苏 敏

（广州铁路局集团有限公司长沙房建公寓段 长沙410001）

0 引言

为了保证室内良好的采光性和视觉通透性，玻璃材料被大量应用于建筑中，是一种不可替代的产品。我国生产的平板玻璃中，80%应用于建筑上，而建筑上应用的玻璃，80%又应用于玻璃幕墙上。我国是世界上玻璃幕墙生产与使用量最多的国家，既有玻璃幕墙存量超过10 亿m2，每年新增产量超过1 亿m2，均超过全球的50%以上。为了保证建筑良好的保温隔热性能，应用于幕墙上的玻璃必须为节能玻璃，中空玻璃作为一种优异的节能玻璃品种，是目前应用最广泛的节能玻璃，也被号称为“今天的玻璃”［1］。为达到建筑节能要求，近年来，我国新建的玻璃幕墙大部分都使用了中空玻璃［2］。随着人们对审美标准及对室内通透性要求的不断提高，追求超大面板尺寸的中空玻璃已成为设计师和业主的选择，因此，面积超过5 m2以上的中空玻璃已越来越多地应用在幕墙上。然而，随着中空玻璃尺寸的增大，中空玻璃产生贴片（内、外两片玻璃吸帖并接触在一起，一般接触部位在板中心位置）现象屡见不鲜，并给中空玻璃外观及节能功效带来较大的影响。目前，我国相关标准规范并没有明确要求中空玻璃不允许产生凹陷变形及贴片现象，人们普遍关注的是中空玻璃制备过程中的材料性能、制备工艺及气密耐久性［3-6］及自爆［7］等问题。但制备良好的中空玻璃产品，其在应用过程中不应出现贴片现象。

1 中空玻璃贴片危害及原因分析

良好制备的中空玻璃，应在使用过程中不会发生贴片现象，但随着中空玻璃长宽尺寸的增大，如果采取了一些不当的制备工艺，则有可能导致后续服役过程中带来贴片现象。一旦中空玻璃内、外片发生贴片现象，其最大的危害就是在贴片部位，因接触产生玻璃或膜层接触损伤现象，并降低中空玻璃的节能功效。因接触部位损伤形成肉眼可见斑点，严重影响玻璃表观。下面以我国北方某城市某一幕墙工程检测案例进行分析，说明中空玻璃内外片贴片现象及其带来的危害表现。该工程采用了低辐射镀膜单腔中空玻璃，中空玻璃长宽尺寸为2 600 mm×2 500 mm，幕墙玻璃于2016 年夏天全部安装完毕，但自2017 年入冬以来，陆续发现多片中空玻璃出现群族性数量不等的白色或乳白色斑点，且随着时间推移，部分斑点还会出现长大现象，这些玻璃斑点在安装前均未出现。通过现场勘察，对玻璃斑点进行现场照相及观察分析，总结出斑点分布特征如下：

⑴所有斑点均群族性密集分布在长、宽各30 cm以下的中空玻璃板中心区域内，斑点大部分呈单个分布，较少连成一体，斑点照片如图1所示。

图1 中空玻璃板中心部位玻璃斑点放大照片Fig.1 Enlarged Picture of Spots Distributed at the Center of the Insulating Glass

⑵斑点均分布在中空层腔体内对应的玻璃内表面处，在斑点附近，均可见圆形或椭圆形的牛顿环（见图2）。

⑶斑点产生的部位，有含膜面玻璃位置（膜层损伤），也有不含膜面的玻璃面位置（玻璃损伤）。

图2 斑点附近的牛顿环Fig.2 Newton's Ring Near The Spot

⑷通过测量有斑点附近对应处的中空层腔体厚度，其值均较小，大部分在5 mm 以下，部分甚至已接近0，说明内外片相互接近甚至接触，现场测量如图3所示。

图3 中空玻璃厚度现场测量值Fig.3 Thickness of the Insulating Glass Measurement on Site（说明：P1为内片玻璃厚度；P2为中间片玻璃厚度；AIR为第一中空腔厚度）

《中空玻璃：GB/T 11944-2012》E.2（资料性附录）中对牛顿环定义如下：中空玻璃由于制造或环境条件等原因，其两块玻璃在中心部位相接触或接近相接触时，会出现一系列由于光干涉产生的彩色同心圆环，这种光学效应称作牛顿环。其中心是在两块玻璃的接触点或接近点。这些环基本上都是圆形的或椭圆形的。

根据现场测量结果可知，中空玻璃凹陷使内、外两片玻璃贴片接触是导致可见斑点形成的元凶，中空玻璃内外片接触原因，是由中空玻璃制作时导致的凹陷变形与使用时环境温度降低导致的中空玻璃凹陷变形叠加作用形成的。由于钢化玻璃表面并不是绝对平整，因此，在接触部位附近会首先形成一点或多点的点接触，同时，在外界温度变化、风载荷或振动载荷作用下，玻璃点接触部位会形成应力集中、相互疲劳挤压与摩擦，造成该部位玻璃出现接触损伤或膜层损伤及脱膜，且表面变粗糙，形成光漫反射，造成肉眼可见斑点。另外，在接触部位的膜层，还可因静电作用导致膜层发生“接触分离”现象［8］，造成斑点的形成。

2 中空玻璃贴片控制措施

要控制中空玻璃内外片贴片，一是要控制中空玻璃制造时造成初始凹陷变形量，尽量使中空玻璃合片后其板中心部位的空腔层厚度与边部空腔层厚度相近，二是控制服役过程中因温差导致的凹陷变形。

