李亞娟 趙紅英

（天津耀皮工程玻璃有限公司 天津 300402）

0 引言

隨著中國(guó)城市化持續(xù)快速發(fā)展，超高層建筑正不斷的刷新著城市的天際線，幕墻工程從設(shè)計(jì)理念、施工難度等多方面也在不斷的創(chuàng)造著奇跡，這一趨勢(shì)在近十年尤為顯著［1］。為了保證建筑良好的保溫隔熱性能，應(yīng)用于幕墻上的玻璃必須為節(jié)能玻璃，中空玻璃作為一種優(yōu)異的節(jié)能玻璃品種，是目前應(yīng)用最廣泛的節(jié)能玻璃，也被號(hào)稱為“今天的玻璃”［2］。幕墻玻璃作為建筑的“外衣”，其美觀效果對(duì)整個(gè)工程外觀效果的影響是顯而易見(jiàn)、且至關(guān)重要的，尤其對(duì)于各地知名地標(biāo)建筑，更是影響重大、意義深遠(yuǎn)。而中空玻璃影像變形現(xiàn)象是幕墻建筑的普遍現(xiàn)象，直接影響著幕墻的“外衣”美觀程度。因此，如何給玻璃幕墻穿上靚麗的“外衣”，是我們一直關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。本文分析了影響中空玻璃影像變形的因素，使大家對(duì)中空玻璃影像變形有更準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)，并給出了相應(yīng)改善措施，有助于進(jìn)一步改善幕墻玻璃影像變形現(xiàn)象。

1 中空玻璃影像變形影響因素

由于幕墻玻璃并不是完全均勻平整的，玻璃的不完全平整最終導(dǎo)致了景物的影像扭曲變形。這種光學(xué)變形現(xiàn)象普遍存在于我們的日常生活中。

影響中空玻璃影像變形的因素有很多，除了鋼化玻璃自身的不平整外，環(huán)境溫度、氣壓變化、風(fēng)荷載、設(shè)計(jì)、安裝等因素也會(huì)導(dǎo)致中空玻璃影像變形；同時(shí)，玻璃反射率、觀測(cè)距離、觀測(cè)角度、周?chē)矬w等因素也會(huì)影響觀測(cè)效果。

1.1 鋼化/半鋼化玻璃本身的固有的平整度

鋼化/半鋼化玻璃在制作過(guò)程中，由制作工藝導(dǎo)致的玻璃不平整。主要表現(xiàn)為鋼化/半鋼化玻璃的整體弓形和局部波形，這種現(xiàn)象是鋼化/半鋼化玻璃的固有特性，它是由鋼化工藝本身引起的，雖然很輕微，但確實(shí)會(huì)產(chǎn)生肉眼可辨的影像變形。在當(dāng)今技術(shù)條件下，即使采用最先進(jìn)的設(shè)備進(jìn)行最嚴(yán)格的工藝控制，影像變形也是不可避免的。玻璃平整度越差，其影像變形越嚴(yán)重，只能盡量嚴(yán)格控制熱處理玻璃本身的平整度。

圖1 熱處理玻璃本身固有的平整度引起的影像變形

1.2 環(huán)境溫度和氣壓的變化

中空玻璃是一個(gè)密閉的系統(tǒng)，根據(jù)克拉佩龍方程：pV＝nRT，式中：p為壓強(qiáng)（Pa），V為氣體體積（m3），T為溫度（K），n為氣體的物質(zhì)的量（mol），R為摩爾氣體常數(shù)（也叫普適氣體恒量）（J/（mol·K））。當(dāng)溫度變化時(shí)，其體積及壓力都會(huì)變化，作用于玻璃表面，就會(huì)引起玻璃的膨脹或收縮變形。當(dāng)外界溫度高于玻璃加工溫度時(shí)，中空腔內(nèi)氣體溫度隨之升高，發(fā)生膨脹，中空玻璃便發(fā)生外凸變形；當(dāng)外界溫度低于玻璃加工溫度時(shí)，中空腔內(nèi)氣體溫度隨之降低，發(fā)生收縮，中空玻璃便發(fā)生內(nèi)凹變形。同理，當(dāng)外界氣壓發(fā)生變化時(shí)，會(huì)引起中空玻璃內(nèi)外氣壓的不平衡，這種不平衡即會(huì)對(duì)玻璃產(chǎn)生一向內(nèi)或向外的力，進(jìn)而造成玻璃的撓曲變形。若中空玻璃腔體內(nèi)氣壓低于外部大氣壓，中空玻璃就會(huì)出現(xiàn)收縮變形；若中空玻璃腔體內(nèi)氣壓高于外部大氣壓，中空玻璃就會(huì)出現(xiàn)膨脹變形。因此，便會(huì)產(chǎn)生中空玻璃反射影像變形現(xiàn)象。

