Rottura spontanea del vetro

Rottura spontanea del vetro

Copyright: Sig. Amanda Gibney Weko

ROTTURA SPONTANEA

Lievi danni ai bordi durante la manipolazione del vetro, graffi o intaccature durante l'installazione, un difetto di progettazione o un'imperfezione naturale nel vetro potrebbero causare rotture spontanee.

Abbiamo sentito tutti lo schiocco sordo di un ciottolo o un pezzo di detriti della strada che ha colpito il parabrezza della nostra auto. Potremmo vedere un foro stenopeico immediato o una crepa e sapere che ciò inevitabilmente farà ragnatela attraverso il vetro e causerà la rottura del parabrezza se non trattata.

Che un piccolo impatto possa causare danni significativi al vetro non è limitato ai nostri veicoli. Problemi simili si verificano con i vetri commerciali.

Lievi danni ai bordi durante la manipolazione del vetro, graffi o intaccature durante l'installazione, un difetto di progettazione o un'imperfezione naturale nel vetro potrebbero causare rotture spontanee - la rottura apparentemente non sollecitata del vetro.

Per i professionisti del design e delle costruzioni, capire come e perché le rotture del vetro possono essere la chiave per la prevenzione.

VETRO DI SICUREZZA

In generale, il vetro viene prodotto fondendo silice (un componente di sabbia), carbonato di sodio (o carbonato di sodio, che abbassa il punto di fusione della silice) e ossido di calcio (o calce, che aggiunge stabilità chimica) ad alta temperatura.

Il vetro viene quindi raffreddato, modellato e ulteriormente raffreddato (un processo chiamato ricottura) per stabilizzarlo e rafforzarlo.

Il vetro ricotto standard può essere utilizzato per finestre in aree a basso traffico, ma la maggior parte dei codici impone invece vetri di sicurezza. Se rotto, il vetro ricotto si frantumerà in frammenti e pezzi taglienti.

A sinistra: il vetro ricotto standard si rompe in schegge taglienti; A destra: il vetro temperato o temperato si frantuma in minuscoli pezzi di ghiaia
A sinistra: il vetro ricotto standard si rompe in schegge taglienti; A destra: il vetro temperato o temperato si frantuma in minuscoli pezzi di ghiaia

I vetri di sicurezza riducono il rischio di lesioni dovute alla rottura. Il vetro è trattato per rafforzare e modificare le sue proprietà di rottura. Esistono due tipi principali di vetri di sicurezza: vetro temperato e vetro stratificato.

I vetri rinforzati a caldo offrono maggiore stabilità rispetto a quelli ricotti, ma non possono essere considerati vetri di sicurezza perché hanno il potenziale di formare grandi frammenti quando rotti.

Sia il vetro temperato che il vetro rinforzato sono trattati termicamente a 1200 ° F (650 ° C) e raffreddati a forza per creare una compressione superficiale o del bordo.

Vetro temperato viene raffreddato molto rapidamente, creando una maggiore compressione della superficie e dei bordi.

Il vetro rinforzato termicamente viene raffreddato più lentamente per una compressione della superficie e dei bordi inferiore rispetto al vetro temperato, ma ha ancora proprietà più elevate del vetro ricotto.

Diagramma che mostra il vetro rinforzato a caldo
Diagramma che mostra vetro rinforzato termicamente

Chiamato anche vetro temperato, il vetro temperato è stato trattato termicamente per una compressione superficiale minima di 10,000 PSI e resistenza agli urti quattro volte più forte del vetro ricotto.

Il rapido raffreddamento - o raffreddamento - mette in compressione le superfici e i bordi del vetro mentre il centro rimane in tensione.

Il processo cambia la caratteristica di rottura del vetro, in modo che quando viene frantumato, si rompe in piccoli pezzi di dimensioni di ghiaia e riduce il potenziale di lesioni dei frammenti taglienti.

Il vetro temperato non può essere tagliato. Il vetro rinforzato termicamente è stato trattato termicamente per una compressione superficiale di 3,500-7,500.

Con una compressione superficiale doppia del vetro ricotto, vengono utilizzati vetri rinforzati a caldo al posto dei vetri generali dove si desidera una protezione termica e antivento aggiuntiva.

