各向异性作为英国建筑浮法热处理玻璃的缺陷



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各向异性是外墙行业使用的术语,用于描述在特定光线和观察条件下热处理玻璃中图案和彩色区域的表现。

各向异性或豹斑是外墙和玻璃行业中使用的术语,用于描述在特定光线和观看条件下热处理玻璃中图案和彩色区域的表现。这种现象通常是可能最终导致包层供应链与设计师/规范者及其客户之间发生争议的分歧的主题[1]。

各向异性的原因和可能影响它的条件已通过文献和旨在将其可见性最小化的现有生产和测量过程的当前状态进行了审查。这表明这种现象的可见性取决于偏振光、视角和玻璃板中的应力,后者是热处理过程中温度分布的函数。

少数专业玻璃供应商似乎已经改变了他们的钢化设备和工艺以减少这种现象。最先进的扫描仪可能能够测量和分析各向异性模式,并使钢化炉的专用设计和操作能够降低各向异性现象的可见性。对于历来认为这个不可避免的问题无法缓解的玻璃行业来说,这是重要的一步。

测量设备的持续发展对于客观定义验收和拒绝参数也至关重要。这些可能会被纳入监管标准和指南的未来修订版中,其中各向异性目前不被视为缺陷,而是一种可见的影响。这与许多要求玻璃各向异性降低或没有各向异性的规范形成对比

对 35 位主要利益相关者(建筑师、玻璃供应商、专业幕墙承包商和幕墙顾问)进行的详细调查结果突出了接受这一现象的供应链与渴望拥有减少玻璃的设计师及其客户之间的分歧各向异性。

它还强调需要对各向异性和现行标准的不足进行详细解释,这些标准缺乏客观的验收参数和规范,从而吸引了旷日持久的资格审查和潜在的争议。各向异性对于希望接收有关导致该现象的原因、行业状况以及可以采取哪些措施来降低其可见性的最新信息的利益相关者来说是一个重要问题。本研究可用于支持此类行动并为进一步研究提供信息。

介绍

各向异性是外墙行业使用的术语,用于描述在特定光线和观察条件下热处理玻璃中图案和彩色区域的表现。这种现象是由热处理过程中嵌入玻璃板的应力引起的。使玻璃呈双折射或双折射的应力水平和分布是(非均匀)温度分布和热传递的函数,这些分布和传热受例如但不限于以下因素的影响:支撑辊上的玻璃板,玻璃板的摆动,加热管和淬火喷嘴的布局和操作(注意,本研究未审查气浮技术回火)。

Redner 和 Bhat [2] 的早期研究强调了回火过程导致的应力分布不均匀。这导致复杂的热力学过程和复杂的玻璃区域布局,以相对不同的方式改变(偏振)光的行为,从而产生特定的(各向异性)图案。

偏振光,即仅在一个平面内振荡的光,是一种自然发生且不可避免的现象,由自然光反射和散射引起。Illguth 等人提供了这些光学现象的详细解释。[3] 还提出了一种测量各向异性的方法,Henriksen 和 Leosson [4] 也讨论了原因并提供了某些特定各向异性模式的示例,并提出了一种量化该现象的方法。

承诺测量和减少可见虹彩的技术和设备在过去几年已经上市。相反,在整个热处理过程中更均匀的温度分布会导致更均匀的应力分布,进而减少干扰各向异性模式。

图 1 和图 2 显示了一家领先的玻璃供应商为尽量减少各向异性的可见性而对钢化炉进行内部改造的示例。辊子设计的改变创造了更均匀的热分布,消除了中央纵向带(由图 1 中的红色箭头指示),进而导致更均匀,更重要的是,干扰更少的各向异性模式(图 2)。

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当前的玻璃行业标准和指南承认各向异性是热处理玻璃在暴露于某些光照条件下不可避免的特性,例如参见 CWCT 技术说明 35(评估玻璃外观 [5])和英国标准玻璃工艺(BS EN 1863:2011 [6])。

外墙规范一直与此类标准保持一致,但近年来,由于频繁要求各向异性降低或无各向异性玻璃的玻璃,并通过有效地重新定义可能会被拒绝的缺陷现象,规范变得越来越严格。相反,由于玻璃加工的局限性限制了该行业的实际生产能力,外墙行业正在努力满足这些需求。

此外,由于各向异性导致的工厂和现场玻璃验收和拒绝基本上基于主观检查标准并得到广泛抽样的支持,因为不清楚是否以及如何测量或控制各向异性。这种现象通常是分歧的主题,最终可能导致不认为它是缺陷的覆层供应链与认为它是缺陷并希望避免它的设计师/规范者及其客户之间发生争议。

