新型材料-玻璃
新型建筑玻璃材料
摘 要
本文通过玻璃的不同功能对近几年的建筑玻璃进行划分,并从平板玻璃、安全玻璃、节能型玻璃、结构玻璃四个方面着重介绍了几种新型建筑玻璃材料。通过研究玻璃中加入的不同基材或者通过改变玻璃的结构,使玻璃拥有了新的功能,并很好地为人类的生产和生活所使用。
关键词:平板玻璃,安全玻璃,节能型玻璃,结构玻璃
New architectural glass material
Abstract
In this paper, the different functions of the architectural glass has been divided in recent years, several new architectural glass materials have been largely introduced from four aspects of the plate glass, the safety glass, the energy-efficient glass and the structural glass. Through the study of the glasses by adding substrates or by changing the structures, the glasses has been gived a new function, and was used for human‟s production and life better.
Key words: the plate glass, the safety glass, the energy-efficient glass, the structural glass
新型建筑玻璃材料
引言
二十一世纪以来,建筑玻璃技术越来越成熟,玻璃的用途也越来越广泛,玻璃从最初的作为简单的门窗发展到今天,通过加入不同的基材和改变其原有结构,使之变成具有不同功能的新型建筑玻璃。在本文的研究中,笔者着重从玻璃的用途进行分类,简单介绍了近五年来的各种多功能新型玻璃。
1.平板玻璃
1.1平板玻璃的定义
平板玻璃是指未经其他加工的平板状玻璃制品,也称白片玻璃或净片玻璃。平板玻璃是建筑玻璃中生产量最大、使用最多的一种,主要用于门窗,起采光、围护、保温、隔声等作用,也是进一步加工成其他技术玻璃的原片。
1.2 新型平板玻璃的用途
1.2.1真空平板玻璃
真空平板玻璃是一种透明、节能型高科技深加工产品,其生产技术涉及真空技术、材料科学、机械与自动化技术、精密测量技术等科技领域。它可广泛应用于建筑物及车船门窗、保温箱柜、平板式太阳能集热板等各种需要透明隔热材料的领域。中空玻璃较普通单层玻璃在隔热保温性能上有大幅度的提升,主要得益于两项技术的发展,一项是玻璃表面的镀膜技术,不仅改善了玻璃的热学性能,同时也改善了玻璃的光学性能;另一项是将中空玻璃中间层的空气替换,以低导热系数气体填充,一般是氩、氪、及六氟化硫等大分子量的、高运动粘度的气体,进一步减少了空气层中气体导热和对流传热引起的能量损失[1]。真空玻璃与中空玻璃相比保温性能更好,热阻更高,因此具有更好的防结露性能和隔热节能。真空玻璃两片玻璃中间的真空层消除了传导与对流传热,使房间与外界的热交换降到极限。
1.2.2 硼硅酸盐平板玻璃
硼硅酸盐平板玻璃的网络完整性和结构紧密程度好,相对于普通钠钙硅玻
璃,具有许多优良的性能,例如较好的机械性能、光学性能、热学性能、化学性能和可加工性,在许多领域得到广泛的应用,特别是硼硅酸盐平板玻璃可以应用于显示器基板、太阳能电池基板和盖板以及防火玻璃。随着硼硅酸盐平板玻璃应用领域的拓展和新产品的开发,硼硅酸盐平板玻璃的增强成为关注的焦点之一。由于在硼硅酸盐平板玻璃中,通常加入碱土金属氧化物CaO来降低玻璃的高温粘度,但是CaO含量过高时,会使玻璃的料性变短,脆性增大,同时过多的CaO很容易导致玻璃的吸晶[2],确定碱土金属CaO的最佳含量,便可以提高硼硅酸盐平板玻璃的性能,高性能硼硅酸盐平板玻璃有望在玻璃幕墙、建筑防火玻璃和防弹玻璃等领域占据更重要的位置[3]。
1.3平板玻璃的现状
