Nikkelsulfid-indeslutninger, NiS og Heatsoak-test

En granulering af glas i en rude kan opstå, uden angreb som hærværk eller stenslag på ruden. Spontangranuleringen sker på grund af en nikkelsulfid-indeslutning (NiS) i glasset.

Læs også artiklen "NiS - nikkelsulfidindeslutning"

Dannelse af nikkelsulfid (NiS)

Nikkelsulfid dannes under smeltningen af glasset ved at meget små mængder nikkel i råmaterialet forenes kemisk med svovl og metaller. En så lille mængde som 0,1 g nikkel kan være årsag til 50 000 NiS-partikler af en størrelse (>100 μm) så de kan forårsage spontangranulering.

Partiklernes kemiske størrelse varierer afhængig af forholdet mellem svovl og nikkel, men selv en forekomst af jern og selen påvirker indeslutningens egenskab.

NiS-partikler er af polykrystallinsk karakter og kan forekomme i to stabile krystalfaser: α-, respektive β-fase.

Ved høj temperatur, over 380°, er α-fasen stabil og ved lavere temperaturer er β-fasen stabil. Ved glassmeltningen kommer NiS-partiklerne således til at være i sin højtemperaturfase (α-fase).

Nedkøling

Under nedkølingsprocessen sker der intet, førend temperaturen på glasset (og indeslutningen) er lavere end 380° C, det vil sige den temperatur hvor α-fasen bliver ustabil. Så begynder en faseændring af nikkelsulfiden til β-fasen, en proces som tager en vis tid og er meget temperaturafhængig. Jo højere temperatur, jo hurtigere går faseændringen.

Når glasset er færdigafkølet, er faseændringen ikke fuldført og den fortsætter til NiS partiklen er ændret til sin stabile lavtemperaturfase (β-fase). Ved lave omgivelses-temperaturer tager dette meget lang tid.

Ved overgang fra α- til β-fasen øges NiS partiklet i volumen med ca. 2-4%. For almindeligt floatglas forårsager dette ingen problemer.

Hærdning

Ved hærdningen varmes glasset op til over 600° C, hvilket betyder at NiS partikler ændres til α-fasen. Ved den efterfølgende hurtige afkøling til rumtemperatur når ingen faseændring at finde sted, hvilket betyder at vi har en for den lave temperatur ustabil indeslutning. Den derpå følgende faseændring kommer til at ske meget langsomt men sikkert, samtidigt med at volumenet af partiklen øges.

Figur 1

Ved termisk hærdning af glas, opstår en parabolformet spændingsfordeling tværs gennem glasset. Se figur 1. I overfladelaget (1/5 af glastykkelsen fra hver side) er der trykspændinger, maksimalt ca. 100 MPa og i midten af glasset er der trækspændinger, ca. halvdelen af den maksimale trykspænding i overfladen, altså maksimalt ca. 50 MPa.

Da glasset ikke giver nogen plastisk formændring som kan udjævne trykket fra den ekspanderende indeslutning, øges spændingerne så længe faseændringen foregår. Man har beregnet at det tryk som denne volumenændring giver årsag til, ved fuldstændig faseændring, kan blive mere end 800 MPa netop i grænselaget mellem glas og indeslutning. Denne høje påvirkning kan forårsage mikroskopiske sprækker i glasset netop i grænselaget mellem indeslutning og glas.

Hvornår bryder glasset?

Hvis indeslutningen ligger i glassets overflade, sker der ingenting, da der her er trykspændinger, men hvis den ligger midt i glasset (halv tykkelse fra overfladen) hvor der er høj trækspænding, og de opståede mikrosprækker kan initiere granulering.

Foruden indeslutningens placering i forhold til glastykkelsen findes andre faktorer som kan øge spændingen i glasset og dermed udløse granuleringen, som for eksempel solopvarmning (NiS har større varmeudvidelseskoefficient end glas) og forøgelse af trækspænding for eksempel på grund af vindlast.

Oftest vil de spontane brud ske inden for de første 2-3 år, men der kan gå mere end 10 år og helt op til 30 år, før der sker et spontant brud. Dette kan endvidere være afhængig af mod hvilket verdenshjørne glasset er monteret, størst risiko er mod øst (og syd) hvor glasset kan være dels i skygge om morgenen forneden og i sol foroven.

