钢化玻璃自爆原因分析及预防处理方法

何宏安

摘要：钢化玻璃的自爆现象多在玻璃幕墙工程发生，一旦发生，会造成非常严重的后果，如：玻璃幕墙在使用过程中因自爆而造成的人员伤亡及财产损失，影响建筑外观、破坏建筑结构、使幕墙失去使用功能，造成经济损失。因此，只有了解和掌握钢化玻璃自爆机理，才能有针对性地采取预防措施。基于此，文章针对钢化玻璃自爆原因展开分析，并提出了预防处理方法，以供参考。

关键词：钢化玻璃；玻璃自爆；自爆原因；预防处理

钢化玻璃自爆现象多发生在使用温度不低于5℃的环境中，但也有少数工程因气候（特别是冬季）影响而发生在较高温度的环境中。尤其是夏季和冬季，由于气温不稳定和温差变化大，空气中氧气含量偏低，使钢化玻璃的热膨胀系数增大，导致热应力集中在钢化玻璃的某一区域，当这一区域内存在有能与其产生热应力作用的外来物时，钢化玻璃就会发生自爆。由于钢化玻璃在低温或高温时的热应力会随着温度变化，故当钢化强度提高时（尤其是在提高到一定强度后），自爆的概率也相应增大。

一、钢化玻璃自爆的原因分析

（1）在玻璃原料质量不合格，如碎料、杂质等，这些物质在高温条件下会产生应力集中现象，甚至破坏钢化玻璃表面的应力分布状态，从而导致钢化玻璃自爆。

（2）玻璃原料中存在大量气泡，如：玻璃液中混入了气泡或玻璃原料中混入了较多的杂质等都会形成气泡，当气泡增大时，会引起钢化玻璃表面应力集中现象。

（3）由于原片玻璃质量不好而引起的自爆。如原片玻璃存在裂纹、划痕、坑洞等缺陷以及原片玻璃存在影响钢化的异物（如硬物、尖角）都会造成应力集中现象。

（4）生产过程中未严格控制工艺参数。如：压延时的温度过高或压力过大、未充分冷却等都会引起应力集中现象。

（5）由于钢化炉加热位置不合理，加热速度太快或太慢等，都会造成钢化玻璃应力分布状态的改变，产生应力集中现象，从而引起自爆。

（6）由于钢化炉进行热加工处理时，不当的工艺操作，如未按照规定的程序操作，或加热温度和加热位置等参数不合理，都会造成钢化玻璃自爆现象。如：加工时玻璃的透光度较差、钢化炉传热能力差等都会引起应力集中现象。

（7）由于运输条件恶劣造成玻璃破碎而引起自爆。

（8）由于使用过程中造成的自爆现象。如：使用过程中经常碰撞造成钢化玻璃表面破损或划伤，而划伤又会影响钢化玻璃表面应力分布状态，从而使钢化后形成应力集中而引起钢化玻璃自爆现象。

（9）由于运输过程中的挤压、碰撞或震动等造成钢化后玻璃破损。如：玻璃受到碰撞时产生的破损主要有两种情况，一种是由于玻璃自身存在缺陷造成的局部破损；另一种是由于运输过程中产生的磕碰等造成钢化玻璃整体破损（破碎），钢化玻璃在受到外力时发生局部或整体碎裂现象，玻璃碎片进入建筑物内引起人员受伤。

（10）钢化玻璃在钢化时，因内部应力释放不完全而造成自爆。如：钢化玻璃在钢化时因钢化炉的设计及钢化工艺水平影响，不能完全消除应力、释放不充分，出现局部自爆现象；钢化玻璃在进行二次钢化处理时，因处理方式不当，出现自爆现象。

（11）由于建筑施工、装饰装修等原因造成玻璃破损而引起自爆。如：工程施工过程中玻璃破碎造成玻璃碎屑进入建筑物内；装饰装修过程中因为玻璃安装位置不当或对玻璃进行切割操作时将玻璃碎片带入建筑物内造成玻璃碎片进入建筑物内引起人员受伤等。

