浅谈安全玻璃的作用

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浅谈安全玻璃的作用:浅析汽车安全玻璃质量及影响

摘 要:汽车工业的高速发展,汽车的普及性和私有化日益增加,汽车玻璃的质量安全与众多消费者的利益切身关联。

关键词:汽车玻璃;质量;安全

随着中国车辆的社会化和私家车的大量发展,汽车玻璃的安全保障作用越来越受到全社会的重视。汽车风窗玻璃作为汽车安全系统的重要组成部分之一,已经不只是一个遮风挡雨的工具,它随时关系到驾驶员和乘客的安全。目前汽车安全玻璃主要是前风窗夹层玻璃和风窗以外用钢化玻璃。夹层玻璃是在玻璃与玻璃之间夹入透明而有弹性的PVB胶片,经高温高压粘结而成复合玻璃。由于PVB中间膜与玻璃牢固的韧性粘结,它能抵挡经汽车高速行驶时意外撞击的穿透。当玻璃受撞击力而破碎时,碎片被强韧的PVB中间膜粘结,可防止碎片的飞散和脱落,整块玻璃仍保持完整,因而能避免因碎片的飞散或脱落造成人身伤害。钢化玻璃是由单层玻璃经过加热、冷却等工艺流程处理后的安全玻璃产品,其机械强度较普通玻璃得到提高,且玻璃破碎后,碎片呈均匀小颗粒,不会对乘客造成伤害。汽车安全玻璃光学指标不符引发后果和影响如下:

一、可见光透射比项目不合格会影响驾驶员白天在日光下和夜晚在灯光下驾驶时视物能力模糊

可见光透射比从直观上分析就是玻璃的清晰度,清晰度低引起视觉模糊,高速行驶时看不清前方事物,既造成视觉疲劳,又影响行车安全。适当的透射比,能保证驾驶员在各种气候条件下及夜晚驾车时有适宜的驾驶环境。所以汽车安全玻璃的外观看要清晰透明,不刺激眼睛。

二、副像偏离

副像偏离(项目)是指当玻璃两个表面不平行时,在一定的光照条件下,通过玻璃看物体时,除了看到主像(视线观察范围内目标物),还会看到一个或多个副像(俗称影子),副像与主像之间形成的夹角称为副像偏离角。夜晚驾车时,在黑暗背影中,明亮的灯光引起的副像非常明显。如果副像偏离较大时驾驶员就会产生错觉,易发生交通事故。汽车安全玻璃发现上述现象引起足够重视,可到专业检测机构进一步检测,从而避免发生意外。

三、光畸变产生项目

光畸变产生项目是指玻璃表面凹凸不平或局部光学不均匀,使通过的光线产生偏离,从而使物体变形。如光变化较大,则易使驾驶员的眼睛产生疲劳,导致交通事故的发生。按照正常的玻璃来讲,应该透过玻璃看车外的一些道路、人员啊,或者其他的一些物体,不应该有变形,如果有变形的话,我们叫作光畸变,如果它变形超过一定情况的时候,这种变形对人的视觉影响非常大,人的视觉呢会影响到整个脑细胞这种思维吧,那么这些对人直接反应就是容易犯困,就是容易造成视力一种模糊,这样对驾驶是非常非常不安全的。汽车前挡玻璃在汽车行驶中不仅要给司乘人员提供良好的视野,而且在遇到突发性事故时必须为驾驶人员及乘客提供保护。它需要根据车身线条设计形成一定的弧度,才能保证玻璃和车身完全契合。这种弧度需要专业的厂家在精确的模具尺寸和严格的温度控制下,将玻璃加热烘弯才能加工完成。目前,在我国,新车出厂装配的汽车安全玻璃,一般不会出现光畸变的问题。但当汽车前风挡玻璃因为破碎需要更换时,所更换的玻璃往往质量良莠不齐,有些不合格玻璃除了可能造成光畸变以外,还可能存在更大的安全隐患。汽车安全玻璃表面侧看、正看有无明显的凹凸不平或局部光学不均匀(俗称水平波纹)。

四、颜色识别项目

行车安全性不仅受其操作安全视线等因素的影响,而且受颜色识别度影响。心理学家认为,视认性好的颜色能见度佳,颜色的明暗性,在人们视觉中的亮度是不同的,可分为明色和暗色。红色和黄色为明色,视认性较好。暗色看起来会觉得小一些、远一些和模糊一些。颜色识别关系到驾车的安全问题,对驾驶员的可视性产生影响。通常情况下,选择比较容易被人的眼睛所辨,能保持一定的透明度,不影响视线即行车安全。

