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同济大学建筑玻璃幕墙结构课件-第二章 玻璃幕墙材料.pdf

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s 2.1 玻璃面板 $ 2.2 铝合金型材 s 2.3 建筑钢材（与钢结构用钢一致） s 2.4 不锈钢 s 2. 5 胶

1、玻璃板材的制作工艺

DBJ50／T-137-2012 重庆市建筑边坡工程检测技术规范20世纪初：高质量的玻璃薄板。融化的玻璃穿过辊简垂直下落然后冷化。 1960年以来浮法玻璃大量地替代了玻璃平板和薄板。 标准纯浮法玻璃的原材料含硅沙晶（72%）、氧化钙、碱、碳酸钾、氧化镁、氧化 铁、白云石、氧化铝和20%左右的回收碎玻璃。

容化罐：玻璃溶液被加热至1500 度或1600度。流下罐的玻璃通过 在玻璃溶液上吹过的冷空气冷却 至1100度。 浮法池：含有熔化锡，玻璃在其 上以带状流动。玻璃在锡上的稳 定厚度一般在6mm～7mm之间。通 过辊简将玻璃带快速倒下，可以 得到较薄或较厚的玻璃板材。

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退火韧化炉：是一个密封箱，控制逐 渐加热和逐渐冷却。因此，浮法玻璃 也称退火玻璃。在退火韧化炉里，玻 璃离在辊筒上传输。为了释放玻璃中的 应力，玻璃带还要经过特殊的热处理 当玻璃送出退火韧化炉时，玻璃的温 度被冷却到100度。

自动切割和仓储：玻璃从退火韧化炉内出现后经过一个检查点，被自动切割为具有 标准长度6m的3210mm×6000mm的板材，更长的玻璃可定制。玻璃板料被捡起并堆放 到仓储间的一侧。

2、玻璃的化学成分和抗腐蚀性

玻璃的化学成分如下表所示：

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碱钙硅酸盐玻璃通常具有较好的抵抗酸和 减溶液的性能。玻璃表面也具有足够的硬度 但是，玻璃的硬度只有5～6Mohs单位，在清 洗玻璃时如果不足够小心的话，尖锐的硬物 甚至水中的微小沙粒都有可能在玻璃表面产 生刮痕。如果一个水膜长时间地附着在玻璃 表面就会形成浸析。硅和水中氧的结合物会 强于玻璃网格空隙中的钠、钙和镁等离子成

分， 这意味看这些离子很快就会与水形成溶液。在水膜中的极少量水中，出现浓 缩碱并侵蚀剩余的酸网格，从而导致玻璃表面的腐蚀。在玻璃窗户和立面上通常不会 产生这样一种侵蚀，除非在水平面上无法排水。水泥矿物质、湿混凝土或强碱清洁剂 也会导致玻璃的浸析。

3、玻璃的微观结构和断裂特性

玻璃的原子粘结性很强，具有原始微观结构和完备表面的玻璃具有极高的理论机械 强度。然而，玻璃体内微观结构的破坏以及玻璃表面的毛孔和刮痕会产生格里菲思 微裂纹。当作用有外荷载时，裂纹尖端会产生极高的应力峰值。与其他材料相比

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这样的应力峰值不会因塑性变形而减少。因为表面裂纹在玻璃表面或钻孔周围是不可 避免的，所以玻璃的实际破坏强度要远远低于其理论强度。

当应力峰值达到“临界（拉）应力”时，裂纹在槽口尖端开始扩展。某些情况 下，裂纹以小的增量扩展，增量之间会停顿。断裂力学中，这样的缓慢或“稳定 的裂纹扩展被称为亚临界扩展，本质上取决于荷载持续时间。短期荷载下的容许应

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力高于长期荷载下的值。裂纹尖端的化学反应会影响亚临界的裂纹扩展，例如，周围 环境的潮湿会加速裂纹的扩展，但是有时也能观察到裂纹闭合。 一且超过临界裂纹扩展速度，裂纹就会失稳，即裂纹宽度迅速增加，这会导致玻 璃单元的突然断裂。 当业临界裂纹扩展在长期荷载下增加以及在裂纹尖端发生相应的化学反应时，必 须将使用多年的玻璃单元的实际最大容许应力降低到根据短期荷载试验所得值之下。 玻璃强度和裂纹深度及荷载作用时间的关系见下图所示

