【现存幕墙】既有幕墙玻璃典型失效模式及原因分析

因选材不当、设计不当、施工不当及受材料本身性能退化、老化情况等影响，幕墙玻璃会出现各种各样的失效模式。 

2.1　钢化玻璃自爆

钢化玻璃自爆是指在无载荷作用下钢化玻璃发生的自发性炸裂现象。实际工程中，对于没有外力冲击、正常使用条件下，具有典型自爆裂纹的钢化玻璃破裂也归结为钢化玻璃自爆。引发钢化玻璃自爆的影响因素如下 [7，8]： 

（1）玻璃中含NiS杂质，是引发钢化玻璃破裂的最主要因素（占80% 以上）。硫化镍杂质呈球状或椭球状颗粒、金黄色、与玻璃不浸润，见图1所示。NiS有两种晶相，高温相α-NiS和低温相β-NiS，相变温度为379℃。在钢化玻璃制作过程中的高温热处理，改变了硫化镍（NiS）杂质的相态，因加热温度远高于相变温度，NiS全部转变为 α 相，然而在随后的淬冷过程中，α-NiS来不及转变为 β-NiS，从而被冻结在钢化玻璃中。在室温环境中，α-NiS是不稳定的，有逐渐转变为β-NiS的趋势，这种转变伴随着约 2%～ 4%的体积膨胀，使玻璃承受巨大的相变张应力，从而导致自爆。

（2）玻璃中有结石杂质。因杂质物理力学性能参数与玻璃不匹配，致使玻璃在升温降温过程中在颗粒附近产生张应力，从而诱发玻璃自爆。

（3）钢化玻璃钢化应力过大或钢化应力不均， 会增大自爆的概率。 

（4）玻璃表面存在缺角、划伤，边缘存在爆边、 爆角、划伤等缺陷，从而使玻璃在服役过程中，易在该部位起裂产生突发性爆裂现象。破裂后的钢化玻璃，如果能够看到明显的起裂源，且起裂源呈“蝴蝶斑”形貌，在“蝴蝶斑”位置， 可见一微小杂质存在，才能断定该玻璃破裂原因为因玻璃内部含杂质导致的自爆。图 2（a）为自爆典型“蝴蝶斑”形貌，通过放大镜，往往能够在其附近找到一个异质颗粒，见图2（b）所示。值得注意的是，有些钢化玻璃受点冲击破裂后，在冲击点处也能见明显的“蝴蝶斑”，但在表面可见明显的受冲击痕迹， 且其附近找不到异质颗粒，该类现象应与自爆相区别开来。

2.2　玻璃幕墙构件制作及安装施工不当引发玻璃破裂 

《玻璃幕墙工程技术规范》（JGJ102—2003）中规定了明框幕墙的玻璃与铝框槽口的配合尺寸，且玻璃的下边缘应采用两块压模成型的氯丁橡胶垫块支承，并按规定型号选用橡胶条镶嵌粘结在玻璃的四周。幕墙安装施工中对玻璃四周的嵌入量及空隙控制不到位，就会使玻璃不能适应热胀冷缩的变形及主体结构层间位移或其他荷载作用下导致的框架变形，造成玻璃破碎。玻璃幕墙安装过程中，在主体建筑伸缩、沉降等变形缝位置，未采取与主体建筑变形缝相适应的构造措施，直接将玻璃幕墙的单元板块跨越主体建筑的变形缝，因不能适应主体建筑变形要求，造成玻璃破坏。另外，玻璃的弯曲强度会随着时间的推移而下降，原因是玻璃表面的微裂纹会持续扩展，因此幕墙设计时，应使玻璃在自由的状态下工作。但实际工程中，确有玻璃在不必要的永久荷载作用下工作，例如强迫安装、压接密封等，这会明显增大玻璃破损概率，图3为安装导致的玻璃破裂照片。

2.3　玻璃热炸裂 

《建筑玻璃应用技术规程》（JGJ113-2015）规定了幕墙玻璃防热炸裂设计。建筑玻璃的热炸裂是一个多因素问题，受到玻璃自身性能和外部环境条件等复杂影响作用。玻璃自身造成热炸裂有三类原因：太阳辐射、外加荷载和设计因素。除这三种原因外， 玻璃与框架作为结构整体，还受制造和装配方面的影响。建筑玻璃的热炸裂是一个综合性的问题，既要全面考虑各个因素的作用，又要针对工程实际排除次要因素。一般来说，玻璃强度越低、吸热率越大、板面尺寸越大、边部加工质量越差、玻璃板内温差越大，则其越容易引起玻璃热炸裂。 

2.4　中空玻璃密封失效及外片脱落

目前，中空玻璃常见的密封形式为双道密封， 第一道所用密封胶为丁基密封胶，主要起预定位及隔离水汽的作用。第二道所用密封胶为聚硫密封胶、 硅酮密封胶或聚氨酯密封胶等，国内最为常用的是聚硫密封胶、硅酮密封胶，主要起结构粘接作用。应用于建筑幕墙上中空玻璃失效模式有多种，主要有如下几方面 [9]： 

（1）中空玻璃露点、结露、结霜 

在中空玻璃的制作过程中，如果选用了气体渗透系数较大的密封胶，则易导致中空玻璃密封不良，或者因中空玻璃密封单元出现脱胶、断胶，密封胶失效、老化时，也可造成密封单元水密性不足，从而给中空玻璃水汽进入敞开了通道，造成中空玻璃露点、结霜、漏水等现象，直接造成中空玻璃隔热功能失效，见图4所示。当中空玻璃采用镀 膜玻璃时，由于水汽的作用，还会导致镀膜中空玻璃腔体出现彩虹现象或膜层受到腐蚀、氧化等现象。

