玻璃的鏡面很平整,為什麼看建築物卻是波浪型的 ?
這是因為有玻筋存在。
玻筋,指的是玻璃表面微小的起伏現象,是玻璃製造專業的專有名詞。
我們肉眼無法看到玻筋,但如果玻璃被加工成鏡面,則因為玻筋的凸透鏡和凹透鏡的效應,反射光線被扭曲了,我們就能透過鏡面反射影像的扭曲變形間接地看到玻筋了。
所以,題主問題的關鍵詞就是,如何在玻璃製造過程中消除玻筋。事實上,這是玻璃製造業的最大問題之一。
我們看下圖:
我們看到,熔融的玻璃液被垂直引上機從玻璃池中抽出,同時也在冷卻並形成玻璃原板。在這個過程中,如果存在微小抖動,則玻璃原板上就會出現玻筋。
事實上,玻筋不但與機械設備的穩定性有關,還與大氣氣壓有關,是一個綜合性問題。
也因此,垂直引上的玻璃製造工藝被浮法玻璃製造工藝給淘汰了。
我們看下圖:
我們看到,熔融的玻璃液流到熔化的錫液和錫池上。錫液的表面平整度很高,比重也大,玻璃浮在錫液上,平板玻璃的表面當然就不會出現玻筋了。這也是浮法玻璃工藝這個稱呼的由來。
與玻璃製造的垂直引上工藝相比,浮法玻璃工藝當然要先進很多。
但我們很容易想到,熔化的錫液是會氧化的,所以這近十噸的錫液被置於氮氣的保護環境中。又因為玻璃或多或少地會帶走一些錫,而且熔融的錫會蒸發,所以錫液必須配套液面控制設備和溫度控制設備。再加上後部的玻璃退火線,浮法玻璃的廠區顯得十分龐大和壯觀。
下圖是退火區的出口,我們已經可以看到玻璃板了。
由此可知,玻璃製造業屬於資金密集型的大型企業。
現在,給題主第一個結論:
玻璃的鏡面很平整,但從鏡面中看到的建築物是波浪形的,排除玻璃安裝造成的彎曲,其原因就是因為玻璃表面存在玻筋。
所以,我們在採購玻璃鏡子時,一定要確保玻璃原板是採用浮法玻璃工藝製造的。
我們來看另外一個問題,就是大樓的幕牆玻璃,它反射的景物是否也會出現題主所說的情況?我們來看下圖:
從圖中看到,幕牆玻璃完全不會出現反射景物的波浪形形變。這說明這些幕牆玻璃都是採用浮法玻璃工藝生產的平板玻璃,並且其安裝工藝非常好,完全沒有發生變形。
我們再看下圖:
我們看到景物的形變似乎有凸透鏡的類型,但形變發生在鄰近的兩塊玻璃上(左上第二塊和左下第三塊),並且類型一致,可見這是因為安裝工藝的原因,而不是玻璃本身的原因。
再看這張:
仔細觀察,形變發生在不同玻璃之間,而單塊玻璃的反射景物並未出現形變。可見形變與安裝工藝有關,與玻璃本身的質量無關。
我曾經在深圳第一高樓幕牆玻璃施工時看過工人們如何操作的,其實安裝幕牆玻璃也半自動化了。工人們告訴我,每一塊玻璃之間的平行度是很基本的技術要求,是工程驗收的重要技術指標。在這裡配套了許多技術標準和施工規範,許多施工工藝令人眼開。真是行行術有專攻啊!
我見過大樓幕牆玻璃反射景物出現統一變形的情況:每塊玻璃反射的景物變形很類似,象凸透鏡或者凹透鏡。這又是為何?
