幕墻玻璃失效的原因分析
80年代后期開始，我國(guó)玻璃幕墻的建設(shè)用量獲得了飛躍發(fā)展，幕墻品種豐富多彩，玻璃幕墻、石材幕墻、鋁板幕墻的出現(xiàn)，給建筑外觀增添了明快的感覺(jué)。隨著幕墻使用量的增多，幕墻工程質(zhì)量也越來(lái)越引起人們的重視，幕墻的耐老化性能即幕墻的使用壽命問(wèn)題，已經(jīng)引起業(yè)界人士的廣泛關(guān)注。
影響幕墻壽命的因素有以下幾個(gè)方面：
1．幕墻結(jié)構(gòu)件的壽命，也就是鋁合金型材的結(jié)構(gòu)失效與否，將直接影響到幕墻的安全性能，這方面的因素很多，如鋁合金的強(qiáng)度設(shè)計(jì)、型材老化等原因，這里不做過(guò)多敘述；
2．結(jié)構(gòu)粘接部位的壽命，主要是指粘接幕墻構(gòu)件與結(jié)構(gòu)件之間的結(jié)構(gòu)膠失效， 也影響整個(gè)幕墻的安全性能，雖然涉及的因素很多，在這里也不做過(guò)多的評(píng)論；
3．幕墻單元件的壽命，主要指幕墻采用的玻璃單元的使用壽命問(wèn)題，本文將分別就幕墻玻璃失效現(xiàn)象進(jìn)行分析，并重點(diǎn)論述產(chǎn)生的原因及預(yù)防措施。
幕墻設(shè)計(jì)考慮的因素主要是從建筑美觀、實(shí)用的角度考慮，將幕墻的空氣滲透控制、雨水滲透控制、熱性能（熱損失和熱獲得）性能控制和幕墻表面的凝露阻抗作為設(shè)計(jì)的重點(diǎn)進(jìn)行控制，這些性能不僅包括了幕墻產(chǎn)品的隔熱性能，同時(shí)包括了幕墻的采光性能、外觀性能和安全性能。隨著對(duì)建筑外觀多樣化的需求越來(lái)越高，各種綜合配置的玻璃也被廣泛應(yīng)用到幕墻上來(lái)，如各種顏色的鍍膜玻璃、鋼化玻璃和各種玻璃組合而成的中空玻璃在幕墻工程上的使用越來(lái)越普及，也越來(lái)越得到認(rèn)可。但是隨之而來(lái)的是各種玻璃出現(xiàn)了過(guò)早失效的現(xiàn)象，給用戶、施工單位造成了各種困難。
幕墻玻璃失效的形式多種多樣，歸納起來(lái)不外乎以下幾點(diǎn)：
1．中空玻璃結(jié)露進(jìn)水失效，影響幕墻工程的視線和熱性能；
2．玻璃炸裂，包括玻璃熱炸裂和鋼化玻璃自爆炸裂；
3．鍍膜玻璃脫膜，造成建筑美感喪失；
一．中空玻璃失效原因及解決措施：
中空玻璃產(chǎn)品失效的典型現(xiàn)象的在中空玻璃間隔層內(nèi)部結(jié)露、進(jìn)水（見文件圖），這樣的產(chǎn)品不僅影響整個(gè)玻璃的外觀，還對(duì)整個(gè)玻璃的熱性能造成影響。造成這種現(xiàn)象的原因包括幾個(gè)方面：
