要:汽車工業(yè)的高速發(fā)展,汽車的普及性和私有化日益增加,汽車玻璃的質(zhì)量安全與眾多消費者的利益切身關聯(lián)。

關鍵詞:汽車玻璃;質(zhì)量;安全

隨著中國車輛的社會化和私家車的大量發(fā)展,汽車玻璃的安全保障作用越來越受到全社會的重視。汽車風窗玻璃作為汽車安全系統(tǒng)的重要組成部分之一,已經(jīng)不只是一個遮風擋雨的工具,它隨時關系到駕駛員和乘客的安全。目前汽車安全玻璃主要是前風窗夾層玻璃和風窗以外用鋼化玻璃。夾層玻璃是在玻璃與玻璃之間夾入透明而有彈性的PVB膠片,經(jīng)高溫高壓粘結(jié)而成復合玻璃。由于PVB中間膜與玻璃牢固的韌性粘結(jié),它能抵擋經(jīng)汽車高速行駛時意外撞擊的穿透。當玻璃受撞擊力而破碎時,碎片被強韌的PVB中間膜粘結(jié),可防止碎片的飛散和脫落,整塊玻璃仍保持完整,因而能避免因碎片的飛散或脫落造成人身傷害。鋼化玻璃是由單層玻璃經(jīng)過加熱、冷卻等工藝流程處理后的安全玻璃產(chǎn)品,其機械強度較普通玻璃得到提高,且玻璃破碎后,碎片呈均勻小顆粒,不會對乘客造成傷害。汽車安全玻璃光學指標不符引發(fā)后果和影響如下:

一、可見光透射比項目不合格會影響駕駛員白天在日光下和夜晚在燈光下駕駛時視物能力模糊

可見光透射比從直觀上分析就是玻璃的清晰度,清晰度低引起視覺模糊,高速行駛時看不清前方事物,既造成視覺疲勞,又影響行車安全。適當?shù)耐干浔?能保證駕駛員在各種氣候條件下及夜晚駕車時有適宜的駕駛環(huán)境。所以汽車安全玻璃的外觀看要清晰透明,不刺激眼睛。

二、副像偏離

副像偏離(項目)是指當玻璃兩個表面不平行時,在一定的光照條件下,通過玻璃看物體時,除了看到主像(視線觀察范圍內(nèi)目標物),還會看到一個或多個副像(俗稱影子),副像與主像之間形成的夾角稱為副像偏離角。夜晚駕車時,在黑暗背影中,明亮的燈光引起的副像非常明顯。如果副像偏離較大時駕駛員就會產(chǎn)生錯覺,易發(fā)生交通事故。汽車安全玻璃發(fā)現(xiàn)上述現(xiàn)象引起足夠重視,可到專業(yè)檢測機構進一步檢測,從而避免發(fā)生意外。

三、光畸變產(chǎn)生項目

光畸變產(chǎn)生項目是指玻璃表面凹凸不平或局部光學不均勻,使通過的光線產(chǎn)生偏離,從而使物體變形。如光變化較大,則易使駕駛員的眼睛產(chǎn)生疲勞,導致交通事故的發(fā)生。按照正常的玻璃來講,應該透過玻璃看車外的一些道路、人員啊,或者其他的一些物體,不應該有變形,如果有變形的話,我們叫作光畸變,如果它變形超過一定情況的時候,這種變形對人的視覺影響非常大,人的視覺呢會影響到整個腦細胞這種思維吧,那么這些對人直接反應就是容易犯困,就是容易造成視力一種模糊,這樣對駕駛是非常非常不安全的。汽車前擋玻璃在汽車行駛中不僅要給司乘人員提供良好的視野,而且在遇到突發(fā)性事故時必須為駕駛?cè)藛T及乘客提供保護。它需要根據(jù)車身線條設計形成一定的弧度,才能保證玻璃和車身完全契合。這種弧度需要專業(yè)的廠家在精確的模具尺寸和嚴格的溫度控制下,將玻璃加熱烘彎才能加工完成。目前,在我國,新車出廠裝配的汽車安全玻璃,一般不會出現(xiàn)光畸變的問題。但當汽車前風擋玻璃因為破碎需要更換時,所更換的玻璃往往質(zhì)量良莠不齊,有些不合格玻璃除了可能造成光畸變以外,還可能存在更大的安全隱患。汽車安全玻璃表面?zhèn)瓤?、正看有無明顯的凹凸不平或局部光學不均勻(俗稱水平波紋)。