2.1 中空玻璃中空层初始凹陷变形产生原因与控制

中空玻璃中空层凹陷变形导致的中空层厚度变薄量的许可值，目前国家标准并没有明确规定。因制造原因导致的中空玻璃中空层初始凹陷变形，主要考虑如下加工工艺问题：

⑴采用水平（卧式）封胶工艺替代正常的立式工艺，因玻璃自重导致玻璃凹陷变形，致使内、外两片玻璃板中心部位接触或接近，封胶后因玻璃中空腔内外气体不流通，致使玻璃立放后变形的玻璃不能恢复平整，由此产生永久凹陷变形。水平封胶法要解决大尺寸中空玻璃的中部凹陷问题，可以采用充气法，即在制作间隔框时，使用一个充气插角，涂覆外封胶时，将该角部留出，将中空玻璃立起来后，从充气插角处充入一定量的氩气或干燥空气，消除玻璃中部凹陷，然后塞紧充气插角配套塞子，再手工补上密封胶。

⑵对于双中空充氩气的中空玻璃，充气控制不当易导致玻璃中空腔体变形。若使用离线充氩气，2个中空腔体充入气体的数量不一致，或其中一面漏充气，或充气压强不一致，易导致玻璃双中空腔体变形产生该项目玻璃缺陷。另外，充氩气时玻璃要立放，且控制立放角度。立放角度过大玻璃会因单侧受力过大导致受压一侧的中空腔体变形。

⑶采用弓形弯曲较大的钢化玻璃原片进行合片，会增大中空玻璃中空层厚度值大小的不确定性，易导致合片后增大板中心中空层初始厚度值过小的概率，且玻璃板块越大，出现板中心中空层初始厚度值过小的概率也越大。

2.2 环境温度对中空玻璃凹陷变形影响

环境温度是导致中空玻璃贴片的一大重要因素。当中空玻璃使用时的环境温度低于中空玻璃生产时对应的环境温度时，因密闭的空腔空气冷缩气压下降，造成中空玻璃面板两侧存在气压差，压差作用下使中空玻璃内凹。环境差导致的中空玻璃内凹变形在板中心处最大，可以通过理论进行计算。

在不考虑外荷载作用条件下，对于密闭于中空层的气体，根据理想气体状态平衡方程为［9］：

式中：P0为当地大气压强；V0为中空玻璃中空层初始体积；T0为中空玻璃生产时的温度；T为服役时的环境温度；△P为受温差作用后的中空层的气压变化量，△V为体积变化量，其值可以通过积分得到为［10］：

将式⑵代入式⑴，即可得到中空玻璃中空层气体因温度变化而产生的压强变化，计算式为：

则得：

假设中空玻璃面板为四边简支状态，在受△P作用后，在板中心的最大挠度和应力计算公式为［11］：

其中，k与板的长、短边长之比有关，取值如表1所示。

表1 k值取值Tab.1 Values of k

将式⑷得到的△P代入式⑸即可得到中空玻璃因环境温差而产生的最大变形。

为了定量分析环境温度对中空玻璃板中心处凹陷变形的影响，假设中空玻璃规格为6 mm+12 mm+6 mm，生产环境温度为20℃，使用环境温度为-30℃，则根据上述计算方法，计算不同边长尺寸（长宽相等）下中空玻璃的板最大变形如图4所示。由图4 可以看出，随着中空玻璃边长尺寸的增大，因温差产生的最大变形不断增大，但其不呈线性关系，当玻璃尺寸增大到1.0 m 以上时，玻璃变形量递增速率迅速减缓，并趋于一个极限值，该值大约为3.5 mm 左右。也就是说，在温差作用下导致的中空层凹陷变形值（厚度减小的最大值）大约为7 mm 左右（内、外两片玻璃最大变形值之和）。由于我国目前大部分玻璃的中空层厚度为12 mm，部分为9 mm，因此，在温差单独作用下，中空玻璃内外片不会接触在一起。

图4 温差引起不同尺寸的中空玻璃最大变形Fig.4 Maximum Deformation of Imsulating Glass with Different Sizes Caused by Temperature Difference

因环境温差引起的中空玻璃凹凸变形不可避免，为使中空玻璃内、外片在后期服役过程中不产生贴片现象，则应控制制备时在板中心处产生的初始最大凹陷变形量，即当板中心处初始最大凹陷变形量小于中空玻璃空腔设计厚度值（一般为12 mm）减去环境温差引起的板中心处最大凹陷变形值（可取值为7 mm）时，则一般可以避免中空玻璃内外片贴片现象。因此，中空玻璃生产企业，应尽量控制生产时导致的中空玻璃板中心处的中空层初始凹陷变形值。

3 小结

⑴中空玻璃内外片贴片可导致接触部位产生接触损伤并形成可见斑点，影响玻璃表观，并降低玻璃节能功效。

⑵中空玻璃内外片贴片是因中空玻璃制造因素形成的板中心处中空层初始最大凹陷变形，与环境温度降低导致的板中心处中空玻璃中空层厚度变化叠加作用导致。

⑶因温差产生的中空玻璃板中心处中空层最大凹陷变形值随中空玻璃尺寸增大而不断增大，但其极限值为7 mm左右。

⑷中空玻璃生产企业应尽量控制生产时导致的中空玻璃板中心处的中空层初始凹陷变形值，对于中空层设计厚度为12 mm 的中空玻璃，当板中心处初始凹陷变形值小于5 mm 时，则一般可避免后续使用过程中发生贴片现象。