现代化汽车对玻璃的最基本的要求是玻璃必须具备足够的安全性,这个安全性体现在以下三个方面:1.足够的机械强度现代化汽车要在各种崎岖不平的路面上高速行驶,在行驶过程中路面上的砂石会撞击玻璃,汽车颠簸振动和急刹车时乘员的头部和身体都可能会撞击玻璃,所以要求玻璃具有足够的机械强度;2.优良的光学性能现代化汽车要求玻璃具有优良的光学特性包括透光度70%以上;光畸变小,即透过玻璃观察物体不得有显著变形;副像偏离角小,即透过玻璃观察一个物体不会误认为是两个。当然更不能把道路交通标志的颜色混淆;3.耐环境稳定性好现代化汽车要在各种恶劣气候条件下行驶,如高温、曝晒、高湿等情况,要求玻璃在这些情况下外观质量无变化。

汽车风窗玻璃安装系统的安全保障作用我们知道,汽车玻璃不同于普通的商品,它的损坏有极其特殊性和偶然性,而且汽车玻璃一旦破损,就需要马上进行更换或修补,这不仅是为了防止漏风、漏水等,更是为了司机、乘客的安全。汽车风挡玻璃作为汽车安全部件的重要组成部分之一,与安全带、安全气囊被称为汽车安全保护三要素。

浅谈安全玻璃的作用:在高层建筑玻璃幕墙中如何选用安全玻璃

【摘 要】 本文介绍了几种建筑玻璃的生产工艺及特性，并从安全的角度讨论了高层建筑玻璃幕墙上安全玻璃的选择原则。

【关键词】 玻璃幕墙；钢化玻璃；半钢化玻璃；夹层玻璃；自爆

１　引言

随着使用年限的增长，玻璃幕墙的隐患逐渐暴露出来，除了光污染，玻璃幕墙的自爆、脱落都成为城市的安全隐患，而目前国家允许的钢化玻璃自爆率为３‰。虽然目前建筑玻璃的质量和强度都有足够的保障，但毕竟玻璃的抗震性和抗变形能力都有欠缺，一旦遇到台风、飓风、地震、冰雹、温差急速变化等，均有可能会导致安全事件。自２００４年１月１日起施行的《建筑安全玻璃管理规定》规定：“建筑物需要以玻璃作为建筑材料的下列部位必须使用安全玻璃：７层及７层以上建筑物外开窗、幕墙（全玻幕墙除外）”，同时规定“本规定所称安全玻璃，是指符合现行国家标准的钢化玻璃、夹层玻璃及由钢化玻璃或夹层玻璃组合加工而成的其他玻璃制品，如安全中空玻璃等”，旨在规范建筑玻璃的使用。

２　建筑幕墙常用玻璃简述

建筑幕墙常用玻璃包括钢化玻璃、半钢化玻璃及其组合而成的夹层玻璃、中空玻璃等。

２．１　钢化玻璃。钢化玻璃是将浮法玻璃在钢化炉中均匀加热至６２０℃，使之轻度软化膨胀，再在其表面吹冷空气使之迅速冷却，使其表面产生压应力，强度设计值和耐冲击性能大幅提高，是普通玻璃的３～５倍，并且玻璃破碎后成小颗粒状。

２．２　半钢化玻璃。半钢化玻璃制作的热处理过程与钢化玻璃类似，只是冷却方法不同，吹风强度降低，冷却时间长。其机械性能也有较大提高，破碎时会有大的碎片和放射状的裂纹，与普通玻璃的破碎状态类似，但碎片一般没有锋利的尖角。单片半钢化玻璃不是安全玻璃。

２．３　夹层玻璃。夹层玻璃是由一层玻璃与另外一层或多层玻璃及塑料膜中间层而成的玻璃制品。幕墙用的夹层玻璃中间层通常采用ＰＶＢ或ＥＶＡ膜。

２．４　中空玻璃。中空玻璃是由两片或多片玻璃以有效支撑均匀隔开并周边粘结密封，使玻璃层间形成有干燥气体空间的制品。

３　高层建筑铝合金幕墙用玻璃比较

３．１　应力特性与破碎概率。《幕墙用钢化与半钢化玻璃》（ＧＢ１７８４１－１９９９）要求钢化玻璃其表面应力不应小于９５ＭＰａ；半钢化玻璃表面应力值在２４～６９ＭＰａ之间。美国ＡＳＴＭ标准Ｃ１０４８规定：钢化玻璃为６９Ｍｐａ以上、半钢化玻璃为２４～５２Ｍｐａ。玻璃钢化程度越高，表面应力值越大，材料强度值就越大，破碎后颗粒也越小。