四、顏色識別項目

行車安全性不僅受其操作安全視線等因素的影響,而且受顏色識別度影響。心理學家認為,視認性好的顏色能見度佳,顏色的明暗性,在人們視覺中的亮度是不同的,可分為明色和暗色。紅色和黃色為明色,視認性較好。暗色看起來會覺得小一些、遠一些和模糊一些。顏色識別關系到駕車的安全問題,對駕駛員的可視性產(chǎn)生影響。通常情況下,選擇比較容易被人的眼睛所辨,能保持一定的透明度,不影響視線即行車安全。

現(xiàn)代化汽車對玻璃的最基本的要求是玻璃必須具備足夠的安全性,這個安全性體現(xiàn)在以下三個方面:1.足夠的機械強度現(xiàn)代化汽車要在各種崎嶇不平的路面上高速行駛,在行駛過程中路面上的砂石會撞擊玻璃,汽車顛簸振動和急剎車時乘員的頭部和身體都可能會撞擊玻璃,所以要求玻璃具有足夠的機械強度;2.優(yōu)良的光學性能現(xiàn)代化汽車要求玻璃具有優(yōu)良的光學特性包括透光度70%以上;光畸變小,即透過玻璃觀察物體不得有顯著變形;副像偏離角小,即透過玻璃觀察一個物體不會誤認為是兩個。當然更不能把道路交通標志的顏色混淆;3.耐環(huán)境穩(wěn)定性好現(xiàn)代化汽車要在各種惡劣氣候條件下行駛,如高溫、曝曬、高濕等情況,要求玻璃在這些情況下外觀質(zhì)量無變化。

汽車風窗玻璃安裝系統(tǒng)的安全保障作用我們知道,汽車玻璃不同于普通的商品,它的損壞有極其特殊性和偶然性,而且汽車玻璃一旦破損,就需要馬上進行更換或修補,這不僅是為了防止漏風、漏水等,更是為了司機、乘客的安全。汽車風擋玻璃作為汽車安全部件的重要組成部分之一,與安全帶、安全氣囊被稱為汽車安全保護三要素。

淺談安全玻璃的作用:在高層建筑玻璃幕墻中如何選用安全玻璃

【摘 要】 本文介紹了幾種建筑玻璃的生產(chǎn)工藝及特性，并從安全的角度討論了高層建筑玻璃幕墻上安全玻璃的選擇原則。

【關鍵詞】 玻璃幕墻；鋼化玻璃；半鋼化玻璃；夾層玻璃；自爆

１　引言

隨著使用年限的增長，玻璃幕墻的隱患逐漸暴露出來，除了光污染，玻璃幕墻的自爆、脫落都成為城市的安全隱患，而目前國家允許的鋼化玻璃自爆率為３‰。雖然目前建筑玻璃的質(zhì)量和強度都有足夠的保障，但畢竟玻璃的抗震性和抗變形能力都有欠缺，一旦遇到臺風、颶風、地震、冰雹、溫差急速變化等，均有可能會導致安全事件。自２００４年１月１日起施行的《建筑安全玻璃管理規(guī)定》規(guī)定：“建筑物需要以玻璃作為建筑材料的下列部位必須使用安全玻璃：７層及７層以上建筑物外開窗、幕墻（全玻幕墻除外）”，同時規(guī)定“本規(guī)定所稱安全玻璃，是指符合現(xiàn)行國家標準的鋼化玻璃、夾層玻璃及由鋼化玻璃或夾層玻璃組合加工而成的其他玻璃制品，如安全中空玻璃等”，旨在規(guī)范建筑玻璃的使用。

