隨著我國建筑玻璃幕墻的廣泛應(yīng)用，建筑玻璃自爆與墜落導(dǎo)致的安全事故和問題日益凸顯。事故頻發(fā)引起了各級(jí)政府部門的高度重視，以往大多是事后統(tǒng)計(jì)已有的破損，無法預(yù)測既有建筑玻璃潛在風(fēng)險(xiǎn)。

　　鋼化玻璃自爆，俗稱“玻璃癌癥”，是既有玻璃服役安全中普遍但又難以檢測、“無法治療”的國際性難題。針對(duì)建筑玻璃服役安全評(píng)價(jià)的瓶頸問題，中國建材集團(tuán)旗下中國建材總院所屬國檢集團(tuán)首席科學(xué)家包亦望敢為天下先，以提升其服役安全和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測為目標(biāo)，突破了國內(nèi)外建筑玻璃行業(yè)百年難題。他主持完成的項(xiàng)目“建筑玻璃服役風(fēng)險(xiǎn)檢測和可靠性評(píng)價(jià)關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備及應(yīng)用”榮獲2017年國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

　　科技創(chuàng)新，讓風(fēng)險(xiǎn)可以預(yù)測

　　包亦望根據(jù)玻璃的本征脆性和“寧碎不屈”的特點(diǎn)，認(rèn)為要解決這種風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測問題，首先要搞清楚自爆機(jī)理和影響因素。包亦望團(tuán)隊(duì)的研究，是從尋找硫化鎳開始的。

　　玻璃里的硫化鎳雜質(zhì)直徑只有0.1~0.3毫米左右，肉眼基本看不見，用放大鏡或掃描儀檢查微小雜質(zhì)極為困難，現(xiàn)場檢測更加困難。為了確定雜質(zhì)缺陷的性質(zhì)，團(tuán)隊(duì)首先收集大量的鋼化玻璃自爆后的殘片，并取出自爆源的部分玻璃進(jìn)行斷口分析，每一個(gè)自爆源斷口都能找出一個(gè)微小的雜質(zhì)。在對(duì)大量的雜質(zhì)進(jìn)行成分分析后，包亦望團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，除了大家熟知的硫化鎳，還有從未被發(fā)現(xiàn)過的單質(zhì)硅、氧化鋁等雜質(zhì)顆粒。這些并不會(huì)發(fā)生相變的雜質(zhì)顆粒由于膨脹系數(shù)與玻璃不一致，在升溫或降溫過程中也會(huì)引起雜質(zhì)顆粒與玻璃之間的擠壓，這種擠壓達(dá)到一定程度就會(huì)導(dǎo)致玻璃局部應(yīng)力超過玻璃局部強(qiáng)度而破裂，從而發(fā)生自爆。因此，鋼化玻璃的自爆是由硫化鎳、單質(zhì)硅等雜質(zhì)擠壓周邊玻璃并產(chǎn)生應(yīng)力集中而導(dǎo)致的一種脆性材料力學(xué)和斷裂力學(xué)的現(xiàn)象。從力學(xué)的角度來分析和解決問題，這是固體力學(xué)專業(yè)出身的包亦望的強(qiáng)項(xiàng)。

　　利用材料力學(xué)基礎(chǔ)和脆性材料臨界破壞的強(qiáng)度模型，包亦望建立了鋼化玻璃自爆的破壞準(zhǔn)則和自爆條件，證明了鋼化玻璃自爆不僅僅是因?yàn)槲⑿☆w粒雜質(zhì)，還因?yàn)樾☆w粒雜質(zhì)剛好位于鋼化玻璃的拉應(yīng)力區(qū)。如果雜質(zhì)的膨脹系數(shù)比玻璃大，它將在升溫過程擠壓玻璃，反之，在降溫過程產(chǎn)生界面擠壓。顯然這些擠壓都會(huì)引起應(yīng)力集中而導(dǎo)致鋼化玻璃自爆。