３．１．１　自爆是钢化玻璃的固有特性之一，所谓自爆，即是钢化玻璃在无直接机械外力作用下发生的自动性炸裂，普通钢化玻璃的自爆率在１～３‰左右。自爆可能在几个月内发生，也可能在几年甚至十几年后发生。

３．１．２　产生自爆的原因。

３．１．２．１　玻璃质量缺陷的影响。首先，玻璃中有结石、杂质，气泡：玻璃中有杂质是钢化玻璃的薄弱点，也是应力集中处。特别是结石若处在钢化玻璃的张应力区是导致炸裂的重要因素。结石存在于玻璃中，与玻璃体有着不同的膨胀系数。玻璃钢化后结石周围裂纹区域的应力集中成倍地增加。当结石膨胀系数小于玻璃，结石周围的切向应力处于受拉状态。伴随结石而存在的裂纹扩展极易发生。其次，玻璃中含有硫化镍结晶物。硫化镍夹杂物一般以结晶的小球体存在，直径在０．１～２ｍｍ。外表呈金属状，这些杂夹物是Ｎｉ７Ｓ６、ＮｉＳ、ＮｉＳ１．０１。最后，玻璃表面因加工过程或操作不当造成有划痕、炸口、深爆边等缺陷，易造成应力集中或导致钢化玻璃自爆。

３．１．２．２　钢化玻璃中应力分布不均匀、偏移。玻璃在加热或冷却时沿玻璃厚度方向产生的温度梯度不均匀、不对称。使钢化制品有自爆的趋向，有的在激冷时就产生“风爆”。如果张应力区偏移到制品的某一边或者偏移到表面则钢化玻璃形成自爆。

３．１．２．３　钢化程度的影响，实验证明，当钢化程度提高到１级／cm时自爆数达２０～２５％。由此可见应力越大钢化程度越高，自爆量也越大。

３．２　破碎特性。钢化玻璃的自爆没有征兆，十分突然，并且破碎后成小颗粒状，在风荷载作用下容易洒落，残余强度较低，所以路人较难有时间躲闪。有些玻璃碎片散落在地面的距离达１０ｍ宽。钢化玻璃的表面应力为２．８～４．８ＭＰａ时，玻璃破碎后碎片相对较大，与普通浮法玻璃的破碎状态类似，碎片趋于相互锁在一起并保持在玻璃框上，尤其是玻璃四边是用结构胶粘结在框上的构造更是如此，残余强度较大，路人通常有时间避让，工程人员也有时间维修。

３．３　经济性。钢化玻璃若自爆后需要成本进行维修，更让人头疼的是玻璃自爆后洒落地面时可能带来的意外伤害，以及维修前室外风雨给房间内可能带来的损坏。为了降低钢化玻璃的自爆率，可以采用如下方案：

３．３．１　降低钢化玻璃的应力值。钢化玻璃中应力的分布是钢化玻璃的两个表面为压应力，板芯层处于张应力，在玻璃厚度上应力分布类似抛物线。玻璃厚度的中央是抛物线的顶点，即张应力最大处；两侧接近玻璃两表面处是压应力；零应力面大约位于厚度的１／３处。通过分析钢化急冷的物理过程，可知钢化玻璃表面张力和内部的最大张应力在数值上有粗略的比例关系，即张应力是压应力的１／２～１／３。国内厂家一般将钢化玻璃表面压应力设定在１００ＭＰａ左右，实际情况可能更高一些。钢化玻璃自身的张应力约为３２～４６ＭＰａ，玻璃的抗张强度是５９～６２ＭＰａ，只要硫化镍膨胀产生的张应力在３０ＭＰａ，则足以引发自爆。若降低其表面应力，相应地会降低钢化玻璃本身自有的张应力，从而有助于减少自爆的发生。

美国标准ＡＳＴＭＣ１０４８中规定钢化玻璃的表面应力范围为大于６９ＭＰａ；半钢化（热增强）玻璃为２４～５２ＭＰａ。幕墙玻璃标准ＢＧ１７８４１则规定为半钢化应力范围为２４～６９ＭＰａ。新国家标准ＧＢ１５７６３．２－２００５《建筑用安全玻璃第２部分：钢化玻璃》要求其表面应力不应小于９０ＭＰａ，这比此前老标准中规定的９５ＭＰａ降低了５ＭＰａ，有利于减少自爆。

