1

«Пою перед тобой в восторге похвалу ‒

не камням дорогим, не злату, но стеклу…»

(М.В. Ломоносов)

Лекция №6

СТРОИТЕЛЬНОЕ

СТЕКЛО ИЗ

МИНЕРАЛЬНЫХ

РАСПЛАВОВ

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

2. СЫРЬЕ И ОСНОВЫ ПРОИЗВОДСТВА СИЛИКАТНОГО СТЕКЛА

3. КАЧЕСТВЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОСНОВНЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ СТЕКЛА

5. РАЗНОВИДНОСТИ ЛИСТОВОГО СТЕКЛА

6. СВЕТОПРОЗРАЧНЫЕ ИЗДЕЛИЯ И КОНСТРУКЦИИ

6. СТЕКЛО В АРХИТЕКТУРНО-ХУДОЖЕСТВЕННОМ ОФОРМЛЕНИИ

7. СТЕКЛОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

1. Общие сведения

Стекло – это аморфное вещество, получаемое путём переохлаждения расплава

независимо от его химического состава и температурной области затвердевания и об-

ладающее в результате постепенного увеличения вязкости механическими свойства-

ми твёрдого тела. Причём процесс перехода из жидкого состояния в стеклообразное

должен быть обратимым. Процесс превращения стеклообразующего расплава в твёр-

дое состояние происходит постепенно, путём нарастания вязкости в широком интер-

вале температур, минуя кристаллическую фазу (СТБ 2054 и ГОСТ 32539). Образова-

ние в стекле кристаллов является пороком и приводит к потере прочности, прозрач-

ности и рассеянию света.

Стекло, как строительный материал имеет многовековую историю. Оно было и

продолжает оставаться самым востребованным строительным материалом. +

2

П р и м е ч а н и е – 1. Стекло известно человечеству с доисторических времен:

как природный материал:

вулканического происхождения – обсидиан, получившего название по имени воина Обсидиа-

на, который привез такой камень из Эфиопии в Рим,

и метеоритного происхождения – тектиты (от греч. расплавленный);

либо как искусственное стекло – силикатное, боратное, боросиликатное и др.

Искусственное стекло было изобретено за несколько тысяч лет до н. э. Считается, что

стеклоделие, как самостоятельное ремесло, сложилось уже в середине II тыс. до н. э., в эпоху

поздней бронзы.

2. Стекло иногда называют еще «переохлажденной жидкостью», не успевшей при осты-

вании перейти в кристаллическое состояние. Однако не следует отождествлять понятия «пере-

охлажденная жидкость» с понятием «твердое тело». Стекло – это, безусловно, твердое тело, но

аморфного строения. Стеклообразное состояние вещества – это состояние вещества с аморф-

ным строением, обладающее способностью в результате постепенного увеличения вязкости при-

обретать механические свойства твердого тела. Переход из твердого стеклообразного состояния

в расплав и наоборот характеризуется температурным интервалом. Обратимость этого перехо-

да и является отличительной особенностью стеклообразного состояния от других аморфных тел.

В строительстве используются как органические стекла «плексиглас» (полиме-

тилметакрилат, полистирол, поликарбонат), так и неорганические – из минеральных

расплавов. Но минеральные расплавы в зависимости от скорости охлаждения и ряда

других условий могут затвердевать как в аморфном (стеклообразном), так и кристал-

лическом состоянии. Разница лишь в том, что если одни расплавы (силикатные) для

получения стекла можно охлаждать часами, то для получения, например, металличе-

ских стёкол скорость охлаждения должна быть порядка ста градусов в секунду

(106 град/сек.). При таких гигантских скоростях охлаждения атомы не успевают вы-

строиться в строгом порядке, как это происходит в кристаллах, и расплав затвердева-

ет, не кристаллизуясь. В результате формируются твёрдые аморфные стеклообразные

вещества с внутренней структурой аналогичной жидкости, и стеклообразное состоя-

ние является лишь частным случаем аморфного.

Следовательно, для каждого аморфного стеклообразного вещества есть два со-

стояния:

при более высоких температурах они ведут себя как жидкости (пластичны);

при температурах ниже, так называемой, температуры стеклования (tg) (для

силикатных стёкол tg составляет 400…600°С) – как твёрдые и хрупкие тела. Ниже

температуры стеклования стекло становится хрупким.

Все стекла имеют искусственную аморфную стеклообразную структуру, но

вместе с тем при определённых условиях охлаждения могут иметь и кристалличе-

скую или смешанную (аморфно-кристаллическую) структуру. Характерным призна-

ком стеклообразного состояния вещества является также отсутствие чётко выражен-

ной точки плавления. Их переход в расплавленное состояние происходит в интервале

температур, т. е. при нагревании они размягчаются и постепенно переходят в жидкое

состояние, при охлаждении – наоборот. Кроме того, стекло не является веществом с

3

определённым химическим составом и не может быть выражено химической форму-

лой. Чаще всего его состав условно выражают суммой оксидов, входящих в шихту.

В отличие от кристаллических веществ, стёкла изотропны, прозрачны и чрезвы-

чайно хрупкие. Прочность стекла при ударном изгибе составляет всего 0,2 МПа, а на

сжатие, например, у оконного стекла − около 1000 МПа. Тем не менее, свойства стё-

кол можно изменять термической, химической и механической обработкой.

П р и м е ч а н и е – Стекло всегда ценили за два прекрасных качества: прозрачность и

низкую теплопроводность. Чего стеклу не хватало, так это – прочности. Выражение – «хрупкое,

как стекло» издавна вошло в поговорку – и не без основания.

И, тем не менее, возможности для повышения прочности стекла – есть. Считается,

например, что истинная (теоретическая) прочность стекла ≈ в 200 раз больше, чем реальная

(фактическая). Например, фактическая прочность обычного оконного стекла при растяжении и

изгибе составляет лишь 30…90 МПа, а теоретическая может достигать 8…10 тыс. МПа.

Дело в том, что хрупкость стекла не является результатом его молекулярной структуры,

а вызывается наличием поверхностных микротрещин, т. е. технологией изготовления. Другими

словами – причиной низкой фактической прочности стекла служат микродефекты поверхности,

внутренние напряжения, возникающие при охлаждении, и другие причины, которые могут быть

устранены с развитием науки и технологий. Уже в настоящее время в лабораторных условиях по-

лучают тянутые стеклянные волокна прочностью более 7 тыс. МПа, а также пуленепробиваемые

и другие стекла.

Способность веществ к стеклообразованию зависит также от их химического

состава. Веществами (оксидами), расплавы которых при охлаждении способны пере-

ходить в стеклообразное состояние, являются кремнезём (SiO2), фосфорный ангидрид

(P2O5), борный ангидрид (B2O3) и др. Называют их стеклообразующими, а стекла, об-

разованные ими, – соответственно силикатное, фосфатное, боросиликатное

(СТБ ЕН 1748-1), алюмосиликатное и др. Однако наиболее ярко эта способность вы-

ражена у кремнезёма (SiО2) и соединений на его основе – силикатов. Поэтому в про-

мышленных масштабах наибольшее применение находит силикатное стекло (натрий-

кальций-силикатное), основными компонентами которого являются диоксид кремния

и оксиды натрия и кальция.

П р и м е ч а н и е – 1. Стекло разлагается в недрах земли через миллион лет.

2. При разрушении стекла трещина движется со скоростью около 5 тыс. км/час.

3. Самое толстое силикатное стекло, изготовленное человеком, имеет толщину 26 см

(экран аквариума в г. Сиднее размером 7х4 м)

4. Стекло – одно из немногих материалов, которое может быть переработано, не теряя

качества, на 100%.

5. Разрабатываются новые технологии получения стекла. Например, ученые создали сверх-

прочное стекло, которое по прочности не уступает стали. В составе такого стекла до 50% окси-

да алюминия и другие компоненты.

2. Сырье и основы производства силикатного стекла

Сырьём для производства силикатного стекла (СТБ 2416) служат кремнезём

SiO2 (69…74%), оксиды кальция CaO (5…14%), натрия Na2O (10…16%), магния MgО

4

(0…6%), алюминия Al2O3 (0…3%) и в небольших количествах другие (вспомогатель-

ные) компоненты (0…5%). К ним относят осветлители (способствуют удалению из

стекломассы газовых пузырьков), обесцвечиватели (устраняют сине-зеленые или

желто-зеленые оттенки), глушители (придают стеклу светорассеивающие свойства

или делают его непрозрачным), красители (окрашивают стекло в тот или иной цвет) и

др.

Кремнезёмистым компонентом в составе сырьевой смеси (шихты) является

кварцевый песок с максимальным содержанием кремнезёма SiO2 и минимальным со-

держанием окрашивающих оксидов. Оксид натрия вводится в виде технической каль-

цинированной соды (Na2CO3) или сульфата натрия (природного Na2SO4). Сода, суль-

фат натрия понижают температуру варки стекла и ускоряют процесс стеклообразова-

ния.

При варке смеси чистого песка и соды (SiO2 + Na2CO3) образуется полупро-

зрачная стеклообразная (сиропообразная) масса Na2SiO3, называемая натриевым жид-

ким стеклом (силикат-глыба), способная растворяться в воде под действием давления

пара 3…5 атм. Используя вместо соды карбонат калия (поташ) К2СО3, получают ка-

лиевое жидкое стекло. Называются такие продукты – растворимое стекло, жидкое

стекло или силикатный клей и относят их к группе воздушных вяжущих веществ.

Благодаря введению в шихту CaO (стабилизатор) в виде известняка CaCO3 или доло-

мита CaCO3·MgCO3, стекло становится нерастворимым в воде. Следовательно, трёх-

компонентная шихта – песок, сода и известняк являются базовой смесью для произ-

водства обычного силикатного стекла.

П р и м е ч а н и е – Силикатное стекло – неорганическое стекло, основным компонентом

которого является оксид кремния. Натрий-кальций-силикатное стекло – силикатное стекло, ха-

рактеризующими компонентами которого являются оксиды натрия и кальция (ГОСТ 32539).

С целью улучшения технических характеристик стекла в его состав вводят дру-

гие компоненты. Например, для повышения скорости стекловарения и термостойко-

сти стекла вводят оксид бора, прочности и химической стойкости – оксиды алюми-

ния, для получения окрашенных или цветных стёкол – перекись марганца, оксид хро-

ма и др. При введении оксидов свинца образуются стекла с высоким показателем

преломления света – хрусталь. Сырьём для производства других стеклообразных ми-

неральных расплавов (каменных, шлаковых) служат, соответственно, базальты, диа-

базы, базальто-доломиты, доменные металлургические и другие шлаки.

