图2：弓形和波形弯曲度示意图

（源自GB15763.2-2005建筑用安全玻璃 钢化玻璃）

1.1.4 光的干涉现象: 两列或几列光波在空间相遇时相互叠加，在某些区域始终加强，在另一些区域则始终削弱，就形成稳定的强弱分布的现象。

1.1.5 各向同性与各向异性: 物理性质可以在不同的方向进行测量。如果各个方向的测量结果是相同的,说明其物理性质与取向无关,就称为各向同性（如水、空气、真空和优质的浮法玻璃）。如果物理性质和取向密切相关，不同取向的测量结果迥异，称为各向异性（如玻璃未受压时是各向同性，受压时则变成各向异性)。

1.1.6 双折射: 双折射是光束入射到各向异性的晶体，分解为两束光而沿不同方向折射的现象。光在非均质体中传播时，其传播速度和折射率值随振动方向不同而改变，其折射率值不止一个；光波入射非均质体，除特殊方向以外，都要发生双折射，分解成振动方向互相垂直、传播速度不同、折射率不等的两种偏振光，此现象即为双折射。（传统玻璃表面应力仪的检测主要原理之一就是预应力玻璃的双折射现象）

1.2 钢化玻璃的光学变形

1.2.1 玻璃表面形变: 包括点状缺陷和弯曲度（弓形和波形）。

1.2.2 钢化玻璃的各向异性: 包括钢化玻璃本身的应力分布不均和来自玻璃外部的挤压，偏正光的存在和玻璃双折射的特性。

1.3 钢化玻璃光学变形产生的原因

1.3.1 玻璃表面形变

1.3.1.1 点状缺陷

由于玻璃表面或者内部气泡、夹杂物和斑点的存在，在缺陷部分及周围的光线（反射为主）发生偏移，从而影响了玻璃表面的呈像效果。

1.3.1.2 弯曲度

物理钢化是目前国内外广为采用的一种生产建筑用钢化或者半钢化玻璃的方法，所谓物理钢化是指采用加热-冷却工艺使玻璃产生永久热应力的方法，可以分成加热和冷却两个阶段（主要为辐射加热工艺和风冷工艺）。由于主流钢化玻璃设备的特点，玻璃在加热炉内下表面在辊道上往复，而上表面仅与炉内空气接触，这势必造成玻璃上下表面的受热不均匀。此外，由于玻璃的种类、厚度、涂层、形状和辐射率的差异，玻璃本身局部的受热同样不均匀。同样的，在冷却阶段玻璃的下表面在辊道绳上往复，而上表面仅与空气接触，这也会造成玻璃的冷却不均匀。

钢化玻璃的弓形不符合预期主要是由玻璃在钢化时的加热或冷却不均匀造成的。钢化玻璃的波形不符合预期主要是由于玻璃在钢化加热阶段温度过高或者时间过长，导致玻璃过度软化在自身重力作用下变形，其相邻的波峰或波谷之间的距离等于相邻钢化辊道之间的间距。

安装后玻璃的弯曲度也受外力的影响。玻璃在风荷载作用下也会发生变形，从而产生光学变形。从另一个角度讲，抗风压设计也是门窗幕墙玻璃必须要解决的问题。玻璃强度越大，在相同的风压下形变程度越小。

1.3.2 钢化玻璃的各向异性

物理钢化或者半钢化玻璃的各向异性是不可避免的。钢化或者半钢化玻璃的各向异性主要由于玻璃加热和冷却的不均匀，在玻璃板面上产生不同的应力分布。由光弹理论可知，玻璃中的应力的存在会引起光线的双折射现象。光线的双折射现象通过偏正光可以观察。将钢化玻璃或半钢化玻璃放在偏正光下，可以观察在玻璃板面上不同区域的颜色和明暗变化，这就是人们一般所说的应力斑。

图3：常见的钢化玻璃的各向异性

钢化玻璃的各向异性也称为“钢化彩虹”、“强化痕迹”、“淬火痕迹”、“布鲁斯特痕迹”等等。值得一提的是“风斑”这一说法，钢化设备冷却通常采用的冲击射流列阵（冷却风栅）设计，玻璃的局部热传递取决于空气射流的位置、距离和方向。换句话说就是“风冷”效果的不够理想造成了钢化或者半钢化玻璃的各向异性，故将这一现象称为“风斑”，这一说法是片面的（还与玻璃受热不均匀相关）。

