Виды стекла в строительстве

Применение листового стекла и его разновидности в строительстве.

Применение и производство листового стекла в строительстве

Сырье для изготовления стекла

Стекло — твердый, аморфный, прозрачный в той или иной области оптического диапазона материал.

Получают стекло из минеральных расплавов, содержащих стеклообразующие элементы (оксиды кремния, оксиды бора) и оксиды металлов (литий, калий, магний, свинец).

По назначению стекло различают

• строительное (оконное, узорчатое, стеклоблоки);
• тарное;
• техническое (кварцевое, светотехническое, стекловолокно);
• сортовое.

Основным сырьем для изготовления стекла являются: чистый кварцевый песок, известняк, даламит, натрия карбонат.

Состав стекла

В состав некоторых строительных стекол для улучшения их технических свойств вводят:

• оксиды бора — повышается термостойкость;
• оксиды алюминия — повышается прочность и химическая стойкость.

Для получения окрашенных стекол применяют перекись марганца, оксиды хрома, кобальта.

Виды Стекла

Производство стекол

Включает в себя:

• подготовка сырьевых материалов (обогащение, сушка и измельчение);
• приготовление шихты (смешивание компонентов);
• варка стекла в стекловаренных печах;
• охлаждение стекломасс;
• формование из полученного материала (расплава) изделия;
• термическая, механическая и химическая обработка.

Стекло характеризуется

• высокая прочность на сжатие (600-1200 МПа);
• малая прочность на растяжение (30-90 МПа);
• плохо сопротивляется удару (хрупкое);
• высокая прозрачность и способность пропускать 84% видимого спектора;
• плотность 2.2-2.6 г/см³
• низкая теплопроводность;
• низкая термостойкость.

Виды листового стекла

Листовое оконное — толщина 2-6 мм, светопропускание 85-90%.

Витринное — толщина 6-10 мм.

Армированное стекло — изготавливается методом горизонтального проката с запрессовкой в расплавленную стекломассу металлической сетки (фонари, двери, перегородки).

Узорчатое стекло — разновидность характеризуется декоративностью, используют в качестве архитектурного оформления дверей и перегородок.

Теплопоглощающее — в составе находятся добавки, которые отражают инфракрасные лучи. Применяется в районах с жарким климатом.

Закаленное — получают путем термической обработки. Этот вид стекла имеет предел прочности на изгиб в 5-8 раз, термостойкость в 2 раза, прочность в 4-6 раз больше по сравнению с обычным стеклом.

В строительстве применяется для устройства дверей, перегородок, кровельных покрытий.

Стеклолит — толщина больше 6 мм, покрыто с тыльной стороны цветными керамическими красками.

Изделия из стекла

• пустотелые стеклоблоки;
• стеклопакеты;
• стеклопрофилит;
• дверное полотно;
• стеклянные трубы;
• облицовочная плитка;
• стеклокристаллит.

Развитие науки и технического прогресса — процесс непрекращающийся, касается это и технологий стеклоделия. К началу XXI века в этой промышленной отрасли появилось много новых, имеющих специальные характеристики, видов стекол: солнцезащитные, теплозащитные, токопроводящие, упрочненные, фотохромные, безопасные и так далее. Активно развивается и производство различных изделий, сделанных на основе таких стекол.

Стекло — вещество и материал

Результатом эволюции стекловарения стало, в том числе, существенное изменение взглядов на роль стекла в строительстве. Широкое поле для внедрения инновационных идей открылось архитекторам и строителям, а ученые с энтузиазмом взялись за исследования на тему непосредственного взаимовлияния и тесной взаимосвязи между строительными материалами и архитектурой.

Отныне стекло стало занимать лидирующие позиции среди стройматериалов, берущихся в качестве основы при изготовлении ограждающих конструкций. Сегодня архитекторы все чаще для выражения своего художественного замысла используют светопрозрачные свойства стекла, включая его в сюжетную линию фасадов большей части своих проектов.

С течением времени, такие свойства, как долговечность, прозрачность, бесконечная способность его форм и содержания к перевоплощению делают стекло все более популярным материалом. Спектр его возможностей настолько широк, что делает использование стекла востребованным в самых разных областях, а особенно в строительстве.

Применение стекла в производстве окон

Процесс развития оконной промышленности невозможно представить без стекла, а развитие подразумевает и повышение показателей качества окон.

В этой связи не прекращается появление на рынке новых, с каждым разом все более совершенных, разработок в сфере технологий оконного производства. Двигаясь навстречу запросам потребителя, современные стеклопакеты обретают статус «профи» по части сохранения тепла в помещении.

