建築玻璃的光學變形

建築玻璃的光學變形

圖1：建築玻璃光學變形圖

1.

術語和定義

1。1光學變形：在一定角度透過玻璃觀察物體時出現變形的缺陷。

1。2點狀缺陷：氣泡、夾雜物、斑點等缺陷的統稱。

1。3彎曲度：包括弓形和波形。以弧的高度和絃的長度之比的百分率來表示弓形的彎曲度；波谷或者波峰的高度除以300mm的百分率表示波形的彎曲度。（圖2）

圖2：弓形和波形彎曲度示意圖

1。4光的干涉現象：兩列或幾列光波在空間相遇時相互疊加，在某些區域始終加強，在另一些區域則始終削弱，形成穩定的強弱分佈的現象。

1。5各向同性與各向異性：物理性質可以在不同的方向進行測量。如果各個方向的測量結果是相同的，說明其物理性質與取向無關，就稱為各向同性（如水、空氣、真空和優質的浮法玻璃）。如果物理性質和取向密切相關，不同取向的測量結果迥異，就稱為各向異性（如玻璃未受壓時是各向同性，受壓時則變成各向異性）。

1。6雙折射：雙折射是光束入射到各向異性的晶體，分解為兩束光而沿不同方向折射的現象。光在非均質體中傳播時，其傳播速度和折射率值隨振動方向不同而改變，其折射率值不止一個；光波入射非均質體，除特殊方向以外，都要發生雙折射，分解成振動方向互相垂直、傳播速度不同、折射率不等的兩種偏振光，此現象即為雙折射。（傳統玻璃表面應力儀的檢測主要原理之一就是預應力玻璃的雙折射現象）

圖3：方解石晶體，雙折射現象

2.

常見建築玻璃的光學變形

2。1玻璃表面形變：包括點狀缺陷和彎曲度（弓形和波形）。

2。2鋼化玻璃的各向異性：包括鋼化玻璃本身的應力分佈不均和來自玻璃外部的擠壓，偏正光的存在和玻璃雙折射的特性。

2。3中空（夾層）玻璃的干涉現象：多層玻璃各表面發生發射，光波分裂並傳播不同路徑然後重新複合。

3.

建築玻璃光學變形產生的原因及改善方法

3。1玻璃表面形變

3。1。1點狀缺陷

由於玻璃表面或者內部氣泡、夾雜物和斑點的存在，在缺陷部分及周圍的光線（反射為主）發生偏移，從而影響了玻璃表面的呈像效果。

選用優質的浮法玻璃，嚴格玻璃深加工品質管理，從而從源頭改善點狀缺陷帶來的玻璃表面形變。

3。1。2彎曲度

物理鋼化是目前國內外廣為採用的一種生產建築用鋼化或者半鋼化玻璃的方法，所謂物理鋼化是指採用加熱-冷卻工藝使玻璃產生永久熱應力的方法，可以分成加熱和冷卻兩個階段（主要為輻射加熱工藝和風冷工藝）。由於主流鋼化玻璃裝置的特點，玻璃在加熱爐內下表面在輥道上往復，而上表面僅與爐內空氣接觸，這勢必造成玻璃上下表面的受熱不均勻。此外，由於玻璃的種類、厚度、塗層、形狀和輻射率的差異，玻璃本身區域性的受熱同樣不均勻。同樣的，在冷卻階段玻璃的下表面在輥道繩上往復，而上表面僅與空氣接觸，這也會造成玻璃的冷卻不均勻。

鋼化玻璃的弓形不符合預期主要是由玻璃在鋼化時的加熱或冷卻不均勻造成的。鋼化玻璃的波形不符合預期主要是由於玻璃在鋼化加熱階段溫度過高或者時間過長，導致玻璃過度軟化在自身重力作用下變形，其相鄰的波峰或波谷之間的距離等於相鄰鋼化輥道之間的間距。

安裝後玻璃的彎曲度也受外力的影響。玻璃在風荷載作用下也會發生變形，從而產生光學變形。從另一個角度講，抗風壓設計也是門窗幕牆玻璃必須要解決的問題。玻璃強度越大，在相同的風壓下形變程度越小。

目前主流的門窗、幕牆玻璃以安全中空玻璃為主。中空玻璃的“泵”效應（中空腔內氣體的熱脹冷縮）帶來的玻璃變形也直接影響呈像效果。對於一些雨棚玻璃，其自重產生的玻璃變形也不容忽視。

所以，先進的鋼化裝置和成熟的鋼化工藝是保障鋼化或半鋼化玻璃彎曲度的前提，合理的設計玻璃配置是改善玻璃彎曲的基本條件。合理的設計玻璃板塊尺寸，提高玻璃本身平整度，適當增加玻璃的厚度，中空玻璃採用柔性間隔條、腔內填充惰性氣體、必要時增加毛細管（溫度、環境和海拔高度差異較大時）等方法的運用可以有效改善玻璃的光學變形。

