Портал о строительстве и ремонтных работах

Архивы за 14.09.2015

Стеклопакеты состоят из двух или нескольких листов стекла, разделенных воздушными прослойками и герметически скреплен­ных по контуру путем сваривания, пайки или склеивания (рис. 7.3). Склеивание в настоящее время практически вытеснило все другие способы. При изготовлении клееного стеклопакета зазор между стеклами обеспечивает алюминиевый или оцинкованный стальной распорный профиль 5 коробчатого сечения. Полость про-

филя 5 заполняют влагопоглотителем (силикагелем) 6, что пре­пятствует запотеванию стекла изнутри. Между стеклом и профи­лем 5 прокладывают бутилкаучуковый жгутик, который при сдав­ливании стеклопакета на прессе расплющивается и образует скле­ивающий слой 8. Дополнительная герметизация стеклопакета осу­ществляется полисульфидной или полиуретановой мастикой (гер­метиком) 7.

Звуко — и теплоизоляционные свойства стеклопакета повыша­ются с увеличением толщины стекол, числа и ширины воздуш­ных промежутков. Ширина воздушных промежутков обычно со­ставляет 12…20 мм. Большее увеличение промежутков малоэф­фективно из-за роста конвекции.

Для звукоизоляции большое значение имеет резонансная ча­стота конструкции, которая должна быть ниже шумового диапа­зона частот. С этой точки зрения двухкамерные стеклопакеты це­лесообразно делать с разной шириной камер и толщиной сте­кол.

Межстекольное пространство иногда заполняют инертным га­зом (чаще всего аргоном). Это повышает тепло — и звукоизолирую­щие свойства стеклопакета, а также снижает вероятность появле­ния конденсата внутри него. Аргон применяют, если в стеклопа­кете устанавливаются теплосберегающие стекла. Звукоизоляцион­ные свойства улучшаются также при использовании стекол с шу­мопоглощающим покрытием.

Профильное стекло является погонажным изделием. Оно изго­тавливается изгибанием при прокате стеклянной ленты в соответ­ствии с заданным профилем поперечного сечения (рис. 7.4). Раз­личают профильное стекло открытого сечения (швеллерного, реб­ристого, Z-образного) и замкнутого сечения (коробчатого, оваль-

ного, треугольного). Профильное стекло может быть бесцветным и цветным, неармированным и армированным, с гладкой, риф­леной или узорчатой поверхностью. Профильное стекло применя­ется для ограждающих конструкций.

Пустотелые стеклянные блоки изготавливают сваркой по пери­метру двух прессованных половинок, внутренняя поверхность ко­торых может быть гладкой или рифленой, рассеивающей свет. Выпускаются стеклянные блоки квадратной и прямоугольной формы, неокрашенные и цветные (рис. 7.5). Они применяются для ограждений и остекления проемов в стенах и перегородках. Клад­ка блоков осуществляется на цементном растворе.

Листовое стекло может быть полированным и не полирован­ным. Для остекления окон используются стекла, как правило, тол­щиной 2,0…6,0 мм. Более толстые стекла (6,5… 12,0 мм) приме­няются для остекления витрин, витражей, световых фонарей.

Листовое узорчатое стекло имеет на одной или обеих поверх­ностях рельефный узор. Его получают горизонтальным прокатом. Узорчатое стекло может быть бесцветным или цветным. Толщина листов составляет 3,5; 5,0; 6,0 и 7,0 мм.

Селективные стекла изменяют спектральный состав проходя­щего через них излучения, которое в зависимости от длины волны X можно подразделить на три области: одну видимую (X — = 380…770 нм) и две невидимые (УФ — ультрафиолетовую {X = = 280…380 нм) и ИК — инфракрасную (X- 770…25 000 нм)). Сол­нечное излучение с длиной волны X < 280 нм полностью погло­щается атмосферой. Селективные стекла, пропуская одни свето­вые волны, поглощают или отражают другие. При изменении ви­димого спектра излучения возникает та или иная окраска стекол (цветные стекла), а общее светопропускание снижается. Если све — топропускание стекла в ИК или УФ области не такое, как у обыч­ного оконного стекла, то его относят к специальным строитель­ным стеклам — солнцезащитным, теплосберегающим, фотохром — ным, увиолевым, поглощающим УФ лучи.