1．制作中空玻璃選用的原材料質(zhì)量的影響；對(duì)中空玻璃壽命產(chǎn)生影響的關(guān)鍵因素是密封劑的耐老化性能和干燥劑的吸附能力的大小，而決定因素是密封劑的性能。因?yàn)椴徽摳稍飫┑奈侥芰τ卸啻?，在中空玻璃的?nèi)部畢竟有一定量的限制，當(dāng)中空玻璃內(nèi)部的干燥劑完全吸附飽和后，再好的干燥劑也不能再對(duì)水蒸氣吸附了，這時(shí)的中空玻璃也該失效了。只有當(dāng)密封劑的密封性能好，水氣滲透系數(shù)低時(shí)，進(jìn)入中空玻璃內(nèi)部的水蒸氣的量很少，而且一直保持這個(gè)狀態(tài)，僅用很少的干燥劑就能保證中空玻璃內(nèi)部氣體干燥，從而保證中空玻璃的效果。要保持密封劑長(zhǎng)期不變，就必須要求密封劑有很好的耐老化性能，如果這些材料選用質(zhì)量不好，就將影響中空玻璃產(chǎn)品的壽命，在所有密封劑中，最能夠體現(xiàn)對(duì)潮氣阻擋性能的密封劑是以丁基膠為基本原料的各種類型的密封劑，所以在幕墻標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定幕墻中空玻璃必須采用雙道密封是十分正確的決定。下面是各種密封膠的水氣滲透系數(shù)表，從表中我們可以看出，結(jié)構(gòu)膠是不能單獨(dú)作為中空玻璃密封膠的。
各種密封劑的水汽滲透系數(shù)表 表2
密封劑 結(jié)構(gòu)膠 聚硫膠 聚氨酯 丁基膠 實(shí)唯高膠條
水汽滲透系數(shù) 46．42 18．86 13．07 0．36 0．09
對(duì)干燥劑的性能要求是必須具備初始吸附能力低，便于生產(chǎn)操作，而剩余吸附能力強(qiáng)，保證在密封的中空玻璃內(nèi)部具有更多的吸附能力并且僅僅對(duì)水分子進(jìn)行吸附、具有一定的耐磨強(qiáng)度，通常情況下選擇3A的分子篩作為中空玻璃的專用吸附劑，而對(duì)于特殊的、內(nèi)部含有揮發(fā)物的密封膠，要求干燥劑特殊具備吸附有機(jī)分子的能力，一般選擇13X型的分子篩，作為既吸附水又吸附有機(jī)物的分子篩。干燥劑吸收水蒸氣的能力隨著干燥劑溫度變化而不同，不同的干燥劑在給定溫度條件下吸收水蒸氣數(shù)量不同，取決于中空玻璃腔體內(nèi)得到水蒸氣的速度，水蒸氣速度增長(zhǎng)是幾個(gè)因素的函數(shù)，包括：
·干燥劑的吸附水蒸氣的能力：
· 密封劑的水氣傳送速度（MVTR或者水蒸氣滲透通道）；
· 密封劑的水氣傳送通道（MVTP），通道長(zhǎng)度（從中空玻璃外部到腔體內(nèi)部）和面積（中空玻璃周邊長(zhǎng)度乘以玻璃和間隔框密封劑之間的寬度）；
· 結(jié)構(gòu)方法深圳幕墻維修
· 通過(guò)周邊密封膠水氣分壓；
· 工藝和服務(wù)環(huán)境；
干燥劑吸附水氣的能力依次是下面因素的函數(shù)，包括：
· 被干燥劑晶體吸附的通過(guò)黏結(jié)劑（對(duì)鋁條+丁基膠）或者基體（對(duì)擠出材料）的氣體擴(kuò)散速度；
· 水分子尺寸與對(duì)應(yīng)的分子篩晶體微孔尺寸；
· 水分子與分子篩表面吸附的親和力
· 分子篩的溫度。