幕牆玻璃原片製造出來後,還需要經過一道特殊加工過程,就是鋼化。
我們來看看玻璃的鋼化是怎麼回事:
第一步,把玻璃原板進行切割加工,使得它的尺寸符合要求,並且把邊緣倒角打磨。
第二步,流水線傳送帶把加工好的玻璃原板送入鋼化爐內,使得玻璃板的溫度迅速上升到近600度的軟化點。
第三步,加熱後的高溫玻璃原板被傳送帶送到風柵中強制風冷,使其迅速地降溫至常溫。這樣一來,玻璃的表面特別堅硬,不易破碎,強度大為提高。
第四步,當然就是幕牆玻璃的成品包裝了。
在這四步中,關鍵是第二步和第三步。
為了提高加工產量,加熱溫度必須選擇在玻璃成為灰體的溫度。玻璃灰體溫度大約在600度到700度之間,一般按低值選取。
注意到這裡有一個關鍵點,就是玻璃如何支撐。
早先的時候,玻璃原板採用懸掛措施,用掛鉤掛住玻璃板,於是玻璃加熱後在某個側邊會出現懸掛凹坑,並且懸掛點附近會有拉扯變形的現象。目前採用流水線平放加工,但如果溫度過高,則玻璃原板會在軟化點時出現下凹變形。所以選擇合適的加熱溫度十分重要:既要滿足鋼化的要求,又要滿足玻璃原板不發生變形。
我們看出來了,如果在鋼化加工中出現變形,那麼這種變形會具有普遍性。也就是說,一大批幕牆玻璃都具有相同的變形特徵。
我們從前面所給的圖片中可以看出,基本上沒有這種現象。這說明,玻璃的鋼化加工還是能保質保量的。
我們看到,玻璃從製造到加工,再到安裝,經歷了許多過程。這些過程中任何一項都有許多技術和知識在裡面,可見現代玻璃工業製造技術的博大精深。
現在,可以給題主第二個結論了:
玻璃幕牆如果出現反射景觀變形,一般來說是安裝工藝的問題,與玻璃本身的品質關係不大。
玻璃很有意思。普通的鈉鈣硅系玻璃,它的微觀結構有一句行業流行語,叫做遠看無序近看有序。什麼意思呢?硅是可以組成晶格的,例如水晶晶體。若在玻璃中出現晶格,則玻璃就不透明了,並且熔點會提高。所以玻璃中用鈉來降低熔點,並且不讓它出現結晶現象,這就是遠看無序的意思;所謂近看有序,指的是在若干個硅原子之間,還是存在一定程度的類似晶格的鏈狀網路現象。
玻璃,就象一群剛剛離開校園的小學生:看似混論不堪,也即遠看無序。但我們仔細觀察,這些學生其實都被家長帶著,也即近看有序。
所以,玻璃又叫做固態的液體,這也是玻璃呈現透明特性的根本原因。
也許有人會問:你何以知曉這些?答案很簡單,我曾經在一家玻璃製造公司工作過。這家公司有平板玻璃的垂直引上生產線,後來又改造成浮法玻璃生產線;有鋼化玻璃生產線,有玻璃纖維生產線,有玻璃馬賽克生產線和壓花玻璃生產線。這些生產線我都參與過設計,以及自控系統設計和調試運行。甚至,我還在這家企業因為設計了彩色壓花玻璃製造流水線而獲得兩項發明專利技術認證。
玻璃真是一種奇妙的東西。玻璃產品的應用之廣,玻璃產品種類之豐富,令人嘆為觀止。
行業相關,不請自來,且來試著回答這個問題
先說結論:建築物上外牆玻璃大部分為安全玻璃(鋼化玻璃比較多)或者中空玻璃,而鋼化玻璃是可能存在表面變形甚至是彎曲變形的,而中空玻璃也存在撓曲變形的可能
當然,安裝不當,存在扭曲也可能是其中一個原因。儘管看到和接觸過多種安裝方法和方式,但畢竟安裝的過程和具體實施不是自己工作每天面對的工作,所以這個回答下對於安裝的影響程度不妄加評論,以免因自己的不專業而造成誤導。
回答內容概覽:
前言部分(安全玻璃種類和簡介)
- 鋼化玻璃存在變形和彎曲的可能
- 中空玻璃存在變形和彎曲的可能
- 夾層玻璃存在變形和彎曲的可能
- 浮法玻璃原片本身存在彎曲和變形
前言:
這個問題的產生與玻璃本身的形狀有關係。
平板玻璃的生產不同方式會有最終生產出來玻璃的區別,這一點 @Patrick Zhang 的回答中已經說得很清楚了 ,我這裡就自己的認識作一些方面的回答.