改革开放以来,我国平板玻璃工业在产品品种、质量、规模等方面都取得了很大的进步,工艺技术淘汰了落后的垂直引上工艺,形成了以“中国洛阳浮法工艺”为主,以浮法玻璃为主导产品的工业格局。由于浮法工艺具有生产效率高、质量好、产量大、劳动生产率高、资源利用能力强的特点,当前在世界玻璃生产中以明显的优势占据着全球平板玻璃工业的龙头地位。但是,由于平板玻璃工业属资源消耗型行业,相关原材料、燃料、能源等资源价格的上涨,逐渐对企业的发展形成新的压力[4]。
1.4小结
研究我国平板玻璃生产实际情况和生态的影响,我们应当提高资源的利用水平,加强技术研究,开发出新的环保型或低毒性材料代替传统材料,寻找更好的无毒无害的处理方法,才能解决目前平板玻璃的不足。
2.安全玻璃
安全玻璃是指与普通玻璃相比,具有力学强度高、抗冲击能力强的玻璃。其主要品种有钢化玻璃、夹丝玻璃、钛化玻璃等。
2.1钢化玻璃
2.1.1 概念
钢化玻璃又称强化玻璃。它是用物理的或化学的方法,在玻璃表面上形成一
个压应力层,玻璃本身具有较高的抗压强度,不会造成破坏。当玻璃收到外力作用时,这个压力层可将部分拉应力抵消,避免玻璃的碎裂,虽然钢化玻璃内部处于较大的拉应力状态,但玻璃的内部无缺陷存在,不会造成破坏,从而达到提高玻璃强度的目的。
目前研制的半钢化玻璃是在真空玻璃结构中,两片玻璃不是普通玻璃而是半钢化玻璃,普通玻璃通过深加工处理,使玻璃表面形成压应力层,玻璃强度会大大提高,可称为强化玻璃。又依表面压应力不同,分为钢化玻璃和半钢化玻璃两个品种[5]。
2.1.2 钢化玻璃的流行趋势
钢化玻璃最早于20世纪30年代出现于国外,我国于20世纪90年代引进。钢化玻璃有两种流行趋势,一是2011年钢化玻璃生产集中度化。“建筑材料工业„十二五‟发展指导意见”提出到“十二五”末要基本完成淘汰平板玻璃落后产能,加快平板玻璃行业的兼并重组进程,使生产集中度进一步提高。二是2012年钢化玻璃市场细分化。钢化玻璃也正是由于比普通玻璃具有自身抗风压性,寒暑性,冲击性等优点,广泛应用于城市建设规划和市民装修中[6]。
2.2夹丝玻璃
夹丝玻璃也称防碎玻璃或钢丝玻璃。它是由压延法生产的,即在玻璃融融状态下将经预热处理的钢丝或钢丝网压入玻璃中间,经退火、切割而成。
2.3夹层玻璃
夹层玻璃是指由一片玻璃与一片或多片玻璃或塑料、用一层或多层中间层粘结在一起的玻璃构件;夹层安全玻璃是指两层或多层玻璃由一层或多层中间层永久性地粘结在一起的夹层玻璃。当其破碎时,该夹层玻璃的玻璃碎片未脱落中间层,且开口尺寸和残余强度应满足相应的要求[7]。
2.4钛化玻璃
钛化玻璃也称永不碎铁甲箔膜玻璃。是将钛金箔膜紧贴在任意一种玻璃基材之上,使之结合成一体的新型玻璃。钛硅酸盐玻璃具有研究意义和应用价值是因为其具有密度小、折射率高、色散大、化学稳定性好的特点,且其不会象传统高折射率玻璃含铅量高,在生产过程中给环境和工作人员的身体带柬危害。但其含
钛量较高,使玻璃很容易产生析晶,所以只有在基础玻璃组成的基础上调整玻璃组分及其含量才能熔得抗析晶性能好折射率高的玻璃,也才能使玻璃具有应用价值并有利于环境保护[8]。
3.节能型玻璃
3.1吸热玻璃
吸热玻璃品种实质上是颜色玻璃的一部分,它是在普通玻璃制造中,加入一些着色成分,可以使用过渡金属、稀土金属离子进行着色,也可以通过金属胶体和非金属胶体着色,颜色玻璃具有节能作用,减少入室的红外线,称为吸热玻璃,因为吸热玻璃在使用过程中具有吸收红外线的性能,用于建筑玻璃时,可以充分阻挡部分红外光进入室内,一般可20%-30%的太阳能入射降低进入室内热能。起到降低空调负荷的作用,是建筑节能的玻璃的品种之一。
从颜色来划分,吸热玻璃的品种,目前建筑中常用的有茶色、蓝色、灰色、绿色四大品种,每一个品种吸热又存在多个类别,如蓝色吸热玻璃又有:天蓝、海洋蓝、古典蓝等品种,如耀华产的蓝波耀华蓝就是其中的一种[9]。
3.2中空玻璃
3.2.1概念
中空玻璃是由两片和两片以上的玻璃组合,玻璃与玻璃之间保持一定的间隔,间隔中间充满的气体如干燥的空气、氩气等,周边用密封材料如硅酮结构胶、聚硫胶异、丁胶进行双道密封。
3.2.2 新型中空玻璃
(1)蜂窝板中空玻璃
上海耀华皮尔金顿玻璃股份有限公司自主开发的“蜂窝板中空玻璃”是在原有Low-E中空玻璃技术的基础上,新型研制的一种美观、节能、隔音、耐候、安全的装饰蜂窝板中空玻璃,其性能远优于目前常规的Low-E中空玻璃产品,它首创了一种内嵌蜂窝支撑件的中空玻璃结构:科学筛选了具有良好的耐紫外老化性能、稳定的外形结构、良好的刚性(不变形)和稳定的物理化学性能等特点的蜂窝型支撑材料:在原有复合性高的中空玻璃基础上增加蜂窝板分割结构,使产