Современное стекольное производство состоит из следующих основных опе-

раций: подготовка сырья; приготовление шихты; стекловарение; формование изделий

(выработка) и их отжиг. Для получения стекла указанные вещества очищают от при-

месей, размалывают, дозируют по массе, и готовят в смесителе шихту. Затем шихту

расплавляют при температуре 1400…1500°С в ванных печах непрерывного или пери-

одического действия. Расплавление шихты называется варкой стекла. Процесс варки

5

стекла делится на три стадии: провар шихты, осветление и студка (осторожное охла-

ждение или тепловая обработка). Варку стекла ведут по особому для каждого вида

стекла режиму. После расплавления масса выдерживается при той же температуре до

полного отделения всех примесей. Примеси, как правило, собираются на поверхности

стекломассы в виде пены. В это время происходит также и обесцвечивание стекло-

массы путём введения специальных добавок, а также удаление пузырьков воздуха и

газа. Переработка стекломассы в изделия осуществляется при температуре

1000…1100°С и называется выработкой.

По структуре материалы и изделия из стекла могут быть плотного, пористого,

ячеистого, волокнистого, зернистого и других строений. По назначению стекло под-

разделяется на техническое, строительное и бытовое. Строительное стекло – на кон-

струкционное, отделочное, теплоизоляционное, звукоизоляционное и др.

Наиболее массовым видом продукции строительного стекла является листовое

стекло. Листовое прозрачное натрий-кальций-силикатное стекло (далее – силикатное)

является основным видом продукции стекольных заводов и представляет собой плос-

кие листы, у которых длина и ширина значительно превосходят толщину (ГОСТ 111

и ГОСТ Р 54170). Выработка листового стекла (далее – стекла) осуществляется вер-

тикальным вытягиванием ленты (тянутое стекло), флоат-способом (флоат-стекло) и

горизонтальным прокатом (рис. 6.1).

Рис. 6.1. Схема формование листового стекла: а, б соответственно лодочный и безлодочный спо-

собы вертикального вытягивания ленты стекла; в горизонтальный прокат; г флоат-процесс;

1 ограждающий мост; 2 холодильник; 3 шамотная лодочка; 4 стекломасса; 5 камера фор-

мования; 6 лента стекла; 7 вытягивающие валки; 8 шамотные экраны; 9 шамотное погружа-

емое тело; 10 печь для отжига; 11 валки роликового конвейера; 12 охлаждаемая плита; 13

охлаждаемые прокатывающие валки; 14 приемный лоток; 15 нагреватели; 16 расплав олова

6

В зависимости от качества поверхности листовое стекло выпускается неполи-

рованным и полированным. Неполированное стекло формуют на машинах вертикаль-

ного или горизонтального вытягивания ленты из вязкой стекломассы, либо горизон-

тальным прокатом. Полированным называют прозрачное стекло, обе поверхности ко-

торого отшлифованы и отполированы для придания им плоскостности и параллель-

ности с целью обеспечения чёткого неискажённого изображения при просмотре

сквозь него или при отражении. Микронеровности на поверхности полированного

стекла не превышают 0,01 мкм. Получают либо путём механической шлифовки и по-

лировки сырого прокатного или тянутого стекла, либо полирования ленты стекла в

процессе её формирования на поверхности расплавленного металла (СТБ 2417).

П р и м е ч а н и е – Формование стекла – это процесс превращения расплавленного стекла

(стекломассы) в твердое изделие заданной геометрической формы. При этом стекло из состояния

вязкой жидкости в результате ее охлаждения и твердения переходит сначала в пластичное, а за-

тем в твердое хрупкое состояние. Формование стекла осуществляется в интервале определенных

температур.

При вертикальном способе производства вязкая стекломасса из стекловаренной

печи постепенно оттягивается специальными машинами в виде непрерывной ленты

(СТБ 2418). По виду узла формования различают «лодочное» и «безлодочное» вытя-

гивание ленты стекла. Лодочный способ заключается в том, что лента стекла вытяги-

вается через щель специального шамотного поплавка (лодочку), погруженного на не-

которую глубину в расплавленную стекломассу (рис. 6.2).

Рис.6.2. Схема процесса формования стекла лодочным способом:

1 расплав стекломассы, 2 шамотная лодочка, 3 холодильники, 4 тянущие валки

7

Толщина стекла при этом регулируется путём изменения скорости вытягивания

ленты. Однако качество стекла при таких способах производства получается недоста-

точно высоким, имеет оптические искажения. Для устранения имеющихся дефектов и

повышения его качества стекло приходится подвергать дополнительной обработке

(шлифовке, полировке), что усложняет и удорожает процесс производства. Выпуска-

ется тянутое стекло трех видов: новоантичное (плоское стекло ручной выработки с

особой структурой поверхности), для ремонта (с допустимым наличием дефектов) и с

минимальным наличием видимых дефектов.

Стекло с более высокими качественными показателями получают флоат-

способом (разработан в 1959 г. фирмой Pilkington) и называют флоат-стеклом. Флоат-

стекло (float-glass) получило своё название от английского глагола «to float» (пла-

вать). Сущность такого способа производства (т. н. термического формования) листо-

вого стекла состоит в том, что регулируемое количество стекломассы в виде плоской

ленты поступает из стекловаренной печи в ванну на зеркальную поверхность рас-

плавленного металла (олова), находящегося в защитной атмосфере из азота и водоро-

да. Поскольку стеклянная масса имеет значительно меньшую плотность и более вы-

сокую вязкость относительно расплава металла, то она не смешивается и образует

верхний слой, который продвигаясь по расплаву металла, превращается в ленту стек-

ла с огненно-полированными поверхностями (рис. 6.3). В результате контакта нижней

поверхности ленты стекла с идеально гладкой поверхностью расплавленного металла

и огневой полировки ее верхней поверхности (под действием сил поверхностного

натяжения) достигается исключительное качество поверхностей такого стекла – оно

как бы полируется, становится абсолютно ровным и с малыми оптическими искаже-

ниями.

Для получения стекла необходимой толщины происходит либо растягивание

ленты стекла (для малых толщин) с помощью специальных устройств (роликов, топ-

роллеров), либо ограничение растекания (для больших толщин). Охлаждение сфор-

мированной ленты стекла осуществляется через футеровку ванны дополнительными

холодильными установками различных конструкций. После охлаждения и выхода из

флоат-ванны лента стекла подается в печь отжига для устранения остаточных напря-

жений путем регулируемого охлаждения (по заданному режиму) от температуры

формования до температуры резки (≈60°С). Отжиг позволяет предотвратить образо-

вание временных напряжений, и ослабить остаточные напряжения до величины, без-

опасной с точки зрения прочности изделий. После отжига лента стекла разрезается на

необходимые размеры (СТБ EN 572-8), маркируется, упаковывается и складируется.

П р и м е ч а н и е – Резка стекла считается нормальной, если соблюдаются следующие

условия:

рез по стеклу должен быть ровный;

наносится при равномерной, постоянной скорости движения стеклореза и постоянном давле-

нии ролика на стекло;

8

наклон стеклореза при его движении не должен изменяться;

резка должна производиться стеклорезом, смоченным в керосин, при этом не должна образо-

вываться стеклянная стружка и пыль;

стекло должно разламываться по линии реза без образования сколов и т. п.

Рис. 6.3. Схема производства флоат-стекла

Флоат-стекло выпускается толщиной от 2 до 25 мм, но может быть меньше

2 мм и больше 25 мм, а размеры в длину и ширину – 5100…6000 х 3210 мм (свобод-

ных размеров) и по спецификации потребителя (твёрдых размеров). Оно может быть

прозрачным, окрашенным или иметь специально нанесённое покрытие. Продолжи-

тельность цикла с момента формования ленты до упаковки готового стекла составля-

ет около 2-х часов. В Республике Беларусь производителем флоат-стекла является

ОАО «Гомельстекло» (две технологические лини с общим выпуском

35…45 млн. м2 в год).

П р и м е ч а н и е – На разработку и практическое внедрение уже запатентованного фло-

ат-способа производства листового стекла (еще в 1902 г.) фирме Pilkington из 500 сотрудников (из

них 250 с учеными степенями) потребовалось более 7 лет. Затраты фирмы были настолько высо-

ки, что практически привели ее к разорению. Однако новый способ, получивший название «флоат-

способ» (плавающее стекло), оказался перспективным и рентабельным. За короткое время (10…15

лет) этот способ практически полностью заменил механические конвейеры по обработке стекла и

стал доминирующим в мире. Ширина ленты стекла может составлять до 4 м при толщине до

50 мм. Скорость выработки – от 600 до 1300 м/час.

9

Флоат-ванна имеет длину 45…55 м, ширину по длине от 7 до 4 м. Глубина слоя расплав-

ленного олова изменяется по длине от 100 до 40 мм. Масса олова в ванне – 120…150 т. Невозврат-

ные потери олова со стеклом составляют 4…5 т в год.

При горизонтальном способе проката стекломасса сливается на гладкую по-

верхность и прокатывается валками с гладкой или узорчатой поверхностью. Таким

способом получают крупноразмерное цветное и бесцветное утолщенное стекло, а

также армированное, узорчатое и волнистое.

3. Качественные характеристики основных изделий из стекла

Листовое стекло является в основном базовым продуктом для производства

стекла функционального назначения. Основными качественными показателями таких

стёкол являются внешний вид, оптические и спектрофотометрические характеристи-

ки (светопропускание, светоотражение, поглощение энергии и др.), плотность, проч-

ность, твёрдость, коэффициент линейного расширения и др. (СТБ 2416, ГОСТ 111,

32361, 32539 и 33004).

Внешний вид и оптические искажения. Внешний вид листового стекла оцени-

вается по наличию и размерам видимых пороков: включений – газообразных (пузырь,

мошка), кристаллических (камень), стекловидных (свиль, шлир), пороков формования

(отпечатки валков, кованость, прилипшая крошка), механических повреждений (ца-

рапины, потёртости, сколы, выступы, отбитости, трещины, посечки) и другие (дросс,

блюм).

Оптические искажения (в проходящем и отраженном свете) стекла устанавли-

ваются визуально по распознаваемости или искажению изображений в виде системы

черно-белых полос «зебра» или «кирпичная стена» и оцениваются минимальным

(максимальным) углом между направлением наблюдения и плоскостью листа стекла,

при котором не наблюдаются искажения (изменение формы полос экрана, их «размы-

тие»).

В соответствии с оптическими искажениями и допускаемыми пороками листо-

вое стекло подразделяют на марки М0, М1, М4, М7 (ГОСТ 111). Чем ниже цифра в

марке стекла, тем выше его качество, т. е. самого высокого качества стекло марок М0

и М1.

Светотехнические показатели стекла связаны с характерными особенностями

взаимодействия световых лучей со стеклом. Луч света при воздействии на стекло ча-

стично проходит через слой стекла, частично поглощается стеклом (0,5…3%) и ча-

стично отражается (8…9%). Поглощение света вызвано присутствием в стекле соеди-

нений-красителей, вызывающих избирательное поглощение, т. е. поглощение лучей

только определенной длины волны. Поглощенное излучение возвращается стеклом во

внешнее и внутреннее пространство путем конвекции и вторичного теплового излу-

чения.