钢化或半钢化玻璃的各向异性还与玻璃的加工相关。如在制作钢化夹层玻璃时采用夹具对玻璃边部进行施压，制作大板面的中空玻璃时采用两次压合，制作曲面夹层玻璃时吻合度较差通过抽真空复合等等，由于玻璃面板处于长期荷载下，玻璃的各向异性也发生了变化。

此外，钢化或者半钢化的玻璃的安装及使用环境相关。玻璃垫块、压块、压条的施加，点支撑玻璃的设计，型材与玻璃的吻合度不高，冷弯工艺以及玻璃的使用环境因素等都影响着玻璃的各向异性。在外力的作用下，玻璃的各向异性表现也更加明显（尤其是冷弯玻璃）。

图4：外力改变了玻璃的各向异性

在日光中存在着一定成分的偏振光，偏振光的强度天气和阳光入射角的影响。通过偏振光眼镜或以与玻璃垂直方向成较大的角度去观察钢化玻璃，钢化玻璃的各向异性表现更加明显。

2.1.1 点状缺陷的预防措施

选用优质的浮法玻璃，严格玻璃深加工品质管理，从而从源头改善点状缺陷带来的玻璃表面形变。选用GB11644-202《平板玻璃》规定的优质加工级平板玻璃是保障钢化玻璃质量的前提条件。

2.1.2 弯曲度的预防措施

先进的钢化设备和成熟的钢化工艺是保障钢化或半钢化玻璃弯曲度的前提（仅考虑门窗玻璃常用的物理钢化）。就主流钢化设备而言，连续式水平钢化炉和对流水平钢化炉比辐射钢化炉加工的钢化玻璃弯曲度更优，气垫式钢化炉平整度最好但应用较少（造价和加工范围等方面的原因）。成熟稳定的钢化工艺也至关重要，合理调节钢化炉工艺参数从而最大限度的实现玻璃的“均匀受热、急速冷却”。

目前主流的门窗、幕墙玻璃以安全中空玻璃为主。中空玻璃的“泵”效应（中空腔内气体的热胀冷缩）带来的玻璃变形也直接影响呈像效果。对于一些雨棚玻璃，其自重产生的玻璃变形也不容忽视。合理的设计玻璃板块尺寸，提高玻璃本身平整度，适当增加玻璃的厚度，中空玻璃采用柔性间隔条、腔内填充惰性气体、必要时增加毛细管（温度、环境和海拔高度差异较大时）等方法的运用可以有效改善玻璃的光学变形。

刚性间隔条和弹性间隔条在泵效应下的边部应力表现，弹性间隔条的柔性支撑能更好的补偿泵吸变形。

2.1.3 各向异性的预防措施

通过对玻璃表面各位置应力的检测调整工艺参数，必要时可借助可视化设备采集、分析相关信息（图7）。在钢化或者半钢化玻璃复合夹层或者中空玻璃时应控制其吻合度，减少使用夹具、绑带等预固定措施，避免加工过程中的钢化或者半钢化玻璃形成外部永久性荷载。与此同时，在玻璃安装使用过程中应避免玻璃外部受力不均、局部荷载过大等情况（冷弯玻璃应充分考虑其弯曲产生的各向异性）。

图5：用偏光镜和在线可视化设备获得的各向异性可视化100%匹配

3.1 钢化玻璃的自爆率多少是合理的？

由于各厂家玻璃原片的质量状况不同，钢化生产工艺水平有差异，其自爆状况亦各有区别，加之自爆的随机性，至今国内外均没有一个可以作为标准依据的自爆率数据。经查阅文献和相关企业技术资料，自爆率的数据罗列如下：

（1）国内流传的说法为钢化自爆率0.3%，专家纠正的基于大数据统计的自爆率平均值约为1例／4吨；

（2）欧盟均质钢化玻璃标准 EN 14179-1提到经过均质处理（也称热浸处理）后，钢化玻璃的自爆率低于1例／400吨;