品具有更佳的隔热效果、不同的颜色与遮阳效果以及丰富的可见光透过率选择性等等[10]。
(2)内置可调遮阳中空节能玻璃
内置可调遮阳中空节能玻璃式行业新研发的一项技术,具有高效节能并集太阳能、超声波新技术于一体的可调节遮阳技术,具有遮阳、隔热、隔声、采光、美观、舒适、安全、易操作性、无需清洁、有良好的工作寿命、具有优良完美性能的新型遮阳产品[11]。
(3)Low-E镀膜玻璃
目前节能型玻璃主要分为低辐射镀膜玻璃(Low-E镀膜玻璃)和阳光控制型镀膜玻璃(Solar Control镀膜玻璃)两大类。低辐射镀膜玻璃在可见光区保持良好的透过性,而在波长大于2.5 µm的中远红外光区却具有比较高的反射性,也就是减少了室内物体热辐射的透过,以达到冬季寒冷区域要求的取暖保温效果[12]。低辐射镀膜玻璃的节能效果可以通过辐射率来表征,在室内采光不受影响的条件下,对0.5-2.5 µm波长范围的近红外线有较强的反射性,屏蔽掉进入室内的阳光辐射热能,起到夏季炎热地区要求的隔热目的[13]。
4.结构玻璃
4.1玻璃幕墙
4.1.1概念
玻璃幕墙是指由支撑结构体系与玻璃面板组成的,不承担主体结构所受作用的,可相对主体结构有一定位移能力的建筑外围护结构或装饰体系[14]。目前研究的双层玻璃幕墙在构造上一般由外层表皮,通风空气层和内层表皮组成。根据其不同的通风方式,内外层表皮可以是单层玻璃也可以为双层玻璃。可调节的遮阳设施一般位于通风空气层的空腔中。双层玻璃幕墙诞生于温和气候区域,后来以其优越的艺术表现力、热工、声学以及光学特性而风靡全世界[15]。
4.1.2国内建筑玻璃幕墙应用状况
玻璃幕墙作为传统的幕墙材料在国内市场上已被广泛地应用,特别是一些地区的标志性公共建筑,例如香港的中环广场,北京的西单国际大厦等都采用了大
面积的玻璃幕墙。公共建筑特别是高楼大厦需要采用玻璃幕墙,除了因为通透性和艺术性,其能够满足建筑荷载、强度的要求也是重要的原因[16]:玻璃幕墙可以起到支撑作用,抵抗建筑主体变形;地震灾害中损害小;节省结构和基础的费用。
近年来,随着绿色、节能观念不断深入人心,包括开发商,建筑师、工程师等都对双层玻璃幕墙这种新型的、具有显著节能效果的幕墙构造给予很大的关注,并寻求在新建项目中采用。国内最早的双层幕墙建筑是在进入21 世纪后才相继建成,这些建筑零散地分布在北京、上海等大都市中,一批高级写字楼开始了采用外循环和内循环式双层玻璃幕墙的尝试。不仅实践中作了一定的尝试,在理论研究方面,我国也对双层玻璃幕墙、智能玻璃幕墙和光电玻璃幕墙作了一定研究,为其进一步广泛应用与推广奠定了一定的基础。我国玻璃幕墙还处在发展阶段,近几十年玻璃幕墙发展的方向首先是提高其保温效果,以节能为应用目标,只要合理设计,玻璃幕墙能够达到节能标准要求。与此同时也应兼顾安全、装饰、高强、隔声等重要功能。在建筑外表面大面积的使用玻璃,以玻璃取代外装修,所形成的玻璃幕墙既体现建筑美学、结构设计等特点,又体现玻璃幕墙作为围护结构的保温节能等特性[17]。
4.2玻璃砖
玻璃砖是一种以玻璃为基才、透明中空的小型砌块,常用于非承重外墙、内隔墙、采光屋顶以及建筑隔断等部位的装饰,在世界各地广泛应用于宾馆、车站、体育场馆、大酒店、博物馆、大型展厅、豪华商场、大型公用建筑与民用建筑等。近年来,玻璃砖有用作承重墙、小柱网屋面板和楼板的趋势。但从国内玻璃砖的工程应用与研究现状来看,我国还处于起步阶段,玻璃砖绝大部分用于建筑装饰材料,很少用于建筑承熏材料,而且有关玻璃砖用作承重结构的科研工作也未见报道,也没有相应的设计应用规范或规程。这对于具有较高承载能力的玻璃砖砌体来说,无疑是很大的浪费,也大大限制了玻璃砖的应用范围以及玻璃砖产业的规模发展[18]。
结论
随着建筑逐步向智能化、绿色化、生态化方向发展,从建筑物的门窗、幕墙到屋顶结构等,从利用太阳能到建筑物整体的隔热保温、居室采光调温和建筑环
境舒适美化等,都离不开玻璃。我们未来的核心任务是节约能源和生产能源,随着玻璃节能技术的进步,玻璃在今后的建筑生态节能设计中将会发挥越来越大的作用。未来建筑将是由建筑师、结构工程师、设备工程师、建筑物理学家、能源专家等各专业共同发展的产品。高效的节能设施将是未来建筑的核心,只有这样才能实现建筑节约能源、保护生态的可持续发展之路。
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