建筑用玻璃容易出现的问题

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NiS导致钢化玻璃的自爆问题

　　硫化镍引起热增强以及钢化安全玻璃自爆的问题，在最近的几年在我国许多幕墙工程上十分普遍，也给很多企业造成极大的损失，虽然业内人士尝试使用多种测量方法解决这个问题，但是由于一直没有完全成功，仍然在建筑幕墙以及许多现代建筑上遗留了非常实际的问题。本文重点探讨NiS引起钢化玻璃自爆的机理。

　　概述：

　　由于浮法玻璃制作工艺的原因，玻璃内部可能包含硫化镍杂质，这些杂质以小水晶状态存在，在一般情况下，不会造成玻璃破损，但是在玻璃熔化以及钢化处理过程中，经过稳态390℃的温度条件，改变了α态-硫化镍NiS的组成。在这个过程中，由于玻璃冷却速度快，导致NiS没有转换所需要的时间，因而被冰冻在玻璃成分内，硫化镍NiS没有转换本身的相态。β态-硫化镍NiS的体积较α态-硫化镍NiS的体积高2.2%到4%，从α态-硫化镍NiS到β态-硫化镍NiS转换可以导致玻璃内部产生诱导应力、压力导致在包含物周围产生半圆的裂纹，这些变化在尺寸达到临界之前一直是稳定的，最终取决于玻璃内部包含物周围环境压力状况。

　　在室温条件下，α态-硫化镍NiS到β态-硫化镍NiS转换是缓慢的，需要很长时间。当Nis的体积增长超过钢化玻璃可以接受的临界状态时，自爆就会发生。NiS具有典型的熟化周期，最长的可以达到4-5年的时间，主要引起的原因是玻璃与硫化镍NiS的热膨胀系数不同造成的。

　　欧洲标准（prEN14179-1）已经提议采用热浸程序克服钢化玻璃自爆的问题，这是破坏性实验，经过2个小时在290±10℃的温度下，消除硫化镍包含物对玻璃的挤压。

　　自爆起始点：

　　硫化镍导致钢化玻璃自爆引发点典型的是出现在玻璃中心部位，形状类似“蝶形”，两个翅膀组成的形状类似五边形或者六边形，见图1.对玻璃石头做微量分析显示，在玻璃断面中心位置经常发现镍和硫磺附加在非常小的金属如铁以及铜上，显微镜显示，硫镍矿NiS是主要成分。从另一方面看，“蝶形”的出现并不一定能够证明是硫化镍NiS出现造成，也有其他材料能够导致钢化玻璃出现相同的现象，因为玻璃内部储存了太高的能量。

　　硫化镍石头大多数具有球形组成，有时，他们也有一些椭圆形状，这就显示，在玻璃熔化过程中，他们一定被熔化而且没有与玻璃融合。因此，象油在水中一样，他们形成小滴游离在玻璃溶液中。另一方面，石头表面是粗糙的，显示在玻璃冷却过程中发生了结晶化：从高温到低温过程中出现同素相态转换。

　　同素相态转换、热膨胀、化学合成等，这个同素相态转换是导致钢化玻璃自爆的真正原因，NiS包含物遭受相态转换，导致结晶体膨胀。虽然也存在其他相态的硫化镍，但是他们与钢化玻璃自爆没有关系，真正导致钢化玻璃自爆的仅仅是NiS。

　　NiS硫化镍化合物的热膨胀系数大约为14×10-6（平均在20-300℃）和16×10-6（大约在350-500℃高温），这些数值较玻璃的热膨胀系数（在相同温度范围内为9×10-6）高。另外，α态-硫化镍NiS理论上可以包括更多的硫（NiSx1≤x<1.08），实际上，经常发现在α态-NiS中有铁的痕迹。这些Ni（Fez）Sx是具有与他们本身特性不同的地方（如同素相态转换以及从α态-硫化镍NiS到β态-硫化镍NiS转换的速度）。

　　NiS包含物的粒子尺寸变化大约在0.05mm到0.6mm之间，平均在0.2mm，所有的能够导致自爆的NiS包含物都在钢化玻璃的内部，在玻璃厚度方向25%-75%的范围之间（即玻璃的张力区）。