（3）国际知名玻璃品牌 Viracon的技术资料承诺均质钢化玻璃自爆率不超过0.5%，而对不热浸的钢化玻璃自爆率没有给出数据；

（4）国际知名玻璃品牌PPG的技术资料指出钢化玻璃自爆率为0.8%,均质钢化玻璃自爆率会比钢化玻璃自爆率低,但具体低多少没有提及；

（5）国内几家知名玻璃企业的钢化玻璃自爆率给出的数据为0.3%或0.5%或0.8%，均质钢化玻璃自爆率给出的数据为0.1%。

从上述自爆率数据中摘取具有参考价值的数据，如国内自爆率统计平均值约为1例／4吨、欧洲自爆率控制在1例／12吨、均质处理后自爆率低于1例／400吨。

综上，我们平时说的0.3%已是很高水平了！

3.2 钢化玻璃自爆的原理

玻璃中含有 硫化镍（NiS） 杂质，硫化镍无法从玻璃里完全剔除，总有一定含量的硫化镍存在于玻璃里，这种杂质有着冷胀热缩的特性。钢化玻璃中的硫化镍晶体发生相变时，其体积膨胀，处于玻璃板芯张应力层的硫化镍膨胀使钢化玻璃内部产生更大的张应力，当张应力超过玻璃自身所能承受的极限时，就会导致钢化玻璃自爆。

硫化镍一般是在玻璃原片生产的过程中混入其中的，国外相关研究证明，玻璃主料石英砂或砂岩带入镍，燃料及辅料带入硫，在 1400℃ ～ 1500℃ 高温熔窑燃烧熔化形成硫化镍。钢化玻璃中含有硫化镍杂质是钢化玻璃不可避免的，其引起钢化玻璃自爆也是钢化玻璃自爆的主要原因之一。钢化玻璃因为含有硫化镍(杂质而产生的自爆，碎片一般从玻璃的中部向四周程放射性分布，形状类似蝴蝶，行业内称为“蝴蝶斑”。

图6：钢化玻璃自爆“蝴蝶斑”

硫化镍颗粒周边的应力集中, 一是来自硫化镍相变体积膨胀对玻璃的挤压应力, 二是来自因硫化镍和玻璃热膨胀系数不匹配而导致的内应力, 当上述两项应力叠加值超过所在位置玻璃的强度值时,则会引发钢化玻璃自爆。

不同直径硫化镍颗粒的周向平均应力值

图7：硫化镍颗粒直径与其周向应力之间的关系曲线

图8：钢化玻璃局部强度沿厚度方向的分布示意图

（玻璃厚度为6mm，表面应力值为90Mpa）

不同钢化玻璃表面应力下的中性层部位局部强度值/MPa

图9：不同环境温度与硫化镍颗粒周边的周向应力的关系曲线

分布在硫化镍颗粒周边的周向应力是导致钢化玻璃自爆的根本原因, 由硫化镍相变及硫化镍与玻璃热膨胀系数不匹配引发的应力叠加而成。

3.3钢化玻璃自爆的预防措施

3.3.1 玻璃原片的选择

浮法玻璃在生产过程中应选择含硫、镍较少的主料、燃料及辅料，可以降低硫化镍的生产，从而减少钢化玻璃中硫化镍的含量，必要时可以优先考虑含镍量更少的超白玻璃作为基片。超白玻璃生产过程中通过对原料的筛选和控制，可以有效减少硫化镍的含量。

对于玻璃深加工企业及消费者而言，选用优质加工级平板玻璃和超白玻璃是最直接有效降低钢化玻璃自爆风险的措施之一。

3.3.2 玻璃加工过程的有效控制

由上文3.2可知钢化玻璃表面应力越大、硫化镍颗粒直径越大、位置越中心（厚度方向），其自爆风险越大。所以，合理控制钢化玻璃表面应力区间（推荐为90-115Mpa）是预防钢化玻璃自爆的有效手段。对钢化玻璃的加工时的检验和筛选至关重要，特别是位于中心位置（厚度方向）大颗粒硫化镍，必要时可以借助光学检测设备进行检测。

