微纳电子学研究院赵前程高级工程师课题组获第三届中国创新挑战赛(北京)优胜奖

微纳电子学研究院赵前程高级工程师课题组获第三届中国创新挑战赛(北京)优胜奖

玻璃幕墙是城市中常见的风景,但在长期使用过程中会由于构胶老化、开裂等导致结构胶失效,甚至玻璃脱落的安全隐患。如何在现场对有安全隐患的玻璃进行快速检测、提前预警和更换,一直是困扰检测机构的难题。

突发事件:2月16日下午,位于罗湖区水贝一路的某珠宝广场24楼高楼外面玻璃幕墙突然爆裂,玻璃碎片倾泻而下,殃及车辆擦伤工人,物业承诺赔偿车主损失。据深圳装修网了解,玻璃碎片掉落到大厦楼层中的平台后,部分玻璃碎片飞溅到地面,殃及停放在楼下停放的5辆车,同时对一名现场的施工工人造成擦伤。那么玻璃幕墙有什么安全隐患呢?一起来了解下吧。

城市既有建筑玻璃风险的排雷兵——记中国建材总院、国检集团国家科技进步二等奖研发团队

2018年12月18日,在科技部火炬高新技术产业开发中心、北京市科学技术委员会共同主办的第三届中国创新挑战赛中,北京大学信息科学技术学院微纳电子学研究院赵前程高级工程师课题组针对中国建材检验认证集团股份有限公司“既有幕墙结构胶失效现场快速检验方法与装置”的技术需求,结合课题组在高精度传感器研制过程中进行精密检测的技术积累,设计出多频探测方案,可对玻璃结构胶粘接状态做出有针对性的快速检测,被评为优胜奖。

▶时间

中国建筑玻璃与工业玻璃协会的数据显示,我国建筑玻璃产量和用量在全球均超过50%以上,是世界上建筑玻璃的生产和使用国;门窗幕墙玻璃80%以上是钢化玻璃和中空玻璃,既有玻璃幕墙面积超过10亿平方米,每年新增量约7000万平方米。玻璃方便了人们的生活,提升了城市的“颜值”,但另一方面,由于玻璃的本征脆性和钢化玻璃内应力的特点,建筑钢化玻璃自爆与坠落导致的安全事故和问题日益凸显。近些年,因幕墙玻璃自爆或脱落造成的损物、伤人事件频发,每年发生的安全事故上万起,被称为城市上空的不定时炸弹。如何排除这种风险一直是国内外的难题,成为城市公共安全的隐患问题,引发社会与政府高度关注。研究建筑玻璃服役安全和可靠性评价、检测技术及相关设备显得紧迫而重要。

随后,赵前程作为高校参赛代表发言,与在场专家和观众分享了课题组多年参与产学研合作的成功经验,以及个人对科技创新推动人类进步的理解,得到主办单位领导的认可。

2月16日下午

在2018年1月8日举行的国家科学技术奖励大会上,解决这一难题的“建筑玻璃服役风险检测和可靠性评价关键技术与设备及应用”项目荣获国家科技进步二等奖。该项目由中国建材总院和国检集团共同承担。

相关研发工作得到北京技术交易促进中心的支持。

▶人物

突破建筑玻璃“癌症”无法诊断的禁区

“玻璃幕墙”、现场工人

钢化玻璃自爆,俗称“玻璃癌症”,是建筑玻璃服役安全中普遍的问题,同时也是困扰行业的百年难题,无法避免又难以诊断。

▶提要

太阳娱乐,中国建材总院所属国检集团首席科学家包亦望告诉笔者,以往的解决方案通常是在生产钢化玻璃时采用优质浮法玻璃原片,或者进行高温均质处理,其特点是可降低自爆率,但无法完全杜绝。缺点是高温均质处理成本较高、导致钢化玻璃强度下降,不适用于服役中的建筑玻璃。对于高层既有建筑钢化玻璃自爆风险评估难题,在本项目实施前,国内外长期处于无技术、无设备和无标准的状况。大多只能采用事后统计和经验评估的方式,无法事先预测其潜在风险。作为中国的材料检验认证机构,国检集团敢为天下先,积极寻求解决测试技术难点的方法。