Стекла с избирательным пропусканием получают тремя спо­собами:

1) модифицированием (окрашиванием) в массе (в состав сте­кольной шихты добавляют оксиды или соли металлов);

2) нанесением металлического, металлооксидного или соле­вого покрытия, что фактически является модифицированием тон­кого (толщиной несколько микрометров) поверхностного слоя стекла путем химического процесса или диффузионного внедре­ния химических элементов или соединений;

3) наклеиванием на стекло специальной полимерной плен­ки.

Цветное стекло бывает прозрачное и глушеное. Для окрашива­ния стекла в массе в его состав вводят оксиды металлов (марган­ца, хрома, железа, кобальта, никеля, меди, церия, титана, вана­дия), сернистые соединения железа, кадмия, свинца, меди, а также элементарную серу и селен. Например, введением окиси меди получают голубой цвет, а введением окиси хрома — зеле­ный.

Модифицирование поверхности стекла осуществляют в основ­ном электрохимическим способом, который легко совмещается с флоат-процессом. При контакте стекломассы с расплавленным ме­таллом, включенным в электрическую цепь в качестве анода, проис­ходит переход металлических ионов в стекло на глубину 1 …2 мкм. Роль катода выполняет вспомогательный электрод, введенный в стекломассу.

Солнцезащитные стекла обладают высоким сопротивлением прохождению коротковолновых инфракрасных (тепловых) лучей (с длиной волны А, = 770…2 500 нм), которые, проходя через обыч­ное стекло, нагревают помещение, что в летнее время нежела­тельно. Как правило, они имеют пониженное пропускание и в видимой области светового спектра. Солнцезащитные стекла можно подразделить на два вида: теплопоглощающие и теплоотражаю­щие (рефлективные).

Теплопоглощающие стекла модифицируют в массе ок­сидами железа, меди, кобальта, никеля. При этом стекло приоб­ретает ту или иную окраску за счет поглощения не только ИК излучения, но и некоторой части видимого спектра. Наиболее сильно поглощает И К радиацию закись железа FeO, обеспечивая наименьшее поглощение видимых лучей по сравнению с другими оксидами (CuO, СоО, NiO). Поэтому закись железа применяют для получения слабо окрашенных стекол. В отличие от силикатных фосфатные теплопоглощающие стекла являются практически бес­цветными.

Для синтеза теплопоглощающих пленок применяют как элект­рохимический способ (с анодом, чаще всего — из сплава свинца и меди), так и напыление металлических оксидов (например, ок­сидов олова и сурьмы, придающих синеватый цвет) или раство­ров солей на разогретую до 500… 800 °С поверхность стекла. Моди­фицированный слой получается в результате химических реакций в поверхностном слое.

В результате поглощения энергии теплопоглощающие стекла в летних условиях могут нагреваться до 60… 80 °С. Поэтому их уста­навливают в наружных слоях двойного остекления, обеспечивая естественную вентиляцию воздушной прослойки между стеклами. Этого не требуется при использовании теплоотражающих стекол.

Теплоотражающие стекла получают главным образом нанесением зеркального металлизированного слоя (путем испа­рения металла и оксидов в вакууме, катодного напыления или химического осаждения из растворов). Для получения максималь­ного отражения существенное значение имеет толщина получае­мой пленки. Обычно наносят пять слоев: четыре слоя — металло­оксидных, пятый слой — серебряный. Серебро почти полностью отражает излучение с длиной волны X > 760 нм. Зеркальные плен­ки могут быть бесцветными и цветными.

Теплосберегающие стекла позволяют сократить потери тепла из помещения через окна приблизительно на 35…40%, что очень актуально зимой. Такие стекла называют низкоэмиссионными, под­черкивая тем самым их низкую излучательную способность с наружной поверхности. Эти стекла не препятствуют прохождению в помещение коротковолнового И К излучения, но отражают волны длинноволнового инфракрасного диапазона (А. = 2 500…25000 нм), излучаемые в обратном направлении отопительными приборами и предметами интерьера. Такие свойства им придают два типа покрытий: металлооксидное (называемое твердым в связи с вы­сокой износоустойчивостью) и металлизированное (мягкое), ко­торое не обладает достаточной твердостью.