10

Светопропускание стекла (прозрачность, т. е. способность пропускать световые

лучи) характеризует собой отношение светового потока, проходящего сквозь стекло,

к падающему световому потоку.

Светоотражение ‒ отношение светового потока, отраженного от стекла, к

падающему световому потоку.

Отражение энергии – процент солнечной энергии, отражённой от стекла.

Поглощение энергии – процент солнечной энергии, поглощённой панелью стек-

ла в остеклённой конструкции ограждения.

Светопропускаемость стекла, как и другие оптические свойства (светоотраже-

ние, отражение и поглощение энергии) оцениваются коэффициентами соответственно

светопропускания, отражения и поглощения (абсорбции). Определяющими показате-

лями всех остеклений являются коэффициенты светопропускания и общего пропус-

кания солнечной энергии (ГОСТ 26302). Остальные показатели несут дополнитель-

ную информацию о свойствах остекления (СТБ ЕН 410). По коэффициенту прохож-

дения видимого света через стекло определяется оптическая прозрачность.

Обычные силикатные стекла хорошо пропускают всю видимую (87…90%) и

инфракрасную (ИК) (почти 80% от падающего потока) часть спектра и практически

не пропускают ультрафиолетовые лучи. Минимальное значение коэффициента

направленного светопропускания в зависимости от толщины стекла (2…25 мм) со-

ставляет соответственно 0,89…0,67. Теоретически, даже особо прозрачное, не погло-

щающее свет стекло, не может пропускать света более 92%, так как обе его поверхно-

сти отразят не менее 8% световых лучей. Высокая прозрачность листового стекла

обусловлена тем, что стекло является однородной и однофазной средой. В нём отсут-

ствуют границы раздела фаз, которые вызывают рассеяние света. Коэффициент эмис-

сии силикатного стекла составляет 0,837, показатель преломления – 1,5 (хрустального

– 1,65) и коэффициент направленного отражения света – 0,08.

П р и м е ч а н и е ‒ 1. Декларируемая характеристика пропускания видимого света даже

т. н. сверхпрозрачного стекла составляет 91,5 % при толщине 2 мм.

2. Отражение света от поверхности стекла может быть снижено (называется просвет-

лением стекла) или увеличено путем нанесения тонких пленок некоторых материалов, имеющих

меньший (больший) коэффициент преломления, чем стекло. По методике нанесения и составу по-

крытия просветление бывает физическим (напыление) и химическим (травление).

Теплофизические свойства. Коэффициент теплопередачи характеризуется

количеством тепла в ваттах (Вт), которое проходит через 1 м2 конструкции остекле-

ния при разности температур по обе стороны в один градус по шкале Кельвина (К) и

измеряется в Вт/(м2∙К). Сопротивление теплопередаче (термическое сопротивление)

– величина, обратная коэффициенту теплопередачи, выражает собой отношение раз-

ности температур окружающей среды по обе стороны ограждающей конструкции к

плотности теплового потока, измеряется в м2∙К/Вт. Теплопроводность листового

стекла составляет 0,4…0,82 Вт/(м∙К), что почти в 10 раз меньше, чем у аналогичных

11

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, характери-

зуются 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. За-

висит 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 характе-

ристиках стекла и металла утверждал: «Основной возможный соперник металла – стекло. Оно не

ржавеет, а хрупкость стекла не является результатом его молекулярной структуры. Она вызыва-

ется наличием поверхностных трещин».

Стекло практически не имеет пластических свойств, плохо сопротивляется дей-

ствию 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, характери-

зующая соотношение поперечной и продольной деформаций стекла при его растяже-

нии/сжатии) – 0,11…0,3. Характеристикой твёрдости стекла может быть микротвёр-

дость, 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 со-

ставляет 3…5 мин (армированного ‒ 30 мин.).

П р и м е ч а н и е ‒ Спектрофотометрические свойства стекол (СТБ EN 410 и 12898) оце-

ниваются количественно по показателям в диапазонах:

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

тового излучения;

видимого излучения (от 380 до 780 нм) – коэффициентами пропускания и отражения света, но-

минальным 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 тепло-

передачи.

12

5. Разновидности листового стекла

Общие сведения и классификация. Основным видом продукции стекольных

предприятий строительного назначения является листовое стекло. Листовое бесцвет-

ное 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 покрытия-

ми, 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 за-

щита 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. Светопропуска-

емость 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, спек-

тральному диапазону пропускаемого излучения, тепловым и специальным характери-

стикам 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 оскол-

ков стекла создают физическую угрозу безопасности людей. В целях предотвращения

такой угрозы и других внешних агрессивных воздействий освоен выпуск т. н. без-

опасных или защитных стёкол, в определении которых трудно установить конкрет-

ные 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 фак-

тора. Безопасные же стекла либо не образуют опасных осколков, либо удерживают их в кон-

струкции окна. Т. е. безопасные изделия или стекла – те, которые при разрушении не представля-

ют опасности для жизни и здоровья людей.

2. В странах ЕС существуют законодательные акты, предписывающие использовать в бы-

товом обращении, мебели, фасадном остеклении безопасное стекло, и это совершенно оправдано.

13

Безопасным принято считать стекло, которое имеет достаточную механиче-

скую 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, металличе-

ской 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 гори-

зонтального проката с одновременным закатыванием внутрь листа сварной или пле-

тёной сетки из стальной проволоки диаметром 0,35…0,42 мм с защитным (чаще алю-

миниевым) 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 увели-

чивает 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, коэффици-

ент направленного пропускания света (бесцветного) – 0,77…0,81. В зависимости от

14

состояния поверхности и других показателей оно может быть полированное, узорча-

тое, 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 конструк-

ций и изготовления изделий строительного, технического и бытового назначения,

многослойных стёкол, стёкол с покрытиями, стеклопакетов, изделий для мебели и ин-

терьеров.

Рис. 6.5. Разновидности армированного стекла

Стекло термически закалённое строительное (сталинит) изготовляют из ли-

стов полированного, неполированного или узорчатого стекла на специальных зака-

лочных установках (СТБ EN 12150, ГОСТ 30698, ГОСТ Р 54162). Для получения за-

калённого стекла исходные листы стекла предварительно нагревают выше темпера-

туры 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 снача-

ла затвердевают наружные слои стекла и в них при последующем остывании внут-

15

ренних слоёв возникают остаточные напряжения сжатия. Внутренние же слои после

остывания испытывают напряжения растяжения. В результате в стекле образуется си-

стема 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 по-

крытием – 120 МПа.

16

Рис. 6.7. Разрушение обычного и закаленного стекла

Изменяется также и характер разрушения такого стекла – оно распадается на

многочисленные мелкие осколки (размером 1…10 мм) с притупленными краями, не

имеющими острых режущих граней. Вид и формат разрушения регламентирован

стандартом. При разрушении в квадрате 50х50 мм в зависимости от вида и толщины

стекла минимальное количество осколков должно составлять от 15 до 40, каждый из

которых не должен быть крупнее 3 см2, а максимальная длина самого крупного

осколка не должна превышать 100 мм.

Рис. 6.8. Термостойкость обычного (а) и закаленного (б) стекла

К недостаткам закалённого стекла следует отнести недопустимость длительного

абразивного воздействия на поверхностные слои, процессов выщелачивания и корро-

зии, поскольку может нарушиться баланс напряжений, что и приведёт к его разруше-

нию. Кроме того, оно легко разрушается от незначительного удара по торцу – в торце

его прочность в 2…3 раза ниже той, что приходится на плоские поверхности листа.

Резать или сверлить такое стекло тоже нельзя. Поставляется закаленное стекло потре-

бителю только готовым к употреблению. Все виды механической обработки (нарезка,

сверление) должны производиться до его закалки.

Выпускается закалённое стекло размерами от 500 до 3500 мм и толщиной от 3

до 25 мм. Номинальная длина и ширина, а также форма закалённого стекла устанав-

ливается, как правило, заказом (договором) на изготовление. Светопропускание про-

зрачного закалённого стекла составляет не менее 84%. В зависимости от степени за-

щиты выпускается 4-х классов: СМ1…СМ4. Чем выше класс защиты, тем прочнее

стекло. Закаленное стекло маркируется штампом с английским словом «Tempered»,

что означает «закаленное стекло» или буквой «Т».

Закалённое стекло предназначается для безопасного остекления светопрозрач-

ных строительных конструкций – оконных и дверных блоков; витрин; элементов

ограждения лоджий, балконов, зенитных фонарей; изготовления мебели и предметов

интерьера; структурного остекления фасадов и как составляющий элемент в много-

слойных системах. Безопасность такого стекла слагается из двух компонентов: без-

17

опасной эксплуатации и пассивной безопасности от проникновения. Разрушить зака-

лённое стекло невооружённому человеку практически невозможно.

Производители гарантируют соответствие закаленного стекла требованиям

стандарта при соблюдении условий эксплуатации, как правило, не мене 5 лет. Однако

следует помнить, что в случае взрыва, даже такие осколки, направленные мощной

взрывной волной, представляют собой серьезную опасность. Кроме того, имеют ме-

сто случаи самопроизвольного разрушения изделий из закаленного стела по ряду

причин, в том числе и по причине термошока (рис. 6.9).

Рис. 6.9. Самопроизвольное разрушение закаленного стекла

П р и м е ч а н и е ‒ Помимо термически закаленного стекла (СТБ ЕН 12150) различают

стекло, выдержанное в горячих условиях термически закаленное (СТБ ЕН 14179), термоупрочнен-

ное (СТБ ЕН 1863) и химически упрочненное стекло (СТБ ЕН 12337). Термоупрочненное и химически

упрочненное стекла разрушаются аналогично обычному отожженному стеклу. При разрушении

получаются осколки с острыми краями, которые могут стать причиной порезов (СТБ ЕН 12600).

Стекло с полимерными пленками (ГОСТ 32563 и EN 15755) – это стекло, на

которое наклеена специальная особо прочная пленка. Такая пленка, как правило, име-

ет многослойную конструкцию. Количество слоев, химический состав и физические

характеристики ее зависят от назначения и достигаемого эффекта. Она может состо-

ять из следующих слоев: антифрикционного (предохраняющего пленку от механиче-

ских повреждений – царапин), прозрачного или окрашенного полиэстера, ламиниру-

ющего (клеевого), металлизированных, адгезива и др.

18

Пленка обладает достаточно высокой прочностью и создает на поверхности

стекла небольшое напряжение сжатия. В результате стекло получается менее хруп-

кое, чем обычное. Качественными характеристиками такого стекла являются пороки

внешнего вида (видимые невооруженным глазом недостатки, ухудшающие внешний

вид и/или ограничивающие возможность использования стекла по назначению), оп-

тические искажения, спектральные характеристики, коэффициент эмиссии, морозо-

стойкость, долговечность и др. В условиях эксплуатации стекло с полимерной плен-

кой должно обладать одной или несколькими защитными функциями: безопасностью

при эксплуатации (СМ1…СМ4); ударостойкостью (Р1А…Р5А); энергосбережением;

солнцезащитой; защитой от ультрафиолетового и электромагнитного излучения; де-

коративностью (рис. 6.10) и др.

