Материал: Лекция 6

кристаллических минералов. Удельная теплоёмкость большинства стёкол находится в пределах 300…800 Дж/(кг∙К), коэффициент линейного расширения – (5…9)10-6 К-1,

термостойкость (устойчивость к перепадам и резкой смене температур) – 40 К,

температура размягчения – 550…700°С.

Плотность строительного стекла находится в пределах 2500…2600 кг/м3. В то же время плотность кварцевого стекла составляет 2200 кг/м3, а самые тяжёлые стекла (содержащие оксиды свинца, висмута, тантала) достигают плотности 7500 кг/м3. Плотность теплоизоляционных стеклоизделий находится в пределах 15…500 кг/м3.

Прочностные свойства стекла, как конструкционного материала, характеризуются стандартными параметрами – прочностью (на сжатие, растяжение и изгиб), модулем упругости, твёрдостью и др. Листовое стекло имеет различную прочность на сжатие, растяжение и изгиб – сравнительно высокую на сжатие (700…1000 МПа), в 15…20 раз меньше на растяжение (30…85 МПа) и всего 15…20 МПа – на изгиб. Зависит прочность стекла в основном от однородности (наличия пороков), химического состава и прочности связей в стекле.

П р и м е ч а н и е ‒ Известный французский ученый Э. Фрейсине о прочностных характеристиках стекла и металла утверждал: «Основной возможный соперник металла – стекло. Оно не ржавеет, а хрупкость стекла не является результатом его молекулярной структуры. Она вызывается наличием поверхностных трещин».

Стекло практически не имеет пластических свойств, плохо сопротивляется действию изгибающих и ударных нагрузок. Модуль упругости (мера сопротивления стекла растяжению/сжатию при упругой деформации) в зависимости от химического состава составляет (48…83)∙103 МПа, коэффициент Пуассона (величина, характеризующая соотношение поперечной и продольной деформаций стекла при его растяжении/сжатии) – 0,11…0,3. Характеристикой твёрдости стекла может быть микротвёрдость, которая оценивается по вдавливанию алмазной пирамидки и составляет от 400 до 1200 МПа либо по шкале Кнупа (6 ГПа) и шкале Мооса ‒ в пределах 5…7.

По признаку потери целостности огнестойкость обычного оконного стекла составляет 3…5 мин (армированного ‒ 30 мин.).

П р и м е ч а н и е ‒ Спектрофотометрические свойства стекол (СТБ EN 410 и 12898) оцениваются количественно по показателям в диапазонах:

ультрафиолетового излучения (от 280 до 380 нм) – коэффициентом пропускания ультрафиолетового излучения;

видимого излучения (от 380 до 780 нм) – коэффициентами пропускания и отражения света, номинальным цветом при пропускании и отражении света и индексом цветопередачи;

солнечного излучения (от 300 до 2500 нм) – коэффициентами пропускания солнечного излучения, солнечной энергии (солнечный фактор) и затенения;

теплового излучения (от 5 до 50 мкм) – коэффициентами излучательной способности и теплопередачи.

11

5. Разновидности листового стекла

Общие сведения и классификация. Основным видом продукции стекольных предприятий строительного назначения является листовое стекло. Листовое бесцветное стекло выпускается толщиной от 1 до 25 мм и предназначается для остекления светопрозрачных конструкций и изготовления изделий строительного, технического и бытового назначения, в том числе закаленных и многослойных стекол, с покрытиями, зеркал, стеклопакетов, изделий для мебели, интерьеров и средств транспорта (ГОСТ Р 54170). Стекло строительного назначения применяется, как правило, в ограждающих конструкциях и выполняет определённые эксплуатационные функции: освещение помещений естественным светом, теплоизоляция помещений зимой и защита от перегрева летом, звукоизоляция, обеспечение безопасности (в т. ч. защита от вандализма), эстетические функции и др. Поэтому самым массовым видом продукции строительного стекла является оконное. В классическом понимании это листовой прозрачный материал толщиной от 2 до 6 мм и размерами от 1200…2160 мм до 1450…2880 мм. Оно может быть неполированным и полированным. Светопропускаемость оконного прозрачного стекла составляет, как правило, от 84 до 90%. Оно должно быть бесцветным либо с голубоватым или зеленоватым оттенком.

Более крупногабаритным листовым изделием является витринное стекло. Оно имеет большую прочность, толщину 8; 10 и 12 мм и размеры достигают 3,3х4,5 м. Используется в основном для оформления витрин, остекления больших световых проемов, устройства перегородок, изготовления зеркал, стеклопакетов и витражей.