Un'altra opzione di vetratura di sicurezza, il vetro laminato utilizza una combinazione di calore e pressione per inserire uno o più strati di polivinil-butirrale (PVB) tra due o più strati di vetro.

Gli strati di vetro laminato tengono insieme il pannello in caso di rottura, aumentando la resistenza e la stabilità dei bordi.

Illustrazione in vetro laminato per gentile concessione JE Berkowitz
Illustrazione in vetro laminato per gentile concessione JE Berkowitz

CAUSE DI ROTTURA

Materiale da costruzione intrinsecamente fragile, il vetro ha sempre il potenziale di rompersi.

Mentre i produttori producono vetri di sicurezza e rivestimenti autorigeneranti e sviluppano nuovi metodi per rendere il vetro più forte e sicuro, i professionisti del design e delle costruzioni devono tenere conto delle cause comuni di rottura e delle misure preventive.

DANNI ALLA MOVIMENTAZIONE

La causa più comune di rottura del vetro deriva da danni ai bordi o alla superficie durante la manipolazione.

Anche il minimo intaccamento nel vetro durante l'imballaggio, la spedizione o l'installazione può - nel tempo e l'espansione e la contrazione naturali attraverso i cambiamenti di temperatura e il movimento sottile dell'edificio - creare una concentrazione di stress attorno all'imperfezione, che può portare a rotture future.

Sebbene apparentemente spontanei, questi tipi di interruzioni hanno una causa naturale. Una corretta gestione da parte di vetrai professionisti addestrati è uno dei mezzi principali per evitare questo tipo di rotture.

Rottura correlata al telaio

Se mancano, danneggiano o non sono sufficienti le guarnizioni, i blocchi di regolazione o i blocchi di bordo in una finestra di metallo o in un telaio per tende per attutire il vetro contro il contatto vetro-metallo causato da sbalzi di temperatura e movimento dell'edificio, si possono accumulare stress che alla fine portano alla rottura.

Anche il movimento del sistema di costruzione o inquadramento dovuto al vento o alle condizioni ambientali può contribuire al contatto vetro-metallo.

Una lastra di vetro costruita in modo improprio che è troppo grande o sottile per la sua posizione può essere danneggiata dal vento o dalle intemperie.

Un'attenta revisione del progetto, una corretta progettazione e un'installazione professionale possono prevenire rotture spontanee legate al telaio.

ROTTURA DELLO STRESS TERMICO

Con una maggiore enfasi sulla luce naturale e sulla progettazione solare passiva, la rottura del vetro legata allo stress termico dovrebbe essere una preoccupazione.

Quando il centro di una lastra di vetro diventa più caldo del suo bordo, l'espansione del centro di vetro riscaldato può creare uno sforzo di trazione attorno al bordo.

Se lo stress termico supera la resistenza del bordo, il vetro può rompersi.

Le grandi unità di vetro isolante (IGU), in particolare in combinazione con i rivestimenti a controllo solare, richiedono un'analisi termica per evitare rotture dovute allo stress.

La modellazione termica e le regolazioni di progettazione possono essere effettuate durante la fase di progettazione per ridurre la rottura spontanea legata allo stress termico.

ROTTURA DELL'INCLUSIONE

È relativamente raro, ma durante il processo di tempra, i contaminanti di nichel nel vetro float possono causare la formazione di calcoli di solfuro di nichel.

Nel corso del tempo, quando il vetro temperato installato viene esposto a sbalzi di temperatura naturali, la minuscola pietra potrebbe espandersi, provocando la rottura del vetro.

Le pietre di solfuro di nichel possono essere presenti nel vetro ricotto e rinforzato a caldo, ma non sono soggette a rotture spontanee perché il ciclo di raffreddamento più lento arresta il cambiamento di fase delle pietre o le intrappola prima che possano espandersi volumetricamente.

Non esiste una tecnologia nota per eliminare le pietre di solfuro di nichel e possono essere così piccole - da 0.003 a 0.015 pollici di diametro - che non c'è nemmeno modo di ispezionare visivamente la loro presenza nel vetro float.

microscopica inclusione di solfuro di nichel
microscopica inclusione di solfuro di nichel

Le linee guida ASTM consentono imperfezioni, comprese le pietre di nichel solfuro, tra 0.020 e 0.1 di pollice, ma questo è molto più grande della dimensione tipica della pietra. Fare riferimento alle specifiche standard ASTM C1036 per vetro piano per tutti i dettagli.