Рис. 6.10. Стеклянные изделия с полимерной декоративной пленкой

В зависимости от назначения оно подразделяется на классы защиты, которые

указывают на способность стекла противостоять различным внешним воздействиям:

А1 – удерживает брошенный камень, не оставляя сквозного отверстия;

А2 – выдерживает удары тяжелыми металлическими предметами и макси-

мально противостоит пробиванию отверстия для проникновения человека;

А3 – задерживает пулю травматического пистолета.

Стекло с наклеенной на него полимерной пленкой предназначается для без-

опасного остекления светопрозрачных строительных конструкций с повышенными

эксплуатационными характеристиками (стеклопакетов, структурного остекления,

элементов наклонного и горизонтального остекления, оконных и дверных блоков,

19

витрин, полов) и для других целей в соответствии со своими техническими характе-

ристиками в жилых, административных и общественных зданиях.

Многослойное стекло (ламинированное от лат. lamina – пластинка) состоит из

одного или нескольких листов неорганического стекла и плёночных или жидких (ла-

минирующая жидкость) полимерных и силикатных материалов, склеивающих и (или)

покрывающих стекла (СТБ ISO 12543, СТБ ЕН 14449, ГОСТ Р 54171, ГОСТ Р 51136,

ГОСТ 30826). В качестве базовых стёкол используются листовое бесцветное, узорча-

тое, армированное, полированное, окрашенное в массе, упрочнённое, закалённое,

солнцезащитное, энергосберегающее, теплосберегающее, матированное, со специаль-

ными покрытиями и другие виды. Толщина органических плёнок, как правило, со-

ставляет от 0,38 до 0,76 мм и более. При этом плёнка может выполнять несколько

функций: выполнять роль клея, защищать от появления осколков, шума, огня, уль-

трафиолета, придавать цвет и др. Варьируя стекла и плёнки, можно получать компо-

зиции, сочетающие в себе свойства безопасности и теплоизоляции, звукоизоляции,

пожаробезопасности и др.

Кроме того, многослойные стекла могут включать в себя один или несколько

промежуточных слоев, склеивающих или отделяющих друг от друга листы базового

стекла и состоящих из неклейкой пленки или пластины, проволоки, сетки и т.п. Тол-

щина ламинированных стёкол зависит от их количества, толщины стекла и ламини-

рующей пленки и наличия промежуточных слоев.

Процесс получения такого стекла довольно сложный, выполняется в несколько

стадий и заканчивается, как правило, обработкой в автоклаве под воздействием тепла

и давления, где происходит полимеризация плёнки или жидкости. Наиболее распро-

странённой разновидностью ламинированного стекла является триплекс. Он пред-

ставляет собой конструкцию из двух стёкол и промежуточного ламинирующего слоя

(поливинилбутиральной плёнки). В отдельных случаях возможно наклеивание плёнки

на стекло с одной стороны – так называемая «односторонняя ламинация».

П р и м е ч а н и е ‒ 1. Ламинирование – процесс, при котором для изготовления многослой-

ного стекла промежуточный слой из твердой пленки между листами базового стекла или слой

жидкости подвергают нагреванию и/или действию давления, ультрафиолетового излучения. Дав-

ление при этом может быть выше или ниже атмосферного. Существуют и другие способы лами-

нирования.

2. Триплекс – это русифицированное название торговой марки «Triplex».

Ламинирование тоже не меняет свойства листового стекла (не увеличивает

прочность), но делает такое изделие более прочным при ударе и безопасным, а также

хорошо защищает от ультрафиолетового излучения. Поэтому основным достоин-

ством многослойного стекла является безопасность при разрушении. Разрушение

каждого из листовых стёкол происходит также как и одинарных, но осколки при раз-

рушении не разлетаются во все стороны, а удерживаются на полимерной плёнке.

20

В зависимости от назначения и других параметров ламинированные стёкла

подразделяют на многослойные (не обладающее стойкостью к удару) и многослойные

защитные: безопасное; стойкое к механическим воздействиям (ударостойкое, к про-

биванию или прорубанию), стойкое к воздействиям стрелкового оружия (пулестой-

кое, пуленепробиваемое), взрывобезопасное; морозостойкое; жаропрочное; огнестой-

кое; шумозащитное; симметричное и ассиметричное; плоское и изогнутое; со специ-

альными свойствами (с защитой от радиопомех, с биологической или информацион-

ной защитой, повышенной несущей способностью) и др.

Многослойные стекла выпускаются как в виде больших листов, из которых за-

тем нарезаются стекла нужных размеров, так и в виде готовых изделий требуемого

формата (гнутое, профильное и др.). Условное обозначение при поставках должно со-

стоять из обозначения его вида, класса защиты, длины, ширины, толщины и обозна-

чения стандарта. Применяют такое стекло для безопасного остекления светопрозрач-

ных строительных конструкций с повышенными эксплуатационными характеристи-

ками (стеклопакетов, элементов фасадного и структурного, наклонного и горизон-

тального остекления, оконных и дверных блоков, витрин, полов и т. п.) в администра-

тивных, общественных и жилых зданиях, где есть необходимость в защите жизни

людей и материальных ценностей.

П р и м е ч а н и е – В высотных зданиях (или выше 4-го этажа) в однокамерных стеклопа-

кетах применяется, как правило, в качестве наружного стекла многослойное (триплекс), внутрен-

него – закаленное. Вместе они защищают людей, находящихся как внутри здания, так и прохожих

снаружи. Кроме того, триплекс может состоять из 6 мм обычного стекла и 6 мм – низкоэмисси-

онного (задача которого – обеспечить тепловые характеристики стеклопакета) и вместе не допу-

стить падение любых предметов из здания. Например, закаленное стекло толщиной 8 мм выдер-

живает удар тела спринтера массой 75 кг, налетевшего на стекло со скоростью 18 км/час.

Наряду с безопасными различают защитные стекла, обеспечивающие защиту

людей и имущества от внешних воздействий (СТБ 51.2.06 и ГОСТ Р 51136). Причем

на определенном уровне граница между определением безопасных и защитных сте-

кол практически стирается.

К защитным стеклам, имеющим повышенную прочность или другие характери-

стики функционального назначения, как правило, относят: ударостойкое, взломо-

стойкое, устойчивое к пробиванию или прорубанию, стойкое к воздействию стрелко-

вого оружия (пулестойкое), взрывостойкое (взрывобезопасное), огнестойкое (пожаро-

стойкое), морозостойкое, шумозащитное и др. Согласно Международной классифи-

кации в зависимости от источника опасности и уровня защиты они подразделяются на

классы (классом защиты стекла является характеристика, показывающая его способ-

ность противостоять различным внешним воздействиям):

класс А (защита от вандализма и разбиения) – рассчитаны на удар брошенно-

го камня;

21

класс B (защита от проникновения) – выдерживают определённое число уда-

ров молотком и топором с определённой силой (350 Дж) и скоростью (12,5 м/с);

класс S – пуленепробиваемые стекла. Защита предусматривается от двух ви-

дов оружия – автоматы и винтовки (класс BR) и охотничьи ружья (класс SG).

П р и м е ч а н и е – Стандарт СТБ 51.2.06 определяет защитные стекла (антивандаль-

ные) как высокопрочные (противоударные, противовзломные и пуленепробиваемые) и предназна-

ченные для остекления зданий учреждений банков, обменных пунктов валюты, а также объектов

технического и бытового назначения, требующих повышенных прочностных характеристик, и

других зданий.

В зависимости от стойкости к внешним воздействиям (к одиночному удару,

прорубанию отверстия, воздействию стрелкового оружия и др.) такие стекла подраз-

деляются на классы стойкости:

к взлому (Б1, Б2 и Б3) – показатель, характеризующий способность стекла про-

тиводействовать взлому с применением ударно-режущего инструмента. Противо-

взломное стекло (способное выдерживать многократные механические удары без об-

разования сквозного отверстия, через которое может проникнуть человек) имеет, как

правило, многослойную структуру (многослойное стекло) на основе стекла и полиме-

ра и временно препятствует умышленному прорубанию в нем отверстия, через кото-

рое может проникнуть человек. Например, стекло класса Б1 выдерживает от 30 до 50

ударов топора (колуна), Б2 – от 51 до 70 и Б3 – более 70 ударов;

к воздействию стрелкового оружия (1; 2; 2а; 3; 4; 5; 5а; 6 и 6а) – показатель

стойкости стекла к воздействию пули заданного типа, выпущенной из определенного

вида оружия с установленного расстояния. Пуленепробиваемое стекло может быть

однослойным и многослойным и задерживающим пулю, выпущенную из огнестрель-

ного стрелкового оружия, без пробоины, а также обеспечивать защиту от фрагментов

и осколков стекла. Например, стекло класса «1» противостоит выстрелу из пистолета

Макарова (ПМ) с расстояния 5-ти метров, а класса «6а» – снайперской винтовке СВД

с расстояния 5…10 м;

к стойкости к удару: мягким телом (СМ1…СМ4) и твердым предметом (А0;

А1; А2 и А3) – показатель, характеризующий способность стекла противостоять воз-

действию предмета, брошенного с определенной высоты. Например, стекло класса А3

выдерживает удар стального шара массой 4 кг с высоты падения 9,5 м, класса СМ4 –

мешка массой 45 кг с высоты падения 2 м;

к взрывостойкости (в зависимости от параметров ударной волны от ER1 до

ER4 по ГОСТ EN 13541, J1…J7 и G1…G7 по ГОСТ Р 51136). К взрывобезопасным

относят защитные стекла устойчивые к воздействию воздушной ударной волны

(ВУВ) с нормируемыми параметрами без образования при этом вторичных поража-

ющих осколков стекла, способных пробить контрольный экран-свидетель.

Получают защитные (антивандальные) стекла на основе многослойных, зака-

ленных и других типов стекол. Например, прочность на удар для отдельных видов

многослойных стёкол в 12 раз превышает прочность одинарного стекла (рис. 6.11).

При этом прочностные характеристики многослойных стёкол (как и масса 1 м2)

напрямую зависят от толщины и количества стёкол и слоёв полимеров между ними.

22

Рис. 6.11. Испытание на удар и характер разрушения многослойного защитного стекла

П р и м е ч а н и е – 1. Из рекламы пуленепробиваемых стекол «За стеклом 3 млн. $. Сло-

мавший стекло может их забрать».

Огнестойким считается стекло, способное в течение определенного периода

времени выдерживать воздействие тепловых и механических нагрузок, возникающих

во время пожара, и препятствующее распространению огня, продуктов сгорания и пе-

редачи теплового излучения. Характеризуется уровнями предела огнестойкости. Ми-

нимальный предел огнестойкости должен составлять 30 минут, далее следуют уровни

предела огнестойкости 45, 65 минут и выше с шагом 30 минут.