３．３．２　使玻璃的应力均匀一致。钢化玻璃的应力不均，会明显增大自爆率，已经到了不容忽视的程度。应力不均引发的自爆有时表现得非常集中，特别是弯钢化玻璃的某具体批次的自爆率会达到令人震惊的严重程度，且可能连续发生自爆。其原因主要是局部应力不均和张力层在厚度方向的偏移，玻璃原片自身质量也有一定的影响。应力不均会大幅降低玻璃的强度，在一定程度上相当于提高了内部的张应力，从而自爆率提高了。如果能使钢化玻璃的应力均匀分布，则可有效降低自爆率。

３．３．３　热浸处理。热浸处理又称均质处理，俗称“引爆”。热浸处理是将钢化玻璃加热到２９０℃±１０℃，并保温一定时间，促使硫化镍在钢化玻璃中快速完成晶相转变，让原本使用后才可能自爆的钢化玻璃人为地提前破碎在工厂的热浸炉中，从而减少安装后使用中的钢化玻璃自爆。该方法一般用热风作为加热的介质。

热浸难点。从原理上看，热浸处理既不复杂，也无难度。但实际上达到这一工艺指标非常不易。研究显示，玻璃中硫化镍的具体化学结构式有多种，如Ｎｉ７Ｓ６、ＮｉＳ、ＮｉＳ１．０１等，不但各种成分的比例不等，而且可能掺杂其他元素。其相变快慢高度依赖于温度的高低。研究表明，２８０℃时的相变速率是２５０℃时的１００倍，因此必须确保炉内的各块玻璃经历同样的温度制度。否则一方面温度低的玻璃因保温时间不够，硫化镍不能完全相变，减弱了热浸的功效。另一方面，当玻璃温度太高时，甚至会引起硫化镍逆向相变，造成更大的隐患。这两种情况都会导致热浸处理劳而无功甚至适得其反。热浸炉工作时温度的均匀性是如此的重要，而三年前多数国产热浸炉热浸保温时炉内的温差甚至达到６０℃，国外引进炉存在３０℃左右的温差也不少见。所以有的钢化玻璃虽经热浸处理，自爆率依然居高不下。

尽管热浸处理不能保证绝对不发生自爆，但确实降低了自爆的发生，实实在在地解决了困扰工程各方的自爆问题。所以热浸是世界上一致认可的彻底解决自爆问题的最有效方法。

半钢化玻璃由于通常不自爆而一般不存在上述问题。

由于玻璃钢化和半钢化的价格基本一样，有人可能希望通过提高玻璃的强度值来降低玻璃的厚度，但实际上，在很多工程中，幕墙的分格尺寸都比较大，使得玻璃的厚度是由挠度而不是强度来控制，此时玻璃的高强度值并不会减少玻璃的厚度，节省材料。

3.4　美观性。虽然《幕墙用钢化与半钢化玻璃》（GB17841-1999）中规定钢化和半钢化玻璃的弯曲度相同，但由于两种玻璃热处理后的冷却方法不一样，实际得到的弯曲度也不一样。钢化玻璃的冷却方法是在其表面吹冷空气使之迅速冷却，而半钢化玻璃冷却时的吹风强度大为降低，冷却时间较长，因此弓形和波形都比钢化玻璃好，镀上金属膜形成热反射玻璃或低辐射玻璃后平整度更好，外观效果更理想。

4　实际应用

钢化玻璃和半钢化玻璃在国内外很多建筑幕墙都使用过，但香港和国外工程在高层建筑幕墙上更趋向于采用半钢化玻璃和其制成的中空玻璃，如上海金茂大厦、香港金融中心二期和美国西尔斯大厦。而且现在更多地采用半钢化玻璃制成的夹层中空玻璃，玻璃破碎后有更大的残余强度，一般情况不会坠落。香港廉政公署新办公大楼，大面幕墙采用半钢化夹胶中空玻璃，并特意在局部采用钢化玻璃，并设置明显标志，以便在发生紧急情况时室内外的人员可以敲碎此处玻璃进行逃生和营救。因此建议在建筑上的一般部位采用半钢化玻璃及其组合的夹层中空玻璃；在易遭受撞击、冲击而造成人体伤害的部位，如门和标高在5m以下的玻璃拦板，选用应力大于90Mpa的钢化玻璃及其组合玻璃。玻璃幕墙下应设置绿化带或雨蓬，防止路人靠近。总之，设计以人为本，应该根据实际情况采用更安全的材料。

