Rupture spontanée du verre

Rupture spontanée du verre

Droit d'auteur: Mr Amanda Gibney Weko

RUPTURE SPONTANÉE

Des dommages mineurs aux bords lors de la manipulation du verre, une égratignure ou une entaille lors de l'installation, un défaut de conception ou une imperfection naturelle du verre peuvent tous entraîner une rupture spontanée.

Nous avons tous entendu la fissure discordante d'un caillou ou d'un morceau de débris de la route frappant notre pare-brise de voiture. Nous pouvons voir un trou d'épingle immédiat ou une fissure et nous savons que cela provoquera inévitablement une toile d'araignée à travers le verre et provoquera la rupture du pare-brise s'il n'est pas traité.

Qu'un impact minime puisse causer des dommages importants au verre ne se limite pas à nos véhicules. Des problèmes similaires se produisent avec le vitrage commercial.

Des dommages mineurs sur les bords lors de la manipulation du verre, une égratignure ou une entaille lors de l'installation, un défaut de conception ou une imperfection naturelle du verre peuvent tous entraîner une rupture spontanée - l'éclatement apparemment impromptu du verre.

Pour les professionnels de la conception et de la construction, comprendre comment et pourquoi les bris de verre peuvent être la clé de la prévention.

VITRAGE DE SÉCURITÉ

En général, le verre est fabriqué en fusionnant la silice (un composant du sable), le carbonate de sodium (ou carbonate de sodium, qui abaisse le point de fusion de la silice), et l'oxyde de calcium (ou la chaux, qui ajoute la stabilité chimique) ensemble à haute température.

Le verre est ensuite refroidi, façonné et refroidi davantage (un processus appelé recuit) pour le stabiliser et le renforcer.

Le verre recuit standard peut être utilisé pour les fenêtres dans les zones à faible trafic, mais la plupart des codes exigent plutôt un vitrage de sécurité. S'il est brisé, le verre recuit se brisera en éclats et morceaux pointus.

À gauche: le verre recuit standard se brise en éclats pointus; À droite: le verre trempé ou trempé se brise en petits morceaux de la taille d'un galet
À gauche: le verre recuit standard se brise en éclats pointus; À droite: le verre trempé ou trempé se brise en petits morceaux de la taille d'un galet

Le vitrage de sécurité réduit le risque de blessure par rupture. Le verre est traité pour renforcer et modifier ses propriétés de rupture. Il existe deux principaux types de vitrage de sécurité: le verre trempé et le verre feuilleté.

Le verre renforcé à la chaleur offre plus de stabilité que le recuit mais ne peut pas être considéré comme un vitrage de sécurité car il a le potentiel de former de gros éclats lorsqu'il est brisé.

Le verre trempé et renforcé à la chaleur sont traités thermiquement à 1200 degrés F (650 degrés C) et refroidis par force pour créer une compression de surface ou de bord.

Verre trempé est refroidi très rapidement, créant une compression plus élevée de la surface et des bords.

Le verre renforcé à la chaleur est refroidi plus lentement pour une compression inférieure de la surface et des bords que le verre trempé, mais des propriétés encore plus élevées que le verre recuit.

Diagramme montrant le verre renforcé à la chaleur
Diagramme montrant verre renforcé à la chaleur

Également appelé verre trempé, le verre trempé a été traité thermiquement pour une compression de surface minimale de 10,000 XNUMX PSI et une résistance aux chocs quatre fois plus forte que le verre recuit.

Le refroidissement rapide - ou trempe - met les surfaces et les bords du verre en compression tandis que le centre reste en tension.

Le processus modifie la caractéristique de rupture du verre, de sorte que lorsqu'il est brisé, il se brise en petits morceaux de la taille d'un caillou et réduit le potentiel de blessure des éclats tranchants.

Le verre trempé ne peut pas être coupé. Le verre renforcé à la chaleur a été traité thermiquement pour une compression de surface de 3,500 7,500 à XNUMX XNUMX.

À deux fois la compression de surface du verre recuit, un vitrage renforcé à la chaleur est utilisé à la place du vitrage général où une protection thermique et contre le vent supplémentaire est souhaitée.