（2）中空玻璃密封胶流淌渗油

中空玻璃二道密封硅酮结构密封胶生产都是以羟基聚硅氧烷为基料，以二甲基硅油为增塑剂，产品质量稳定。一些企业为降低成本，在硅酮密封胶产品中掺入低沸点物质，如白油来代替二甲基硅油。白油基本组成为饱和烃结构，分子量较小、沸点低、易挥发，尤其是在环境温度较高的情况下， 白油必将挥发、渗出，从而产生中空玻璃密封胶流 淌现象，见图 5 所示。

（3）中空玻璃外片脱落 

引起中空玻璃外片脱落的主要因素：

a、中空玻璃密封胶同玻璃的粘结强度达不到要求。中空玻璃系统的稳定性是靠中空玻璃密封胶来实现的，中空玻璃的密封结构主要有二：单道密封和双道密封。单道密封结构是指中空玻璃结构只打一道胶，可选择硅酮胶、聚硫胶、热融丁基胶等。双道密封结构是指中空玻璃结构打两道胶，通常使用丁基热熔胶 作第一道密封配之与具有结构性的胶，如聚硫胶或硅酮胶作为第二道密封。由于聚硫密封胶耐紫外线 性能较差，并且与硅酮结构胶不相容，如果幕墙用中空玻璃，特别是隐框、半隐框玻璃幕墙等密封胶承受荷载作用的中空玻璃，其二道密封胶采用了聚硫胶，将会导致结构胶的粘结强度和其他粘结性能下降或丧失，留下很大的安全隐患。图 6 为典型的中空玻璃二道密封胶脱粘失效，不能承受外片玻璃所受风荷载和玻璃自重，造成中空玻璃外片脱离。 

b、中空玻璃二道密封胶注胶宽度不满足要求。GB/T  11944—2002《中空玻璃》第 5.2.4 条规定：双道密封外层密封胶注胶宽度为 5mm ～ 7mm，特殊规格或有特殊要求的产品由供需双方商定。在 JGJ 102— 2003《玻璃幕墙工程技术规范》中第 5.6 条规定了硅酮结构密封胶应根据不同的受力情况进行承载力极限状态验算，粘结宽度及粘结厚度应分别通过计算确定，且结构胶的粘结宽度不应小于7mm，粘结厚度不小于 6mm。如果中空玻璃二道密封胶打胶宽度过窄，也易导致玻璃外片脱落。

c、隐框安装形式的幕墙，玻璃下面没有任何托附结构，或者托附结构未托到外片玻璃，致使中空玻璃二道密封胶受外片玻璃自重长期作用，从而易导致密封胶失效致使外片玻璃脱落。

2.5　夹层玻璃边部脱胶

合格的夹层玻璃是由胶片与玻璃之间紧密粘合，经过高温高压制成的，具有良好的透明度和优良性能的安全玻璃。夹层玻璃出现脱胶现象时，胶片与玻璃分开，有间隙，尤其在边部往往更容易出 现，见图7所示。这种脱胶主要是由于夹层玻璃使用的PVB胶片对水蒸气比较敏感，在长期的水汽的作用下，失去粘结效果。因此，使用PVB胶片的夹层玻璃，必须使用具有防水作用的中性聚氨酯封边胶在玻璃周边密封，从而减少PVB胶片受潮风化程度，预防边部脱胶现象。另一方面，如夹层玻璃边部与其他密封材料相接触，则会导致胶片与其他密封材料发生化学反应时现象，导致边部脱胶的可能。工程检测中，如果发现夹层玻璃边部脱胶，应有针对性地去检查其边部状况，以确定边缘脱粘的原因。

2.6　镀膜玻璃变色、氧化、脱膜

镀膜玻璃主要包括热反射玻璃和Low-E玻璃（低辐射膜玻璃），通过采用镀膜玻璃，以达到玻璃的保温和隔热效果。我国现在使用的幕墙玻璃，一般是采用镀膜玻璃复合而成的中空玻璃。在使用过程中，有些与中空玻璃复合的 Low-E 玻璃，因中空玻璃发生密封失效，导致大量水汽进入中空层，致使Low-E膜发生氧化、变色等现象，见图 8所示。

2.7　玻璃表面划伤、灼伤

造成玻璃表面划伤、灼伤等情况，主要是在幕墙施工过程中造成的。在幕墙施工焊接过程中，由于未对玻璃表面进行有效防护，致使大量高温焊渣溅射到玻璃表面，并熔化玻璃，在后续清理玻璃表面焊渣时，会在玻璃表面形成凹坑，造成对玻璃的损伤，见图9（a）。另外，由于施工或使用保护不当，当玻璃与硬物接触时，也易在玻璃表面形成划痕，见图9（b）。我国国家标准对玻璃表观缺陷有明确要求，根据行业标准《建筑门窗幕墙用钢化玻璃》 （JGT455-2014）表 8（钢化玻璃外观质量）对划伤的规定如下：宽度在0.1mm～1mm，长度小于等于100mm的划伤，每平方米面积内允许存在条数不大于4条，长度大于100mm的划伤不允许存在。因此，现场检测时，对灼伤或划伤超过国家标准要求的玻璃，应进行研磨抛光修复处理，以消除其安全隐患。

2.8　极端环境作用下玻璃爆裂

当发生强台风作用时，台风风压及其由其卷起的地面的碎石撞击玻璃，可导致玻璃因遭受过大风压破裂、整体坠落或受硬物冲击作用破裂。地震载荷作用下，因主体结构发生较大变形，致使幕墙结构倾斜、错位变形挤压幕墙玻璃，造成幕墙玻璃破裂。