Огнестойкость обычного листового стекла (в т. ч. оконного) по признаку потери

целостности «Е» составляет 3…5 мин. Для повышения (обеспечения) огнестойкости

светопрозрачных конструкций применяют армированные силикатные или боросили-

катные стекла, устойчивые к длительному (до 30 мин) воздействию огня, но не пре-

пятствующие тепловому излучению. Применяются также композиционные много-

слойные стекла на основе пластичных клеевых композиций. Отличительной особен-

ностью их является способность при воздействии высоких температур (150…3000°С)

вспениваться с образованием теплозащитного коксового слоя.

Шумозащитное стекло (СТБ EN 12758 и СТБ ISO 12543), которое снижает

воздушный шум потока городского транспорта. По структуре является многослойным

– в состав входят специальный звукопоглощающий полимерный слой или один (два)

слоя бесцветной шумозащитной пленки PVB (поливинилбутираль), обеспечивающие

повышенные звукоизолирующие свойства.

23

П р и м е ч а н и е – Прозрачное стекло хорошо пропускает видимую и инфракрасную часть

спектра солнечного излучения. С увеличением толщины стекла незначительно изменяется прохож-

дение света в видимой части солнечного излучения, но значительно увеличивается поглощение теп-

ла стеклом.

Цветное стекло (тонированное) уменьшает суммарное проникновение солнечного тепла

внутрь помещения, но при этом увеличиваются тепловые нагрузки на стекло, что может приве-

сти к деформациям стекла и росту микротрещин.

Применение покрытий на стекле позволяет снизить уровень поступающей внутрь помеще-

ния энергии без перегрева стекла.

Стекло с покрытием – базовое стекло, на которое нанесено покрытие с целью

изменения одного или нескольких свойств (коэффициентов пропускания/отражения

света или солнечного излучения, пропускания ультрафиолетового излучения, коэф-

фициента эмиссии или показателей самоочистки поверхности и др.). Под покрытием

понимается один или несколько тонких, сплошных слоев из неорганических материа-

лов, нанесенных на поверхность базового стекла химическими, физическими и дру-

гими способами. Покрытие может наносится с одной или c обеих сторон стекла.

Химические способы представляют собой процессы, при которых покрытие на

поверхности стекла образуется вследствие химических реакций из жидкости, пара

или порошка.

Физические способы – процессы, при которых источник исходного материала

покрытия в виде элемента, соединения или иона помещают в вакуум, и затем он кон-

денсируется на поверхности стекла, образуя покрытие.

Стекла с покрытием количественно оцениваются следующими спектрофото-

метрическими показателями:

коэффициент пропускания ультрафиолетового излучения в диапазоне от 280

до 380 нм;

коэффициенты пропускания и отражения света, номинальный цвет при про-

пускании света и др. в диапазоне видимого излучения от 380 до 780 нм;

коэффициенты пропускания и отражения солнечного излучения, общего про-

пускания солнечной энергии (солнечный фактор) и др. в диапазоне солнечного излу-

чения от 300 до 2500 нм;

коэффициенты излучательной способности и теплопередачи в диапазоне теп-

лового излучения от 5 до 50 мкм.

Кроме того, такие стекла должны соответствовать требованиям на устойчивость

к конденсату, истиранию, аэрозольному туману нейтральной соли и кислотостойко-

сти.

В зависимости от положения поверхности стекла с покрытием при остеклении,

определяющей области применения, типа и степени воздействия окружающей среды

в течение всего срока эксплуатации, стекла с покрытием относят к одному из следу-

ющих классов – A, B, C, D и S. У класса А, например, поверхность стекла с покрыти-

ем может быть расположена на наружной и внутренней стороне стеклопакета. Класс

S – поверхность стекла с покрытием может быть расположена на наружной или внут-

ренней стороне остекления здания, но только для специальных областей применения,

24

например, в витринах магазинов. При этом, срок службы стекла с покрытием класса S

всегда меньше по сравнению с классом А или В (СТБ EN 1096).

П р и м е ч а н и е – Прямая солнечная энергия (короткие волны или невидимая часть спек-

тра), как и световые лучи, тоже частично поглощается, частично отражается стеклом (особен-

но темноокрашенным), а часть проходит внутрь помещения. Солнечный фактор слагается из

энергии прямого прохождения и поглощенной стеклом энергии, которую оно передает внутрь. Кос-

венная солнечная энергия (длинные волны) передается тремя путями: теплопроводностью, конвек-

цией и тепловым излучением. Считается, что 2/3 потери тепла из помещения происходят за счет

теплового излучения и 1/3 – за счет теплопроводности и конвекции.

Солнцезащитные (теплозащитные) стекла (СТБ ЕН 1096, ГОСТ Р 54178 и

54169) предназначены для изготовления стеклопакетов и остекления светопрозрач-

ных конструкций в жилых, общественных и производственных зданиях с целью за-

щиты внутренних помещений от избыточного солнечного излучения. По механизму

действия их подразделяют на три группы: преимущественно поглощающие или от-

ражающие излучение и комбинированные.

Стекла, поглощающие инфракрасную часть спектра, называют теплопоглоща-

ющими. Их выпускают окрашенными в массе оксидами металлов (железа, кобальта,

никеля, хрома и др.) и с плёночными оксидно-металлическими покрытиями. Покры-

тие может быть нанесено с одной или обеих сторон. Цветовая гамма их достаточно

разнообразна – голубые, зеленые, серые, янтарные, бронзовые и др.

Такие стекла поглощают солнечную радиацию преимущественно в инфракрас-

ной области спектра и в зависимости от состава некоторую долю видимого света. Ре-

ально они поглощают 25…35% видимого света и 65…75% инфракрасных лучей, т. е.

в 2…3 раза больше, чем обычное стекло. Наиболее сильно поглощает инфракрасное

излучение оксид железа FeO, обеспечивая при этом наименьшее поглощение

видимых лучей по сравнению с другими оксидами (CuO, CoO, NiO).

П р и м е ч а н и е – Солнцезащитное покрытие – то, которое придает стеклу повышенную

отражающую способность в инфракрасной области спектра и защищает от избыточного сол-

нечного излучения, т. е. с высоким коэффициентом отражения в инфракрасной области спектра.

В результате поглощения энергии «тёмные» теплопоглощающие стекла могут

сильно нагреваться и подвергаться большим температурным деформациям. Их тем-

пература может превышать температуру окружающей среды на 40…50°С. При этом

часть тепла может передаваться внутрь помещения, что тоже нежелательно. Поэтому

устанавливать такие стекла нужно в наружном остеклении, предусматривать доста-

точный зазор и устраивать дополнительные компенсирующие прокладки между ра-

мой и стеклом.

Теплоотражающие стекла получают путём нанесения на поверхность обычно-

го бесцветного флоат-стекла покрытий в виде прозрачных плёнок (слоёв) толщиной

менее 0,1 мкм. Такие плёнки должны обеспечивать достаточно высокое пропускание

25

видимого света (до 70%), воздействуя, в основном, на инфракрасное излучение, и мо-

гут быть металлическими (металлизированное стекло), оксидными, нитридными, по-

лимерными, однослойными и многослойными. Теплоотражающий эффект у них мо-

жет создаваться также и за счёт окрашивания поверхностного слоя базового стекла.

Качество их определяется прежде всего спектрофотометрическими характеристиками

и наличием или отсутствием пороков. Резать такое стекло следует по поверхности с

нанесенным покрытием, применяя рекомендуемую изготовителем жидкость.

Энергосберегающие стекла получили свое название из-за специального опти-

ческого низкоэмиссионного (или энергосберегающего) покрытия, которое наносится

на поверхность обычного прозрачного стекла для повышения его энергосберегающих

свойств. Этот слой пропускает в помещение инфракрасное излучение (прямые сол-

нечные нагревающие лучи), одновременно с этим препятствует выходу длинноволно-

вого теплового излучения (инфракрасных волн) от отопительных приборов, отражая

их внутрь помещения (рис. 6.12). Энергосберегающие стекла называют еще селектив-

ными стеклами.

Рис. 6.12. Схема работы стеклопакета с энергосберегающим стеклом

П р и м е ч а н и е – Отражение называется селективным, если коэффициент отражения

неодинаков для света с различной длиной волны.

Параметром, характеризующим энергосберегающие свойства такого стекла, яв-

ляется излучательная способность (emissionsgrad). В физическом понимании излуча-

тельная способность – это энергия, излучаемая единицей площади в единичном ин-

тервале времени. Под излучательной способностью стекла понимают свойство его

26

поверхности отражать или поглощать направленное (невидимое человеческому глазу)

инфракрасное тепловое излучение в диапазоне длин волн от 5 до 50 мкм. Характери-

зуется коэффициентом эмиссии (emissivity) ε – отношение мощности излучения по-

верхности к мощности излучения абсолютно черного тела (с нормальным коэффици-

ентом эмиссии, равным единице) при той же температуре (ГОСТ EN 12898,

ГОСТ Р 54168). В большинстве случаев поверхность имеет коэффициент излучения

меньше 1,0. Различают также нормальный коэффициент эмиссии (нормальная излу-

чательная способность) εn. Характеризует способность стекла отражать нормально

падающее излучение и вычисляется, как разность между единицей и коэффициентом

отражения (Rn) в направлении нормали к поверхности стекла

εn = 1 – Rn

У натрий-кальций-силикатного стекла коэффициент эмиссии ε = 0,837, у неко-

торых металлов (золото, серебро) эта величина находится в пределах 0,02…0,03, а у

современных энергосберегающих стёкол – 0,2…0,04. Следовательно, чем меньше ко-

эффициент эмиссии, тем меньше потери тепла. Стекло с оптическим покрытием,

имеющим значение ε = 0,04, отражает обратно в помещение свыше 90% тепловой

энергии, уходящей через окна. Поэтому энергосберегающие стекла называют ещё

низкоэмиссионными.

Низкоэмиссионные (теплосберегающие, селективные) стёкла имеют на своей

поверхности низкоэмиссионное (селективное) покрытие из оксидов металлов (сереб-

ра, меди, алюминия) толщиной до 600 нм с коэффициентом эмиссии менее 0,2. Низ-

коэмиссионным считается покрытие, при нанесении которого существенно улучша-

ются теплотехнические характеристики стекла – сопротивление теплопередаче остек-

ления увеличивается, а коэффициент теплопередачи – уменьшается.