深圳装修网获悉,高楼外面玻璃幕墙突然爆裂,玻璃碎片倾泻而下,殃及车辆擦伤工人,物业承诺赔偿车主损失。

2005年,包亦望承担了科技部国际合作项目“安全玻璃可靠性评价与无损在线测试”,重点针对钢化玻璃自爆风险的预测技术这个国际性难题。自爆问题具有突发性和不可预知性,每当这种事故发生在高层建筑或临街位置,往往容易导致灾难性后果。要解决这种问题,首先要搞清楚自爆机理和影响因素。玻璃自爆原因,业内早已达成的共识是,玻璃内含有的硫化镍杂质,在一定条件下发生从α-NiS到β-NiS的相变,导致体积膨胀。

2月16日下午,位于罗湖区水贝一路的某珠宝广场24楼的一块玻璃幕墙突然发生自爆,玻璃碎片掉落到大厦楼层中的平台后,部分玻璃碎片飞溅到地面,殃及停放在楼下停放的5辆车,同时对一名现场的施工工人造成擦伤。

包亦望团队的研究,是从寻找硫化镍开始的。玻璃里的硫化镍杂质直径只有0.1—0.3毫米,肉眼基本看不见,用放大镜或扫描仪检查极为困难,现场检测就更困难。为了确定杂质缺陷的性质,团队首先收集大量的钢化玻璃自爆残片,并取出自爆源的部分玻璃进行断口分析,每一个自爆源断口都能找出一个微小的杂质。在对大量杂质进行成分分析后,包亦望团队发现,除了大家熟知的硫化镍,还有从未被发现过的单质硅、氧化铝等杂质颗粒。这些并不会发生相变的杂质颗粒由于膨胀系数与玻璃不一致,在升温或降温过程中会引起杂质颗粒与玻璃之间的挤压,当这种挤压达到一定程度就会导致玻璃局部应力超过玻璃局部强度而发生破裂,继而发生自爆。因此,钢化玻璃的自爆是由硫化镍、单质硅等杂质挤压周边玻璃并产生应力集中而导致的一种脆性材料力学和断裂力学的现象。从力学角度来分析和解决问题,这是固体力学专业出身的包亦望的强项。

太阳娱乐 1

利用材料力学基础和脆性材料临界破坏的强度模型,包亦望建立了钢化玻璃自爆的破坏准则和自爆条件,证明了钢化玻璃自爆不仅仅是因为微小颗粒杂质,还因为小颗粒杂质刚好位于钢化玻璃的拉应力区。如果杂质的膨胀系数比玻璃大,它将在升温过程挤压玻璃,反之,在降温过程产生界面挤压。显然这些挤压都会引起应力集中而导致钢化玻璃自爆。

(网络配图 玻璃幕墙)

虽然用光学或肉眼检测微小杂质极为困难,但是查找透明材料里面的应力集中却是一件容易的事。包亦望团队的研究思路发生了根本改变,从查找高层建筑玻璃自爆源杂质到检测自爆源杂质引起的应力集中,通过揭示钢化玻璃内部杂质颗粒与周边应力场分布的关联性,发现自爆的根本原因在于玻璃内部拉应力区内的应力集中。实际上,如果某个杂质没有导致应力集中,它也就不会导致玻璃自爆。

深圳装修网了解到,当调查人员到达现场时,现场被已基本清理完毕。伤者已由该大厦物业经理紧急送往市人民医院处理伤口,目前并无大碍。受到影响的车辆除一辆奥迪A7小轿车外均已驶离现场,该轿车的车后窗玻璃呈放射性开裂,被砸的位置还留下一个巴掌大的坑。附近派出所的民警已完成调查取证后离去。调查人员从工地外围可以看到,大厦24楼处缺失了一块玻璃。深圳装修网获悉,据一名保安介绍,玻璃就是从那个地方掉下来。调查人员从现场一名工人处了解到,这块玻璃约2米长1米宽。

他们分析了钢化玻璃内部杂质颗粒种类、形貌、尺寸、分布位置对应力集中的影响,获得了钢化玻璃自爆风险等级的影响系数及划分标准,提出自爆准则,并开发了钢化玻璃自爆源自动检测方法,研制了国内外首台透射式和反射式光弹扫描仪,该技术被制订为国家标准GB/T
30020,成为评估钢化玻璃自爆风险的关键手段。

据车主陈先生爆料称,他的轿车当时正好停在水贝工业区的停车场内,临街就是某珠宝广场。没想到祸从天降,金展广场高楼外墙体的玻璃落下,砸上他的车和另外4辆车。一同被砸中的车子里,包括保时捷、宝马、奔驰、奥迪、本田品牌的车。

既有幕墙钢化玻璃通过光弹扫描法检测后,被认为是可以“降低自爆率到万分之三以下”。“这些技术具有普适性,不仅可用于既有建筑玻璃自爆风险的现场检测,还可推广至玻璃生产线或幕墙玻璃安装前的玻璃自爆源排查,以及推广至服役真空玻璃真空度衰减率检测等。”包亦望说。