1.2.1 環(huán)境溫度的變化

玻璃在使用過(guò)程中，加工地與項(xiàng)目所在地可能會(huì)存在溫差，溫度也會(huì)隨四季變化，甚至每天的早晨到夜晚溫度都在時(shí)刻發(fā)生變化（日照下玻璃表面溫度可達(dá)60 ℃），這都會(huì)引起中空玻璃的影像變形。以“6 mm玻璃＋13.4 mm空氣層＋6 mm玻璃”中空玻璃為例，當(dāng)溫差為50 ℃時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)2.5 mm的外凸或內(nèi)凹撓曲變形?？諝鈱雍穸纫矔?huì)影響其撓曲變形，對(duì)于“ 6 mm玻璃＋18 mm空氣層＋6 mm玻璃”配置而言，同樣的溫差（50℃），其撓曲變形值將達(dá)3.4 mm?？諝鈱雍穸仍酱?，同等條件下，撓度變形越大。溫度一年四季時(shí)刻發(fā)生著變化，中空腔內(nèi)的空氣隨之熱脹冷縮導(dǎo)致中空玻璃影像變形，這是一種自然現(xiàn)象無(wú)法規(guī)避，但可以通過(guò)優(yōu)化玻璃配置來(lái)改善。

1.2.2 環(huán)境大氣壓的變化

一般情況下，如果中空玻璃生產(chǎn)和安裝的兩地之間所處緯度以及海拔接近，那么中空玻璃空氣層內(nèi)的壓強(qiáng)與外部的大氣壓基本是相同的。但是，當(dāng)中空玻璃在低海拔地區(qū)制作，而玻璃使用地在高海拔地區(qū)時(shí)，海拔高度不同，大氣壓力也不會(huì)相同。大氣壓與海拔高度的關(guān)系見(jiàn)表1。

表1 海拔高度和大氣壓強(qiáng)關(guān)系

從表1中可以看出，海拔高度每升高1000 mm，相對(duì)大氣壓力大約下降12%。當(dāng)中空玻璃生產(chǎn)地和安裝地海拔高度相差較大時(shí)，其大氣壓也相差較大，受中空玻璃內(nèi)外壓差的影響，中空玻璃的兩片玻璃會(huì)向外撓曲（鼓肚子），玻璃也會(huì)產(chǎn)生視覺(jué)變形。如果壓差過(guò)大，大到超過(guò)玻璃自身的強(qiáng)度的話，中空玻璃就可能出現(xiàn)炸裂和中空玻璃的結(jié)構(gòu)膠斷裂等問(wèn)題，從而導(dǎo)致中空玻璃的密封過(guò)早失效。

1.3 風(fēng)荷載

在風(fēng)荷載作用下，一個(gè)密閉的玻璃單元很容易產(chǎn)生一個(gè)2 mm甚至更大的形變。玻璃越薄，風(fēng)荷載作用下?lián)锨冃卧酱?。目前，?guó)內(nèi)在進(jìn)行玻璃厚度計(jì)算時(shí)，按在風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下，四邊支撐玻璃的最大撓度不大于其短邊邊長(zhǎng)的1/60進(jìn)行計(jì)算［3］，實(shí)際上國(guó)際上一般按1/90～1/120來(lái)進(jìn)行核算，這種算法導(dǎo)致國(guó)內(nèi)選用玻璃偏薄。