２　建筑幕墻常用玻璃簡述

建筑幕墻常用玻璃包括鋼化玻璃、半鋼化玻璃及其組合而成的夾層玻璃、中空玻璃等。

２．１　鋼化玻璃。鋼化玻璃是將浮法玻璃在鋼化爐中均勻加熱至６２０℃，使之輕度軟化膨脹，再在其表面吹冷空氣使之迅速冷卻，使其表面產(chǎn)生壓應力，強度設計值和耐沖擊性能大幅提高，是普通玻璃的３～５倍，并且玻璃破碎后成小顆粒狀。

２．２　半鋼化玻璃。半鋼化玻璃制作的熱處理過程與鋼化玻璃類似，只是冷卻方法不同，吹風強度降低，冷卻時間長。其機械性能也有較大提高，破碎時會有大的碎片和放射狀的裂紋，與普通玻璃的破碎狀態(tài)類似，但碎片一般沒有鋒利的尖角。單片半鋼化玻璃不是安全玻璃。

２．３　夾層玻璃。夾層玻璃是由一層玻璃與另外一層或多層玻璃及塑料膜中間層而成的玻璃制品。幕墻用的夾層玻璃中間層通常采用ＰＶＢ或ＥＶＡ膜。

２．４　中空玻璃。中空玻璃是由兩片或多片玻璃以有效支撐均勻隔開并周邊粘結(jié)密封，使玻璃層間形成有干燥氣體空間的制品。

３　高層建筑鋁合金幕墻用玻璃比較

３．１　應力特性與破碎概率。《幕墻用鋼化與半鋼化玻璃》（ＧＢ１７８４１－１９９９）要求鋼化玻璃其表面應力不應小于９５ＭＰａ；半鋼化玻璃表面應力值在２４～６９ＭＰａ之間。美國ＡＳＴＭ標準Ｃ１０４８規(guī)定：鋼化玻璃為６９Ｍｐａ以上、半鋼化玻璃為２４～５２Ｍｐａ。玻璃鋼化程度越高，表面應力值越大，材料強度值就越大，破碎后顆粒也越小。

３．１．１　自爆是鋼化玻璃的固有特性之一，所謂自爆，即是鋼化玻璃在無直接機械外力作用下發(fā)生的自動性炸裂，普通鋼化玻璃的自爆率在１～３‰左右。自爆可能在幾個月內(nèi)發(fā)生，也可能在幾年甚至十幾年后發(fā)生。

３．１．２　產(chǎn)生自爆的原因。

３．１．２．１　玻璃質(zhì)量缺陷的影響。首先，玻璃中有結(jié)石、雜質(zhì)，氣泡：玻璃中有雜質(zhì)是鋼化玻璃的薄弱點，也是應力集中處。特別是結(jié)石若處在鋼化玻璃的張應力區(qū)是導致炸裂的重要因素。結(jié)石存在于玻璃中，與玻璃體有著不同的膨脹系數(shù)。玻璃鋼化后結(jié)石周圍裂紋區(qū)域的應力集中成倍地增加。當結(jié)石膨脹系數(shù)小于玻璃，結(jié)石周圍的切向應力處于受拉狀態(tài)。伴隨結(jié)石而存在的裂紋擴展極易發(fā)生。其次，玻璃中含有硫化鎳結(jié)晶物。硫化鎳夾雜物一般以結(jié)晶的小球體存在，直徑在０．１～２ｍｍ。外表呈金屬狀，這些雜夾物是Ｎｉ７Ｓ６、ＮｉＳ、ＮｉＳ１．０１。最后，玻璃表面因加工過程或操作不當造成有劃痕、炸口、深爆邊等缺陷，易造成應力集中或?qū)е落摶Ａё员?

３．１．２．２　鋼化玻璃中應力分布不均勻、偏移。玻璃在加熱或冷卻時沿玻璃厚度方向產(chǎn)生的溫度梯度不均勻、不對稱。使鋼化制品有自爆的趨向，有的在激冷時就產(chǎn)生“風爆”。如果張應力區(qū)偏移到制品的某一邊或者偏移到表面則鋼化玻璃形成自爆。