Hvordan undgås spontangranulering?

I en vis udstrækning kan man modvirke NiS dannelsen i glassmelten, ved små tilsætninger af diverse zinksalte (zinksulfat, zinknitrat) mens den mest effektive metode at reducere risikoen for spontangranuleringer i hærdet og monteret glas, er en korrekt udført ”heatsoak-test”, som er en destruktiv test, der sorterer de glas væk, som vil kunne granulere ved et senere tilfælde.

Som det fremgår ovenfor, sker faseændringen fra højtemperaturfase (α) til lavtemperaturfasen (β) når glastemperaturen synker under 380° C. Ændringshastigheden er meget temperaturafhængig, - jo lavere temperatur jo langsommere går ændringen.

For at fremskynde faseændringen varmetestes glasset ved at glasset opvarmes og køles ned i henhold til en bestemt cyklus. Eventuelle farlige indeslutninger skal så derved have gennemgået en fuldstændig faseændring og en dermed forårsaget granulering.

Heat soak test

På kurveforløbet på figur 2 vises temperaturcyklusen for glas I henhold til EN 14179-1:2016 ” DS/EN 14179-1:2016 Bygningsglas – Varmebehandlet termisk hærdet sikkerhedsglas af kalk-soda-silikat – Del 1: Definition og beskrivelse.

Figur 2 (DS/EN 14179-1)

Konstanttemperaturfasen skal vare mindst to timer ved 260±10°C, og det gælder altså glassets temperatur, og det gælder alt glasset i testen. I tidligere normer angav man at ovntemperaturen skulle være 290±10°C. Det er altså vigtigt at man har en homogen temperatur (±10°C) i ovnen, uafhængig af fyldningsgraden.

Det glas som ikke har opnået den korrekte temperatur under den angivne tid og som skulle have været granuleret, hvis det har gennemgået temperaturcyklusen på en korrekt måde, kan altså granulere ved et senere tilfælde. Heatsoak-testen er ikke en fuldstændig garanti mod utilsigtet brud.

Figur 3 (A.1 DS/EN 14179-1)

Figur 3 viser kalibreringskurven for varmetest. Man skal lægge mærke til, at temperaturen ikke må overstige 290°C, da man har konstateret at allerede ved 290°C vender faseændringen og går mod α-fasen.

Desuden skal glasset være ordentligt nedkølet ved hærdningen og ved den derpå følgende varmetest må temperaturstigningen ikke være hurtigere end ca. 2°C pr minut. At lade glassets nedkøling forlænge med et vist temperaturinterval i sammenhæng med hærdningen (on-line heat soak) skaber ikke de rette forudsætninger for den nødvendige faseændring.

Reklamation

Termisk brud og brud pga Nikkelsulfid indeslutninger er ikke reklamationsberettiget.

Ligesom termisk brud kan undgås ved at hærde glasset, er der mulighed for at minimere risikoen for NiS-brud ved HeatSoak-test.

NiS er en indbygget risiko som er velbeskrevet og ikke reklamationsberettiget. Under håndtering/montage er det entreprenørens ansvar at undgå forhold, der kan udløse risikoen. Når indbygget er det en kalkuleret risiko fra den projekterende.

Referencer:

SBi-anvisning 192: Glas i byggeriet (Hærdning incl NiS og heat-soak)

DS/EN 12150-1

Bygningsglas - Termisk hærdet sodakalksilikatsikkerhedsglas - Del 1: Definition og beskrivelse

DS/EN 12150-2

Bygningsglas - Termisk hærdet sodakalksilikatsikkerhedsglas - Del 2: Overensstemmelsesvurdering/Produktstandard

DS/EN 14179-1:

DS/EN 14179-1: 2016 Bygningsglas – Varmebehandlet termisk hærdet sikkerhedsglas af kalk-soda-silikat – Del 1: Definition og beskrivelse 

DS/EN 14179-2/ZA:2007 Bygningsglas – Varmebehandlet (heat soak test) termisk hærdet sodasilikatsikkerhedsglas – Del 2: Overensstemmelsesvurdering/Produktstandard

BYG-ERFA 200928: ”Termisk brud i glas”

BYG-ERFA 210619: ”Skader på glas”