現在市面上的平板玻璃主要是浮法玻璃,上引法的玻璃基本已經是處於被淘汰的類型了,所以這裡只考慮浮法玻璃生產出來的玻璃。而其實浮法玻璃生產出來時,也有一定的概率存在表面光學變形的可能(浮法玻璃生產出來後還是有一定的表面殘餘應力的,也看到和遇到過知名企業生產商生產相關批次浮法玻璃表面變形或彎曲情況)。
提問中是說的玻璃鏡面,鏡與安裝在建築物的玻璃是有區別的。這得首先從建築玻璃的安全性能說起。
安裝在建築物上的玻璃是有相關安全性能要求的。如果用普通的浮法玻璃,是存在安全風險的,所以,國家會有安全玻璃3C強制性產品認證。舉例說明:如果安裝在建築物上的玻璃是一塊普通的玻璃,當有意外發生時,玻璃破碎跌落,將會是一一塊塊長條狀的玻璃條從高處跌落,想像一下,天空中下雨般的下刀子(長條狀的尖角玻璃塊)是一件多麼可怕的事情。
所以,在某些高度和安裝部位的玻璃必須使用建築安全玻璃,而建築安全玻璃一般 可以理解為兩種,一種是鋼化玻璃一種是夾層玻璃,鋼化玻璃簡單的說,是把玻璃通過一定的處理形成玻璃表面和內部張應力的平衡。一旦玻璃出現意外情況,玻璃會碎成一顆顆的顆粒(而不是長條狀的刀狀)。
另一種是夾層玻璃(又叫夾膠玻璃),可以理解為以膠合的方式把兩塊或者多塊玻璃粘在一塊,形成一塊新的玻璃,夾層玻璃也有可能是玻璃鋼化後再夾層。
1 . 鋼化玻璃存在變形與彎曲的可能
單就鋼化玻璃來說,經過鋼化處理,尤其是物理鋼化(可簡單理解為將玻璃加熱到一定的程度後急劇的冷卻)會有一定程度的變形,因為這個過程需要把玻璃加熱到600多至700攝氏度,玻璃被加熱到通紅狀態,過程中玻璃還得經過滾筒傳輸運動,過程中多個因素可能導致最終玻璃出現表面波浪型變形或者整體彎曲。出現變形的因素是多方面的,有些複雜,至於有多複雜,可以看看這份簡單的鋼化材料的內容中「彎」變形」「平整度」的項目:
這裡可以看一些供參考的圖片
這是一塊典型的表面變形的鋼化玻璃(表面已變形為波浪形)。
產生這種變形的通常的原因有:
原因1:鋼化爐內溫度過高,加熱時間過長;
原因2:輥道彎曲變形或輥徑輥高超標;
原因3:陶瓷輥加熱往複或傳輸速度過慢。
這種情形(向上彎曲)
玻璃向上彎曲即是水平放在水平面上玻璃呈凹形。
可能原因:1.玻璃出爐時玻璃頂部的溫度高於玻璃底部的溫度。
可能原因:2.冷卻爐底部硬化壓力高於頂部的硬化壓力。
可能原因3.上風柵距玻璃表面太高。
同理,實際生產中可能會遇到向下彎曲的情況 ,原因類似
或者是以下情形:
兩邊彎曲是玻璃中間部分來回擺動,晃一下玻璃呈凸形,再晃一下玻璃就呈凹形。
可能原因:玻璃的中間溫度低於玻璃兩邊的溫度。
以上中只是對於鋼化玻璃在生產過程中的變形及可能的簡單舉例,實際生產過程中影響玻璃彎曲的因素還有很多因素,暫無法詳細一一列舉。
國家標準15763.2-2005《建築用安全玻璃 第二部分 鋼化玻璃》中規定了這種彎曲可以有一定允許範圍。所以,當存在一定彎曲和變形的玻璃被安裝在建築物上時,你所看到的玻璃就不是一個平整的面了。
按國家標準GB 15763.2-2005 《建築用安全玻璃 第2部分:鋼化玻璃》,鋼化玻璃彎曲弓形變形是不超過0.3%,這是什麼概念呢,相當於一塊2000mm長度的玻璃,可以允許有6mm的彎曲變形,這在視覺上看,已經是變形得非常明顯的了,尤其是從遠處看安裝在建築物上的這種玻璃。