由于建筑结构会承受不同的荷载，可以预 期玻璃表面会因不同的机械原因（如刮擦、清 先、风蚀等）而损伤。此外，机械和化学处 理，如切割、打磨、喷沙、酸蚀、涂层或印花 等，会影响玻璃的表面结构和强度。更严重的 内在损伤是玻璃边缘特别是钻孔周边引起的， 这样的损伤很难通过抛光处理予以消除，因为 抛光很难消除较深的裂纹。 玻璃的实际强度可以通过给玻璃施加保护 层来改善。应用这样一个概念，在一定条件下 可以给夹层或中空玻璃的内表面分配较高的最 大应力。但是，必须同时注意到玻璃边缘的强 度通常在设计中是起控制作用的。

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从强度角度出发，玻璃不是一个传统意义上的材料。玻璃的应力抗力很大程度 上取决于玻璃表面的完备性。根据已知的玻璃晶格的化学粘结性和破断所需的能量 ，玻璃抗拉强度的理论值要远远高于玻璃成品所达到的值，这主要是因为玻璃表面 存在缺陷。表面许多随机微观裂纹和宏观裂缝的存在使玻璃的实际强度值要远远低 于其理论值。由于玻璃没有明显的塑性发展能力，裂缝扩展会导致没有预兆的突然 的脆性断裂。因为玻璃尺寸越大其表面存在缺陷的儿率越高，小片玻璃的测试强度 高于大片玻璃，这就导致了玻璃强度值的高度离散性。因为玻璃裂纹在长期荷载作 用下会扩展直至玻璃破坏，玻璃的强度还与荷载作用时间的长短有关。 玻璃的实际强度不是其理论机械强度，而是取决于其表面（包括端部和钻孔周围 损伤程度的变量。只有通过统计方法才能确定与临界损伤相对应的玻璃强度。微裂 的尺寸和分布是关键因素。刚从生产线下线的玻璃的强度分布也很厂，但高于玻璃 度的平均值。玻璃安装后及在其使用期间，玻璃表面的损伤会累积，其临界裂纹的 成概率会提高。因此，带损伤的玻璃具有较低的平均强度，但相对较窄的概率分布 司样，1000m2玻璃面板的破坏概率是1m2玻璃面板的1000倍

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玻璃与其他材料的物理力学参数比较

玻璃与其他材料的应力一应变关系曲线比较

（1）退火玻璃 按浮法玻璃加工工艺生产的退火玻璃是目前应用最为广泛的玻璃类型。工业化 的生产流程可以制作大量具有理想平面的厚度在2～19mm的高质量、高清晰度的玻 璃。在加工过程中可以对退火玻璃看色制造有色玻璃，或去色制造白色玻璃。退火 玻璃的热疲劳抗力约为30℃（最大40℃），即：如果在玻璃的两个表面存在这一温 差，玻璃将碎裂。退火玻璃的碎裂图样如图所示。

回火钢化工艺的主要目的是将预压应 力导入玻璃表面，以提高玻璃抵抗外部效应 的强度。钢化玻璃也称为预应力玻璃。热回 火是最常用的钢化方法。将玻璃加热到约 650℃某桩基施工组织设计-secret，然后通过空气喷射以率火使玻璃表 面比其内部更快冷却。在玻璃表面冷却后， 内部继续冷却收缩使表面产生压应力，而内 部产生拉应力以与表面压应力相平衡。最终 沿玻璃厚度方向产生了二次函数形的应力分 布，如图所示。

退火玻璃的碎裂后状态

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经过热处理的钢化玻璃的机械性能得到了明显提高。它对均匀荷载、热应力和 大多数冲击荷载的效应，大约是退火玻璃的4倍。钢化玻璃的抗弯强度比普通平板 玻璃大4～5倍。钢化玻璃的厚度最大可加工至19mm。一旦玻璃中有裂纹扩展到受拉 文，因玻璃所固有的应变能的迅速释放，整面钢化玻璃会立即碎裂。玻璃的破坏会 形成许多碎小玻璃粒。所以，同玻璃裂成尖锐片相比，钢化玻璃造成人员伤害的几 率会大大降低。正因为如此，在我国钢化玻璃也称安全玻璃。

钢化玻璃不能被切割，因此板材的切割和钻孔必须 在回火钢化工艺前完成。在回火钢化后，玻璃必须经庆 一个热浸试验。玻璃被加热到290℃后，在此温度下放 置数小时以检查硫化镍（NiS）的存在，硫化镍能够导 致玻璃在暴露于高温下的裂爆，即所谓的“自爆”。 为强化玻璃薄板，可特别采用化学钢化方法。在罐 中，离子交换反应可以导致玻璃表面的钠离子被大量的 钾离子所替换，使玻璃表面受压。化学钢化玻璃很少用 王建筑用途，

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半钢化玻璃的加工工艺类似手钢化 玻璃，但其冷却过程较慢。半钢化玻璃 强度的增加约为钢化玻璃的一半，加工 享度可达12mm。与退火玻璃类似，半钢 化玻璃的破裂块是大片的，如图所示。