圖4：Super Spacer®柔性暖邊中空玻璃系統

3。2 鋼化或半鋼化玻璃的各向異性

物理鋼化或者半鋼化玻璃的各向異性是不可避免的。鋼化或者半鋼化玻璃的各向異性主要由於玻璃加熱和冷卻的不均勻，在玻璃板面上產生不同的應力分佈。由光彈理論可知，玻璃中的應力的存在會引起光線的雙折射現象。光線的雙折射現象透過偏正光可以觀察。將鋼化玻璃或半鋼化玻璃放在偏正光下，可以觀察在玻璃版面上不同區域的顏色和明暗變化，這就是人們一般所說的

應力斑

。

圖5：常見的鋼化玻璃的各向異性

鋼化玻璃的各向異性也稱為“鋼化彩虹”、“強化痕跡”、“淬火痕跡”、“布魯斯特痕跡”等等。值得一提的是“風斑”這一說法，鋼化裝置冷卻通常採用的衝擊射流列陣（冷卻風柵）設計，玻璃的區域性熱傳遞取決於空氣射流的位置、距離和方向。換句話說就是“風冷”效果的不夠理想造成了鋼化或者半鋼化玻璃的各向異性，故將這一現象稱為“風斑”，這一說法是片面的（還與玻璃受熱不均勻相關）。

鋼化或半鋼化玻璃的各向異性還與玻璃的加工相關。如在製作鋼化夾層玻璃時採用夾具對玻璃邊部進行施壓，製作大版面的中空玻璃時採用兩次壓合，製作曲面夾層玻璃時吻合度較差透過抽真空複合等等，由於玻璃面板處於長期荷載下，玻璃的各向異性也發生了變化。

此外，鋼化或者半鋼化的玻璃的安裝及使用環境相關。玻璃墊塊、壓塊、壓條的施加，點支撐玻璃的設計，型材與玻璃的吻合度不高，冷彎工藝以及玻璃的使用環境因素等都影響著玻璃的各向異性。在外力的作用下，玻璃的各向異性表現也更加明顯（尤其是冷彎玻璃）。

圖6 外力改變了玻璃的各向異性

在日光中存在著一定成分的偏振光，偏振光的強度天氣和陽光入射角的影響。透過偏振光眼鏡或以與玻璃垂直方向成較大的角度去觀察鋼化玻璃，鋼化玻璃的各向異性表現更加明顯。

由此可知，選用優質的浮法玻璃、使用先進的鋼化裝置、科學設定工藝引數是控制鋼化或半鋼化玻璃各向異性的前提條件。透過對玻璃表面各位置應力的檢測調整工藝引數，必要時可藉助視覺化裝置採集、分析相關資訊（圖7）。在鋼化或者半鋼化玻璃複合夾層或者中空玻璃時應控制其吻合度，減少使用夾具、綁帶等預固定措施，避免加工過程中的鋼化或者半鋼化玻璃形成外部永久性荷載。與此同時，在玻璃安裝使用過程中應避免玻璃外部受力不均、區域性荷載過大等情況（冷彎玻璃應充分考慮其彎曲產生的各向異性）。冷彎玻璃 - 建築玻璃zy的文章 - 知乎

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zhuanlan。zhihu。com/p/52

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圖7：用偏光鏡和線上視覺化裝置獲得的各向異性視覺化 100% 匹配。

3。3 中空（夾層）玻璃的干涉現象

常見的干涉現象包括牛頓環和布魯斯特陰影。

牛頓環：中空玻璃由於製造和環境條件等原因，其兩塊玻璃在中心部相接觸或接近接觸時，會產生一系列由於光干涉產生的彩色同心圓環，這種光學效應被稱作牛頓環。這些環基本都是圓形或者橢圓形的。

布魯斯特陰影：在中空玻璃表面幾乎完全平行且玻璃表面質量高時，中空玻璃表面由於光的干涉和衍射會出現布魯斯特陰影。這些陰影是直線的，顏色不同，由於光譜的分解產生。如果是太陽光，顏色由紅到藍，這種現象不是缺陷，是中空玻璃結構所固有的。

圖8：布魯斯特陰影

有兩種不同的光路能夠在 中空單元中產⽣布魯斯特陰影（⻅下圖），它們會產⽣兩種不同型別的條紋，我們將其稱為型別 1 和型別 2。

因此，我們需要合理配置玻璃，適當增加玻璃及間隔層厚度，充分考慮溫度、環境或海拔高度的影響，優先考慮中空玻璃填充惰性氣體、使用暖邊間隔條，必要時考慮增加毛細管等以應對可能產生的牛頓環現象。選用不同厚度的兩片玻璃製成的中空玻璃能夠減輕布魯斯特陰影現象。結合玻璃的使用環境，有時可以考慮玻璃內片採用彩釉玻璃以減少干涉現象的發生。

4.

結論

綜上所述，玻璃的光學變形是多種因素共同作用的結果。鋼化或者半鋼化玻璃的設計、加工、安裝和使用的不規範是影響玻璃光學變形的外因，其本身由於加熱和冷卻不均造成的各向異性是內因。鋼化或者半鋼化複合中空玻璃（夾層）玻璃的干涉現象也是影響其光學變形的重要因素之一。合理設計玻璃配置，選用優質浮法玻璃結合先進製造工藝是減少玻璃光學變形的重要前提，科學的使用玻璃是減少玻璃光學變形的保障。