Une autre option de vitrage de sécurité, le verre feuilleté utilise une combinaison de chaleur et de pression pour prendre en sandwich une ou plusieurs couches de polyvinyl butyral (PVB) entre deux ou plusieurs couches de verre.

Les couches de verre feuilleté maintiennent le panneau ensemble en cas de rupture tout en augmentant la résistance et la stabilité des bords.

Illustration de verre feuilleté avec l'aimable autorisation de JE Berkowitz
Illustration de verre feuilleté avec l'aimable autorisation de JE Berkowitz

CAUSES DE RUPTURE

Un matériau de construction intrinsèquement fragile, le verre a toujours le potentiel de se briser.

Alors que les fabricants produisent des vitrages de sécurité et des revêtements auto-cicatrisants et développent de nouvelles méthodes pour rendre le verre plus solide et plus sûr, les professionnels de la conception et de la construction doivent être conscients des causes courantes de casse et des mesures préventives.

DOMMAGES DE MANUTENTION

La cause la plus courante de bris de verre provient des dommages aux bords ou aux surfaces lors de la manipulation.

Même la moindre entaille ou écaillure dans le verre pendant l'emballage, l'expédition ou l'installation peut - au fil du temps et de l'expansion et de la contraction naturelles par le biais de changements de température et de mouvements subtils du bâtiment - créer une concentration de contraintes autour de l'imperfection, ce qui peut entraîner une rupture future.

Bien qu'apparemment spontanés, ces types de ruptures ont une cause naturelle. Une bonne manipulation par des vitriers professionnels formés est un moyen principal pour éviter ces types de ruptures.

RUPTURE LIÉE AU CADRE

Si les joints, les blocs de réglage ou les blocs de bordure d'une fenêtre métallique ou d'un cadre de rideau sont manquants, endommagés ou insuffisants pour amortir le verre contre le contact verre-métal provoqué par les changements de température et le mouvement du bâtiment, des contraintes peuvent s'accumuler et éventuellement conduire à la rupture.

Le mouvement du bâtiment ou de l'ossature dû au vent ou aux conditions environnementales peut également contribuer au contact verre-métal.

Une vitre de verre mal conçue, trop grande ou trop mince pour son emplacement, peut être endommagée par le vent ou les intempéries.

Un examen minutieux de la conception, une ingénierie appropriée et une installation professionnelle peuvent empêcher la rupture spontanée liée au cadre.

RUPTURE DE STRESS THERMIQUE

En mettant davantage l'accent sur la lumière naturelle du jour et la conception solaire passive, la rupture du verre liée au stress thermique devrait être une préoccupation.

Lorsque le centre d'une vitre devient plus chaud que son bord, l'expansion du centre de verre chauffé peut créer une contrainte de traction autour du bord.

Si la contrainte thermique dépasse la résistance du bord, le verre peut se briser.

Les grandes unités de verre isolées (IGU), en particulier en combinaison avec des revêtements de contrôle solaire, nécessitent une analyse thermique pour éviter la rupture liée aux contraintes.

La modélisation thermique et les ajustements de conception peuvent être effectués pendant la phase de conception pour réduire la rupture spontanée liée aux contraintes thermiques.

RUPTURE D'INCLUSION

C'est relativement rare, mais pendant le processus de trempe, les contaminants de nickel dans le verre flotté peuvent provoquer la formation de pierres de sulfure de nickel.

Au fil du temps, lorsque le verre trempé installé est exposé à des changements de température naturels, la minuscule pierre peut se dilater, provoquant l'éclatement du verre.

Les pierres de sulfure de nickel peuvent être présentes dans le verre recuit et renforcé à la chaleur, mais ne sont pas sujettes à une rupture spontanée car le cycle de refroidissement plus lent stoppe le changement de phase des pierres ou les emprisonne avant qu'elles ne puissent se dilater volumétriquement.

Il n'y a aucune technologie connue pour éliminer les pierres de sulfure de nickel et elles peuvent être si petites - 0.003 à 0.015 pouces de diamètre - qu'il n'y a également aucun moyen d'inspecter visuellement leur présence dans le verre flotté.

inclusion microscopique de sulfure de nickel
inclusion microscopique de sulfure de nickel

Les directives ASTM autorisent les imperfections, y compris les pierres de sulfure de nickel, entre 0.020 et 0.1 pouce, mais cela est beaucoup plus grand que la taille de pierre typique. Reportez-vous à la spécification standard ASTM C1036 pour le verre plat pour plus de détails.