В настоящее время изготовление энергосберегающих стекол осуществляется методом соединения стекла с полимерной пленкой или специальной ламинирующей жидкостью. В первом случае, стекло покрывают специальной эластичной пленкой, имеющей в своем составе полиэстер и клей, а во втором происходит заливание ламинирующей жидкости между двумя или более слоями стекла с последующим их склеиванием. Прочность и звукоизоляционные свойства при этом многократно возрастают. Один из самых распространенных видов таких многослойных стекол называется «триплекс».

Помимо уже упомянутых качеств, триплекс также обладает повышенной безопасностью для человека, так как при ударной нагрузке осколки такого стекла не разлетаются, а остаются прочно удерживаемыми защитной пленкой. Многослойные стекла часто применяются в дизайне офисного пространства, в частности, для изготовления интерьерных перегородок.

В случае, если такие стеклянные панели выполнены не прозрачными, а зеркальными или матовыми, это поможет одновременно персонифицировать каждое рабочее место и позволить сотрудникам не чувствовать себя обитателями аквариума.

К слову, аквариумы также делают из триплекса, однако только многотонные, для профессионального использования, поскольку цена такого стекла слишком велика. При производстве домашних аквариумов широко применяются два других вида стекла — акриловое и силикатное, отличающиеся прочностью, простотой в обслуживании и способностью при изготовлении принимать самые разнообразные формы. Именно эти две разновидности стекол обычно защищают объекты наружной рекламы от неблагоприятных погодных условий и вандалов.

Энергосберегающее «I»-стекло — одна из новинок оконного рынка, обладающая способностью отражать тепловые лучи, благодаря чему уровень сохранения тепловой энергии может достигать 90%. В холодное время года тепло практически не уходит наружу, а летом окна не пропускают внутрь жару.

Фактически, «I»-стекло представляет собой стекло с мягким покрытием, которое помещают внутрь стеклопакета. Такие же стекла, но с жестким покрытием, используют в стеклопакетах или отдельно и называют «К»-стеклом. Однако жесткое покрытие в 1,5 раза проигрывает мягкому в отношении энергосберегающих характеристик, в связи с чем «I»-стекло пользуется значительно бóльшим спросом.

Одновременная способность к светопропусканию (высокая степень прозрачности) и сохранению тепла делает стекло особенно актуальным не только в жилых домах, но также в хозяйственных помещениях, например, теплицах. Выигрышные позиции стеклянных теплиц, по сравнению с пленочными, очевидны: через стекло к растениям проникает гораздо больше живительного солнечного света и, в отличие от пленки, стеклянная преграда вполне способна противостоять атаке градом или обильным снегопадом.

Дата публикации статьи: 13 февраля 2017 в 14:31
Последнее обновление: 29 сентября 2021 в 11:43

Романцемент — получают путем обжига известняков, содержащих глинистых не менее 25% при температуре 1000-1200 градусов по Цельсию. Применение:…

Источник: knep.ru

Стекло как строительный материал

Современная архитектура и гражданское строительство все чаще применяет стекло как конструкционный строительный материал. Привычное применение стекла в строительстве зданий — это заполнение проемов окон, дверей и фасадов. Однако иногда стекло включают в конструкции, где оно выполняет не только свою функцию светопрозрачного ограждения, а такие строительные элементы как полы, колонны и облицовочные панели (рисунок 1).

Рисунок 1 — Стеклянные панели в навесном вентилируемом фасаде [1]

Ниже представлен обзор процессов изготовления стекла, его состава, особенностей свойств и применения в строительстве как конструкционного материала. Применяемые термины соответствуют отечественным стандартам, в том числе, ГОСТ 32539-13 «Стекло и изделия из него. Термины и определения».

Еврокод для стекла

В настоящее время не существует международно признанных норм по проектированию стеклянных элементов конструкций, таких, как известные европейские стандарты Eurocode для других строительных материалов. В будущем планируется создать такой стандарт и для стекла [2].

Строительное силикатное стекло

Обычно, когда говорят о стекле, то имеют в виду группу силикатных стекол, которые составляют около 95 % общего производства стекла. Эти стекла массового производства содержать около 70 % двуокиси кремния, то есть кварцевого песка. Поскольку кварцевый песок имеет очень высокую температуру плавления (около 1700 º) к нему добавляют щелочные оксидные флюсы, которые снижают температуру плавления. Щелочноземельные оксиды добавляют для повышения твердости и химической стойкости стекла.

В строительной промышленности в основном применяются различные варианты натрий-кальций-силикатных стекол, которые имеют следующий химический состав [1]:

Диоксид кремния (SiO2): 69-74 %

Оксид кальция (CaO): 5-14 %

Оксид натрия (Na2O): 0-6 %

Оксид магния (MgO): 0-6 %

Прозрачность

Стекло является прозрачным для солнечного излучения в спектре видимого света и длинноволнового ультрафиолетового света (UV-A). Вместе с тем, стекло является непроницаемым для коротковолнового ультрафиолетового света (UV-B и UV-C).