這些因素的影響是動(dòng)態(tài)的不是靜態(tài)的，例如：硅膠和分子篩吸附水蒸氣的能力隨著溫度而變化，（通常，吸附能力在高溫、低溫時(shí)都會(huì)降低，很顯然，硅膠的能力降低的幅度較分子篩更大），水蒸氣滲透速度（MVTR）隨通過(guò)密封膠的水蒸氣壓梯度差異變化而改變（隨中空玻璃內(nèi)部間隔層相對(duì)濕度增加而增加），水蒸氣傳送通道MVTP面積隨間隔層的體積變化而變化（根據(jù)環(huán)境空氣、溫度變化、陽(yáng)光得熱和普通大氣壓力變化），隨服務(wù)環(huán)境變化（從夏天到冬天、從一個(gè)住戶到另外的住戶或者從一個(gè)住戶種類到另外一種）,這樣，在中空玻璃間隔層內(nèi)水蒸氣含量增加的速度不是一個(gè)常數(shù)。露點(diǎn)溫度上升與時(shí)間的關(guān)系并不一定是線性的，需要綜合考慮很多因素才能作出評(píng)估結(jié)論。
2．中空玻璃的加工制作工藝質(zhì)量存在缺陷，造成空氣中的水氣透過(guò)密封膠的縫隙進(jìn)入中空玻璃內(nèi)部，造成中空玻璃過(guò)早失效（見圖）；
中空玻璃失效時(shí)間可以采用下面經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行簡(jiǎn)單預(yù)測(cè)：
W = M? A ?θ? ΔP其中：W--在不結(jié)露情況下，中空玻璃內(nèi)部最大的濕度含量；
M=μ/L μ--水氣滲透性能；L--密封膠的深度；
A--密封膠的面積，A==密封膠寬度×周長(zhǎng)；
θ--時(shí)間；
ΔP--通過(guò)密封膠截面水氣含量差別產(chǎn)生的水氣壓力；
中空玻璃失效時(shí)間：θ=（M?L）/μ?A?ΔP
在這里，L和A會(huì)因?yàn)樯a(chǎn)操作工藝粗糙而縮短，μ會(huì)隨著濕度增大而增大，ΔP也隨著時(shí)間增加而增大。
3．中空玻璃的安裝質(zhì)量及使用環(huán)境對(duì)中空玻璃壽命的影響。
中空玻璃在安裝過(guò)程中應(yīng)該避免產(chǎn)生長(zhǎng)久的機(jī)械應(yīng)力存在，對(duì)于墊塊、密封膠、耐候膠應(yīng)該正確使用，起結(jié)構(gòu)粘接作用的膠必須采用結(jié)構(gòu)膠，以保證具有足夠的粘接強(qiáng)度。而在兩塊玻璃接口位置，就必須采用耐候膠密封，以阻擋水氣與中空玻璃或者結(jié)構(gòu)件接觸，保證中空玻璃和結(jié)構(gòu)件具有長(zhǎng)久的壽命。
在不同的地區(qū)使用中空玻璃，由于當(dāng)?shù)氐臍夂驖穸却嬖诤艽蟮牟町?，將?duì)中空玻璃的使用壽命造成很大的影響。濕度大的地區(qū)，由于空氣中的水氣壓與中空玻璃內(nèi)部的水氣分壓差較大，中空玻璃的失效時(shí)間會(huì)縮短，反之，就會(huì)延長(zhǎng)中空玻璃的使用壽命。
為了避免中空玻璃出現(xiàn)過(guò)早失效現(xiàn)象，在制作過(guò)程中應(yīng)該嚴(yán)格控制中空玻璃的原材料，重點(diǎn)選擇水氣密封性能好的密封膠和吸水能力強(qiáng)的分子篩，嚴(yán)格控制中空玻璃的安裝工藝，正確選用合適的密封膠或者結(jié)構(gòu)膠對(duì)中空玻璃組件或者單元進(jìn)行密封和粘接。
二．玻璃炸裂原因及解決措施
玻璃炸裂主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面，一方面是玻璃的熱炸裂，另一方面是鋼化玻璃的炸裂。下面將分別論述：