1.4 支撐塊和安裝因素

玻璃安裝的夾具、支撐塊、定位塊、壓條等部件，都有可能導(dǎo)致玻璃邊部受力不均，進(jìn)而產(chǎn)生玻璃局部變形，對(duì)玻璃反射變形產(chǎn)生影響。

1.5 玻璃反射率

反射率高的玻璃比反射率低的玻璃對(duì)光學(xué)影像變形影響大。反射率越高，影像變形越容易被觀察到。

1.6 觀測(cè)距離

玻璃距觀測(cè)者的距離與玻璃距被觀測(cè)者距離的不同，會(huì)使觀測(cè)到的視覺(jué)效果不同。觀察距離越遠(yuǎn)，反射失真越明顯。同時(shí)，玻璃距被觀測(cè)者越遠(yuǎn)，變形也越明顯。

1.7 觀測(cè)角度

如果正面觀察玻璃，一般不會(huì)看到變形，但當(dāng)觀察角變得更大時(shí)，光學(xué)變形失真越來(lái)越明顯，如圖2、圖3所示。同一物體，分別從E、D、F三個(gè)不同觀測(cè)角度，觀測(cè)到的反射失真影像如圖4所示。

圖2 正面觀測(cè)

圖3 大角度觀測(cè)

圖4 同一物體，分別從E、D、F三個(gè)不同觀測(cè)角度，觀測(cè)到的反射失真影像

1.8 周?chē)矬w

線性物體（如建筑幕墻和電線桿）和移動(dòng)物體（如汽車(chē)）會(huì)產(chǎn)生變形。不規(guī)則和無(wú)固定形狀的物體（如樹(shù)或者云）則幾乎看不出變形。

2 中空玻璃影像變形改善措施

2.1 改善鋼化玻璃自身平整度

鋼化/半鋼化玻璃自身平整度直接影響著整個(gè)建筑的外觀平整度效果，選用高品質(zhì)的鋼化/半鋼化玻璃是改善中空玻璃影像變形的基礎(chǔ)。采用先進(jìn)的加工設(shè)備、加工工藝和檢驗(yàn)設(shè)備，經(jīng)驗(yàn)豐富和穩(wěn)定的專(zhuān)業(yè)工藝技術(shù)隊(duì)伍，及嚴(yán)格的質(zhì)量控制，通過(guò)進(jìn)一步改善加熱的均勻性，降低玻璃出爐溫度，減少玻璃中間和邊部的溫度差異，適當(dāng)抬高風(fēng)柵風(fēng)嘴的高度等措施進(jìn)一步改善加熱和冷卻的均勻性，可有效改善鋼化玻璃平整度。

2.2 安裝毛細(xì)管

對(duì)于玻璃生產(chǎn)地和安裝地海拔高度相差較大導(dǎo)致的影像變形，通?？赏ㄟ^(guò)在中空玻璃的密封邊部安裝毛細(xì)管來(lái)解決。毛細(xì)管的作用是不斷調(diào)節(jié)隨著海拔高度的變化引起的中空玻璃空氣層內(nèi)的壓強(qiáng)和外部的環(huán)境大氣壓之間的差，平衡內(nèi)外壓差，使之達(dá)到動(dòng)態(tài)均衡，進(jìn)而解決壓差的問(wèn)題。毛細(xì)管管徑一般≤0.5 mm。毛細(xì)管安裝完畢后，需要依次用丁基膠和結(jié)構(gòu)膠密封好，在生產(chǎn)地毛細(xì)管處于打開(kāi)狀態(tài)，在玻璃運(yùn)抵使用地后，待玻璃內(nèi)部壓強(qiáng)和外部氣壓平衡后，必須盡快對(duì)中空玻璃毛細(xì)管進(jìn)行密封操作。

