книги / Строительные материалы

Приведенная формула предполагает равномерность температурного градиента по всей толщине материала. На самом деле температурный градиент изменяется в за­ висимости от толщины материала и его теплопроводно­ сти. Поэтому термостойкость стекла зависит и от толщи­ ны изделий. Например, листовое стекло толщиной 2 мм выдерживает перепад температур в 100 °С, а с увеличе­ нием толщины до 5 мм термостойкость понижается и со­ ставляет всего 80 °С. Для повышения -термостойкости прибегают к корректированию состава стекла (например, путем введения бора); при этом температурный коэф­ фициент линейного расширения резко уменьшается. Наи­ более термостойко кварцевое стекло.

Силикатное стекло обладает удельным электрическим сопротивлением (при нормальной температуре) от 1010 до 10п Ом-см, пробивная напряженность 450 кВ/см.

Наибольшее влияние на электропроводность оказы­ вает содержание в них оксида лития: чем больше его в со­ ставе стекла, тем выше электропроводность. Понижают электропроводность оксиды двухвалентных металлов (больше всего ВаО), а также Si02 и В20 3. Следует учи­ тывать поверхностную проводимость стекла, которую обусловливает пленка, образующаяся на поверхности стекла в результате гидролиза силикатов. Эта пленка поглощает значительное количество влаги и вызывает повышенную активность стекла.

Стекло поддается механической обработке: его мож­ но пилить циркулярными пилами с алмазной набивкой, обтачивать победитовыми резцами, резать алмазом, шлифовать, полировать. В пластичном состоянии при 800—1000 °С стекло поддается формованию. Его можно выдувать, вытягивать в листы, трубки, волокна, можно сваривать.

Такие разнообразные механические свойства стекла позволяют выделить его среди других конструкционных материалов и использовать эти свойства при конструи­ ровании изделий из стекла.

Теоретическая прочность при растяжении, рассчитан­ ная по структурной сетке (см. рис. 4.1), весьма велика и составляет для обычного оконного стекла 6500— 8000 МПа. Однако фактическая прочность оконного стек­ ла при растяжении и изгибе значительно меньше теоре­ тической вследствие микродефектов в структуре и на по­ верхности стекла и составляет всего 30—90 МПа.

Стекло обладает высокой прочностью на сжатtie (70©—1000 МПа), иногда до 1250 МПа. Стекло Плохо сопротивляется удару, т. е. оно хрупко; прочность при ударном изгибе составляет всего около 0,2 МПа. Твер­ дость его равна 5—7 по шкале твердости.

Отличительны деформативные свойства стекла. У стек­ ла отсутствуют пластические деформации, стекло подчи­ няется закону Гука вплоть до момента хрупкого разру­ шения. Модуль упругости 70 000—75 000 МПа, модуль сдвига 20 000—30 000 МПа, коэффициент Пуассона 0,25.

§4. ВИДЫ СТЕКЛА

1.Листовое стекло

Листовое стекло — основной вид стекла, используе­ мый для остекленения оконных и дверных проемов, вит­ рин, наружной и внутренней отделки зданий. Наряду с обычными видами промышленностью вырабатываются специальные виды листового стекла: теплопоглощающее, увиолевое, армированное, закаленное, архитектурностроительное и др. Листовое оконное стекло вырабаты­ вают трех сортов и в зависимости от толщины — шести размеров (марок): 2; 2,5; 3; 4; 5 и 6 мм. Ширина листов стекла 250—1600 мм, длина 250— 2200 мм. Масса 1 м2 стекла 2—5 кг. Листы стекла должны быть бесцветными, допускается лишь слабый голубоватый или зеленоватый оттенки. Светопропускание стекла должно быть не ме­ нее 87 %. С увеличением толщины стекла несколько сни­ жается светопропускание. Сорт листового стекла опреде­ ляется наличием дефектов, к которым относятся: полосность — неровности на поверхности; свиль — узкие ните­ видные полоски; пузыри — газовые включения и др.

Витринное стекло — широко применяют для остекле­ ния больших поверхностей фасадов торговых помеще­ ний, административных зданий и т. п. Витринное стекло, как правило, выпускают полированным (во избежание оптических искажений), его толщина 6— 10 мм, наиболь­ ший размер 3500X6000 мм.