玻璃熱炸裂的原因：
造成玻璃的熱炸裂因素很多，主要受玻璃自身性能和外部環(huán)境條件的影響，一般來(lái)講，造成玻璃熱炸裂的主要因素有三個(gè)：
1．玻璃的吸熱率
由于熱炸裂的機(jī)理是玻璃吸收陽(yáng)光中的紅外輻照，自身溫度升高，與邊部的冷端之間形成溫度梯度，造成非均勻膨脹或受到約束，形成熱應(yīng)力，進(jìn)而使薄弱部位發(fā)生裂紋擴(kuò)展。
不同部分玻璃溫度差別引起玻璃板內(nèi)的熱應(yīng)力，舉例來(lái)說(shuō)，在熱的季節(jié)，玻璃中心的溫度較玻璃邊部的溫度上升快，因?yàn)椴Ａн叢吭谘b配框的內(nèi)部并將直接輻射遮蔽。在框內(nèi)的玻璃面積可以忽略太陽(yáng)輻射，玻璃中心在溫度增加時(shí)膨脹，玻璃邊部將承受膨脹產(chǎn)生的拉應(yīng)力。玻璃邊部膨脹在下面公式給出：
dL = a x Lx dT
在這里：a是熱膨脹系數(shù)；L是原始長(zhǎng)度；dT是玻璃邊部與中心的溫度差。
誘導(dǎo)應(yīng)力由下式給出：
s = ( dL / L ) x E
這里，E是Young’s模數(shù)；
一度溫度差的誘導(dǎo)應(yīng)力a x E
a=10x10-6/0C和E=70,000MPa(N/mm2)
一度溫度差引起的應(yīng)力大約是0.7 MPa ( N/mm2 )，當(dāng)應(yīng)力水平超過(guò)20MPa( N/mm2 )時(shí)，普通退火浮法玻璃熱炸裂十分危險(xiǎn)，當(dāng)玻璃中心與玻璃邊部溫度差達(dá)到30℃時(shí)，將引起玻璃熱炸裂。如果玻璃的邊部缺陷很多、操作過(guò)程出現(xiàn)損害或者裝配錯(cuò)誤，炸裂將在更低的溫度下發(fā)生。
玻璃本身對(duì)紅外線的吸收率是一個(gè)關(guān)鍵因素，吸熱玻璃和鍍膜玻璃熱炸裂是十分普遍的現(xiàn)象。吸熱玻璃的熱吸收率在20—40之間，如果再鍍膜，則玻璃本身需要經(jīng)過(guò)雙重的太陽(yáng)能加熱，導(dǎo)致玻璃中心溫度與邊部溫度差過(guò)大，更容易產(chǎn)生熱炸裂。在設(shè)計(jì)吸熱玻璃、吸熱鍍膜玻璃工程時(shí)，一定根據(jù)使用環(huán)境來(lái)確定玻璃的品種和安裝位置如鍍膜玻璃透射率、玻璃的朝向、環(huán)境的溫度、玻璃與邊框以及墻體連接情況及墻體的導(dǎo)熱情況等，并盡可能將玻璃做強(qiáng)化或者熱增強(qiáng)處理，提高玻璃本身抵抗熱應(yīng)力的能力。
2.玻璃的板面尺寸
玻璃的板面越大，受熱膨脹后的變形也越大，形成的約束反力也越大，相應(yīng)地造成更大熱應(yīng)力，增加了熱炸裂的幾率。同時(shí)板面尺寸越大，越容易受到其它荷載的更大疊加效應(yīng)。所以在追求大板面玻璃的裝飾效果的同時(shí)，應(yīng)對(duì)風(fēng)荷載、熱應(yīng)力、邊框變形、自重、裝配應(yīng)力等綜合影響作全面考慮。
3．玻璃邊部的加工質(zhì)量