该大厦物业刘主任表示,目前大楼施工尚未完成,物业也未正式对工程进行接收。本次自爆的墙面玻璃为强化玻璃,由于室内外温差较大,强化玻璃在温差变化大时有0.3%自爆的可能。而大楼的设计施工和使用的玻璃、胶水等建材均符合国家相关要求和规定。深圳装修网了解到,另外,对于本次事件的善后,物业方承诺,愿意赔偿车主的损失,并对具体的数额进行磋商。下一步也将会要求施工方对外墙进行检查,连同施工方一起采取对墙面玻璃进行加固或整体加贴防爆膜的措施,消除安全隐患,以杜绝此类事件再次发生。

建筑玻璃坠落风险检测有了新技术

玻璃幕墙容易存在的问题有很多,如玻璃破碎、结构胶失效、玻璃幕墙防火性能差、玻璃幕墙支撑结构失效以及玻璃幕墙固定装置失效等等,下面我们针对玻璃幕墙存在的各种问题进行分析论证,并探讨找出解决问题的方法。

项目的另一大创新点是,发明了“动态相对法”预测建筑玻璃坠落风险及评估标准。建筑玻璃从高层建筑上脱落到地面是比自爆更加危险的一种灾害。通常是隐框幕墙的结构胶失效而导致的脱落。在玻璃幕墙工程安全检查中,国内外检测机构一般采用拉拔法和红外摄像技术评估幕墙结构胶的粘结牢固程度,但拉拔法易导致二次风险,红外摄像结果难以定量。传统目测或手推的简单方法大多是采用事后统计和经验评估,无法事先预测其潜在风险。

由杂质硫化镍引起的玻璃炸裂

针对上述建筑玻璃服役安全评价的瓶颈问题,在科技部专项项目和北京市科委重大公共安全项目的支持下,包亦望团队以解决测试技术难题和提高建筑玻璃服役安全为目标,从机理研究—测试技术—设备开发—标准制订—推广应用,进行了十多年的系统研发,形成了既有建筑玻璃可靠性评价和风险预测以及建筑玻璃耐久性检测的系列技术与设备,发明了“动态相对法”预测建筑玻璃坠落风险及评估标准。

引起玻璃破碎的原因有很多,下面主要就杂质硫化镍、热应力造成的玻璃破碎进行分析论证。

具体来说,对于相同尺寸和相同支撑条件下的建筑玻璃,其固有频率都基本相同。当某块玻璃支撑松动,其固有频率必然会下降。测试每块玻璃的固有频率并排序,频率越低风险越大;并给出了4个风险等级划分的频率阈值。此外,团队开发了幕墙玻璃坠落风险检测仪,自动识别幕墙坠落风险等级,数据无线传输。该项技术不仅可用于玻璃幕墙,也可推广到陶瓷幕墙和石材幕墙等外围构件的服役安全检测。

硫化镍是玻璃生产过程中不可避免的有害杂质,硫化镍本身对玻璃并无任何损害,只是当含有硫化镍的幕墙玻璃被安装在幕墙时,由于外界温度升高,导致硫化镍体积产生微小的变化,使玻璃内部产生微小的裂缝,这些裂缝透过钢化玻璃的张力层后将内部的能量释放出来,造成玻璃破碎。

促进建筑节能与安全耐久一体化

解决的办法是首先从源头着手,玻璃制造厂家应对玻璃制造
过程进行全程监控,尽量减少含镍材料与玻璃原材料相接触。其次对于幕墙玻璃安装后进行监测,国外已有以照相方式检测硫化镍杂质是否存在的技术,如果含有要及时进行必要的更换,防止玻璃破碎后伤人。还可以将单片钢化玻璃、钢化中空玻璃换成夹层玻璃,这时如果硫化镍杂质因变形而导致玻璃破碎,碎片仍旧粘附在胶片上,不至于形成玻璃雨而对地面人员造成伤害。