Увеличение площадей светопроемов в современных административных, общественных и промышленных зда­ ниях вызывает необходимость осуществления солнцеза­ щитных мероприятий, чтобы предотвратить перегрев воз­ духа в помещениях без уменьшения освещенности. Эта

задача эфективно решается использованием, пластинча­ тых жалюзи в комбинации с солнцезащитным остеклени­ ем нз теплоотражающего или теплопоглощающего стекла.

Стекла, отражающие тепловые лучи, покрыты тончай­ шими (0,3—1 мкм) пленками металлов или оксидов. Та­ кие стекла обладают повышенной отражающей способ­ ностью поверхности, обращенной на улицу, и имеют с этой стороны самую различную окраску: золотистую, го­ лубую, оранжевую и др. При этом свет, проникающий в помещение, остается естественным. В настоящее время широко применяются методы металлизации стекла в ва­ кууме. Методом ионного распыления наносят слой рав­ ной толщины, обеспечивающий однородное окрашивание. В качестве материала покрытия используют очень тонкие пленки золота и меди, никель-хромовые покрытия (под серебро), металлы группы железа и платины и др. Светопропускание стекла с такими пленками можно изме­ нять в широких пределах (от 30 до 70 %). Благодаря то­ му, что в таких стеклах большая часть инфракрасных лу­ чей не поглощается, а отражается, само стекло почти не нагревается. Металлическое покрытие стекла вместе с тем повышает теплозащиту зимой вследствие уменьшения излучения из помещения.

Отражающее стекло предназначено для уменьшения нагрева солнечными лучами, регулирования освещеннос­ ти и одновременно используется в общественных совре­ менных зданиях как прекрасный архитектурно-строи­ тельный материал. Использование металлизованных сте­ кол, например, при архитектурном решении Дворца съездов в Московском Кремле, Дворца Республики в Берлине раскрыло их богатейшие возможности.

Стекла, поглощающие тепловые лучи, также умень­ шают нагрев помещений. Теплопоглощающее стекло по своему составу отличается от обычных стекол содержа­ нием оксидов железа, кобальта и никеля, благодаря че­ му приобретает слабый сине-зеленый оттенок. Теплопог­ лощающее стекло задерживает 70—75 % инфракрасных лучей, т. е. в 2—3 раза больше, чем обычное оконное стекло (см. рис. 4.2). Интенсивное поглощение лучистой энергии приводит к сильному нагреванию и значитель­ ным температурным деформациям стекла. Поэтому при остеклении следует предусматривать достаточный зазор Между рамой и стеклом (рис. 4.3). При двойном остек-

лении теплозащитное стекло помещают с внешней сторо­ ны, чтобы оно охлаждалось наружным воздухом, а обычно стекло — изнутри.

Увиолевое стекло получают из шихты с минимальны­ ми примесями оксидов железа, титана, хрома. Увиолевое стекло пропускает 25—75 % ультрафиолетовых лучей т. е. гораздо больше, чем обычное оконное стекло, поэто­ му его используют для остекления оранжерей, а также оконных проемов в детских учреждениях и лечебных зданиях.

Светорассеивающие стекла. Для остекления оконных проемов, перегородок и дверей, когда требуется освеще­ ние без сквозной видимости или рассеянный свет, приме­ няют матовые или узорчатые стекла. Узорчатые стекла получают методом горизонтального проката на гравиро­ вальных вальцах. Матовое стекло получают из обычного листового стекла с помощью пескоструйной обработки.

Армированное стекло. Стекло армируют металличес­ кой сеткой из отожженной, хромированной или никелиро­ ванной стальной проволоки. Будучи запрессованной в стекло, металлическая сетка служит каркасом, удержи

D auJii

д а г а к .

Рис, 4.4. Виды материалов и изделий из стекла

а _ волнистое армированное стекло: б — стеклянный блок: в — стеклопрофилит коробчатого сечения; а — то же, швеллерного сечения; д — полимерные про­

кладки для крепления

вающим мелкие осколки стекла при его повреждении. Армированное стекло выпускают плоским и волнистым (рис. 4.4,а). Волнистое армированное стекло использу­ ют, например, в кровельных конструкциях, когда не тре­ буется сквозной видимости, но необходимо освещение, и Кроме того к остеклению предъявляются повышенные требования в отношении механической прочности и ог­ нестойкости. Армированное стекло выпускают плоским

и волнистым; его размеры по длине 1200-^2000 мм*, по ширине 400—1500 мм.