因?yàn)檎T導(dǎo)應(yīng)力集中的作用，一般玻璃炸裂都是從不理想的玻璃邊部開始的。這些炸裂容易鑒別是因?yàn)樗麄冊(cè)趽p害的地點(diǎn)與玻璃邊部垂直相交。。玻璃邊部炸裂紋的數(shù)量取決于玻璃板的邊部缺陷的嚴(yán)重程度和玻璃墊塊的硬度并。一般來(lái)講，應(yīng)該采用邵氏硬度在80-90度的墊塊支撐玻璃的邊部并通風(fēng)避免陽(yáng)光直接照射，墊塊太軟，容易造成玻璃位移，而太硬將對(duì)脆弱的玻璃邊部造成損害，導(dǎo)致玻璃熱炸裂，在加工安裝時(shí)最好將玻璃邊部進(jìn)行精磨，并剔除有嚴(yán)重缺陷的玻璃。
鋼化玻璃炸裂玻璃幕墻維修
能夠?qū)е落摶Ａд训耐獠吭虬ㄘ?fù)載、碰撞、焊滴、不適當(dāng)?shù)拈g隙和邊部損害都可以導(dǎo)致強(qiáng)化玻璃破損，盡管因?yàn)殇摶ＡУ膽?yīng)力高，破損的危險(xiǎn)低。帶有干凈切割邊部的鋼化玻璃在正常環(huán)境條件下，不會(huì)發(fā)生熱應(yīng)力破損，因?yàn)樗麄円蟛Ａе行暮瓦叢康臏囟炔钸_(dá)到90℃-150℃，而導(dǎo)致鋼化玻璃破損的內(nèi)在因素包括鋼化玻璃邊部缺陷等應(yīng)力集中區(qū)域、鋼化玻璃內(nèi)部應(yīng)力過(guò)大和鋼化玻璃內(nèi)部存在硫化鎳雜質(zhì)。前兩種因素是由于鋼化玻璃加工過(guò)程中工藝控制原因?qū)е碌模蚧嚨囊蛩卦谠Ａе谱鬟^(guò)程產(chǎn)生。
玻璃內(nèi)部可能包含硫化鎳雜質(zhì)，以小水晶狀態(tài)存在，在一般情況下，不會(huì)造成玻璃破損，但是由于鋼化玻璃重新加熱，改變了硫化鎳雜質(zhì)的相態(tài)，硫化鎳的高溫α態(tài)在玻璃急冷時(shí)被凍結(jié)，他們?cè)诨謴?fù)到β態(tài)可能需要幾年的時(shí)間，由于低溫β態(tài)的硫化鎳雜質(zhì)將產(chǎn)生體積增大，在玻璃內(nèi)部產(chǎn)生局部的應(yīng)力集中，這時(shí)鋼化玻璃自爆將發(fā)生。然而，僅僅比較大的雜質(zhì)將引起自爆，而且僅僅當(dāng)雜質(zhì)在拉應(yīng)力的核心部位時(shí)才能發(fā)生鋼化玻璃自爆。硫化鎳可以在生產(chǎn)完成后任何時(shí)候發(fā)生，最典型的引起鋼化玻璃自爆的時(shí)間是產(chǎn)品生產(chǎn)完成后的4-5年。
為了減少鋼化玻璃在建筑上自爆的可能，一方面需要在加工制作過(guò)程中，嚴(yán)格控制玻璃的磨邊精度、嚴(yán)格控制鋼化工藝，在滿足鋼化玻璃質(zhì)量要求的情況下盡可能降低鋼化玻璃的內(nèi)部應(yīng)力，嚴(yán)格挑選原片玻璃，將硫化鎳晶體排除在鋼化過(guò)程之外，最后是將鋼化玻璃做熱浸處理，雖然這樣會(huì)導(dǎo)致鋼化玻璃的成本增加，但是可以消除鋼化玻璃在幕墻上自爆的危險(xiǎn)并延長(zhǎng)幕墻的使用壽命。
經(jīng)過(guò)各方面的努力，最終的幕墻產(chǎn)品的使用壽命是可以控制并得到應(yīng)該得到的壽命的，讓我們一起努力，為我國(guó)建筑行業(yè)的發(fā)展做貢獻(xiàn)！