建筑玻璃应用中另一个突出的问题是,服役中空玻璃密封失效而导致建筑不节能并容易造成安全隐患。

由热应力造成的玻璃破碎

我国中空玻璃产量和使用量全球,作为建筑幕墙上应用为广泛的节能玻璃,中空玻璃的性能和质量对幕墙的整体使用性能至关重要。由于受各种环境因素影响,加上中空玻璃本身质量问题,会导致其产生各种各样的失效模式,直接影响中空玻璃的节能功效,甚至带来严重的安全隐患。因此,中空玻璃的产品质量及其服役性能检测至关重要。为实现我国中空玻璃的质量提升和安全应用,基于自主创新摸索和结合我国国情,在国检集团玻璃检测中心研发了无冷媒中空玻璃结露试验仪等系列10个类别的耐久性检测设备,建立了耐久性评价技术体系。率先建成了可年检1800个中空玻璃单元体耐久性检测服务平台,可测试中空玻璃耐气候、耐紫外、耐腐蚀老化等性能,获得美国中空玻璃认证委员会和北美中空玻璃协会的国际认可和验证,填补了国内空白。国内中空玻璃耐久性检测市场占有率超过90%,引领并促进了我国中空玻璃产业的健康快速发展。对于服役中的中空玻璃,项目团队揭示了其气密性和受力变形之间的关系,即中空层漏气之后受力和变形均集中在受力作用的那一片玻璃上,从而降低了中空玻璃承载性能,增大了受力较大的外片玻璃破裂或坠落的安全隐患。发明了“挠度比较法”现场评价中空玻璃密封性能是否失效的检测技术,简单来说,通过橡胶球头对中空玻璃面板中心施加一个给定的集中载荷,同时利用玻璃厚度仪测量中空层厚度,并结合计算与分析软件,来判别中空玻璃密封单元是否出现通透性漏气,实现现场评价中空玻璃的安全性能。

热应力是造成玻璃幕墙破碎的一个重要原因。玻璃幕墙受热的原因很多,但最主要的热源是太阳光,当太阳光照射在玻璃幕墙表面时,玻璃会受热膨胀,如果玻璃受热均匀则玻璃边部和玻璃中央部分同时均匀膨胀,但如果边部和玻璃内部受热不均匀,在玻璃内部会产生拉应力,当玻璃边部有破痕或微小裂纹时,这些瑕疵很容易受到热应力的影响,随着温差的增大,热应力导致裂痕逐步加大最后导致玻璃破碎。

为玻璃服役强度“号脉”

解决的办法是首先对玻璃边部进行精加工处理,采用细磨边或者抛光边等以减少微小裂纹的存在;其次是将玻璃进行钢化处理以增强玻璃抵抗温度变化的能力;第三是在玻璃加工、搬运、安装过程中,对玻璃必须进行适当的保护,注意不要将玻璃边缘与其他坚硬物体碰撞、摩擦,严格遵守操作规程,特别是在安装过程中,如果框架不合适,一定要记住不要用钳子夹掉玻璃边角,一定要矫正框架,使之适应玻璃的大小。

服役玻璃的强度是评价玻璃抵抗外力作用,保障玻璃构件安全可靠性的一个重要参数。包亦望团队发明了类似中医号脉诊断的“声监控球压法”,测试建筑玻璃表面的局部强度,判断钢化玻璃表面应力均匀性。研制了玻璃局部强度在线检测仪,实现了非破坏性监控既有玻璃服役强度或承载性能退化。该技术解决了以下两个问题:对正在工程服役的玻璃构件检测和监控它的强度退化规律,进行服役可靠性评价;对建筑玻璃的质量和强度水平进行非破坏性检验,监测当前强度是否满足使用安全性要求。该技术主要应用于建筑幕墙玻璃的局部强度在线测试和强度退化监测,不发生漏检,还可应用于建筑玻璃的在线测试和可靠性保障试验,如夹层玻璃和钢化玻璃的强度水平无损检测、航空、汽车玻璃、建筑玻璃产品的非破坏性质量检验和服役构件的强度退化监测。

玻璃幕墙防火能力差

从灾难事故难以预测到潜在事故可预测

玻璃幕墙是不可燃烧的材料,但是在烈火面前,它是可以软化甚至融化的。因此在建筑设计中,一定要充分考虑建筑的防火要求。一般的玻璃幕墙的防火效果、耐火完整性、耐火隔热性很低,在烈火中只用很短的时间就会发生玻璃破碎。

“项目实现的核心进步是从灾难事故难以预测到潜在事故可以预测。”包亦望说,以上创新技术均属于原始创新,从检测技术研发,检测设备研制,到多项成果转化为国家、行业和地方标准,形成了建筑玻璃全生命周期风险管理和运维安全监管的全方位的无损、自动化、标准化成套检测技术与设备,示范应用,并可推广应用至汽车、光伏、家电用玻璃材料的质量检测和性能评价,在服役建筑玻璃力学性能和安全可靠性评价领域实现了跨越式发展。