（12）钢化玻璃内部的硫化镍膨胀是导致钢化玻璃自爆的主要原因。玻璃经钢化处理后，表面层形成压应力。内部板芯层呈张应力，压应力和张应力共同构成一个平衡体。玻璃本身是一种脆性材料，耐压但不耐拉，所以玻璃的大部分破碎是张应力引发的。钢化玻璃中硫化镍晶体发生相变时，其体积膨胀，处于玻璃板芯张应力层的硫化镍膨胀使钢化玻璃内部产生更大的张应力，当张应力超过玻璃自身所能承受的极限时，就会导致钢化玻璃自爆。

二、钢化玻璃自爆的表现形式

1.热应力引起的自爆

玻璃在热循环过程中，由于加热不足，玻璃局部温度过高，超过了其自身所能承受的温度范围而发生破坏。钢化玻璃自爆在工作时主要表现为玻璃表面局部出现裂纹。

2.冷应力引起的自爆

当玻璃在工作时，由于温差过大，其自身所能承受的最大温度也不能满足自身的承受能力，导致玻璃损坏。钢化玻璃发生自爆时，从钢化玻璃的外观上看基本没有变形。由于钢化玻璃在工作时内部会有应力存在，所以钢化玻璃在工作时一般不会出现自爆。但是，当钢化玻璃发生自爆时，通常会由于碎玻璃的散落而产生一定程度的碎片飞溅。从钢化玻璃的外观上看，有一条明显的裂纹。当该玻璃碎裂时产生的碎片飞溅造成了玻璃表面附近区域的不正常破损和对人产生伤害。

3.钢化炉热加工处理引起的自爆

钢化玻璃在钢化炉工作时会受到持续高温影响，会出现明显尺寸变化、扭曲变形等现象。经热加工处理后的钢化玻璃自爆主要表现为表面出现细小裂纹，并且裂纹随着热加工温度的升高而扩展并增大。对于钢化玻璃自爆成因研究表明，热循环对玻璃表面应力状态具有重要影响。在实际使用中，可以通过调整玻璃表面应力分布情况来抑制或消除自爆。目前，国内应用较多的是表面存在划痕和裂纹（即俗称“鬼影”）的钢化玻璃。由于钢化炉工作时加热时间有限和受热不均，导致部分玻璃温度过高，导致玻璃出现局部应力集中现象。因此，避免自爆最重要也是最有效方法就是在钢化炉工作时对玻璃进行一定程度高温处理或采用“双保险”的热加工处理方式，即在钢化炉工作时对玻璃进行二次高温处理。

三、玻璃的特性对自爆率的影响

玻璃的特性对自爆率也有一定影响，根据JGJ106-2003标准中的规定，玻璃的自爆临界点温度为-100~380℃，在此温度以下的玻璃自爆率较低，超过此温度后，其自爆发生的概率迅速增加，故自爆临界点温度点应根据使用目的确定。

当玻璃自爆出现在钢化玻璃的周边及四角上，表明玻璃自爆面已接近钢化玻璃的薄弱处。例如：

（1）对于平片、公制厚度为5 mm及以下的钢化玻璃，其自爆率大于8%；公制厚度为5 mm以上的钢化玻璃自爆率为20%-30%。

（2）在相同的钢化炉压力下（1.2 MPa），厚度为3 mm或4 mm的钢化玻璃自爆温度点高于3.2℃；厚度为6 mm和8 mm的钢化玻璃自爆温度点高于5.1℃。

（3）公制厚度为8 mm或以上的钢化玻璃自爆率高于公制厚度为3 mm或4 mm以下时。

（4）夹层玻璃比单片玻璃自爆率高。由于夹层玻璃具有多层复合结构，夹层厚度越厚，自爆率越高；夹层玻璃中含有填充材料及胶结材料越多，自爆率越高。因此在保证钢化玻璃强度合格的前提下，应尽量降低夹层玻璃自爆。

四、钢化玻璃自爆的预防措施

1.选择好的玻璃

钢化玻璃的自爆率与玻璃的材质有关，通常情况下，玻璃越厚、越硬，其自爆的可能性越小。因此，在实际施工中应选择质量好的玻璃。这类钢化玻璃在破碎后呈细小颗粒状，不易造成人员伤害，安全性能较高。钢化玻璃作为一种非晶态材料，是由不同密度的无机化合物和少量添加剂经过高温加热、加压处理后形成的一种新型无机非金属材料。因此，需确保玻璃的安全特性（如高抗冲击强度、抗弯曲强度、自爆危险性）满足要求，通过合理设计夹层玻璃组成和尺寸以及钢化温度等因素，降低安全玻璃的自爆率。