此外，均质处理（HST，也叫热浸）是解决钢化玻璃自爆问题的有效方法。在均质炉中将钢化玻璃加热到290℃并维持至少2小时再冷却到室温，这个均质过程使钢化玻璃在出厂前提前完成晶相转变，让自爆风险较大的钢化玻璃在出厂前提前自爆，有效降低了钢化玻璃在使用过程中的自爆率。采用半钢化夹层玻璃替代钢化夹层玻璃可以极大地降低玻璃的自爆风险。

3.4热炸裂

不同于钢化玻璃的自爆，当窗户单元中的玻璃中心变得比框架内的玻璃边缘更热时，就会发生热应力断裂，从而导致中心膨胀。施加在玻璃边缘上的拉伸应力可能超过玻璃的强度，导致玻璃以 90 度角从边缘破裂。

玻璃其抵抗/热炸裂热应力破碎能力因素包括：

1）玻璃类型: 玻璃有多种颜色可供选择，从超透明到最深的灰色。有色和光谱选择性玻璃吸收太阳辐射并加热。这种吸收使有色玻璃比透明玻璃更容易因热应力而破裂。

2）涂层类型和位置: 反射和低辐射涂层都反射和吸收太阳辐射，并且根据它们在中空玻璃的表面位置，可以增加外（或内）玻璃板吸收的太阳辐射量并改变相关的热应力风险。

3）户外阴影图案: 因为阴影图案随季节变化。处理这个因素的一种方法是尽量减少项目中不到 50% 的玻璃面板被阴影覆盖的位置。这将有助于避免极端温度梯度。

4）室内遮阳装置: 正如室外遮阳图案会影响玻璃上的热负荷一样，室内遮阳装置（如百叶窗或窗帘）也会增加玻璃的温度。当百叶窗或遮光板将太阳辐射反射回玻璃时，就会发生这种情况，从而减少热量从玻璃中的对流和传导。

5）排风口的位置和方向: 在任何建筑物中，都需要仔细放置隔板，以确保暖空气不会直接吹向玻璃，这会导致玻璃升温并导致玻璃破裂。

6）框架系统: 寻找具有低导热框架系统作为另一种减少破碎风险的方法。在使用中空玻璃时,低导热的边缘密封系统也可以起到相似作用。

柔性暖边的弹性和极低的导热率可极大限度减少应力和热应力导致的炸裂风险。

3.5钢化玻璃热炸裂的预防措施

由3.4可知，有色玻璃、涂层类型和位置、光照阴影、室内遮阳装置、排风口位置和方向及门窗框架系统是影响钢化玻璃热应力破损的主要因素。因此，结合钢化玻璃应用位置和场景，合理设计钢化玻璃的配置，特别是涂层的类型和位置可以有效钢化玻璃热炸裂的风险。室内遮阳装置的合理布置可以减少玻璃局部受热的现象，暖气排风口位置和方向的不应直接吹向玻璃。玻璃框架系统及边缘密封系统采用低导热材料可以有效避免玻璃边部过热现象。

常见的钢化玻璃质量投诉还包括表面划伤、气泡、麻点、发霉、水印等缺陷，以及安装后玻璃的变形、晃动等问题。

4.1表面划伤、麻点等缺陷

1）玻璃划伤是质量投诉最多的方面。钢化玻璃在加工过程中操作不当、运输安装过程中的保护预防措施不到位,很容易造成玻璃表面划伤。

2）气泡、结石等玻璃原片的缺陷是钢化玻璃原片质量不佳，且加工过程中未能及时检出。

3）钢化玻璃麻点、白雾、斑痕装擦伤等缺陷是钢化玻璃加工设备和工艺参数不合理造成的玻璃表面缺陷，从而直接影响了玻璃的外观，特别是玻璃的通透性。钢化炉辊道的清洁度直接决定了钢化玻璃麻点的多少，一般而言，玻璃越厚存在麻点的数量越多。

4）钢化玻璃的发霉现象是由于玻璃加工和存放过程中遇水或受潮，在相对密闭的环境下（玻璃贴合的情况下）玻璃表面与水和空气缓慢发生复杂的化学反应。常见的玻璃发霉现象还可能发生在覆膜的玻璃安装后未及时撕去，造成玻璃表面发霉及残留薄膜印记。