Однако требования к ограждающим конструкциям, в т. ч. и светопрозрачным, по прочности, декоративности, безопасности, уровню различных видов защиты, спектральному диапазону пропускаемого излучения, тепловым и специальным характеристикам в последние годы значительно возросли. Вызвано это многими причинами. Известно, например, что существенным недостатком обычного листового стекла (так называемого «сырого стекла») является его хрупкость при ударных, термических, ветровых и других видах нагрузок. В результате при разрушении острые грани осколков стекла создают физическую угрозу безопасности людей. В целях предотвращения такой угрозы и других внешних агрессивных воздействий освоен выпуск т. н. безопасных или защитных стёкол, в определении которых трудно установить конкретные границы.

П р и м е ч а н и е ‒ 1. В любой момент оконное стекло верхних этажей здания, может превратиться в небольшую гильотину, причем без непосредственного участия человеческого фактора. Безопасные же стекла либо не образуют опасных осколков, либо удерживают их в конструкции окна. Т. е. безопасные изделия или стекла – те, которые при разрушении не представляют опасности для жизни и здоровья людей.

2. В странах ЕС существуют законодательные акты, предписывающие использовать в бытовом обращении, мебели, фасадном остеклении безопасное стекло, и это совершенно оправдано.

12

Безопасным принято считать стекло, которое имеет достаточную механическую прочность, выдерживает без разрушения удары мягким телом установленной массы и при разрушении не образует крупных осколков, представляющих угрозу для жизни и здоровья людей, либо осколки должны удерживаться, например, металлической сеткой, полимерной пленкой и т. п. (рис. 6.4).

Рис. 6.4. Разновидности безопасных стекол

Армированное стекло – это листовое стекло, внутри которого параллельно плоскости поверхности расположена металлическая проволока в виде сетки, т. н. «скелет-сетка» (СТБ 2420, ГОСТ 7481). Изготовляют по способу непрерывного горизонтального проката с одновременным закатыванием внутрь листа сварной или плетёной сетки из стальной проволоки диаметром 0,35…0,42 мм с защитным (чаще алюминиевым) покрытием. Сетка имеет квадратные, шестиугольные и других видов ячейки размером 12,5; 25 мм и др. и должна быть расположена по всей площади листа на расстоянии не менее 1,5 мм от поверхности стекла. Армирование стекла не увеличивает его механическую прочность, а в какой-то степени (≈ в 1,5 раза) даже снижает. От воров и вандалов оно тоже не спасает. Но зато при разрушении от механических и тепловых воздействий металлическая сетка удерживает осколки стекла на себе, не позволяя им разлетаться и выпадать из переплётов. Поэтому такое стекло относится к безопасным и огнестойким видам изделий (рис. 6.5).

Толщина армированного стекла составляет, как правило, 6…10 мм, коэффициент направленного пропускания света (бесцветного) – 0,77…0,81. В зависимости от

13

состояния поверхности и других показателей оно может быть полированное, узорчатое, бесцветное, окрашенное в массе, декоративное, волнистое и других видов.

Нарезают армированное стекло обычным способом, затем отделяют нарезанные листы друг от друга (проволока тонкая и не препятствует отделению), а выступающие по краям кончики проволоки откусывают плоскогубцами. Применяют армированное стекло как ударопрочное и огнестойкое для остекления светопрозрачных конструкций и изготовления изделий строительного, технического и бытового назначения, многослойных стёкол, стёкол с покрытиями, стеклопакетов, изделий для мебели и интерьеров.

Рис. 6.5. Разновидности армированного стекла

Стекло термически закалённое строительное (сталинит) изготовляют из листов полированного, неполированного или узорчатого стекла на специальных закалочных установках (СТБ EN 12150, ГОСТ 30698, ГОСТ Р 54162). Для получения закалённого стекла исходные листы стекла предварительно нагревают выше температуры размягчения, т. е. до перехода в пластическое состояние (650…680°С), а затем резко, но равномерно (контролируемо) охлаждают в потоке воздуха или жидкости (минеральные масла, кремнийорганические жидкости). При таком охлаждении сначала затвердевают наружные слои стекла и в них при последующем остывании внут-

14

ренних слоёв возникают остаточные напряжения сжатия. Внутренние же слои после остывания испытывают напряжения растяжения. В результате в стекле образуется система напряжений, обеспечивающая ему высокую механическую и термическую прочность (рис. 6.6…6.8). Прочность закалённого стекла при изгибе достигает 250 МПа (что в 5…7 раз выше, чем у обычного стекла), а температурный диапазон эксплуатации – от -150 до +300°С.

Рис. 6.6. Условное и стандартные испытания закаленного стекла на прочность

П р и м е ч а н и е ‒ По ГОСТ 30698 прочность на сжатие закаленного стекла составляет 700…900 МПа, прочность на изгиб: узорчатого – не менее 90 МПа, окрашенного в массе или с покрытием – 120 МПа.

15