目标

这项工作旨在确定建筑师、玻璃供应商、专业幕墙承包商和幕墙顾问将热处理玻璃的各向异性视为缺陷的程度,以及这如何影响整个英国幕墙行业。它展示了对利益相关者进行的一项调查的主要结果,并试图确定所需的澄清程度、行业现状,同时审查未来的挑战和可能的前进方向。

方法

这项研究的背景是寻求更明确而简单的各向异性定义,作为一种现象及其原因。为实现这一目标,我们对作为建筑产品的玻璃和相关文献进行了全面审查,特别关注导致各向异性的过程。这得到了对当前玻璃制造技术现状的评估,以及至关重要的是,是否以及如何测量和控制建筑玻璃中的视觉干扰各向异性。由此产生的行业背景与现有的行业标准、指南和规范进行了比较。

一项初步的试点调查强调了当前规范对无各向异性玻璃的需求与依赖玻璃行业满足此类需求的外墙行业面临的挑战之间的紧张关系。该初步试点调查的结果用于为更详细的调查提供信息,该调查旨在评估关键外墙行业利益相关者与玻璃各向异性相关的知识和看法。结果确定了问题的严重性,突出了任何相关的缺点,并展示了不同的利益相关者目前如何处理各向异性。这被用来确定可能的和可持续的前进方式,有可能改进与建筑玻璃各向异性相关的标准和指南。

结果

该调查于 2014 年 3 月/4 月对 37 名行业利益相关者进行,包括建筑师(10 名)、外墙顾问(9 名)、玻璃供应商(8 名)和专业外墙承包商(10 名)。收回了 35 份问卷,总体回复率为 95%,表明业界对这一现象相当感兴趣。除了一名受访者外,其他所有人都表示有兴趣获得更多有关该现象及其对外墙和玻璃行业的影响的信息。值得注意的是,六名受访者希望保持匿名:其中四名是供应商,他们可能不太愿意公开分享他们的观点。

至少 60% 的参与者认为该现象在招标、生产和移交阶段是关键或重要的:在项目完成后,这似乎不是一个问题(43%)(图 3)。

评估各向异性问题对幕墙行业的影响程度

图 3:评估各向异性问题对幕墙行业的影响程度

虽然大多数调查受访者 (43%) 认为可以解决玻璃中的各向异性问题,但也存在相当大的不确定性,因为超过三分之一的人不确定情况是否如此,而 20% 的人认为无法解决(图4)。这些回应证实了行业的混乱和分裂,因为它与这种现象有关。

可以解决各向异性问题吗?

图 4:可以解决各向异性问题吗?

一家主要的玻璃供应商目前正在销售各向异性降低的玻璃,至少另一家如先前所示的研发工作取得了令人满意的结果。与供应链的私人沟通证实,操作、专业知识和维护对于获得最佳结果至关重要。与玻璃行业的历史地位相反,因此似乎有可能影响这种现象的视觉冲击。

对于 69% 的受访者来说,当前的行业标准和指南不足以规范各向异性,只有四位受访者认为他们是。各向异性被认为是热处理过程的不可避免的影响,现行英国标准对此类过程进行监管(即 BS EN 1863:2011 [6]、BS EN 12150:2000 [7]、BS EN 14179:2005 [8])和玻璃行业指南。

审查的文件似乎对这种现象的解释是一致的,其中也称为豹斑、彩虹色、淬灭痕迹或应变模式。经审查的四份文件中,只有一份是英国标准 (BS EN 1863:2011),明确指出各向异性不是缺陷。然而,这一重要声明预计将出现在英国钢化玻璃标准 (BS EN 12150) 的下一个修订版中,并可能有助于提高标准的清晰度。

这似乎与客户及其设计师目前采购没有明显各向异性的玻璃的愿望形成对比。对玻璃标准的进一步修订可能还需要考虑玻璃行业目前在评估和减少这种现象方面取得的进展,并在理想情况下列出测量过程以及各向异性接受和拒绝标准和参数。

此外,应该注意的是,如今玻璃几乎不用作整体产品。热处理玻璃可以进行涂层、烧结、层压和组合使用,以形成复杂的产品,这些产品又可用于形成复杂的双层和三层中空玻璃单元。这些众多且不同的配置可能会影响各向异性的可见性,因此应在相关标准中提及,目前还没有,以及综合指南。对这种影响的详细评估可能需要专门的研究,但这不在本研究的范围内。

尽管玻璃行业标准和指南没有将缺陷定义为缺陷,但 26% 的受访者将各向异性视为缺陷。或许并不奇怪,对图 5 中所示数据的进一步分析显示,在声称该现象是缺陷的人中,建筑师和外墙顾问占了 78%。对于这两个群体来说,建筑美学是最重要的,因此对质量的要求更高。相反,其余部分的位置与现行玻璃监管标准一致。

您认为玻璃的各向异性是一种缺陷吗?
图 5:您认为玻璃的各向异性是一种缺陷吗?

