玻璃幕墙的“癌症”能治好吗?

 

 

 

  

 

最近，南京“天空之都”大厦玻璃幕墙高空坠落事件成为市民的热门话题。对于玻璃坠落的原因众说纷纭，但几乎所有新闻报道和专家都提到了一个可能——自爆。很多人这才知道，原来在头顶上到处都是的玻璃幕墙居然有千分之三左右的“自爆率”，也就是说，每一千块玻璃中就有三块左右随时可能会自爆，变成“玻璃雨”掉下来。

　　这让所有人不得不担忧，也不得不追问：为什么玻璃幕墙会自爆？这种千分之几的自爆率有没有可能被完全消除？在日常生活中，如何才能预防玻璃自爆带来的伤害？

　　□本版主笔 见习记者 郑文静

　　安全玻璃不安全

　　关键词：钢化玻璃 自爆 硫化镍

　　“安全玻璃”有多安全？“表面”功夫做得很足

　　其实，引发担忧的玻璃幕墙本身并不“弱”，它所采用的不是普通玻璃，而是以安全著称、以钢化玻璃为首的“安全玻璃”家族。

　　钢化玻璃其实就是普通玻璃进钢化炉处理了一下，为什么它会更强大更安全呢？

　　首先咱来了解一下这个处理过程：

　　第一步，普通的玻璃原片被拆分，变成大小合适的小片玻璃。然后对这些小片玻璃进行边角处理，比如磨边、抛光等，把四周可能会引发破坏的裂纹和粗糙的地方处理掉。

　　第二步，把这些小片玻璃放进钢化炉，加温到(690±10)摄氏度的范围内。这个温度是玻璃的软化点。

　　第三步，将软化的玻璃快速均匀地冷却，即“骤冷”。

　　通过这三步做出来的钢化玻璃，同时获得了内部均匀的张应力，以及外部均匀的压应力。这样不仅增强了玻璃的机械强度和热稳定性能，还使钢化玻璃获得了普通玻璃5倍的表面强度。

　　另外还有一个好处就是，钢化玻璃破碎后呈现的状态——网状细小钝角颗粒。相对于普通的玻璃碎片要安全许多。

　　自爆的罪魁祸首是谁？半生不熟的硫化镍

　　关于自爆的原因，江苏长江日盛玻璃科技有限公司总经理吴小龙介绍了两类情况：

　　第一类是人为引起的，包括玻璃本身的质量差（厚度不均）、在玻璃上开孔或者开槽的时候设计不合理、安装过程中造成了崩边崩角或者表面划伤。这类原因是可以通过提升技艺和严格把关来避免的。

　　第二类是无法克服的自然因素，即玻璃中存在的化学物质——“硫化镍”引起的。

　　“玻璃的原材料中并没有硫化镍的存在，它是在玻璃的制作过程中出现的，没办法完全解释它的形成原因，也没办法完全避免它的存在。”吴小龙告诉记者，目前惟一比较清楚的，就是硫化镍引发自爆的过程：

　　想从普通玻璃变成钢化玻璃，就要对普通玻璃先后进行强热、强冷处理。

　　在强热处理时，高温使玻璃变软，此时玻璃中的硫化镍以液体形态存在。等到强冷处理的时候，玻璃在低温环境下重新变硬，但硫化镍还没来得及从液体变成坚硬的固体，就那样半生不熟地留在了玻璃里。

　　玻璃被安装之后，处于风吹日晒的自然温度中，其体内含有的硫化镍仍在缓慢地进行由液体向固体的转变。外部环境的变化，比如夏天室内外温差巨大，就可能导致硫化镍的体积变大。

　　一旦体积扩张到20%-40%，就会破坏钢化玻璃的结构，造成自爆。

　　“这是钢化玻璃本身存在的概率，无法避免，正规生产的一千片原片玻璃里大约有一至三片的自爆比例。”吴小龙告诉记者。吴小龙已经从事玻璃深加工十五年，对于钢化玻璃的自爆问题一直很关注，“目前只能通过技术减少自爆率，没办法完全消除，国外也不行。”

　　普通玻璃为啥不自爆？里面的硫化镍“熟”了

　　玻璃的主要原料是石英砂或者砂岩，其主要化学成分是二氧化硅，并不含有硫和镍。制作玻璃的过程中，辅料和燃料里带有硫。但玻璃中为何会出现镍？

　　这一点至今还未查清。

　　不过有学者猜测最大可能的来源是设备上使用的各种含镍合金部件及窑炉上使用的各种耐热合金。

　　“总之在这个过程中，硫和镍都出现了，在1400~1500℃的高温熔窑形成了硫化镍。”吴小龙详细解释了为什么普通玻璃里的硫化镍不会引起自爆。

　　普通玻璃的制作过程中，温度在1000℃时硫化镍以液体的形态分布于玻璃液里。当玻璃液的温度降到795℃左右时，这些小液滴形状的硫化镍会凝结成一种物质，叫做“高温下六方晶体”。当温度降到375℃左右时，这个“高温下六方晶体”会伴随2%-4%的体积膨胀发生反应，变成“低温下三方晶体”。