３．１．２．３　鋼化程度的影響，實驗證明，當鋼化程度提高到１級／cm時自爆數(shù)達２０～２５％。由此可見應力越大鋼化程度越高，自爆量也越大。

３．２　破碎特性。鋼化玻璃的自爆沒有征兆，十分突然，并且破碎后成小顆粒狀，在風荷載作用下容易灑落，殘余強度較低，所以路人較難有時間躲閃。有些玻璃碎片散落在地面的距離達１０ｍ寬。鋼化玻璃的表面應力為２．８～４．８ＭＰａ時，玻璃破碎后碎片相對較大，與普通浮法玻璃的破碎狀態(tài)類似，碎片趨于相互鎖在一起并保持在玻璃框上，尤其是玻璃四邊是用結(jié)構膠粘結(jié)在框上的構造更是如此，殘余強度較大，路人通常有時間避讓，工程人員也有時間維修。

３．３　經(jīng)濟性。鋼化玻璃若自爆后需要成本進行維修，更讓人頭疼的是玻璃自爆后灑落地面時可能帶來的意外傷害，以及維修前室外風雨給房間內(nèi)可能帶來的損壞。為了降低鋼化玻璃的自爆率，可以采用如下方案：

３．３．１　降低鋼化玻璃的應力值。鋼化玻璃中應力的分布是鋼化玻璃的兩個表面為壓應力，板芯層處于張應力，在玻璃厚度上應力分布類似拋物線。玻璃厚度的中央是拋物線的頂點，即張應力最大處；兩側(cè)接近玻璃兩表面處是壓應力；零應力面大約位于厚度的１／３處。通過分析鋼化急冷的物理過程，可知鋼化玻璃表面張力和內(nèi)部的最大張應力在數(shù)值上有粗略的比例關系，即張應力是壓應力的１／２～１／３。國內(nèi)廠家一般將鋼化玻璃表面壓應力設定在１００ＭＰａ左右，實際情況可能更高一些。鋼化玻璃自身的張應力約為３２～４６ＭＰａ，玻璃的抗張強度是５９～６２ＭＰａ，只要硫化鎳膨脹產(chǎn)生的張應力在３０ＭＰａ，則足以引發(fā)自爆。若降低其表面應力，相應地會降低鋼化玻璃本身自有的張應力，從而有助于減少自爆的發(fā)生。

美國標準ＡＳＴＭＣ１０４８中規(guī)定鋼化玻璃的表面應力范圍為大于６９ＭＰａ；半鋼化（熱增強）玻璃為２４～５２ＭＰａ。幕墻玻璃標準ＢＧ１７８４１則規(guī)定為半鋼化應力范圍為２４～６９ＭＰａ。新國家標準ＧＢ１５７６３．２－２００５《建筑用安全玻璃第２部分：鋼化玻璃》要求其表面應力不應小于９０ＭＰａ，這比此前老標準中規(guī)定的９５ＭＰａ降低了５ＭＰａ，有利于減少自爆。

３．３．２　使玻璃的應力均勻一致。鋼化玻璃的應力不均，會明顯增大自爆率，已經(jīng)到了不容忽視的程度。應力不均引發(fā)的自爆有時表現(xiàn)得非常集中，特別是彎鋼化玻璃的某具體批次的自爆率會達到令人震驚的嚴重程度，且可能連續(xù)發(fā)生自爆。其原因主要是局部應力不均和張力層在厚度方向的偏移，玻璃原片自身質(zhì)量也有一定的影響。應力不均會大幅降低玻璃的強度，在一定程度上相當于提高了內(nèi)部的張應力，從而自爆率提高了。如果能使鋼化玻璃的應力均勻分布，則可有效降低自爆率。

３．３．３　熱浸處理。熱浸處理又稱均質(zhì)處理，俗稱“引爆”。熱浸處理是將鋼化玻璃加熱到２９０℃±１０℃，并保溫一定時間，促使硫化鎳在鋼化玻璃中快速完成晶相轉(zhuǎn)變，讓原本使用后才可能自爆的鋼化玻璃人為地提前破碎在工廠的熱浸爐中，從而減少安裝后使用中的鋼化玻璃自爆。該方法一般用熱風作為加熱的介質(zhì)。

