【中玻網(wǎng)】隨著(zhù)我國建筑玻璃幕墻的廣泛應用，建筑玻璃爆開(kāi)與掉落導致的安全事故和問(wèn)題日益凸顯。事故頻發(fā)引起了各級相關(guān)部門(mén)部門(mén)的高度重視，以往大多是事后統計已有的破損，無(wú)法預測既有建筑玻璃潛在風(fēng)險。

　　鋼化玻璃爆開(kāi)，俗稱(chēng)“玻璃癌癥”，是既有玻璃服役安全中普遍但又難以檢驗、“無(wú)法治療”的全部性難題。針對建筑玻璃服役安全評價(jià)的瓶頸問(wèn)題，中國建材集團旗下中國建材總院所屬?lài)鴻z集團重要地位科學(xué)家包亦望敢為天下先，以提升其服役安全和風(fēng)險預測為目標，打破了國內外建筑玻璃行業(yè)百年難題。他主持完成的項目“建筑玻璃服役風(fēng)險檢驗和可靠性評價(jià)關(guān)鍵技術(shù)與設備及應用”榮獲2017年國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎二等獎。

　　科技創(chuàng )新，讓風(fēng)險可以預測

　　包亦望根據玻璃的本征脆性和“寧碎不屈”的特點(diǎn)，認為要解決這種風(fēng)險預測問(wèn)題，首先要搞清楚爆開(kāi)機理和影響因素。包亦望團隊的研究，是從尋找硫化鎳開(kāi)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(jiàn)，用放大鏡或掃描儀檢查微小雜質(zhì)較為困難，現場(chǎng)檢驗更加困難。為了確定雜質(zhì)缺點(diǎn)的性質(zhì)，團隊首先收集大量的鋼化玻璃爆開(kāi)后的殘片，并取出爆開(kāi)源的部分玻璃進(jìn)行斷口分析，每一個(gè)爆開(kāi)源斷口都能找出一個(gè)微小的雜質(zhì)。在對大量的雜質(zhì)進(jìn)行成分分析后，包亦望團隊發(fā)現，除了大家熟知的硫化鎳，還有從未被發(fā)現過(guò)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)顆粒由于膨脹系數與玻璃不一致，在升溫或降溫過(guò)程中也會(huì )引起雜質(zhì)顆粒與玻璃之間的擠壓，這種擠壓達到一定程度就會(huì )導致玻璃局部應力超過(guò)玻璃局部強度而破裂，從而發(fā)生爆開(kāi)。因此，鋼化玻璃的爆開(kāi)是由硫化鎳、單質(zhì)硅等雜質(zhì)擠壓周邊玻璃并產(chǎn)生應力集中而導致的一種脆性材料力學(xué)和斷裂力學(xué)的現象。從力學(xué)的角度來(lái)分析和解決問(wèn)題，這是固體力學(xué)有經(jīng)驗出身的包亦望的強項。

　　利用材料力學(xué)基礎和脆性材料臨界破壞的強度模型，包亦望建立了鋼化玻璃爆開(kāi)的破壞準則和爆開(kāi)條件，證明了鋼化玻璃爆開(kāi)不僅僅是因為微小顆粒雜質(zhì)，還因為小顆粒雜質(zhì)剛好位于鋼化玻璃的拉應力區。如果雜質(zhì)的膨脹系數比玻璃大，它將在升溫過(guò)程擠壓玻璃，反之，在降溫過(guò)程產(chǎn)生界面擠壓。顯然這些擠壓都會(huì )引起應力集中而導致鋼化玻璃爆開(kāi)。

　　雖然用光學(xué)或肉眼檢驗微小雜質(zhì)較為困難，但是查找透明材料里面的應力集中卻是一件容易的事。包亦望團隊的研究思路因此發(fā)生了根本改變，從查找高層建筑玻璃爆開(kāi)源雜質(zhì)到檢驗爆開(kāi)源雜質(zhì)引起的應力集中，通過(guò)揭示鋼化玻璃內部雜質(zhì)顆粒與周邊應力場(chǎng)分布的關(guān)聯(lián)性，發(fā)現爆開(kāi)的根本原因在于玻璃內部拉應力區內的應力集中。

　　包亦望團隊通過(guò)分析鋼化玻璃內部雜質(zhì)顆粒種類(lèi)、形貌、尺寸、分布位置對應力集中的影響，獲得了鋼化玻璃爆開(kāi)風(fēng)險等級的影響系數及劃分標準，提出爆開(kāi)準則，并開(kāi)發(fā)了鋼化玻璃爆開(kāi)源自動(dòng)檢驗方法，研制了國內外首臺透射式和反射式光彈掃描儀。該技術(shù)被制定為國家標準GB/T 30020，成為評估鋼化玻璃爆開(kāi)風(fēng)險的關(guān)鍵手段。技術(shù)還可推廣至玻璃生產(chǎn)線(xiàn)或幕墻安裝前的鋼化玻璃爆開(kāi)源排查，為建筑玻璃及玻璃制品的安全使用提供了科學(xué)、系統的評價(jià)理論及無(wú)損在線(xiàn)檢驗方法。

　　包亦望團隊還發(fā)明了“動(dòng)態(tài)相對法”預測建筑玻璃掉落風(fēng)險及評估標準;開(kāi)發(fā)了幕墻玻璃掉落風(fēng)險檢驗儀，自動(dòng)識別幕墻掉落風(fēng)險等級，數據無(wú)線(xiàn)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件的服役安全檢驗;研制出一種可用于檢驗高空建筑幕墻的機器人裝備——玻璃幕墻安全檢驗智能機器人，解決了高層建筑玻璃幕墻檢驗人員高空作業(yè)風(fēng)險難題，實(shí)現了玻璃幕墻安全智能化、自動(dòng)化檢驗，破解了以往“蜘蛛人”高空對幕墻檢驗的危險難題。

　　建筑玻璃應用中另一個(gè)突出的問(wèn)題是服役中空玻璃密封失效而導致建筑不節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爆開(kāi)更加危險的一種災害。我國中空玻璃產(chǎn)量和使用量遍布大部分國家，中空玻璃的產(chǎn)品質(zhì)量及其服役性能檢驗至關(guān)重要。該團隊研發(fā)了無(wú)冷媒中空玻璃結露試驗儀等系列10個(gè)類(lèi)別的耐久性檢驗設備，建立了耐久性評價(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驗服務(wù)平臺，獲得美國中空玻璃認證委員會(huì )和北美中空玻璃協(xié)會(huì )的全部認可和驗證，填補了空白區域。

　　對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，加大了受力非常大的外片玻璃破裂或掉落的安全隱患。發(fā)明了“撓度比較法”現場(chǎng)評價(jià)中空玻璃密封性能是否失效的檢驗技術(shù)，實(shí)現現場(chǎng)評價(jià)中空玻璃的安全性能，為建筑玻璃安全服役和災難事故的預測提供了全新的技術(shù)手段。