解决的办法是实际施工过程中,设计人员根据建筑不同的防火要求进行不同的设计。对于有一般防火要求的建筑,玻璃采用玻璃砖、钢化玻璃、小块平板玻璃等,对于防火要求比较高的建筑,幕墙玻璃采用夹丝玻璃、单片防火玻璃、复合防火玻璃、防火中空玻璃等。复合防火玻璃是目前应用最广泛的防火幕墙玻璃,当火灾发生时,在一定时间内临火面玻璃受热炸裂,但由于防火胶片的存在,玻璃被粘附在胶片上不坠落,保持了玻璃的完整性。同时由于胶片本身具有防火作用,不但对火势蔓延起到阻挡作用,又保证了背火面温度不迅速上升,控制了火势蔓延。

重要的是,该成果具有很强的社会公益性。“所谓公益性,所追求的不是考虑做一件事能挣多少钱,而是考虑不做这个事将造成什么样的损失。”包亦望认为,该成果的公益性体现在创新技术标准化,服务社会,服务世界,提升了城市公共安全,保障了建筑节能,为建筑玻璃安全服役和灾难事故的预测提供了全新的技术手段。在实现重大社会效益的同时也能创造巨大的经济效益。成果被鉴定专家评价为:创新性突出,填补了国内外空白,整体技术达到国际领先水平。成果获授权发明专利10项,实用新型7项,发表SCI、EI收录的学术论文40多篇。

幕墙玻璃结构胶失效

“通过项目的实施,我国实现了‘玻璃癌症’检测技术从无到有的突破,下一步还将继续完善和应用推广,这也是国检集团在测试技术创新方面的又一个台阶。”包亦望说。

玻璃幕墙因为长期受到自然环境的不利因素,如风吹、日晒、雨淋、紫外线照射、地震等的影响,因此要求玻璃幕墙必须具有耐候性、耐久性、耐腐蚀性,作为粘接材料的结构胶成了人们关注的焦点。在北京、上海、广州等最早使用玻璃幕墙的城市,幕墙玻璃坠落事件时有发生,如何测定某一块玻璃结构胶是失效的可以说难上加难,但要想保证人员和车辆的安全,如果要大面积的更换玻璃幕墙又是一笔庞大的支出,面对这种情况,业主进退两难。

解决的办法是首先限制隐框玻璃幕墙的使用,必须对已过质量保证期的玻璃幕墙进行防护,如在玻璃幕墙周围设立围栏、绿化带、吊挂幕布以防坠落的玻璃伤及过往行人和车辆。其次是尽量采用明框、半隐框玻璃幕墙,因为即使是结构胶失效,由于有框架的支撑和约束,玻璃坠落的几率会大大降低。

玻璃幕墙支撑结构失效

并非所有的玻璃幕墙所出现的问题均有玻璃本身而引起,有时支撑玻璃的框架结构失效也会引起玻璃幕墙问题。用来支撑玻璃的框架结构往往是玻璃幕墙的薄弱环节,如果最初框架系统设计不合理,框架结构无法承受建筑物内重力,进而出现变形,最终导致玻璃破碎。

解决的办法是在设计过程中对框架结构进行抗疲劳实验,根据其抗疲劳能力再设计相应的幕墙玻璃,防止框架长期超负荷运转。

玻璃幕墙扣件固定装置失效

所有的玻璃幕墙都依赖与扣件固定装置将幕墙组合在一起并固定在建筑物上。但是扣件固定装置无法预见的瑕疵可能导致严重的结构问题,甚至导致幕墙玻璃坠落。

解决的办法是在安装玻璃幕墙前,对扣件固定进行必要的检验,检验合格后才能在现场安装使用。另外针对固定螺栓松动造成的幕墙玻璃坠落,我们在实际施工过程中,采用特殊锁扣的螺母将螺栓锁住,防止螺栓滑落失效,或者是使用特定的垫圈保证螺栓紧固后不再脱落。

玻璃幕墙所引发的其他问题

玻璃幕墙所引发的不止上述问题,由于玻璃幕墙大面积的使用,光污染、色污染、热污染等都是一些不容忽视的问题。尽管玻璃幕墙存在这样或那样的问题,但是作为设计者、生产者、使用者只要对其进行充分的了解,扬长避短,那么玻璃幕墙仍不失为现代建筑的一个亮点。

以上就是深圳装修网关于深圳罗湖玻璃幕墙爆裂5车受损事件的详细介绍、关于玻璃幕墙六大安全隐患的全部内容,希望能帮助到大家,更多深圳本地装修咨询,尽在深圳装一网。

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