5）钢化玻璃的水渍印也是常见的质量投诉问题之一。玻璃加工厂为追求生产效率、节约成本，将玻璃清洗机的前进速度加大，同时仅使用循环水进行清洗，可能造成钢化玻璃表面水迹污渍残留，玻璃钢化后无法清洗干净。

4.2钢化玻璃晃动

设计不当和安装不当造成的钢化玻璃晃动在质量投诉中也占优不小的比例。

钢化玻璃的设计应根据规范和工程实际荷载情况，选择合适的钢化玻璃配置。而大部分钢化玻璃和门窗制造商由于自身缺乏相关专业知识，在设计钢化玻璃时未考虑玻璃配置的合理合规。最为常见的质量投诉是大版面钢化玻璃发生晃动，其根本原因还是设计不当。

由于施工队伍的素质参差不齐，安装工人的技术水平良莠不齐以及缺乏或疏忽了工程兼管，经常有垫块、胶条安装不到位的情况发生，玻璃边缘和槽口的尺寸不匹配的情况也时有发生，这也是引起钢化玻璃晃动的原因之一。

4.3其他质量投诉的预防措施

玻璃划伤是最常见的质量投诉问题。无论是玻璃加工过程中还是运输过程中，或是安装使用过程中，应力性的接触玻璃表面可能造成一定程度的划伤，从而影响玻璃的美观。因此，玻璃在加工过程中应尽可能避免玻璃与硬质物体接触，必要接触时应采用柔性材料间隔。如玻璃加工过程中表面存在细微划伤，可以考虑表面抛光的方式进行改善。玻璃在运输和安装过程中应确保玻璃不会发生碰撞和移动，玻璃的包装方式至关重要，合理的固定方式和表面覆膜是有效的预防措施。

玻璃原片的气泡、结石等可以通过采购优等品或优质加工级平板玻璃来减少缺陷发生概率。同时，加强对玻璃原片的检验也是提高产品质量的重要手段。

钢化玻璃的麻点、白雾、斑痕等均与钢化设备和钢化工艺相关。状态良好的钢化设备和合理的钢化工艺参数可以有效改善此类缺陷。钢化设备的维护保养、钢化工艺参数的合理设置、钢化玻璃的首检和巡检质量是衡量钢化玻璃深加工厂水平高低的主要因素之一，也是预防钢化玻璃此类缺陷的关键措施。

钢化玻璃的发霉主要发生在玻璃原片和成品。玻璃原片运输和储存过程中受潮后长时间未使用，在相对密闭的环境下玻璃表面与水和空气发生缓慢的化学变化。成品的发霉除玻璃受潮外，还与玻璃的不合理包装相关。玻璃与玻璃的间隔过小或者包装方式不合理，也可能发生发霉现象。玻璃的轻微发霉可采用草酸或氢氟酸擦洗去除，而严重发霉的玻璃一般只能报废处理。

钢化玻璃水渍印问题可以通过适当降低玻璃清洗速度，增大风机功率以及改善清洗水洁净度来实现。轻微的水渍印可以通过表面抛光的方式清除或减轻。

门窗钢化玻璃的晃动大多由于钢化玻璃荷载设计不足引起的。门窗钢化玻璃的设计主要考虑风荷载和自重，其中风荷载与其支承方式相关，受到地面粗糙度、体型系数、风压、位置标高等因素影响，也与其抗震设防烈度有关。此外，钢化玻璃的设计还需符合JGJ113建筑玻璃应用技术规程、GB15763.2建筑用安全玻璃第2部分钢化玻璃等规范的要求。因此，门窗钢化玻璃的设计需结合其应用环境的参数合理设计，同时需要兼顾相关规范要求。

通过上文对钢化玻璃质量投诉的分析可以发现优质的原片、良好的设备、合理的工艺可以有效降低钢化玻璃质量风险，因此选择一家优质的钢化玻璃供应商亦是降低质量投诉概率的捷径之一。同时也需要关注钢化玻璃供应商的软实力，包括其产品设计能力与质量管理水平。