熱浸難點。從原理上看，熱浸處理既不復雜，也無難度。但實際上達到這一工藝指標非常不易。研究顯示，玻璃中硫化鎳的具體化學結(jié)構式有多種，如Ｎｉ７Ｓ６、ＮｉＳ、ＮｉＳ１．０１等，不但各種成分的比例不等，而且可能摻雜其他元素。其相變快慢高度依賴于溫度的高低。研究表明，２８０℃時的相變速率是２５０℃時的１００倍，因此必須確保爐內(nèi)的各塊玻璃經(jīng)歷同樣的溫度制度。否則一方面溫度低的玻璃因保溫時間不夠，硫化鎳不能完全相變，減弱了熱浸的功效。另一方面，當玻璃溫度太高時，甚至會引起硫化鎳逆向相變，造成更大的隱患。這兩種情況都會導致熱浸處理勞而無功甚至適得其反。熱浸爐工作時溫度的均勻性是如此的重要，而三年前多數(shù)國產(chǎn)熱浸爐熱浸保溫時爐內(nèi)的溫差甚至達到６０℃，國外引進爐存在３０℃左右的溫差也不少見。所以有的鋼化玻璃雖經(jīng)熱浸處理，自爆率依然居高不下。

盡管熱浸處理不能保證絕對不發(fā)生自爆，但確實降低了自爆的發(fā)生，實實在在地解決了困擾工程各方的自爆問題。所以熱浸是世界上一致認可的徹底解決自爆問題的最有效方法。

半鋼化玻璃由于通常不自爆而一般不存在上述問題。

由于玻璃鋼化和半鋼化的價格基本一樣，有人可能希望通過提高玻璃的強度值來降低玻璃的厚度，但實際上，在很多工程中，幕墻的分格尺寸都比較大，使得玻璃的厚度是由撓度而不是強度來控制，此時玻璃的高強度值并不會減少玻璃的厚度，節(jié)省材料。

3.4　美觀性。雖然《幕墻用鋼化與半鋼化玻璃》（GB17841-1999）中規(guī)定鋼化和半鋼化玻璃的彎曲度相同，但由于兩種玻璃熱處理后的冷卻方法不一樣，實際得到的彎曲度也不一樣。鋼化玻璃的冷卻方法是在其表面吹冷空氣使之迅速冷卻，而半鋼化玻璃冷卻時的吹風強度大為降低，冷卻時間較長，因此弓形和波形都比鋼化玻璃好，鍍上金屬膜形成熱反射玻璃或低輻射玻璃后平整度更好，外觀效果更理想。

4　實際應用

鋼化玻璃和半鋼化玻璃在國內(nèi)外很多建筑幕墻都使用過，但香港和國外工程在高層建筑幕墻上更趨向于采用半鋼化玻璃和其制成的中空玻璃，如上海金茂大廈、香港金融中心二期和美國西爾斯大廈。而且現(xiàn)在更多地采用半鋼化玻璃制成的夾層中空玻璃，玻璃破碎后有更大的殘余強度，一般情況不會墜落。香港廉政公署新辦公大樓，大面幕墻采用半鋼化夾膠中空玻璃，并特意在局部采用鋼化玻璃，并設置明顯標志，以便在發(fā)生緊急情況時室內(nèi)外的人員可以敲碎此處玻璃進行逃生和營救。因此建議在建筑上的一般部位采用半鋼化玻璃及其組合的夾層中空玻璃；在易遭受撞擊、沖擊而造成人體傷害的部位，如門和標高在5m以下的玻璃攔板，選用應力大于90Mpa的鋼化玻璃及其組合玻璃。玻璃幕墻下應設置綠化帶或雨蓬，防止路人靠近?？傊?，設計以人為本，應該根據(jù)實際情況采用更安全的材料。

淺談安全玻璃的作用:為一塊安全玻璃悉尼歌劇院延工九年

就算你一輩子沒有聽過歌劇，但是你也一定能認出悉尼歌劇院，作為澳大利亞的地標性建筑，悉尼歌劇院獨特的折疊式拱形帆船外形讓人嘆為觀止，堪稱人類現(xiàn)代建筑史上的一個奇跡。