В соответствии с этим имеется два вида стекол: К-стекло с твер­дым металлооксидным покрытием (например, из окиси олова), образующимся на поверхности стекла в результате химической реакции при высокой температуре (пиролитический способ) и 1-стекло с мягким покрытием, получаемым вакуумным напыле­нием и представляющим собой структуру из трех (или более) че­редующихся слоев серебра и оксидов (ВЮ, ТЮ2 и др.). По своим теплосберегающим свойствам 1-стекло в 1,5 раза превосходит К-стекло, но покрытие его не износоустойчиво и поэтому может долго служить только внутри стеклопакетов. Стеклопакет ориен­тируют так, чтобы I-стекло находилось со стороны помещения.

При обычном двойном остеклении используют К-стекла, ко­торые устанавливают во внутреннем ряду покрытием, обращен­ным в межстекольное пространство. Наружным стеклом может быть обычное или солнцезащитное стекло. Температура теплозащитно­го стекла в зимний период в среднем на 5… 6 °С выше, чем у обыч­ного стекла.

Фотохромные стекла автоматически уменьшают светопропус — кание при избыточной интенсивности солнечного света и восста­навливают его при уменьшении излучения. Это достигается введе­нием в состав стекла галоидов серебра.

Увиолевые стекла обладают способностью пропускать ультра­фиолетовые лучи с X < 320 нм, которые благотворно влияют на жизнедеятельность человека, животных, растений. Обычное окон­ное стекло почти полностью поглощает эту часть ультрафиолето­вого спектра. Эти стекла изготавливаются из очень чистого сырья с минимальным количеством оксидов железа, титана и хрома.

Стекла, поглощающие УФ лучи, применяются для защиты му­зейных экспонатов, книг, картин и документов от выцветания. В от­личие от обычного оконного стекла эти стекла поглощают также и более длинные УФ волны. Их можно подразделить на три груп­пы:

1) бесцветные стекла (почти не поглощающие видимых лу­чей) с областью поглощения УФ излучения X < 360 нм;

2) слабо-желтые стекла, поглощающие лучи с X < 400 нм и, следовательно, захватывающие видимую область фиолетовых и частично синих лучей;

3) желтые стекла, поглощающие ультрафиолетовые, фиолето­вые и синие лучи с X < 420 нм.

Стекла для безопасного остекления применяют в строительстве, когда велика вероятность случайного или намеренного разруше­ния стекла. Безопасное стекло должно противостоять разрушению, но если разрушение произойдет, не должно образовываться круп­ных и острых осколков, опасных для людей и животных.

Защитные стекла согласно международной классификации под­разделяются на три класса: стекла класса А (стекла защиты от ван­дализма) рассчитаны на удар брошенного камня; стекла класса Б (стекла защиты от проникновения) выдерживают определенное число ударов молотка с энергией 350 Дж и скоростью 12,5 м/с; стекла класса В — пуленепробиваемые стекла.

Для безопасного остекления используют армированное стек­ло, закаленное стекло и многослойное стекло.

Листовое армированное стекло укреплено плоской металличе­ской сеткой, запрессованной внутрь стекла при прокате. Армиро­вание не повышает прочность стекла и даже снижает ее примерно в 1,5 раза, но сетка не позволяет осколкам разлетаться при разру­шении.

Закаленные и упрочненные стекла в строительстве используют, например, при остеклении куполов, световых фонарей, высот­ных фасадов. При разрушении такие стекла распадаются на мел­кие безопасные осколки с тупыми кромками. Закалка и другие способы упрочнения стекла рассмотрены в подразд. 7.6.

Безосколочное стекло (триплекс) — это стекло, состоящее из двух (или более) листов стекла, склеенных бесцветной или цвет­ной полимерной пленкой (например, поливинилбутиловой). При разрушении такого стекла осколки удерживаются эластичной про­кладкой и не разлетаются. В триплексах могут быть использованы солнцезащитные, теплосберегающие и другие стекла. Особо вы­сокопрочными являются триплексы из закаленных стекол.

Противопожарное стекло — это многослойное стекло с вспе­нивающимися при температуре около 120 °С промежуточными сло­ями. Благодаря возросшему термическому сопротивлению и поте­ре прозрачности имеет место резкое падение температуры по тол­
щине вспененной конструкции, препятствующее нагреву и вос­пламенению предметов за стеклом и обеспечивающее целостность крайнего слоя стекла со стороны защищаемого пространства, что исключает распространение пламени и продуктов горения.

Самоочищающееся стекло, впервые представленное в июне 2001 г. компанией Pilkington на Международной конференции по стек­лу, имеет прозрачное покрытие на основе оксида титана, облада­ющее рядом специфических свойств. Под воздействием ультрафи­олетового света и кислорода происходит разложение органиче­ских веществ на поверхности этого покрытия. Продукты разложе­ния легко смываются дождем. Однако неорганические загрязне­ния таким образом не удаляются.