　　这种晶体是硫化镍的稳定状态。

　　普通玻璃是自然温度下慢慢冷却的（工艺名词叫退火），所以可以顺利完成这个转化。

　　而钢化玻璃里的硫化镍由于钢化过程必须经历的短时间强冷处理，没有顺利完成从“高温下六方晶体”到“低温下三方晶体”的转化过程，才埋下了自爆隐患。

　　防爆有方

　　出厂前，让玻璃先爆个够

　　针对可能产生的自爆，目前业界也没有办法确定时间。自爆可能会发生在刚出炉的时候，可能是出厂后一两个月，也可能是一两年后。一般情况下，钢化玻璃出现较多自爆的时间是在产品生产完成后的4到5年。

　　“但是可以尽量使自爆率降低”，吴小龙表示，现在最常用的方法就是对钢化玻璃进行“均质处理”。

　　硫化镍具有一个特性，就是当温度降到（375±5）摄氏度的时候，其体积会产生2%-4%的膨胀。均质处理就是针对这个特性，尽量使存在自爆风险的玻璃提前自爆，来降低自爆率。具体的操作方法是：将钢化玻璃放入均质炉，加热到（290±5）摄氏度范围内，并且将这个温度保持3到6个小时。该自爆的自爆了，剩下的玻璃就更加安全。

　　生产时，让玻璃表面受热更均匀

　　从工业方面来说，多尝试研究开发新技术。比如，过去的钢化炉大多采用热辐射炉，这种炉子是我国最早的钢化炉，一般3米乘以6米的钢化炉里，要放置3到5块玻璃。它的加热分两个方向：在玻璃下方用热传导加热，在玻璃上面用热辐射加热。因为设备的工作和老化情况不同，很有可能产生加热不均的情况，导致自爆率提高。

　　吴小龙更看好现在新出现的强制对流炉，“它是通过风机的搅拌，产生热空气强对流，使表面加热更均匀，减少自爆率。还有用钢化玻璃加工组合而成的‘双钢化夹层玻璃’，现在用得也蛮多，其成本比普通钢化玻璃高，但安全性也高很多。”

　　运输时，别和木材、石材堆在一起

　　从使用过程来说，要保证玻璃的完整无缺。“这一点很重要”，吴小龙说，硫化镍之所以能引起自爆，也就是因为它在玻璃内部的膨胀会破坏玻璃的力量结构，力量不均衡了，完整也就被打破了。“比如很多商家把钢化玻璃运到工地后就直接和木材、石材等其他材料堆放在一起，这样很有可能会造成划伤和磨损，破坏力量的均衡。”

　　安装时，贴个黏性好的防爆膜

　　高楼大厦外的玻璃幕墙，对咱普通百姓来说，是很难管得到的。但是普通百姓的生活中也会用到一些钢化玻璃，比如浴室的门、厨房的锅盖等等。它们也同样存在千分之几的自爆率。

　　“有没有可能使用热水提前冲刷之类的简单方法，减少自爆率？”记者的这个设想，吴小龙先生认为并不可行，他表示目前并没有具体的方法可以对玻璃自爆预防，“我的建议是，居民可以自己买一些防爆膜回家贴，特别是浴室里使用的大块的钢化玻璃，贴上防爆膜后，万一发生自爆现象，防爆膜本身的黏贴性很好，会黏住玻璃的碎片，减少伤害。”

　　链接

　　外国专家也在研究“玻璃幕墙癌症”

　　玻璃自爆的事情不只中国有。英国伦敦的市政厅就发生过玻璃破裂的现象，而且是一块从地板到天花板高度的玻璃。

　　这座市政厅靠近伦敦塔桥，由著名建筑师福斯特的事务所设计，全部用玻璃做覆面。事件发生后，承包商不得不着手检查所有的内部玻璃。大伦敦市议会发言人说，根据初步调查，问题出在玻璃含有镍硫化物上，也就是说，在建造过程中玻璃被镍元素污染，镍和玻璃中的硫化物进行化学反应，造成破裂。硫化镍类自爆后更换难度大，处理费用高，同时会伴随较大的质量投诉及经济损失，造成业主的不满甚至更为严重的其他后果。

　　后来，福斯特就感慨地称硫化镍引发的自爆为“玻璃幕墙的癌症”。

　　对硫化镍引起的钢化玻璃自爆问题在世界范围内已有许多研究，研究都集中在“相变理论”，其基本原理跟上文提到的相同。

　　即硫化镍是一种晶体，存在高温相和低温相。玻璃在钢化炉内加热时因为加热温度高于相变温度，硫化镍全部转化为高温相。在随后的淬冷过程中，高温相来不及转变为低温相，从而被冻结在钢化玻璃中。在室温环境下，高温相是不稳定的，有逐渐转变为低温相的趋势。这种转变，伴随着体积膨胀，使玻璃承受巨大的相变应力，从而导致自爆。