لماذا ينفجر الزجاج المقسّى المستخدم في بناء البيوت الزجاجية من تلقاء نفسه؟
لأي منتج مزاياه وعيوبه أثناء الاستخدام. على سبيل المثال، يُعد الزجاج مادة تغطية أساسية لبناء الصوبات الزجاجية. تشمل مزاياه عمرًا افتراضيًا طويلًا، ونفاذية عالية للضوء، ومظهرًا راقيًا وأنيقًا. ومع ذلك، للزجاج أيضًا عيوبه، حيث يُعد الكسر التلقائي أبرز نقاط ضعفه. تُعد مشكلة الكسر التلقائي للزجاج المقسّى أحادي الطبقة ظاهرة شائعة بغض النظر عن منطقة الاستخدام. أما بالنسبة لسبب انكسار الزجاج المقسّى تلقائيًا، فقد لخّصتُ الأسباب الأربعة التالية، وآمل أن يقدم الجميع اقتراحات قيّمة. عندما تخضع بلورات كبريتيد النيكل في الزجاج المقسّى لتغير طوري، يتمدد حجمها. يُسبب تمدد كبريتيد النيكل في طبقة إجهاد الشد في قلب لوح الزجاج إجهاد شد أكبر داخل الزجاج المقسّى. عندما يتجاوز إجهاد الشد الحد الذي يتحمله الزجاج، سيؤدي ذلك إلى كسر الزجاج المقسّى تلقائيًا. أثبتت الأبحاث الأجنبية أن النيكل يُستخرج من المادة الخام الرئيسية، وهي الزجاج ورمل الكوارتز والحجر الرملي، بينما يُستخرج الكبريت من الوقود والمواد المساعدة. ويتشكل كبريتيد النيكل عند درجة حرارة عالية تتراوح بين 1400 و1500 درجة مئوية في فرن الصهر. وعندما تتجاوز درجة الحرارة 1000 درجة مئوية، يتبلور كبريتيد النيكل على شكل قطرات موزعة عشوائيًا في الزجاج المنصهر. وعندما تنخفض درجة الحرارة إلى 797 درجة مئوية، تتبلور هذه القطرات الصغيرة وتتصلب، ويكون كبريتيد النيكل في طور البلورة α-نايس عالي الحرارة (بلورة سداسية). وعندما تستمر درجة الحرارة في الانخفاض إلى 379 درجة مئوية، يتحول طور البلورة إلى β-نايس منخفض الحرارة (نظام البلورة الثلاثي)، مصحوبًا بتمدد حجمي بنسبة 2.38%. لا تعتمد سرعة عملية التحويل هذه فقط على نسبة المكونات المختلفة (بما في ذلك Ni7S6، نايس، ني إس 1.01) في جسيمات كبريتيد النيكل، بل تعتمد أيضًا على درجة الحرارة المحيطة. حتى في حال عدم اكتمال التحول الطوري لكبريتيد النيكل، حتى في ظروف التخزين والاستخدام العادية، ستستمر هذه العملية، وإن كانت بسرعة منخفضة جدًا.
يُعد تمدد كبريتيد النيكل داخل الزجاج المُقسّى السبب الرئيسي لكسره التلقائي. عند تسخين الزجاج المُقسّى، تبلغ درجة حرارة قلبه حوالي 620 درجة مئوية، ويكون كبريتيد النيكل بأكمله في طور α-نايس عالي الحرارة. بعد ذلك، يدخل الزجاج في عملية تبريد سريع بالهواء. يتغير طور كبريتيد النيكل في الزجاج عند 379 درجة مئوية. على عكس فرن التلدين العائم، فإن وقت التبريد السريع للتسخين قصير جدًا، ولا يتوفر لكبريتيد النيكل الوقت الكافي للتحول إلى طور β-نايس منخفض الحرارة، ولكنه يتجمد في الزجاج في طور α عالي الحرارة. يُمكّن التبريد السريع الزجاج من التسخين، مما يُشكل جسمًا متوازنًا موحدًا للإجهاد مع ضغط خارجي وتوتر داخلي. في الزجاج المُقسّى، يستمر تغير طور كبريتيد النيكل بسرعة منخفضة، ويتمدد حجمه باستمرار، مما يزيد من القوة المؤثرة على الزجاج المحيط. يُشكّل قلب صفيحة الزجاج المُقسّى نفسه طبقة إجهاد شد. عندما يتغير طور كبريتيد النيكل في هذه الطبقة ويتمدد، فإنه يُشكّل أيضًا إجهاد شد. ويكفي تضافر هذين الإجهادين الشديين لكسر الزجاج المُقسّى، أي الكسر التلقائي.