2.钢化工艺

（1）钢化炉温度控制：钢化炉工作时，必须严格控制炉内温度，玻璃表面温度与炉内温差应小于100℃。当温差过大时，玻璃表面会产生大量的自爆性裂纹，造成玻璃损坏。

（2）加热时间控制：一般情况下，钢化炉加热时间应控制在6~8 min（按10mm普通浮法玻璃计算）。加热时间过长，玻璃内部应力减小；加热时间过短，玻璃内部温度升高。玻璃在此情况下将会导致自爆的产生。

（3）玻璃表面处理：钢化后的玻璃表面存在划痕和裂纹，是自爆的主要原因之一。因此，在钢化过程中必须进行表面处理。

（4）钢化玻璃尺寸控制：钢化玻璃的尺寸应严格控制在产品规定尺寸之内，不能有较大的变形、扭曲、收缩等现象；同时，钢化玻璃尺寸误差应小于±1%。

（5）冷却处理：当钢化玻璃自爆后，应迅速进行冷却处理，即快速冷却。通常情况下，在20 min内完成降温处理即可。

3.表面处理

表面处理主要是在玻璃表面涂敷保护膜，其厚度通常在0.3~0.4μm之间。经表面处理后的玻璃，其自爆倾向大大降低。从物理性质上看，钢化玻璃的表面状态是玻璃表层应力状态的直接体现。因此，当钢化炉工作时通过对玻璃进行一定程度的热加工处理，可以在一定程度上降低钢化玻璃的自爆率。玻璃经钢化炉工作后产生的热应力，如果玻璃内部存在一定程度的应力集中现象，则玻璃内部将产生一定程度的自爆倾向。因此，减少钢化玻璃的自爆倾向，可通过对钢化玻璃进行一定程度的热加工处理来实现。目前，国内大多数钢化玻璃厂家采用两种方法来提高自爆倾向：（1）增加钢化玻璃厚度；（2）在钢化玻璃上涂敷保护膜。这种方法虽然能在一定程度上降低自爆倾向，但是却会导致成本提高、施工难度增加、生产效率降低等问题。因此，提高钢化玻璃的自爆率一般不采用这种方法。通常情况下，钢化玻璃自爆倾向较高的部位是边缘或角落等部位。这些位置通常具有较高的应力集中和应力传递能力。在玻璃制备时，将这些部位去除一部分或全部表面后，再对其进行热压处理，均会使这些部位的应力重新分布，降低自爆概率。

4.镀膜

镀膜是将高分子薄膜或金属在真空中沉积在玻璃表面，形成一层透明的薄膜，从而改善玻璃表面的光学性能。镀膜工艺简单，操作方便，可使玻璃获得透明或半透明状态。通过对镀膜后的玻璃表面进行观察和检测，可以发现镀膜后玻璃的折射率、表面缺陷等方面都有很大改善。目前常用方法有两种：（1）利用镀膜工艺，抑制或减少钢化玻璃的冷应力。例如在钢化玻璃表面镀一层低辐射镀膜或者镀多层低辐射镀膜，可以有效地减小玻璃表面温度的变化率，从而降低或抑制钢化炉工作时引起的热应力，使钢化炉工作时达到最佳工作状态，从而有效地避免或减少钢化玻璃自爆。（2）通过改变玻璃结构或重新设计玻璃，减小冷应力。例如将部分玻璃换成C型钢化、增强夹层钢化玻璃等，均可有效地降低钢化炉工作时对玻璃产生的冷应力。对于存在划痕和裂纹的钢化炉，工作时需要对其进行重新的设计和改造，使其达到最佳工作状态，从而避免或减少自爆发生。