Хрупкость

Стекло является типичным хрупким материалом. Максимальное удлинение при разрушении стекла составляет всего около 0,1 %. Отсутствие пластической деформации стекла не дает возможности предсказывать его разрушение, как это делается, например, для стали (рисунок 2).

Рисунок 2 — Сравнение механического поведения стали и стекла при растягивающем нагружении [1]

Физические свойства

Натрий-кальций-силикатное стекло имеет следующие механические и физические свойства:

плотность (при 18 ºС): 2500 кг/м 3 ;

модуль упругости: 70000 Н/мм 2 ;

коэффициент Пуассона: 0,2;

средний коэффициент термического расширения: 9 × 10 -6 К -1

Прочность при растяжении

Теоретическая прочность стекла при растяжении, которая основана на физических расчетах, составляет от 5000 до 8000 Н/мм 2 . Однако из-за неизбежных поверхностных дефектов реальная прочность стекла значительно ниже. Поскольку высокая концентрация напряжений на трещинах не перераспределяется из-за отсутствия пластичности, то изгибная прочность отожженного стекла на практике снижается до 30-80 Н/мм 2 .

Изгибная прочность флоат-стекла зависит от многих факторов, среди которых:

размер поверхностной трещины;

сторона стекла по отношению к оловянной ванне;

размер стеклянного изделия или образца;

длительность приложения нагрузки;

влияние внешней среды, например, влаги.

Прочность при сжатии

В отличие от прочности при растяжении практическая прочность при сжатии достигает очень высоких величин. Независимо от наличия поверхностных дефектов прочность на сжатие силикатных стекол находится между 400 и 900 Н/мм 2 .

Химическая стойкость

Силикатные стекла обладают высокой стойкостью к воздействию многих химических веществ. Большинство кислот и щелочей не повреждают стекло. Единственным исключением является фтороводородная кислота, которая поэтому применяется для декоративного травления стекла.

Стекло обладает высокой стойкостью к воде, но постоянное присутствие воды может приводить к его повреждению и коррозии, что проявляется в виде матовых пятен.

Стекло может повреждаться в промышленной загрязненной атмосфере, содержащей аммиак, а также в результате контакта со штукатуркой, мокрым бетоном или щелочными чистящими средствами.

Производство стекла

Начальной стадией всех методов изготовления стекла является процесс плавления. Смесь исходных материалов засыпается на вход плавильной ванны, а на выходе их нее выходит вязкая стеклянная масса, из которой далее различными методами формуют листы стекла.

Флоат-стекло

До 1950-х годов все листовое стекло изготавливали путем непрерывных автоматизированных процессов прокатки или вытяжки, которые были аналогами древних ручных методов. Для получения листового стекла с высокими оптическими свойствами его подвергали длительному, трудоемкому и дорогому процессу шлифования и полировки.

Флоат-метод производства стекла, которые был разработан британской компанией Pilkington в 1950-тые годы, произвел переворот в стекольной промышленности. Этот метод обеспечивает высокое качество поверхности стекла без какой-либо дополнительной обработки.

Стекло подается при температуре около 1050 ºС из плавильной ванны в так называемую флоат-ванну, где оно разливается тонкой лентой на поверхности жидкого олова. Это обеспечивает листовому стеклу параллельность его сторон, плоские поверхности и полную, без искажений, прозрачность. В флоат-ванне стекло остывает до температуры около 600 ºС, при которой оно имеет достаточную прочность для того, чтобы извлечь его из оловянной ванны и передать в печь отжига и далее для дальнейшего охлаждения.

Рисунок 3 — Производство флоат-стекла [1]

Флоат-процесс дает возможность получать стекло толщиной от 0,5 до 25 мм, но в строительстве обычно применяются стекла от 2 до 19 мм.

Прокатное стекло

Современное производство прокатного стекла включает формирование непрерывной ленты стекла при прохождении ее при температуре около 1200 ºС между двумя валками. Толщина прокатного стекла составляет от 3 до 15 мм. После прокатки стекло передается в печь отжига и затем для дальнейшей обработки (рисунок 4).

Рисунок 4 — Производство прокатного стекла [1]

Светопроницаемость прокатного стекла хуже, чем флоат-стекла и зависит от толщины и поверхностной текстуры. Тем не менее, прокатное стекло находит свое применение в различных стеклянных изделиях. Рифленое и ажурное стекло получают при прокатке с применением текстурированного нижнего валка. Армированное стекло также получают при прокатке стекла путем введения проволочной сетки между валками.