毛細(xì)管如無(wú)密封處理或密封不當(dāng)，中空腔內(nèi)與外部環(huán)境連通，空腔內(nèi)氣體會(huì)與外界氣體發(fā)生流動(dòng)交換，中空玻璃內(nèi)外環(huán)境中水分子濃度的差別是水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的根本動(dòng)力，外界水氣分子濃度較大，會(huì)擴(kuò)散進(jìn)入中空腔內(nèi)，中空玻璃間隔條內(nèi)的分子篩能吸附進(jìn)入中空腔內(nèi)的水氣分子，但當(dāng)分子篩吸附達(dá)到飽和后，就不能再吸附進(jìn)入的水氣。當(dāng)此玻璃安裝在建筑物上時(shí)，外部溫度下降，玻璃表面溫度也會(huì)下降，當(dāng)溫度低于中空玻璃內(nèi)水氣分子的露點(diǎn)時(shí)，水氣就會(huì)產(chǎn)生冷凝，即中空玻璃會(huì)出現(xiàn)結(jié)露，最終導(dǎo)致中空玻璃失效。

2.2 優(yōu)化玻璃設(shè)計(jì)

在前期設(shè)計(jì)時(shí)，合理優(yōu)化玻璃配置可改善中空玻璃影像變形，如在玻璃厚度、中空腔體、尺寸方面應(yīng)考慮以下因素：

2.2.1 增加室外片玻璃厚度

由于風(fēng)荷載和環(huán)境溫度變化引起的中空玻璃影像變形不可避免，那可以通過(guò)增加玻璃厚度，增加玻璃剛性的措施，來(lái)減小撓度變形。為節(jié)約成本，可以僅增加室外片玻璃厚度，使室外片厚度大于室內(nèi)片，這樣在外力作用下，撓度變形主要集中在室內(nèi)較薄的那片玻璃上，可以有效改善中空玻璃整體影像變形。

2.2.2 控制玻璃尺寸

對(duì)于鋼化/半鋼化玻璃，當(dāng)玻璃高邊和寬邊均大于800 mm，且比例接近1時(shí)，熱處理時(shí)波形難以控制，會(huì)出現(xiàn)比較大的變形，建議玻璃的長(zhǎng)寬比應(yīng)大于1.5∶1，小于4∶1。且玻璃尺寸越大，撓度變形越大，所以應(yīng)盡量避免使用超大玻璃尺寸。

2.2.3 中空腔體

空氣層厚度越大，同等條件下，撓度變形越大，在滿足節(jié)能計(jì)算等的情況下，使用中空腔薄的玻璃，可減小撓曲變形。

撓曲變形的程度既取決于玻璃的剛度和尺寸，也取決于中空腔體的厚度。當(dāng)中空玻璃尺寸小、中空腔薄、單片玻璃厚度大時(shí)，撓曲變形可以明顯減?。?］。

2.3 嚴(yán)格控制安裝精度

嚴(yán)格控制玻璃的安裝，優(yōu)化安裝工藝、嚴(yán)控安裝過(guò)程、減少安裝誤差，避免玻璃邊部受力不均，可有效改善中空玻璃邊部局部影像變形。

2.4 周?chē)h(huán)境

玻璃的選擇，還應(yīng)綜合考慮建筑的周?chē)h(huán)境，高反射率的玻璃固然看起來(lái)更美觀、更有質(zhì)感，尤其是超高層建筑，很多選用高反射率的鍍膜玻璃。但如果周?chē)斜容^高的線性物體時(shí)，選擇反射率低的玻璃，會(huì)使玻璃影像變形不那么凸顯。

3 結(jié)語(yǔ)

中空玻璃影像變形是中空玻璃的固有現(xiàn)象，隨著溫度和氣壓的變化，中空玻璃影像變形程度也隨之變化，如果影像一成不變，說(shuō)明中空玻璃已密封失效。中空玻璃影像變形既和玻璃本身平整度有關(guān)，也受外界環(huán)境、設(shè)計(jì)、安裝的影響，同時(shí)也和觀測(cè)距離、角度及周?chē)h(huán)境有關(guān)。這是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)問(wèn)題，并非單單玻璃加工的問(wèn)題。通過(guò)改善鋼化玻璃自身的平整度、優(yōu)化玻璃設(shè)計(jì)、嚴(yán)格控制安裝精度，及綜合考慮使用環(huán)境因素進(jìn)行加裝毛細(xì)管、選用合適反射率的鍍膜玻璃等一系列措施，可有效改善中空玻璃影像變形現(xiàn)象。