Термин «селективное» говорит о том, что стекло пропускает волны светового и

теплового диапазонов выборочно (селективно). Оно прозрачно для человеческого

глаза и хорошо пропускает солнечный свет (коротковолновое излучение), благодаря

которому нагреваются стены, перекрытия, мебель и другие находящиеся в помеще-

нии предметы, но обладает способностью задерживать длинные инфракрасные вол-

ны, излучаемые в свою очередь нагретыми в помещении предметами, в т. ч. и от ото-

пительных приборов. Излучаемое из помещения тепло, распространяясь в массе стек-

ла и достигнув селективного покрытия, не может проникнуть сквозь него, и вынуж-

дено «вернуться» обратно в помещение. Установленное в пакете такое стекло пред-

ставляет собой как бы «зеркало», отражающее тепловые лучи и позволяющее сохра-

нить в помещении тепло, вырабатываемое обогревающими устройствами и освети-

тельными приборами.

Выпускается два типа низкоэмиссионных стёкол с различной природой покры-

тий (СТБ ЕН 1096, СТБ 2054). По технологии изготовления различают «k-стекло»

(Low-E с твёрдым покрытием) и «i-стекло» (Double Low-E с мягким покрытием).

27

П р и м е ч а н и е – Аббревиатура «k-стекло» и «i-стекло» – это названия торговых марок.

Твердое покрытие наносится на обрабатываемую поверхность одновременно с

процессом изготовления стекла на горячую флоат-ленту, после чего отжигается

(ГОСТ 30733 и ГОСТ Р 54177). В результате слой оксида металла оседает на поверх-

ности горячего стекла и становится неотделимой его частью. Образуется прочное и

твёрдое покрытие, так называемое «k-стекло». У стёкол с твёрдым покрытием есть

один относительно толстый слой толщиной порядка 400…600 нм. Он почти бесцвет-

ный и визуально незаметен. Величина излучательной способности k-стекла (ε) обыч-

но имеет значение 0,15…0,18, коэффициент направленного пропускания света –

0,63…0,85.

Стекла с твёрдым покрытием более стойки к воздействиям абразивов, коррозии

и моющим средствам, не разрушаются с течением времени, более прочные, но менее

эффективны и дороже. Устанавливать такое стекло можно как в качестве внутренне-

го, так и наружного слоёв стеклопакета. Если в качестве внутреннего, то сохраняется

тепло в помещении, т. е. уменьшаются затраты на отопление. Наружный слой позво-

ляет уменьшить тепловой поток с улицы в помещение, что особенно важно в услови-

ях жаркого климата. И в том и другом случае улучшаются показатели теплоизоляции.

При ярком солнечном свете на окнах с k-стеклами можно видеть легкую дымку от

напыления.

Мягкое покрытие наносится методом плазменного напыления в вакууме на уже

готовое стекло. Получают, так называемое «i-стекло», с мягким покрытием, состоя-

щим из нескольких слоёв (оксид-металл-оксид). Мягкое селективное покрытие

(ГОСТ Р 54176 и ГОСТ 31364) – это, как правило, плёнки из серебра толщиной

10…20 нм и титана.

Качественными характеристиками стёкол с мягким покрытием являются внеш-

ние показатели, оптические искажения, коэффициент направленного пропускания

света (0,81…0,86), коэффициент эмиссии (не более 0,06) и стойкость покрытия к воз-

действию воздушной среды, которая тоже оценивается коэффициентом эмиссии (по-

сле испытания стекла ε не должен превышать 0,06).

П р и м е ч а н и е – Анализ нейтральности i-стекла по 100-бальной шкале (где 0 баллов –

черный цвет, а 100 баллов – нейтральный, полностью прозрачный материал) дает результаты в

98 баллов. Такой же коэффициент у обычного стекла без напыления составляет 99 баллов. Следо-

вательно, напыление практически не влияет на его светопропускаемость, но теплозащитные

свойства улучшаются.

Если сравнивать теплоизоляционные характеристики, то у стекла с мягким по-

крытием они выше, чем у стекла с твердым покрытием. Но стекло с мягким покрыти-

ем обладает пониженной абразивной стойкостью, ограниченно устойчиво к погодным

и температурным воздействиям и плохо хранится. После вскрытия упаковки его

28

необходимо сразу устанавливать в стеклопакеты. Устанавливают стекло с мягким по-

крытием со стороны помещения покрытием внутрь стеклопакета.

6. Светопрозрачные изделия и конструкции

Стекло, которому в процессе изготовления приданы определенная форма и

свойства называют изделиями (рис. 6.13). Стеклянные изделия и конструкции полу-

чают либо путем формования из расплава стекломассы, либо путем промышленной

переработки листового стекла.

Рис. 6.13. Конструкции из закаленного стекла (лестницы)

Стеклоблоки (СТБ ЕН 1051, ГОСТ 9272) представляют собой изделия с герме-

тически закрытой полостью, образованной в результате соединения двух отпрессо-

ванных стеклянных половинок (пластин, полублоков, коробок), с гладкими наруж-

ными и рифлеными или гладкими внутренними поверхностями. Каждая половинка

выполнена из стекла толщиной не менее 8 мм. Поверхность стеклоблоков может быть

прозрачной, матовой, цветной, светорассеивающей и светонаправляющей. Прозрач-

ные стеклоблоки пропускают до 85% света, а с цветной и матовой поверхностью –

около 50%. Внутри стеклоблоков находится частично разреженный воздух. Поэтому

тепло- и звукоизоляционные свойства их на 15…20% выше, чем у обычного толстого

стекла (рис. 6.14).

29

Рис. 6.14. Стеклоблоки и примеры использования стеклоблоков в интерьере помещений

По форме стеклоблоки могут быть квадратные, прямоугольные и их половинки,

треугольные, угловые и даже круглые размером от 90х90х80 до 300х300х100 мм. Ча-

ще всего толщина стеклоблоков от 80 до 100 мм. Торцевые стенки у них слегка во-

гнуты. Это позволяет при монтаже стен заливать в образующиеся промежутки скреп-

ляющий раствор и тем самым усиливать прочность и монолитность конструкций. В

зависимости от размера масса стеклоблоков составляет 1,2…7,0 кг, плотность – до

800 кг/м3, теплопроводность – 0,46 Вт/(м∙К), прочность при сжатии – 6…7 МПа.

По конструктивному исполнению стеклоблоки разделяются на однокамерные и

двухкамерные. У двухкамерных между полублоков при сварке помещают пластинку

из стеклянного волокна или тонкую стеклянную плёнку, что улучшает их теплоизо-

ляционные свойства. Стеклоблоки используют для возведения светопрозрачных не-

несущих внутренних и наружных стен зданий, где ощущается дефицит света и про-

30

странства, для украшения поверхностей независимо от назначения помещения и т. п.

Причём смонтировать блоки можно в любой плоскости – вертикальной, наклонной и

горизонтальной.

Стекло строительное профильное (стеклопрофилит) – погонажные длинно-

мерные (до 7 м) изделия открытого и закрытого сечения, получаемые методом непре-

рывного проката ленты листового стекла и изгибанием ее при прохождении через

формующее устройство. В результате изделие в поперечном сечении принимает за-

данный профиль: коробчатый, швеллерный, ребристый и др. (рис. 6.15).

Рис. 6.15. Образцы стеклопрофилита

Ширина изделий от 232 до 498 мм при толщине стекла 6…7 мм. Может быть

цветным, бесцветным, армированным, неармированным, с гладкой (кованой), узорча-

той или рифлёной поверхностью (СТБ ЕН 572-7, ГОСТ 21992). Коэффициент свето-

пропускания стеклопрофилита – 0,39…0,88, теплопроводность – 0,76 Вт/м·К, термо-

стойкость – 70°С. Применяют стеклопрофилит так же, как и стеклянные блоки для

устройства светопрозрачных ограждений (наружных стен, перегородок, кровель) и

внешней отделки фасадов зданий.

Стеклопакеты (ГОСТ ЕН 1279-1, ГОСТ 24866, ГОСТ Р 54175) представляют

собой объёмные изделия из двух или трёх листов стекла (однокамерные, двухкамер-

ные), герметично соединённых по контуру с помощью дистанционной рамки так, что

между ними образуется замкнутая прослойка, заполненная сухим разреженным воз-

31

духом или инертным газом, например, аргоном, криптоном, ксеноном и др.

(рис. 6.16). Инертный газ вместо воздуха позволяет увеличить теплоизоляцию стек-

лопакета до 20%.

Рис. 6.16. Структура и фрагмент двухкамерного стеклопакета

Номинальная толщина стеклопакетов составляет 14…60 мм, расстояние между

стёклами – от 8 до 36 мм. Оптимальным расстоянием между стеклами, исключающим

конвекцию воздуха, является прослойка в 16 мм. Размеры стеклопакетов по высоте и

ширине, как правило, не превышают 3,2х3,0 м. Стеклопакеты могут иметь также и

сложную конфигурацию (круглые, овальные, треугольные). В качестве стёкол ис-

пользуются листовое, узорчатое, армированное, многослойное, окрашенное в массе,

упрочнённое, солнцезащитное, энергосберегающее и др. Толщина стёкол принимает-

ся в соответствии с расчётом на прочность, но не менее 3 мм в стеклопакетах, предна-

значенных для окон, и не менее 5 мм – для зенитных фонарей.

Стеклопакеты не замерзают при температуре до −25°С (однокамерные) и до

−40°С (двухкамерные), не запотевают, выдерживают большую ветровую нагрузку и

обладают достаточной звукоизолирующей способностью. Наиболее распространён-

32

ное сочетание видов стёкол в стеклопакетах – с внутренней стороны – триплекс, с

наружной – закалённое стекло. Поверхность стёкол в стеклопакетах обычно нумеру-

ется снаружи внутрь от 1 до 4 и далее.

Стеклопакеты в зависимости от назначения подразделяются на общестроитель-

ного назначения, строительные со специальными свойствами, ударостойкие, взломо-

стойкие, энергосберегающие, солнцезащитные, морозостойкие, шумозащитные и др.

Моллированное (гнутое) стекло представляет собой листы стекла, которым

под воздействием температуры (порядка 600…650 °С) по матрице-шаблону придают

фигурную форму (рис. 6.17). Процесс термической обработки листового стекла в спе-

циальной печи для изменения его формы называется моллированием. Минимальный

радиус сгиба 200 мм и максимальная толщина листа 80 мм позволяют собирать кон-

струкции достаточно разнообразных и сложных форм. Выпускается волнообразной и

сферической формы, ламинированным, декоративным (цветным, матовым, рельеф-

ным), закалённым, ударостойким, устойчивым к пробиванию, пулестойким и др. В

строительстве моллированное стекло используется для оформления фасадов зданий и

интерьеров внутренних помещений.

Рис. 6.17. Образцы моллированного стекла и фрагмент сооружения

Дверные полотна – это изделия из листов утолщённого закалённого стекла с

обработанными кромками и необходимыми для крепления металлической фурнитуры

вырезами и отверстиями. Они имеют повышенную прочность и безопасны при раз-

33

рушении (образуют мелкие осколки.) В качестве стекла используется закалённое по-

лированное, неполированное, прозрачное, светорассеивающее, бесцветное, окрашен-

ное и др. Размеры полотен 240х104 см и более при толщине до 20 мм. Масса 1 м2

стекла составляет 25…38 кг, предел прочности при сжатии до 900 МПа, при изгибе до

250 МПа. Такие полотна выдерживают удар свободно падающего стального шара

массой 800 г с высоты 1,5 м.