Тянутое стекло

При изготовлении тянутого стекла непрерывную стеклянную ленту тянут вертикально вверх из расплава стекла. Этот процесс дает стеклу далеко не оптимальное оптическое качество, которое характерно для стекол исторических зданий. Поэтому этот метод применяют в основном для изготовления стекол при реставрации старинных зданий с намеренным введением поверхностных дефектов, характерных для старинного стекла. Толщина тянутого стекла составляет от 2 до 12 мм.

Бесцветное и цветное стекло

Все листовые стекла могут быть окрашены. Это достигается путем добавки различных металлических оксидов в плавильную ванну или путем последующего процесса окрашивания.

Механическоя обработка

Стекло обычно режут путем нанесения глубокой царапины и затем легкого удара. Реже применяют пилы с алмазными наконечниками или водяную струю. Очень тонкие стекла можно резать лазером.

При резке стекла образуется довольно рваная кромка, которую часто шлифуют или полируют, чтобы удалить неровности и сколы (рисунок 5). Это делают, чтобы снизить возникающие на кромке растягивающие напряжения и, тем самым, повысить стойкость стекла к разрушению.

Рисунок 5 — Флоат-стекло с различным качеством кромок (снизу вверх):

без обработки; шлифованная и полированная [1]

Сверление отверстий в стекле выполняют полыми сверлами с алмазными наконечниками, которые сверлят отверстие с обеих сторон стекла. Кроме того, для выполнения отверстий могут применяться водяные струи.

Нанесение покрытий

Нанесение покрытий из тонкого слоя металлов или оксидов металлов — это наиболее важный способ модификации стекла. Их наносят или вовремя изготовления стекла, то есть на еще мягкую и горячую поверхность, или в ходе отдельной операции уже после изготовления стекла. Покрытия, которые наносят в ходе изготовления стекла обычно значительно более прочные, чем те, которые наносят на уже готовые стекла.

Гнутое стекло

Гнутое стекло изготавливают при температуре стекла около 600 °С. Это делают или на горизонтальной роликовой машине, или в случае малых партий, с применением гравитационного метода. Гравитационный метод заключается в том, что плоский лист стекла кладут сверху выпуклой или вогнутой «матрицы» и затем нагревают. Под действием гравитации стекло принимает форму матрицы.

Закаленное стекло

Принцип действия закалки на прочность стекла заключается в том, что в его поверхностном слое создаются высокие сжимающие остаточные напряжения. Эти напряжения компенсируют возможные растягивающие напряжения в поверхности стекла и предотвращают рост трещин и разрушение стекла.

Стекло нагревают до температуры 620-650 °С и затем резко охлаждают струями воздуха с обеих сторон до комнатной температуры. В результате закалки в поверхностных слоях стекла образуются сжимающие остаточные напряжения величиной 100-150 Н/мм 2 (рисунок 6). Высокая энергия, которая запасается в этом стекле обеспечивает то, что при разрушении оно разбивается на мелкие кусочки (рисунок 7в), которые не представляют большой опасности.

Рисунок 6- Остаточные напряжения в стеклах [2]

Рисунок 7 — Типы разрушения стекол (не в масштабе):

а) отожженное флоат-стекло; б) термоупрочненное стекло; в) закаленное стекло [1]

Термоупрочненное стекло

Термоупрочненное стекло подвергается той же обработке, что и закаленное стекло, кроме того, что процесс охлаждения ведется более медленно. Это дает более низкие сжимающие напряжения, чем в закаленных стеклах (рисунок 6)

В отличие от закаленных стекол термоупрочненные стекла разрушаются с образованием довольно крупных кусков стекла, но значительно меньших, чем у отожженного флоат-стекла (рисунок 7). Это дает им преимущество при применении в многослойных стеклах: после разрушения они удерживаются полимерной пленкой на месте. Кроме того, термоупрочненное стекло можно подвергать механической обработке, например, сверлению, что невозможно для закаленных стекол.

Многослойное стекло

Многослойное безопасное стекло состоит из двух или нескольких листов стекла соединенных между собой поливинилбутиловой пленкой толщиной 0,38 мм. В отличие от закаленного безопасного стекла после разрушения многослойное стекло сохраняет часть своей несущей способности, а отдельные куски удерживаются пленкой на месте установки стекла.

1. Glass in Building: Principles, Applications, Examples /Bernhard Weller et al, Detail Practice, 2009
2.Guidance for European Structural Design of Glass Components, 2014

ООО «Алюком»
г. Москва, ул. Нагатинская, д. 16, стр. 9, офис 2-5

Москва, Рязанский проспект, д.8А, стр.17 (цех 17, территория завода ВНИИ МетМаш).
Заезд грузового через КПП ул.Стахановская д.20.

Источник: alucom.ru