К «безопасным стеклам» относят закаленное и мно­ гослойное стекло.

Закаленное стекло получают путем нагрева стекла до температуры закалки (540—650 °С) и последующего бы* строго равномерного охлаждения. Этим добиваются од­ нородного распределения внутренних напряжений в стек­ ле. Прочность при ударе и предел прочности при изгибе закаленного стекла в несколько раз выше, чем обычно­ го. В строительстве закаленное стекло применяют для остекления витрин, изготовления стеклянных дверей, балконных и лестничных ограждений, перегородок. Ос­ новным же потребителем закаленного стекла является транспорт.

Многослойные стекла (триплекс), армированные или неармированные, состоят из основных и промежуточных (амортизирующих) слоев. Благодаря этому они являются безосколочными, т. е. при ударе стекла оно хотя и раз­ рушается, но осколки остаются прочно сцепленными с промежуточным слоем.

Стекло, устойчивое к радиоактивным излучениям, получают из шихты специального состава. Для погло­ щения рентгеновских и у-лучей используют оптические стекла с высоким содержанием свинца и бора. Чтобы улучшить устойчивость стекла к излучению, в шихту до­ бавляют 0,25—1,5 % оксида церия.

Защитные свойства стекла можно приближенно оце­ нивать по их плотности. Например, тяжелое свинцовое стекло плотностью 6200 кг/м3, содержащее 80 % оксида свинца, по своей защитной способности в отношении у-лучей эквивалентно стали. Стекла, поглощающие мед­ ленные нейтроны, должны содержать один из оксидов: бора, лития или кадмия. Стекло, устойчивое к действию радиоактивных излучений, применяют при сооружении атомных электростанций (например, для устройства за­ щитных смотровых окон) и предприятий по изготовлению изотопов.

Термостойкое* стекло (боросиликатное) содержит ок­ сиды бора, рубидия, лития. Термостойкие стекла имеют температурный коэффициент линейного расширения око­ ло 2—4-10“e°C_1, т. е. в 2—3 раза меньше, чем обычное стекло. Изделия из таких стекол выдерживают перепады температур до 200 °С. Их используют для изготовления

термостойких деталей аппаратуры (например, водомер­ ных трубок).

Электропроводящие прозрачные покрытия наносят на стекло в основном с целью обогрева стекла и предотвра­ щения запотевания. Электропроводящая пленка (толщи­ ной 0,5 мкм) может быть получена напылением солей металлического серебра и нагревом стекла до 500— 700°С. После покрытия пленки тонким слоем люмино­ фора стекло можно использовать в качестве светящего­ ся элемента (с голубым, желтым, зеленым свечением). Кроме того, в качестве источника тепла используют стек­ лопакеты с внутренним слоем из электропроводящего стекла.

2.Облицовочное стекло Такое стекло широко применяют для отделки фасадов

ивнутренних помещений здания. Для стеклянных отде­ лочных материалов характерны высокая декоративность (яркие цвета, блестящая поверхность), большая атмосферостойкость и долговечность. Кроме специальных от­ делочных стекол, описанных ниже, функции отделочного материала в современной архитектуре выполняет листо­

вое стекло с пленочными покрытиями, витринное стекло и др.

Стекло для облицовочных панелей (стемалит) в виде горизонтальных конструктивных элементов располагают между рядами окон многоэтажного здания. На внутрен­ нюю поверхность толстого полированного стекла наносят при нагревании непрозрачное покрытие из керамической эмали различного цвета, составляющей единое целое со стеклом. Покрытие защищается со стороны помещения тонким слоем алюминия, наносимым в вакууме. Стема­ лит широко применяется для облицовки стен обществен­ ных зданий (например, стемалитом облицованы здания СЭВ и гостиницы Аэрофлота в Москве).

Марблит представляет собой листы толщиной 12 мм из цветного глушеного стекла с полированной лицевой поверхностью и рифленой тыльной. Стекло может быть однотонным, но может также имитировать мрамор; его применяют для облицовки фасадов и внутренней отделки общественных зданий, а также для устройства подокон­ ников, крышек столов, прилавков.