Пороки стекла. Газовые включения — пузырьки газов (02, N2, СО, С02, S02, Н20 и др.), образующихся при варке в результате термического разложения продуктов и химических реакций.

Стекловидные включения — результат попадания в стекломассу инородных минеральных веществ.

Кристаллические включения: 1) нерастворившиеся в расплаве зерна исходных компонентов (песка, глинозема, известняка, мела и др.) или продукты разрушения огнеупоров; 2) продукты крис­таллизации стекломассы (рух — потеря прозрачности).

Методы упрочнения стекла. Термический метод упрочнения стек­ла сводится к его закалке путем нагрева выше температуры стек­лования /, и быстрого равномерного охлаждения в потоке воздуха. В результате закалки в стекле появляются остаточные напряже­ния, распределенные так, что наружные слои листа испытывают сжатие, а внутренние — растяжение. Это приводит к повышению термостойкости стекла и прочности при изгибе.

При разрушении закаленное стекло покрывается густой сетью трещин и распадается на мелкие осколки. Закаленное стекло очень чувствительно к ударам в края или углы. В этом случае его проч­ность уменьшается в 2 — 3 раза.

Химический метод упрочнения стекла основывается на удале­нии или «залечивании» (обычно на глубину 50… 150 мкм) поверх­ностных дефектов путем травления стекла (растворения поверх­ностных слоев), чаще всего — растворами плавиковой кислоты или ее смесей с серной, азотной или фосфорной кислотами.

Прочность при изгибе листового полированного стекла (тол­щиной 5…6 мм) при удалении с его поверхности дефектного слоя толщиной 100 мкм увеличивается примерно в 4,5 раза.

Другой вариант химического упрочнения стекла связан с на­несением на его поверхность кремнийорганических соединений, образующих тончайшие прозрачные пленки полиорганосилокса — нового и кремнекислородного [Si02]„ полимеров, которые сни­жают расклинивающее действие влаги в микротрещинах.

Термохимический метод упрочнения стекла основывается на изменении структуры и свойств поверхностного слоя стекла. Уп­рочнение достигается взаимодействием поверхности стекла, на­гретого выше температуры стеклования 1,, с кремнийорганиче — скими соединениями, аэрозолями некоторых неорганических со­лей, расплавами солей лития и др. Такой метод упрочнения наи­более эффективен.

При обработке нагретого силикатного стекла в расплавах со­лей лития ионы лития диффундируют в стекло на глубину около 100 мкм и вытесняют из него более крупные ионы натрия или калия. При этом коэффициент термического расширения поверх­ностного слоя стекла уменьшается. При охлаждении внутренние слои стекла уменьшаются в объеме сильнее наружных, вызывая сжатие поверхностных слоев, что упрочняет стекло.

Свойства стекла. В отличие от кристаллических веществ стекла изотропны, прозрачны и чрезвычайно хрупки. Свойства стекол

можно изменять термической, химической или механической об­работкой.

Обычное листовое стекло имеет плотность, равную 2 500… 2 600 кг/м3. Его твердость колеблется от 5 до 7 по шкале Мооса. Прочность стекла составляет: при сжатии — 500…2 000 МПа; при растяжении — 30…60 МПа; при изгибе — 35…70 МПа. Модуль упругости при растяжении находится в пределах (4,5… 8,5) • 104 МПа.

Получение стекла. Изготовление стекла включает в себя подго­товку сырьевых компонентов, составление шихты, варку стекла (расплавление шихты и гомогенизацию расплава), формование, отжиг, резку, шлифовку и полировку изделий, нанесение рисун­ка (для некоторых видов изделий).

Сырьем для производства бесцветного строительного стекла являются кварцевые маложелезистые пески, кальцинированная сода или сульфат натрия, известняк, доломит и др. Варят стекло в ванных печах непрерывного действия. В процессе варки при 800…900°С происходят твердофазовые реакции с образованием силикатов, которые спекаются с кремнеземом. При температуре около 1 200 °С спекшаяся масса расплавляется и происходит вза­имное растворение силикатов и кремнезема. При дальнейшем на­гревании до 1 400… 1 500°С из жидкой стекломассы выделяются газовые пузырьки, она осветляется и становится однородной.