而這種情況在歐洲標準 EN14179-2016 《Glass in building-heat soaked thermally toughened soda lime silicate safety glass-part 1:defimition and description》 也有類似的允許範圍,如下圖
2.因中空玻璃存在變形的可能
建築物上的安裝的玻璃,出於節能、環保、保溫、隔音等目的,也有很多是安裝的中空玻璃,中空玻璃的組成可看下圖簡單了解:
如果是採用中空玻璃的類型,中空玻璃內部是密閉腔體,氣體在溫度作用下,將產生膨脹和收縮現象,導致中空玻璃腔體兩側的玻璃隨溫度變化而向內向外變形,俗稱泵效應,形成撓曲,也同樣會造成看建築物上的玻璃是呈波浪型的情況。如下圖:
這裡暫時僅僅以建築上用得較多的鋼化玻璃和中空玻璃為例說明,相信你能理解為什麼普通玻璃是平的,而看建築物上的玻璃卻是波浪型的了。
3. 夾層玻璃亦存在變形的可能
當然,還有一種安全玻璃是夾膠玻璃,一般情況下,夾層為PVB材料的夾層玻璃是平整的,(當然,如果用於夾層的玻璃是存在彎曲的鋼化玻璃,彎曲和變形會依然存在)。但如果是使用的EVA 夾膠,是非常有可能出現整塊玻璃變形的。EVA夾層玻璃生產過程如果控制不好,會出現邊部變形,其變形是因為抽真空加熱過程中邊部的EVA膠從邊部流失,所以,這種變形一般會存在於產品邊部。
曾經遇到過批量EVA夾膠產品,單件產品近距離觀察,其變形很輕微,但將多件產品實際安裝到牆面後,遠距離觀察時才發現整體,視覺上整體變形特別明顯,完全無法接受,這批產品的變形均在邊部,如果沒經歷和積累,一般會錯誤地認為只要看到玻璃邊部變形,就可以把所有可能歸集為安裝不當。
中空玻璃的組合也會用到鋼化玻璃或者夾膠玻璃。如下以結構的就有一面玻璃是採用EVA夾膠組合玻璃。
4. 浮法玻璃原片本身存在變形的可能
需考慮的另一個因素,儘管是小概率事件,但我們不能絕對的說只要是浮法玻璃,原片就一定是平整的。
其實,國家對於浮法玻璃的彎曲度的規範同樣有相關的允許彎曲範圍。
GB 11614-2009 《平板玻璃 Flat glass》5.6彎曲度 平板玻璃彎曲度不應不超過0.2%。(這其實已經是一個很寬鬆的值了,如果真的是達到0.2%的彎曲,雖然在國家標準規範允許範圍內,但實際外觀變形已屬於比較嚴重的了)。
其實即使使用的是知名生產企業的浮法玻璃原片,仍然會有機率出現相關批次的原片光學變形,以下為發現浮法玻璃原片嚴重彎曲變形的照片案例:
而即使是鏡子,因為浮法玻璃制鏡級原片本身的原因,其實也是有存在鏡面不平整的情況可能的(這種浮法原片變形的情況l較常發生在4mm及4mm以下厚度的玻璃)。
以下為因為浮法玻璃原片變形,制鏡後可明顯看到整塊鏡的邊緣部位的映像嚴重變形:
為什麼有些建築的玻璃看起來是平整的呢?覺得可能的原因在於,其選用的安全玻璃的種類不同,比如說選用夾膠玻璃(PVB干法夾層PVB膠層厚度一般有0.38mm、0.76mm、1.52mm等)也有可能是其雖然選用的鋼化玻璃,但整個鋼化過程式控制製得很好。