Certains fabricants prennent des précautions pour la présence de pierre au sulfure de nickel.

PPG et d'autres fabricants nord-américains de verre n'utilisent pas de nickel dans les formulations de lots primaires, interdisent aux métaux porteurs de nickel de fonctionner et utilisent des séparateurs magnétiques.

PPG recommande également le verre renforcé à la chaleur lorsqu'un verre traité à la chaleur est nécessaire, sauf lorsque les codes exigent un vitrage de sécurité.

Le consultant de l'industrie Bill Coddington, cité dans un article de Glass.com de 2008, a déclaré: «Les principales usines de verre aux États-Unis font un excellent travail en sélectionnant les matières premières et l'équipement de production utilisés afin de minimiser les chances d'introduction de nickel dans le flotteur. lot de verre. "

RUPTURE SPONTANÉE

RUPTURE SPONTANÉE

De haut en bas: deux exemples de dommages aux bords du verre (image du haut avec l'aimable autorisation de Bruening Glass Works); bris de verre trempé - notez que le verre reste dans le cadre; rupture d'inclusion possible identifiée par un motif de rupture «papillon-aile» au centre

RUPTURE SPONTANÉE

RUPTURE SPONTANÉE

 

CHAUFFAGE PAR LA CHALEUR

Le trempage à chaud est souvent utilisé dans des applications à forte demande telles que les murs sur support ponctuel, ou lorsque la réduction de la probabilité de rupture spontanée est une priorité.

Les exemples incluent les garde-corps, les portes, le verre trempé épais et les vitrages isolants.

Pendant le trempage à chaud, un lot d'échantillons ou un lot complet de panneaux en verre trempé est exposé à des températures de 288 à 316 degrés C (550 à 660 degrés F) pendant jusqu'à quatre heures afin de tester et d'atténuer les inclusions.

Le processus invite toutes les inclusions à changer de phase et à briser le verre avant son expédition.

L'industrie n'est pas d'accord sur l'approche de «trempage maintenant non plus tardif» de la chaleur. Le processus réduit la probabilité de rupture liée à l'inclusion, mais ne peut pas empêcher ou garantir que d'autres inclusions ne changeront pas et ne stimuleront pas la rupture à l'avenir.

En fait, le processus peut provoquer de petites inclusions stables pour commencer le changement de phase pendant le trempage à chaud et potentiellement terminer la transformation après l'installation du verre.

Le trempage à chaud peut également affecter négativement la compression de la surface et les propriétés de résistance inhérente, et le processus ajouté - et sa manipulation associée - peut créer plus de risques d'endommagement des bords, de rayures ou de modifications des propriétés du revêtement de surface.

Le trempage à chaud après la fabrication peut détruire certains panneaux de verre défectueux, mais c'est un processus coûteux et long qui n'éliminera pas toutes les inclusions de sulfure de nickel.

JE Berkowitz propose un trempage thermique pour réduire l'incidence de la rupture spontanée due aux inclusions de sulfure de nickel et aux dommages de fabrication dans le verre trempé, en adhérant à la norme internationale EN 14179-1: 2005 (HST).

La norme, officiellement Verre dans le bâtiment - Verre de sécurité silicate sodo-calcique trempé thermiquement trempé à chaud, définit le système de processus de trempage thermique ainsi que les tolérances pour la planéité, les bords, la fragmentation et les caractéristiques physiques et mécaniques du silicate sodo-calcique monolithique trempé thermiquement trempé. verre à utiliser dans les bâtiments.

Dans le processus de trempage thermique JE Berkowitz, le verre entièrement trempé est empilé dans un four spécialement construit et certifié, chauffé à 550 degrés F et refroidi progressivement.

Le processus total prend environ six heures: deux heures pour augmenter la température, environ deux à quatre heures de temps de séjour et deux autres heures pour réduire la température.

Des cupples thermiques sont placés sur le verre pour surveiller les températures. Pourtant, le processus ne fait que réduire la probabilité de casse de huit lites standard sur 1,000 à cinq lites sur 1,000.

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