浅谈安全玻璃的作用:为一块安全玻璃悉尼歌剧院延工九年

就算你一辈子没有听过歌剧，但是你也一定能认出悉尼歌剧院，作为澳大利亚的地标性建筑，悉尼歌剧院独特的折叠式拱形帆船外形让人叹为观止，堪称人类现代建筑史上的一个奇迹。

除了外形的精美外，悉尼歌剧院还有另一个精妙之笔，那就是，坐在歌剧院里面每一个角落的每位观众，都能够无遮挡、清晰地欣赏到外面的风景，比如海面上来往的帆船、白鸥。因为歌剧院主要的墙体都是用透明的玻璃砌块制成的，而这一切都得益于歌剧院的总设计师――丹麦建筑师约恩・乌松。

悉尼歌剧院于1963年动工建设，因为歌剧院位于悉尼港码头的中心地段，地理位置优越，环境无比优美，这促使乌松修改了最初的方案，决定将整个歌剧院高达近六十米的墙体全部改成用玻璃制成的砌块，这样在里面的任何一位观众都能欣赏到外面美丽的风景。

因为这是一项临时的改动，一共大约需要使用二十五万块高硬度的玻璃砌块，这大大超出当初的成本预算，遭到相关部门的强烈反对。好在，最终乌松取得了胜利，玻璃墙体得以开工建设。

然而，接下来发生了一件意想不到的事情。就在已经安装到二十三万多块玻璃砌块时，从歌剧院的屋顶上突然掉落下一块大瓷砖，砸到一块已经安装好的玻璃上，这一幕恰好被在施工现场的乌松看到。他立即让人搬来梯子，爬到被砸中的玻璃处，查看玻璃有没有受损。结果发现，玻璃出现了一道非常非常细微的裂纹，但如果不认真反复细看，根本无法发现。

这道小裂纹在常人看来，大可不必担心，因为它委实太小，但它却让这位严谨的建筑大师坐立不安。他想，如果玻璃被一块更大的瓷砖击中，导致瞬间破碎，那么坐在歌剧院里的观众岂不是要遭大殃？

当乌松把这担忧表达出来后，许多人都觉得他是在杞人忧天，因为这些墙体上的玻璃在当时已经是最坚硬的了，很难被外力击碎。但乌松却坚持认为，如果万一被击碎了呢？

最终，乌松暂停了玻璃墙体的安装工作，并且召集了所有的工程人员开会，研究新的预防玻璃破碎的对策。在上个世纪六十年代，用于建筑的玻璃制造工艺还远没有今天的发达，钢化玻璃尚未诞生。

新的对策和替代物找不出来，工程只能继续延工。经过近一个月的反复思量，终于有人想出了一个方法，这个方法的灵感来源于第一次世界大战，协约国士兵们所戴的防毒面具。它是用一种特殊的双层玻璃做成的，中间添加了一种特殊的防爆物质，即便被炸碎，上面的玻璃碎片也不会刺伤士兵的眼睛和脸部。

用这种玻璃做墙体砌块再好不过了，乌松兴奋不已，立即联系到澳大利亚的一家军工企业，要求对方按照最高的标准来做，以保证歌剧院最高处的瓷砖击中最低处的玻璃时，玻璃不会发生破碎。

因为新玻璃的材质特殊且要求的数量多达二十五万块，要花上千万美元，加上拆下来的那些已装上的玻璃砌块已难派上新用途，花在玻璃墙体上的成本变得极高。对换玻璃原本就不同意的反对派此时更是一百个不同意，不愿意为这一大笔超支的投入买单，但乌松也坚持己见不动摇，于是歌剧院只得停工，而这一停就是难以想象的九年。

1973年，在第三方的注资帮助下，悉尼歌剧院终于得以按照乌松的设计竣工了。当时，全通透而且异常安全的玻璃墙体，创造了一个世界纪录。

一直到今天，三十八年来，悉尼歌剧院没有发生一起玻璃砌块破碎砸伤观众的事件，成为全世界迄今为止最安全的音乐艺术殿堂。

为了一块玻璃拖延了九年，时间虽然长了一些，但建筑是“百年大计”之事，以九年换取长久的安全，不值得吗？