大多数受访者 (51%) 确认他们的客户不准备支付更多费用来避免与各向异性相关的问题或承担风险。根据合同类型和规格,在这种情况下,风险可以方便地“免费”转移到供应链。另一方面,超过四分之一的参与者 (26%) 表示客户可能准备支付更多费用以降低与各向异性相关的风险,而 23% 的参与者不知道。

目前有避免使用热处理玻璃以避免各向异性问题的趋势,40% 的受访者证实了这一点。由于该产品适用于多种应用(例如,在全钢化玻璃的情况下增加强度、安全破裂、烧结/搪瓷面板处理、孔和凹口),完全避免热处理玻璃并不总是可行的,因此不是解决各向异性问题的可持续方式。

结论和总结

一些行业参与者的特定投资和研究似乎证实,这种现象的可见程度仍然不可避免,可以改变和最小化以生产具有较少干扰各向异性的玻璃。然而,相关成本的规模仍不清楚,可能需要进行专门的市场研究。回火炉的设计,以及温度和应力分布,对于解决图案的可见性至关重要,其操作和维护也是如此。

各向异性测量设备的开发对于分析应力及其分布至关重要,进而优化回火炉设计和热处理温度分布以降低各向异性可见性。测量设备也是定义客观接受和拒绝参数的基础。这些不仅可以用于基准测试、抽样和质量控制,而且如果整个行业都同意,还可以重新定义监管标准。

当前的标准正在修订以澄清各向异性不是缺陷。另一方面,玻璃行业,或者说它的一些主要参与者,在量化和最小化这种现象及其影响方面取得了良好的进展,因此有可能朝着满足客户和设计师的愿望迈进。这可能会造成僵局,可以通过指南和技术说明临时解决,但最终需要对标准进行未来修订。不幸的是,这可能是一个漫长的过程,因为在批准和最终出版之前,修订后的文件咨询期存在自然延迟。

调查结果证实,外墙行业分为接受各向异性的供应链和寻求降低各向异性的玻璃的设计师/规范者。这件事对利益相关者很重要,虽然数量有限的供应商的进步和产品似乎能够满足他们的玻璃愿望,但客户似乎不愿意支付额外的成本。调查答复证实,存在不指定热处理玻璃以避免各向异性问题的趋势。监管标准目前不充分,可能需要更新以反映当前的行业进展,如果各向异性被视为缺陷,则包括用于规范中的客观接受和拒绝标准。

如果各向异性问题没有得到各方满意的解决,那么当前的情况只会变得更糟、更混乱,因为对几乎无缺陷玻璃的需求变得越来越普遍。反之,钢化炉供应链行业或许有可能将问题转化为创新机遇

参考

[1] Pasetto, S., 2014 Anisotropy as a defect in U.K. architectural float heat-treated glass, Dissertation for MSc in Façade Engineering University of Bath, U.K.
[2] Redner, A.S. and Bhat, G.K., 1999 Advanced method of measuring surface stress using digital image analysis based readout Proceedings of the Glass Processing Days, 13-16 June 1999, Tampere (Finland): Glass Processing Days, pp. 671-673
[3] Illguth, M., et al. The effect of optical anisotropies on building glass façades and its measurement methods Frontiers of Architectural Research (2015), http://dx.doi.org/10.1016/j.foar.2015.01.004
[4] Henriksen, T. and Leosson, K., 2009 Anisotropy and Optical distortion in architectural glass, can it be controlled Proceedings of the Glass Performance Days, 12-15 June 2009, Tampere (Finland): Glass Performance Days, pp. 834-839
[5] CWCT Technical Note No. 35, 2003 Assessing the appearance of glass. December 2003 CWCT, U.K.
[6] BS EN 1863 Part 1:2011 and Part 2:2004 Glass in building - Heat strengthened soda lime silicate glass BSI
[7] BS EN 12150 Part 1:2000 and Part 2:2004 and prEN 12150-1:2012 Glass in building - Thermally toughened soda lime silicate safety glass BSI
[8] BS EN 14179 (Parts 1 and 2): 2005 Glass in building - Heat soaked thermally toughened soda lime silicate safety glass BSI

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