ببساطة، يكون عنصر النيكل صغيرًا جدًا في درجات الحرارة العالية، ولكنه يكبر في درجات الحرارة العادية. أثناء عملية تسخين الزجاج المقسّى، يصغر عنصر النيكل، لكن لا يملك وقتًا كافيًا للعودة إلى حجمه الطبيعي عند التبريد السريع، مما قد يؤدي إلى انكسار الزجاج المقسّى تلقائيًا. تنصّ المواصفة الوطنية على أن معدل الكسر التلقائي للزجاج المقسّى هو 3‰.
أسباب تتعلق بتكنولوجيا التثبيت وعملية التثبيت
غالبًا ما يتم تجاهل هذه النقطة. على الرغم من أن المواد المشتراة جيدة، إلا أنه إذا لم يقم العمال بتركيبها بشكل صحيح أثناء التركيب، فقد يتسبب ذلك في توزيع غير متساوٍ للقوة حول الزجاج المقسّى، مما يؤدي بسهولة إلى كسره تلقائيًا. يتميز الزجاج المقسّى بأنه لا ينكسر بسهولة عند تطبيق القوة على المنتصف، ولكن إذا تعرضت زوايا الزجاج المقسّى لضغط طفيف، فسيؤدي ذلك إلى توزيع غير متساوٍ للقوة ثم ينكسر. أبسط مكان وأكثرها شيوعًا هو مكان التقاء حوضي ماء. في بعض الأحيان، بسبب مشاكل في عملية التركيب، قد يكون هناك اختلاف أفقي بين الجزأين العلوي والسفلي لحوضي الماء، مما يتسبب في تعرض الزجاج على جانبي المفصل بسهولة لقوة غير متساوية مما يؤدي إلى كسر تلقائي. بالطبع، يحدث هذا فقط في المناطق ذات اختلاف الارتفاع. بشكل عام، لن تظهر هذه المشكلة في الجزء الأوسط من قناة المياه بأكملها.
بعد المعالجة الحرارية، تُشكّل الطبقة السطحية للزجاج إجهادًا ضاغطًا، بينما تُشكّل الطبقة الداخلية إجهاد شد. يُشكّل إجهادا الضغط والشد معًا نظامًا متوازنًا. الزجاج بطبيعته مادة هشة، مقاومة للضغط دون الشد. لذلك، فإن معظم كسر الزجاج ناتج عن إجهاد الشد.
انفجار ذاتي ناتج عن تسوية غير متساوية للأساس
هذا الاحتمال مرتفع جدًا أيضًا. نظرًا لظروف التربة في بعض المناطق أو سوء بناء الأساس، قد يحدث هبوط غير متساوٍ للأساس بعد هطول الأمطار أو ذوبان التربة المتجمدة. طالما كان هناك هبوط في نقطة واحدة، وهو ما لا يمكن ملاحظته بالعين المجردة، فسيستقر السطح بأكمله أيضًا بشكل طفيف. بشكل عام، سيتسبب الهبوط في اختلافات أفقية محلية، مما يؤدي إلى إجهاد غير متساوٍ وانفجار ذاتي لاحق للزجاج. سبب آخر للهبوط هو جودة تربة الردم. عند بناء هذا النوع من الأساسات، يجب أن تكون صلبة وذات قدرة تحمل متزايدة. بمجرد عدم تنفيذ أساس تربة الردم بشكل جيد، فإنه يكون عرضة للهبوط بعد هطول الأمطار أو ذوبان التربة المتجمدة.
الانفجار الذاتي الناجم عن أسباب أخرى
بالطبع، هناك أسباب أخرى للانفجار الذاتي للزجاج المقسّى. على سبيل المثال، أثناء الصيانة العلوية، قد يدوس فنيو الصيانة مؤقتًا على زاوية حادة من الزجاج المقسّى، أو قد يُسبب اصطدام أدوات البناء ضغطًا غير متساوٍ عليه، مما يؤدي إلى انفجاره الذاتي. قد تكون هناك أسباب أخرى لم أذكرها بالتفصيل، وآمل أن يشاركها الجميع.