Стеклянную эмалированную плитку толщиной 3— 5 мм изготовляют из отходов листового оконного стекла. Нарезанное на требуемые размеры (150X150, 150Х Х?5 мм) стекло покрывают стеклянной эмалыо. После сушки плитки направляют в печь, где эмаль оплавляется и спекается с поверхностью стекла. Тыльная сторона плиток может покрываться песком, спекающимся с ней при оплавлении эмали. Применяют эмалированную плит­ ку для отделки стен.

Стеклянная мозаика: ковровая мозаика — в виде мел­ ких квадратных плиток (20X20 или 25X25 мм) из глушеного цветного стекла, набираемых в однотонные или мозаичные ковры; смальта — кусочки цветного стекла различной формы, используемые для художественных мозаичных работ. Ковровую мозаику получают прокатом стекломассы в ленту, имеющую рифления, соответству­ ющие размерам плитки. После ленту разламывают на плитки, которые наклеивают лицевой стороной на крафтбумагу.

Смальту изготовляют из цветной глушеной стекломас­ сы отливкой или прессованием крупных плиток толщиной около 10 мм. Из смальты набирают мозаичные картины и орнаментальные панно.

Зеркала изготовляют из полированного стекла тол­ щиной 4—10 мм. На стекло наносят тонкий слой алюми­ ния или серебра, защищенный слоем стеклянной эмали или лака. Применяют зеркала для внутренней отделки.

3. Изделия и конструкции из стекла

Пустотелые стеклянные блоки обладают хорошей светорассеивающей способностью, а выполненные из них световые проемы и перегородки имеют хорошие тепло­ изоляционные и звукоизоляционные свойства. Блоки со­ стоят из двух отпресованных половинок, которые сварива­ ются между собой. Наиболее распространенные виды стеклянных блоков имеют на внутренней стороне рифле­ ния, придающие блокам светорассеивающую способ­ ность (рис. 4.4,б). Светопропускание не менее 65%, светорассеивание около 25%, теплопроводность 0,4 Вт/ /(м-°С).

Помимо обычных блоков изготавливают цветные, двухкамерные (теплозащитные) и светонаправленные блоки.

Стеклобетонные конструкции представляют собой бе« тонную обойму, внутри которой на растворе уложены стеклянные блоки. Эти конструкции несгораемы и пре­ пятствуют распространению огня. В промышленном стро­ ительстве стеклянные блоки применяют для устройства окон. В жилых и общественных зданиях пустотелые сте­ клянные блоки используют для заполнения наружных световых проемов, остекления лестничных клеток, а так­ же для устройства светопрозрачных перекрытий и пере­ городок.

Стеклопакеты в индустриальном строительстве нахо­ дят все большее применение. Они состоят из двух или трех листов стекла, между которыми образуется герме­ тически замкнутая воздушная полость. Стеклопакетное остекление обладает хорошей тепло- и звукозащитной способностью, оно не запотевает и не нуждается в про­ тирке внутренних поверхностей. В зависимости от назна­ чения стеклопакеты могут быть выполнены с примене­ нием оконного, закаленного, отражающего или других видов стекла.

Стеклянные трубы в ряде случаев (например, в усло­ виях химической агрессии) могут оказаться эффективнее металлических. Они обладают высокой химической стой­ костью, гладкой поверхностью, прозрачны и гигиеничны. Благодаря этим высоким качествам их широко исполь­ зуют в пищевой и химической промышленности. Основ­ ными недостатками стеклянных труб следует считать их хрупкость, т. е. слабое сопротивление изгибу и ударам, а также невысокую термостойкость (около 40 °С). В по­ следнее время на основе боросиликатных стекол получе­ ны термостойкие трубы с малым тепловым расширением.

Панели из профильного стекла (стеклопрофилит). Отечественной промышленностью освоен выпуск профи­ лированных стеклянных панелей больших размеров (рис. 4.4, в). Эти изделия имеют каробчатый, тавровый, реб­ ристый, швеллерный, полукруглый профили и использу­ ются для монтажа светопропускающих стёщ перегородок, покрытий, а также для остекления фонарей промышлен­ ных зданий. Элементами коробчатого профиля можно заполнять световые проемы высотой до 4,8 м. Ширина Швеллерного стеклопрофилита 250—500 мм, коробчатого

250—300 мм.

Стеклопрофилит изготовляют армированным и иеармированным, бесцветным и цветным. Соединения профи-