Alcuni produttori prendono precauzioni per la presenza di nichel-solfuro.

PPG e altri produttori di vetro nordamericani non usano il nichel in nessuna formulazione di lotto primario, vietano le operazioni sui metalli nichelanti e utilizzano separatori magnetici.

PPG raccomanda anche vetri rinforzati a caldo quando è necessario un vetro trattato termicamente, tranne nei casi in cui i codici impongano vetri di sicurezza.

Il consulente del settore Bill Coddington, citato in un articolo di Glass.com del 2008, ha dichiarato: “Le principali fabbriche di vetro negli Stati Uniti fanno un ottimo lavoro selezionando le materie prime e le attrezzature di produzione utilizzate al fine di ridurre al minimo le possibilità che il nichel possa essere introdotto nel galleggiante lotto di vetro. "

ROTTURA SPONTANEA

ROTTURA SPONTANEA

Dall'alto: due esempi di danni ai bordi del vetro (immagine in alto per gentile concessione di Bruening Glass Works); rottura del vetro temperato - notare che il vetro rimane all'interno della cornice; possibile interruzione dell'inclusione identificata dal modello di interruzione “a farfalla” al centro

ROTTURA SPONTANEA

ROTTURA SPONTANEA

RISCALDAMENTO

L'ammollo di calore viene spesso utilizzato in applicazioni ad alta richiesta come pareti con supporto puntuale o quando ridurre la probabilità di rottura spontanea è una priorità.

Esempi includono ringhiere, porte, vetro temperato pesante e unità di vetro isolante.

Durante l'immersione a caldo, un lotto campione o un intero lotto di pannelli in vetro temperato è esposto a temperature da 288 a 316 ° C (da 550 a 660 gradi F) per un massimo di quattro ore al fine di testare e mitigare le inclusioni.

Il processo richiede qualsiasi inclusione per cambiare fase e rompere il vetro prima che venga spedito.

L'industria non è d'accordo sull'approccio "break-now-notlater" dell'ammollo di calore. Il processo riduce la probabilità di rottura correlata all'inclusione, ma non può prevenire o garantire che altre inclusioni potrebbero non cambiare e stimolare la rottura in futuro.

In effetti, il processo può causare inclusioni piccole e stabili per iniziare il cambio di fase durante l'immersione di calore e potenzialmente completare la trasformazione dopo l'installazione del vetro.

L'ammollo del calore può anche influenzare negativamente la compressione superficiale e le proprietà di resistenza intrinseca, e il processo aggiunto - e la sua gestione associata - possono creare maggiori possibilità di danni ai bordi, graffi o modifiche alle proprietà del rivestimento superficiale.

L'ammollo di calore dopo la fabbricazione può distruggere alcuni pannelli di vetro difettoso, ma è un processo costoso e dispendioso in termini di tempo che non eliminerà tutte le inclusioni di solfuro di nichel.

JE Berkowitz offre assorbimento del calore per ridurre l'incidenza di rotture spontanee dovute alle inclusioni di solfuro di nichel e danni alla fabbricazione in vetro temperato, aderendo alla norma internazionale EN 14179-1: 2005 (HST).

Lo standard, ufficialmente Glass in Building - Il vetro di sicurezza al silicato di calce di soda temprato termicamente imbevuto di calore, definisce il sistema di processo di assorbimento del calore insieme alle tolleranze per planarità, bordi, frammentazione e caratteristiche fisiche e meccaniche della sicurezza al silicato di silicato di calce soda temprata termicamente piatta monolitica imbevuta di calore vetro per uso negli edifici.

Nel processo di assorbimento del calore JE Berkowitz, il vetro completamente temperato viene impilato in un forno appositamente costruito e certificato, riscaldato a 550 gradi F e gradualmente raffreddato.

Il processo totale richiede circa sei ore: due ore per aumentare la temperatura, circa due o quattro ore di permanenza e altre due ore per ridurre la temperatura.

Coppette termiche sono posizionate sul vetro per monitorare le temperature. Tuttavia, il processo riduce solo la probabilità di rottura da un normale otto lite su 1,000 a cinque lite su 1,000.

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