П р и м е ч а н и е – Зеркала представляют собой изделия из листового стекла, изготовлен-

ные путем нанесения на их поверхность отражающего серебряного и (одного или нескольких слоев)

защитного лакокрасочного покрытия и характеризующиеся высоким коэффициентом отражения

света (СТБ ЕН 1036-1, СТБ ISO 25537 и ГОСТ Р 54161). Изготовляют из бесцветного полированно-

го листового стекла марки М0 (бесцветное зеркало) и окрашенного в массе Т0 (цветное зеркало)

толщиной 4…10 мм. В зависимости от формата их подразделяют на прямоугольные и фигурные.

Качественными характеристиками зеркал являются отклонения в размерах и форме, наличие по-

роков (листового стекла, отражающего и защитного слоев), оптические искажения, коэффициент

направленного отражения света, значение цветовых координат, влагостойкость, адгезия защит-

ного покрытия и др. Минимальный коэффициент отражения зеркал с серебряным покрытием из-

готовленных из бесцветного стекла составляет 83%, из цветного может быть меньше 83%.

Зеркала предназначаются для применения внутри помещений, а также изготовления изде-

лий строительного, технического и бытового назначения, в том числе изделий мебели и интерьера.

6. Стекло в архитектурно-художественном оформлении

Декоративное стекло – изделие, обладающее декоративными свойствами и ху-

дожественной выразительностью, приданными ему путем обработки. Может быть

объёмно- и поверхностно окрашенным, накладным, а также полученное с помощью

различных технологических приёмов – пескоструйной обработкой, химическим трав-

лением, нанесением красок, тонированием и нанесением изображений с помощью са-

моклеющихся плёнок, фьюзинга, фотопечати и др.

Традиционное объёмное окрашивание (в массе) осуществляется при производ-

стве стекла (строительного, технического и бытового назначения, в т. ч. закаленного

и многослойного, с покрытиями и др.) толщиной 1…25 мм путём добавления в стек-

ломассу красителей, которые равномерно распределяются по толщине изделия

(ГОСТ Р 54169). В качестве красителей используются оксиды таких металлов, как

железо, кобальт, хром, ванадий, никель, медь, марганец, титан, церий; элементы селен

и сера, а также сернистые соединения свинца, меди, кадмия, железа. Использование

этих соединений и их сочетание позволяет получать самые разные оттенки и цвета:

зеленый, фиолетовый, молочный, красный (рис. 6.18).

Интенсивность окраски зависит от концентрации красителя. Чаще среди окра-

шенных стёкол используют серое, бронзовое, зелёное, реже чёрное. Оксиды железа

добавляются для придания стеклу зелёного цвета, сочетание железа с никелем и ко-

бальтом обеспечивает получение серого стекла, а при добавлении железа в смеси с

селеном получается бронзовое стекло. Однако окрашивание в массе стекла требует

большого расхода дорогостоящих красителей. По характеру поверхности и окраски

34

стекло может быть глушеное (рассеивающее свет за счет оптической неоднородности

массы) и прозрачное, гладкое и узорчатое, мраморовидное и др. В соответствии с оп-

тическими искажениями и допускаемыми пороками окрашенное в массе стекло под-

разделяют на марки Т0, Т1, Т4, Т7.

Рис. 6.18. Цветное стекло

Поверхностное окрашивание может осуществляться электрохимическим спосо-

бом, предназначенным в основном для флоат-стекла, и за счёт нанесения тонких плё-

нок (покрытий) толщиной ≤12 мкм из металлов, их оксидов или нитридов на поверх-

ность листа. Такие покрытия способны придавать стеклу высокие декоративные

свойства и совершенно новые функции. Цвет стекла может быть самым разнообраз-

ным – серо-стальной, золотистый, жёлтый, бронзовый, фиолетовый, синий, голубой и

др. При этом каждый из цветов имеет ряд оттенков. Коэффициент пропускания види-

мого света для таких стёкол колеблется от 7 до 80%.

Декоративное стекло с фотопечатью – рисунки наносятся на тыльную сторо-

ну стекла толщиной 4…10 мм специальными чернилами, которые затем с помощью

ультрафиолетового излучения затвердевают, что и обеспечивает стойкость изображе-

нию. Применяется декоративное стекло во внутренней отделке интерьеров кухонь,

35

кухонных столов, мебельных фасадов, межкомнатных дверей, шкафов, а также для

изготовления витражей, стеклопакетов, зеркал, декоративного остекления зданий, де-

корирования мебели и интерьеров.

Тонированные стекла можно получать за счет напыления на внутреннюю сто-

рону стекла тонкого слоя металла (стекло с покрытием), полимера либо оклеивание

стекла изнутри цветными пленками (стекло с полимерной пленкой). В случае нанесе-

ния металла обычное стекло нагревают до температуры 600…700оС, затем пульвери-

затором наносят раствор специальной плёнкообразующей соли. В результате химиче-

ских реакций на поверхности стекла образуется тонкая, толщиной до 1 мкм прозрач-

ная плёнка из оксидов металлов.

Основные функции тонированных стёкол – декоративность, эстетическая выра-

зительность, защита от солнечного излучения и конфиденциальность помещений.

Кроме того, такая плёнка может быть функционального назначения: токопроводящей,

радиозащитной, теплопоглощающей (голубая), теплоотражающей (синяя), поглоща-

ющей ультрафиолетовые лучи (жёлтая), декоративной (зелёная), зеркальной, защит-

ной, противоударной и др.

Матированное стекло – одна или обе поверхности, которого подвергнуты ме-

ханической (стекло с пескоструйной обработкой) или химической обработке (травле-

ное стекло), в результате чего обработанная часть поверхности становится матовой,

шероховатой (ГОСТ 32360). Оно может иметь сплошную матовую поверхность, либо

сочетать матовые и блестящие участки в виде различных узоров и рисунков. Приме-

няется для изготовления изделий строительного назначения – закаленного, много-

слойного и с покрытием стекол, стеклопакетов, элементов горизонтального остекле-

ния (пола, ступеней) и др.

Стекло узорчатое (СТБ 2419 и 2420, ГОСТ 5533) имеет по всей поверхности на

одной или обеих сторонах чёткий рельефный повторяющийся рисунок (рис. 6.19).

Получают способом непрерывного проката между двумя валками, из которых один

или оба имеют рифления. Может быть как бесцветным, так и цветным. Его можно за-

калять и ламинировать. Светопропускаемость такого стекла от 30 до 80%. Предназна-

чается для декоративного заполнения световых проёмов и устройства внутренних

ограждений в зданиях и сооружениях различного назначения, изготовления закален-

ных, многослойных, с покрытием стекол, стеклопакетов и изделий для интерьеров.

Марблит имеет вид плиток и плит из цветного стекла различных размеров при

толщине 5…10 мм. Получают преимущественно способом проката. Цвет марблита от

чёрного до зелёного с блестящими переливающимися вкраплениями. С лицевой сто-

роны поверхность гладко-полированная или узорчато-кованая, с тыльной – рифлёная

для лучшего сцепления с раствором. Применяют для облицовки наружных и внут-

ренних стен различных зданий и мемориальных комплексов. Из марблита изготовля-

ют также уголки, желоба, профилированные элементы, плинтусы и другие строитель-

ные детали.

36

Рис. 6.19. Разновидности узорчатого стекла

Стемалит (эмалированное стекло) – облицовочный материал для наружной и

внутренней отделки стен, устройства интерьерных перегородок и лёгких навесных

панелей. Термин «стемалит» включает слова «стекло» и «эмаль», что подчеркивает

конструктивную особенность такого материала. Изделия из стемалита имеют вид

плоских стеклянных плиток и плит из закалённого стекла, покрытых с одной стороны

цветной эмалью. Выпускается размерами 400х900х6 мм и более. Лицевая сторона

может иметь узорчато-кованую или гладко-полированную поверхность. Стемалит об-

ладает высокими свето-, тепло- и морозостойкостью, влагонепроницаемостью, повы-

шенной механической прочностью, хорошими декоративными качествами и цвето-

устойчивостью.

Смальта (мозаика) – цветное прозрачное и непрозрачное стекло небольших

размеров, выплавленное по специальной технологии в виде кубиков или пластинок

размером от 10х10 до 50х50 мм и толщиной от 3 до 12 мм, либо полученное методом

колки произвольной формы. Производится с добавлением в состав стекла оксидов

металлов и обжигается при повышенных температурах (около 1400°С). Смальта об-

ладает высокими декоративными свойствами, водо-, морозо- и износостойкостью, ог-

37

неупорностью и др. Выпускается в различных цветах и с различным художественным

оформлением. Это позволяет использовать её при отделке фасадов и каминов, бас-

сейнов и напольных покрытий, создавать живописные мозаичные панно и картины

(рис. 6.20). Современные технологии позволяют получать до 10 тысяч оттенков

смальты.

Рис. 6.20. Смальта в отделке интерьера и ванной комнаты

П р и м е ч а н и е – Известно и устаревшее название такого материала как «шмальта».

38

Витражи (от лат. vitrum – стекло) – изделия, состоящие из разнообразных по

форме, цвету, прозрачности, способу изготовления пластин стекла, закрепленных в

каркасе из тонких металлических или полимерных профилей, и представляющие со-

бой художественно оформленные сюжетные или орнаментные композиции. По тех-

нологии изготовления различают венецианский, накладной, пленочный, аппликатив-

ный, паяный, натуральный, расписной и другие виды витражей. При изготовлении

классического (наборного) витража отдельные куски цветных стёкол, вырезанные по

определённому рисунку, соединяются между собой профилем из свинца, меди или

латуни с росписью отдельных деталей спекающимися красками. Чем богаче фактура

стекла, тем красивее и эффективнее получается витраж. Солнечные лучи или элек-

трическое освещение, преломляясь, заставляют стекло гореть яркими сочными крас-

ками, делая его всякий раз новым и неповторимым (рис. 6.21).

Рис. 6.21. Витражи

В настоящее время разработаны новые, более совершенные технологии изго-

товления витражных стекол, т. н. «фьюзинг-витраж» и др., которые позволяют полу-

чать стекла не только различной цветовой гаммы, но и гнутые (моллированные), мно-

гослойные и других конструктивных решений. Используют витражи для декорирова-

ния световых и лестничных проёмов, оформления фасадов и интерьеров зданий, для

39

украшения межкомнатных дверей и перегородок, при изготовлении зеркал и мебели.

Неоспоримыми преимуществами витражного остекления перед обычными стёклами

является индивидуальность и художественная ценность.

К архитектурно-художественным изделиям из стекла относят также розетки,

профилированные плиты, тяги обрамления проёмов, стеклянную скульптуру и др. Их

получают в основном путём литья или прессования с последующим отжигом.