5.正确安装

（1）在安装过程中，要对玻璃进行定位、夹紧，使玻璃与框（或夹板）之间保持一定距离，使钢化玻璃处于微张状态，减少应力集中。

（2）安装过程中，要注意施工操作人员的正确使用和安全防护措施。例如：在安装玻璃时，应佩戴防砸的护具，防止玻璃破损；在使用防爆膜或其他防爆装置时，应正确佩戴使用；在施工现场作业时，要保证自身的安全。

（3）安装玻璃的人员要严格按照操作规程进行施工，做到安装认真、不留隐患。

（4）钢化玻璃是一种安全建材材料，具有良好的安全性与耐久性，但钢化玻璃存在一定的自爆率。在安装过程中，应尽量减少人为因素导致的自爆发生。例如：施工前应做好钢化玻璃表面清洁工作；使用专用玻璃刀及玻璃钳进行施工作业；采用冲击钻进行加工等。

（5）玻璃幕墙在运营过程中，要加强日常检查维护力度，发现问题及时处理。

6.日常维护保养

钢化玻璃虽然强度高、耐热、耐冲击，但其具有脆性，在使用中受到碰撞或外力冲击后容易产生裂痕，影响其使用功能。因此在日常使用中应注意以下几点：

（1）勿用力碰撞钢化玻璃；（2）当玻璃表面出现划痕、碰击等破损时，应及时更换或修补；（3）切忌用尖锐物品撞击玻璃；（4）严禁用腐蚀性物质擦拭玻璃，以免对玻璃造成损伤，影响其正常使用。（5）当发现钢化玻璃表面有杂物或裂纹时，应及时进行处理，防止进一步损坏。（6）避免让钢化玻璃暴露在高温环境下，防止自爆现象的发生。（7）对钢化玻璃表面进行日常的清洁保养时，可用软布蘸专用的玻璃清洁剂进行清洁；玻璃上如果沾有油污时，应用洁净的布轻轻擦拭干净；但不要用含有酸、碱成分的湿抹布擦拭；此外在玻璃表面有明显划痕时则不可使用硬物刮擦。另外不可使用有机溶剂等进行清洁，以免损伤钢化玻璃表面。

7.自爆发生后的处理

（1）发现自爆后，应立即关闭电源，避免造成人员触电或其他伤害。（2）发生爆炸后会有大量的玻璃残渣掉落，此时不能用水冲洗，避免碎片飞溅伤人。如果是玻璃碎片飞溅伤人，可用水冲洗受伤部位进行止血处理。（3）在发生爆炸后，会有大量的玻璃残渣掉落，应避免接触玻璃碴，防止皮肤划破。（4）如果发现被炸碎的玻璃渣块溅入眼中，应立即用大量的水冲洗眼睛。（5）在发生爆炸后要保持冷静，不能惊慌失措、大声喊叫，以免引起二次爆炸。（6）如果有人员被玻璃渣块击中后导致受伤，应及时拨打120急救电话进行处理。

五、结语

综上所述，钢化玻璃自爆现象是玻璃幕墙工程中经常遇到的问题，玻璃幕墙工程的安全防范与设计、施工、使用和维护等各个环节息息相关，在设计时，应充分考虑气候因素对自爆现象的影响，合理选取玻璃品种和厚度，选用优质材料并适当增加玻璃厚度，同时做好玻璃的检验和预检工作，严格按照规范要求操作，加强对幕墙构件的安装质量检查，发现问题及时采取措施解决。

参考文献：

[1]朱禹翰,杨健,王星尔,张凯,王义戈.物理钢化玻璃裂纹形态试验及Voronoi形态表征[J].硅酸盐学报,2022(02):482-491.

[2]张海梁,李会兴,王蕾.不同检测环境和条件下钢化玻璃表面应力检测分析[J].玻璃,2021(11):47-55.

[3]刘敏,刘敏芳,马敏波.某商业建筑玻璃幕墙钢化玻璃自爆原因剖析[J].建筑安全,2021(10):12-15.

[4]武文杰,张哲,黄达泉.激光偏振散射法测量钢化玻璃应力的分析[J].玻璃,2021(03):15-20.

何宏安，出生年月：1981年5月，性别：男，籍贯：广东省兴宁市，学位：学士，职称：工程师，主要从事钢化玻璃装备技术的研究开发，邮编：528308