除了外形的精美外，悉尼歌劇院還有另一個精妙之筆，那就是，坐在歌劇院里面每一個角落的每位觀眾，都能夠無遮擋、清晰地欣賞到外面的風景，比如海面上來往的帆船、白鷗。因為歌劇院主要的墻體都是用透明的玻璃砌塊制成的，而這一切都得益于歌劇院的總設計師――丹麥建筑師約恩?烏松。

悉尼歌劇院于1963年動工建設，因為歌劇院位于悉尼港碼頭的中心地段，地理位置優(yōu)越，環(huán)境無比優(yōu)美，這促使烏松修改了最初的方案，決定將整個歌劇院高達近六十米的墻體全部改成用玻璃制成的砌塊，這樣在里面的任何一位觀眾都能欣賞到外面美麗的風景。

因為這是一項臨時的改動，一共大約需要使用二十五萬塊高硬度的玻璃砌塊，這大大超出當初的成本預算，遭到相關部門的強烈反對。好在，最終烏松取得了勝利，玻璃墻體得以開工建設。

然而，接下來發(fā)生了一件意想不到的事情。就在已經(jīng)安裝到二十三萬多塊玻璃砌塊時，從歌劇院的屋頂上突然掉落下一塊大瓷磚，砸到一塊已經(jīng)安裝好的玻璃上，這一幕恰好被在施工現(xiàn)場的烏松看到。他立即讓人搬來梯子，爬到被砸中的玻璃處，查看玻璃有沒有受損。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，玻璃出現(xiàn)了一道非常非常細微的裂紋，但如果不認真反復細看，根本無法發(fā)現(xiàn)。

這道小裂紋在常人看來，大可不必擔心，因為它委實太小，但它卻讓這位嚴謹?shù)慕ㄖ髱熥⒉话?。他想，如果玻璃被一塊更大的瓷磚擊中，導致瞬間破碎，那么坐在歌劇院里的觀眾豈不是要遭大殃？

當烏松把這擔憂表達出來后，許多人都覺得他是在杞人憂天，因為這些墻體上的玻璃在當時已經(jīng)是最堅硬的了，很難被外力擊碎。但烏松卻堅持認為，如果萬一被擊碎了呢？

最終，烏松暫停了玻璃墻體的安裝工作，并且召集了所有的工程人員開會，研究新的預防玻璃破碎的對策。在上個世紀六十年代，用于建筑的玻璃制造工藝還遠沒有今天的發(fā)達，鋼化玻璃尚未誕生。

新的對策和替代物找不出來，工程只能繼續(xù)延工。經(jīng)過近一個月的反復思量，終于有人想出了一個方法，這個方法的靈感來源于第一次世界大戰(zhàn)，協(xié)約國士兵們所戴的防毒面具。它是用一種特殊的雙層玻璃做成的，中間添加了一種特殊的防爆物質(zhì)，即便被炸碎，上面的玻璃碎片也不會刺傷士兵的眼睛和臉部。

用這種玻璃做墻體砌塊再好不過了，烏松興奮不已，立即聯(lián)系到澳大利亞的一家軍工企業(yè)，要求對方按照最高的標準來做，以保證歌劇院最高處的瓷磚擊中最低處的玻璃時，玻璃不會發(fā)生破碎。

因為新玻璃的材質(zhì)特殊且要求的數(shù)量多達二十五萬塊，要花上千萬美元，加上拆下來的那些已裝上的玻璃砌塊已難派上新用途，花在玻璃墻體上的成本變得極高。對換玻璃原本就不同意的反對派此時更是一百個不同意，不愿意為這一大筆超支的投入買單，但烏松也堅持己見不動搖，于是歌劇院只得停工，而這一停就是難以想象的九年。

1973年，在第三方的注資幫助下，悉尼歌劇院終于得以按照烏松的設計竣工了。當時，全通透而且異常安全的玻璃墻體，創(chuàng)造了一個世界紀錄。

一直到今天，三十八年來，悉尼歌劇院沒有發(fā)生一起玻璃砌塊破碎砸傷觀眾的事件，成為全世界迄今為止最安全的音樂藝術殿堂。

為了一塊玻璃拖延了九年，時間雖然長了一些，但建筑是“百年大計”之事，以九年換取長久的安全，不值得嗎？