7. Стеклокристаллические материалы и изделия

Если при производстве прозрачного стекла всячески стараются избежать его

кристаллизации, то при производстве стеклокристаллических материалов и изделий

кристаллизация является обязательной составляющей технологического процесса.

Получают такие материалы из природного и других видов сырья, применяемого на

стекольных заводах, а также из шлаков металлургической промышленности соответ-

ствующего химического состава с добавкой катализаторов, в результате чего проис-

ходит полная или частичная кристаллизация. В зависимости от состава, типа катали-

затора и режима термической обработки стеклокристаллические материалы получают

с заранее заданными свойствами и различным содержанием кристаллической фазы.

По своим свойствам они сопоставимы, а зачастую и превосходят природные камен-

ные материалы. Цветовая гамма и текстура их тоже варьируются в довольно широком

диапазоне, значительно перекрывающем спектр природных декоративных минералов.

В зависимости от преобладания стекловидной или кристаллической фазы их условно

подразделяют на две группы:

I – преобладает стекловидная фаза (как правило, более 70%), а кристалличе-

ские образования являются мелкими (не более 2…8 мкм) и равномерно в ней распре-

делёнными (авантюриновые стекла, стекломрамор, стеклокремнезит, стеклокристал-

лит и др.);

II – количество кристаллической фазы составляет более 50…60% (ситаллы,

шлакоситаллы, сигран, неопариэс и др.).

Авантюриновые стекла являются цветными с мелкими кристаллическими

включениями соединений хрома, железа, меди и др., обеспечивающих эффект мерца-

ния и блеска за счет высокого показателя преломления этих кристалликов по сравне-

нию с основной массой стекла (подобно натуральному авантюрину – мелкозернисто-

му кварциту). Наиболее распространено авантюриновое стекло с зеленоватым оттен-

ком, содержащее хром. Применяются такие стекла в качестве декоративного облицо-

вочного материала (мозаики).

Стекломрамор представляет собой непрозрачное (глушеное) белое или цвет-

ное стекло с мраморовидным рисунком и гладкой лицевой поверхностью. Для приго-

товления стекломассы используют песок, кальцинированную соду, обогащённый као-

лин, кремнефтористый и азотно-кислый натрий и другие материалы. Глушение воз-

никает благодаря присутствию в массе стекла небольшого количества мелкодисперс-

40

ной кристаллической фазы. Введение красителей и использование некоторых техно-

логических и конструктивных приёмов при стекловарении и формовании позволяет

получать мраморовидный рисунок голубого, зелёного, синего и бежевого цветов.

Производится в виде плит различных размеров (25х14…60х60 см при толщине

8…10 мм) методом проката с последующей термообработкой. Тыльная сторона плит

имеет рифления для лучшего сцепления с раствором. Применяется для декоративно-

защитной облицовки стен зданий, покрытия полов, антикоррозионной защиты строи-

тельных конструкций и футеровки резервуаров.

Стеклокремнезит – многослойный стеклокристаллический декоративно-

отделочный материал, получаемый практически из всех видов стеклобоя и кремнезё-

мистых отходов промышленности по комбинированной порошковой технологии. Для

этого в огнеупорную форму засыпают тонкий слой песка, затем – смесь цветного

стеклогранулята с песком, а сверху – тонкий слой цветного стеклогранулята. Смесь

подвергают термообработке в туннельной печи, где происходит спекание гранул,

кристаллизация и обжиг изделий. Наружную поверхность изделий подвергают огне-

вой полировке, в результате чего она приобретает высокие декоративно-эстетические

свойства – имитирует природный камень либо имеет произвольный цветной рисунок.

Применяют для оформления интерьеров, внешней и внутренней облицовки верти-

кальных и горизонтальных поверхностей культурно-бытовых, торговых и других зда-

ний.

Стеклокристаллит по свойствам аналогичен стеклокремнезиту, но отличается

составом и технологией изготовления. Термообработанные изделия нарезают на пли-

ты заданных размеров (в основном 300х300 и 300х150 мм при толщине 15 мм) и ис-

пользуют для наружной и внутренней облицовки стен, колонн, настила полов,

оформления панно на фасадах и в интерьерах зданий.

Ситаллы и шлакоситаллы. Ситаллы представляют собой стеклокристалличе-

ские материалы, полученные объемной кристаллизацией стекол и состоящие из одной

или нескольких кристаллических фаз, равномерно распределенных в стекловидной

фазе. Они сохраняют в себе многие положительные свойства стекла, но лишены мно-

гих его недостатков – хрупкости, низкой термостойкости и др. Производство их отли-

чается от производства стекла лишь дополнительной операцией (термической обра-

боткой), при которой обычные стеклянные изделия превращаются в стеклокристал-

лические. С этой целью в обычную шихту для производства стекла вводят добавки –

катализаторы кристаллизации (соединения фторидов и фосфатов щелочных и щелоч-

ноземельных металлов, способных легко кристаллизоваться из расплавов). Заверша-

ется процесс отжигом, чтобы обеспечить необходимую степень закристаллизованно-

сти. Кристаллизация приводит к получению весьма мелкозернистой и равномерной

структуры, обеспечивающей высокие термомеханические свойства изделий

(табл. 6.1).

41

Таблица. 6.1. Сравнительная характеристика стекла и ситалла

Показатели Исходное стекло Ситалл

Плотность, г/см3 2,5 2,5…2,7

Температура размягчения, °С 550…700 1050…1450

Коэффициент линейного расширения (5…9)10-6

(6…8)10-6

Термостойкость, °С 230 410

Прочность на изгиб, МПа 15…20 120…300

Прочность на сжатие, МПа 700…900 1000…1600

Микротвёрдость, ГПа 10,3 12,3

Ударная вязкость, кДж/м2

1,59 4,5…10,5

Структура ситаллов напоминает микробетон, где наполнителем являются кри-

сталлы, а вяжущим – прослойки стекла. Доля стеклофазы составляет 20…40%, со-

держание мелкодисперсной кристаллической фазы – 60% и более. Ситаллы чаще все-

го непрозрачные, однородные и плотные материалы серого, кремового, черного и

других цветов. Но могут быть полупрозрачные и прозрачные разновидности светлой

окраски. Их можно окрашивать в различные цвета. Ситаллы имеют большую проч-

ность и высокую стойкость к химическим и тепловым воздействиям. Твердость си-

таллов приближается к твердости закаленной стали. Формуются изделия в виде плит

и листового материала с гладкой и рифленой поверхностью.

В зависимости от вида исходного сырья и технологии производства различают

шлакоситаллы, золоситаллы, петроситаллы, фотоситаллы, термоситаллы и др.

Например, шлакоситаллы получают из шлаков черной и цветной металлургии, золо-

ситаллы – на основе топливных шлаков и зол, петроситаллы – на основе горных по-

род и отходов горнообоготительных комбинатов. Применяют такие материалы для

наружной и внутренней облицовки стен, колонн, устройства полов, лестничных пло-

щадок, мощения проезжей части улиц и тротуаров, а также для облицовки конструк-

ций, находящихся под воздействием коррозионных сред.

П р и м е ч а н и е – 1. Слово «ситалл» происходит от двух слов – первая буква «с» позаим-

ствована от слова «стекло», затем связывающий союз «и», а вторая часть взята от окончания

слова «кристалл». За рубежом ситалл называют «пирокерам» от греческих слов «пирос» – огонь и

«керамикос» – глиняный, поскольку они занимают промежуточное положение между стеклом и

керамикой. От стекла ситаллы отличаются поликристаллическим строением, а от керамики –

более тонкой и однородной микрокристаллической структурой. 2. Используются ситаллы также в ювелирной промышленности и как декоративный

материал (рис. 6.22).

42

Рис. 6.22. Разновидности ситаллов

Сигран – декоративный стеклокристаллический материал с крупнокристалли-

ческой структурой, имитирующий природный гранит, мрамор, яшму. Получают в ви-

де плиток прессованием стеклорасплава из кварцевого песка, мела и доломита с по-

следующей термической и механической обработкой. При этом наружная поверх-

ность плиток шлифуется и полируется, а внутренняя остаётся рифлёной. Размеры

плиток от 48х48 до 300х300 мм при толщине 4…20 мм. По многим физико-

механическим характеристикам сигран превосходит природные камни. Плитки пред-

назначены для внутренней и внешней облицовки культурно-бытовых зданий и со-

оружений, оформления интерьеров, для защиты и декоративного оформления цоко-

лей зданий.

Неопариэс получают спеканием и последующей кристаллизацией стеклянных

гранул размером 1…7 мм волластонитового состава (волластонит – минерал из класса

силикатов). Образующиеся при кристаллизации игольчатые кристаллы создают мра-

моровидный рисунок, проявляющийся при последующей шлифовке и полировке по-

верхности изделий. Количество кристаллической фазы составляет порядка 40%. Ис-

пользуется как декоративно-отделочный материал (рис. 6.23).

Рис. 6.23. Ниопариэс в отделке интерьера

43

Примерная тематика учебно-исследовательских работ

1. Флоат-стекло: технология и качественные характеристики

2. Технологические особенности производства листового стекла

3. Защитные и безопасные стекла: получение, основные характеристики и назначе-

ние.

4. Выявление и анализ причин самопроизвольного разрушения изделий из закаленного

стекла.

5. Энергосберегающие стекла – получение и технические характеристики

6. Стеклокристаллические материалы и изделия

Вопросы и задания для самоконтроля

1. Из каких сырьевых материалов изготовляют стекло?

2. Перечислите разновидности стекол, стойких к механическим воздействиям.

3. Объясните сущность понятия «стеклообразное состояние».

4. Что представляют собой ситаллы и шлакоситаллы, и чем они отличаются от

стекла?

5. Изложите основы технологии обычного оконного стекла: приготовление ших-

ты, варка стекла, формование, охлаждение, отжиг, закалка.

6. Перечислите и охарактеризуйте основные разновидности листового строи-

тельного стекла.

7. Какое изделие называют стеклопакетом?

8. Опишите способы производства полированного листового стекла.

9. Низкоэмиссионное стекло (определение, качественные характеристики и назна-

чение).

10. Перечислите основные свойства листового стекла. Какие недостатки присущи

обычному листовому стеклу?

11. Что представляют собой теплопоглощающие и теплоотражающие стекла?

12. Что представляет собой оконное стекло в современном понимании?

13. Какие стекла называются солнцезащитными? Каков механизм их действия?

14. Что Вы понимаете под термином «безопасное» (защитное) стекло? Приведите

примеры безопасных стекол.

15. Какие стекла относят к группе энергосберегающих? Приведите примеры и ос-

новные характеристики.

16. Что представляет собой закаленное и химически упрочненное листовое стекло?

17. Что представляют собой армированное и ламинированное листовые стекла?

18. В чем отличие стеклообразного состояния от кристаллического?

19. Какие строительные изделия и материалы изготовляют из стекломассы?