Листовое стекло формуют машинным вытягиванием, горизон­тальным прокатом и флоат-процессом.

Способ машинной вытяжки стекла, разработанный Эмилем Фурко в 1902 г., используют при производстве плоского неполи­рованного стекла. Существует несколько разновидностей этого способа.

При лодочном способе вертикального вытягивания (рис.

7.2, а) ленту стекла 6 вытягивают из стекломассы 4 через сквоз­ную щель шамотной лодочки 3 с помощью асбестовых вытягива­ющих валков 7 машины. За время движения от лодочки до валков лента охлаждается водяными холодильниками 2 до состояния, ис­ключающего ее деформацию. Камера формования 5 отделена от остального пространства глухим ограждающим мостом 7, погру­женным в стекломассу на 50… 150 мм.

Безлодочный способ вертикального вытягивания стек­ла со свободной поверхности стекломассы обеспечивает более вы­сокое качество стекла и более высокую производительность. Не­обходимый для формования вязкостный контур стекла создается с помощью подвесных шамотных экранов 8 и холодильников 2 (рис. 7.2, б). Для выравнивания потока стекломассы, а также ее температуры и вязкости применяются шамотные тела 9, погружа­емые под уровень ванны.

Горизонтальный прокат заключается в пропускании вязкой стек­ломассы между двумя металлическими валками, охлаждаемыми

водой (рис. 7.2, в). При этом поверхность получается шероховатой (кованой), а стекло — непрозрачным. Поэтому после отжига стек­ло подвергают двухстороннему механическому шлифованию и полированию. При изготовлении узорчатого стекла верхний про­катывающий валок имеет рельефный рисунок. Прокатным спосо­бом получают также армированное стекло. При этом в формуемую ленту закатывают металлическую сетку.

Флоат-процесс, разработанный в 1959 г. фирмой Pilkington, позволяет получать стекло наиболее высокого качества. Формова­ние листа этим способом происходит на поверхности расплавлен­ного металла (рис. 7.2, г). Для предупреждения окисления металла во флоат-ванне предусмотрена азотно-водородная газовая среда.

После формования (при всех способах) лента стекла сразу же подвергается отжигу с целью снижения полученных при формо­вании температурных напряжений. Отожженное стекло поступает затем на участки резки, сортировки и упаковки листов.

В зависимости от вида стеклообразующих кислотных оксидов стекла подразделяются на силикатные (Si02), алюмосиликат­ные (А1203 и Si02), боросиликатные (В203 и Si02), бороалю­мосиликатные и др. Помимо стеклообразующих компонентов (А1203, Si02 и В203) стекла содержат также различные основные оксиды: Li20, К20, Na20, BeO, CaO, MgO, SrO, BaO, ZnO, CdO, PbO и др. В состав строительного (оконного) стекла кроме кремне­зема (Si02) входят Na20, СаО и небольшие количества MgO и А1203.

При высокой температуре (выше 1 000 °С) минеральные стек­ла образуют расплав, представляющий собой истинный раствор химических соединений. При быстром охлаждении стекольного расплава атомы не успевают выстроиться в строгом порядке, как

это происходит в кристаллах. Стеклообразная структура вещества по степени упорядочения частиц является промежуточной между беспорядком в расплаве и идеальным порядком в кристалличе­ском состоянии.

Стекла не имеют точки плавления; они характеризуются тем­пературным интервалом размягчения. Вязкость расплавленного стекла в среднем при 1 480… 1 500 °С составляет 9… 11 Па ■ с, а при затвердевании возрастает до 1012… 1013 Па-с (рис. 7.1). Стекло фор­муют, когда вязкость колеблется в диапазоне 102… 108 Па-с, что имеет место в сравнительно узком температурном интервале t2…t3 (800… 1 100°С). Ниже температуры стеклования (для силикат­ных стекол 400… 600 °С) стекло становится хрупким. Эта темпера­тура неодинакова для различных стекол; ей соответствует одина­ковая для всех стекол вязкость, равная 1012 Па • с.

Выше температуры t2 (приблизительно в диапазоне 700…850 °С) в стекле начинают проявляться свойства, характерные для жидко­сти. При этой температуре из стекла можно вытягивать тонкие нити.

Стекла имеют склонность к кристаллизации. Образующиеся кристаллы нарушают прозрачность и понижают прочность стекла. Для подавления кристаллизации в состав стекол вводят специ­альные добавки.