　　雖然用光學(xué)或肉眼檢測微小雜質(zhì)極為困難，但是查找透明材料里面的應(yīng)力集中卻是一件容易的事。包亦望團(tuán)隊(duì)的研究思路因此發(fā)生了根本改變，從查找高層建筑玻璃自爆源雜質(zhì)到檢測自爆源雜質(zhì)引起的應(yīng)力集中，通過揭示鋼化玻璃內(nèi)部雜質(zhì)顆粒與周邊應(yīng)力場分布的關(guān)聯(lián)性，發(fā)現(xiàn)自爆的根本原因在于玻璃內(nèi)部拉應(yīng)力區(qū)內(nèi)的應(yīng)力集中。

　　包亦望團(tuán)隊(duì)通過分析鋼化玻璃內(nèi)部雜質(zhì)顆粒種類、形貌、尺寸、分布位置對(duì)應(yīng)力集中的影響，獲得了鋼化玻璃自爆風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的影響系數(shù)及劃分標(biāo)準(zhǔn)，提出自爆準(zhǔn)則，并開發(fā)了鋼化玻璃自爆源自動(dòng)檢測方法，研制了國內(nèi)外首臺(tái)透射式和反射式光彈掃描儀。該技術(shù)被制定為國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 30020，成為評(píng)估鋼化玻璃自爆風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵手段。技術(shù)還可推廣至玻璃生產(chǎn)線或幕墻安裝前的鋼化玻璃自爆源排查，為建筑玻璃及玻璃制品的安全使用提供了科學(xué)、系統(tǒng)的評(píng)價(jià)理論及無損在線檢測方法。

　　包亦望團(tuán)隊(duì)還發(fā)明了“動(dòng)態(tài)相對(duì)法”預(yù)測建筑玻璃墜落風(fēng)險(xiǎn)及評(píng)估標(biāo)準(zhǔn);開發(fā)了幕墻玻璃墜落風(fēng)險(xiǎn)檢測儀，自動(dòng)識(shí)別幕墻墜落風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，數(shù)據(jù)無線傳輸，創(chuàng)新技術(shù)還具有普適性，也可推廣到陶瓷幕墻和石材幕墻等外圍構(gòu)件的服役安全檢測;研制出一種可用于檢測高空建筑幕墻的機(jī)器人裝備——玻璃幕墻安全檢測智能機(jī)器人，解決了高層建筑玻璃幕墻檢測人員高空作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)難題，實(shí)現(xiàn)了玻璃幕墻安全智能化、自動(dòng)化檢測，破解了以往“蜘蛛人”高空對(duì)幕墻檢測的危險(xiǎn)難題。

　　建筑玻璃應(yīng)用中另一個(gè)突出的問題是服役中空玻璃密封失效而導(dǎo)致建筑不節(jié)能并容易造成外片玻璃脫落，建筑玻璃從高層建筑上脫落到地面是比自爆更加危險(xiǎn)的一種災(zāi)害。我國中空玻璃產(chǎn)量和使用量遍布全球，中空玻璃的產(chǎn)品質(zhì)量及其服役性能檢測至關(guān)重要。該團(tuán)隊(duì)研發(fā)了無冷媒中空玻璃結(jié)露試驗(yàn)儀等系列10個(gè)類別的耐久性檢測設(shè)備，建立了耐久性評(píng)價(jià)技術(shù)體系，率先建成了世界上很大的、可年檢1800個(gè)中空玻璃單元體耐久性檢測服務(wù)平臺(tái)，獲得美國中空玻璃認(rèn)證委員會(huì)和北美中空玻璃協(xié)會(huì)的國際認(rèn)可和驗(yàn)證，填補(bǔ)了國內(nèi)空白。

　　對(duì)于服役中的中空玻璃，包亦望揭示了其氣密性和受力變形之間的關(guān)系，即中空層漏氣之后受力和變形均集中在受力作用的那一片玻璃上，從而降低了中空玻璃承載性能，增大了受力較大的外片玻璃破裂或墜落的安全隱患。發(fā)明了“撓度比較法”現(xiàn)場評(píng)價(jià)中空玻璃密封性能是否失效的檢測技術(shù)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場評(píng)價(jià)中空玻璃的安全性能，為建筑玻璃安全服役和災(zāi)難事故的預(yù)測提供了全新的技術(shù)手段。

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