至於鏡面看起來是平整的,這要從鏡子的形成說起,其實鏡子是通過對浮法玻璃的加工而形成的(在浮法玻璃的表面鍍上一層反射層,最常見的是銀層反射,再加上防護層和油漆保護層)。行業內是不推薦使用鋼化玻璃來鍍鏡的,原因正是因為鋼化玻璃鋼化後的表面變形。
張工程師從製造角度回答的很好,我提供一個思路,安裝水平。
大家知道這給世界上不存在絕對的剛體,玻璃也是有一定韌性的,而玻璃支架的安裝也不可能完全在一個水平面上。所以假如大塊玻璃的四個固定點位置有一些誤差,那麼玻璃就會產生微小的形變。這種形變如果你觀察玻璃本身很難察覺,但如果通過反射看建築的鏡像,形變的影響就會被放大,變得比較容易發現了。
張工從玻璃製造的角度回答了這個問題,我就從深加工的角度來探討下吧。
先說結論,造成影響扭曲的主要是應力斑和波形彎曲。
正如ken yu所說,大部分幕牆玻璃都要求使用鋼化或者半鋼化玻璃,就目前的玻璃製造工藝而言,浮法生產的玻璃居多,所以原片的影響應該不大。
先說波形彎曲,玻璃在鋼化過程中,首先需要將玻璃先加熱到590-630攝氏度左右,因為玻璃沒有固定熔點,所以在這個狀態下,玻璃是非常軟的,嗯,相當於半熔融狀態,所以說想要保證平整,就需要精準地控制。一般來說,市面上常見的建築玻璃鋼化設備大多為水平鋼化,也就是說玻璃是在水平放置的傳動裝置上運動的。
類似於這樣的效果吧,可以想像下,當玻璃處於上述狀態的話,在兩根輥道之間很容易下塌,事實上,如果這個時候玻璃停止運動的話,冷卻下來以後就成了波浪形,因為沒有支撐的地方下垂了。
然而無論我們怎麼控制,在某種層面上來講這種形變是不可避免的,所以就形成了所謂的波形彎曲,也就是說在玻璃局部表面成波浪形。
還有一個就是所謂的風斑了,玻璃鋼化的過程是先加熱,再冷卻。冷卻的話目前絕大多數鋼化設備採取的是風冷,想像一下,當你對著水面吹一口氣,很容易產生波紋,一樣的道理,雖然半熔融的玻璃表面張力比水大得多,但是冷卻吹風的風壓也會大很多,控制不當的話也會造成所謂的風斑。
對了,還有就是所謂的弓形彎曲,實際上就是整塊玻璃形變,這就牽扯到鋼化過程中應力變化了,如果大家感興趣,我後續更新。
PS,大家可以搜索下「純平無斑」
1鋼化玻璃內應力導致的不平整。2安裝部位受力不均3中空玻璃內外氣壓差。
主要就這三點。
大師:小施主,你心中有不平,看到的自然也不平。誒,誒,誒,施主別打臉啊施主。
鋼化玻璃平整度很難達到鋼化之前的效果,這就是國外幕牆玻璃用不鋼化做夾膠的原因
我來個小小的補充,為啥有些建築玻璃看著平,有些看著特別不平。除了其他同學說的各種工藝的問題外,我想說的是,不管怎麼著,整個幕牆不肯能是完美平面。如果你平視建築幕牆,它反射出遠處的其他建築,很容易顯的不平,因為稍有不平,距離會將他放大,失之毫釐謬以千里,同時遠處的建築通常是非常規則幾何體,稍有反射上的扭曲,感覺很明顯。那什麼時候幕牆看著很平呢?仰視反射天空的時候,因為你無非看見一片天藍和幾片雲,雲本身就不規則,稍微扭曲一下你不會覺著失真了。另外一種情況就是反射物距離幕牆很近的時候,反射的扭曲就不會太嚴重。
地面看起來也很平整,然而地球是球形。
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