ТЕХНОЛОГИЯ СТЕКЛА В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Закаленное, многослойное, изогнутое стекло или стекло с покрытием - различная продукция может удовлетворить многие потребности, также и такие как устойчивость в огне, звукоизоляция и безопасность. В данной статье - общая информация о стекольной продукции, представленной сегодня на рынке.

Определение типа стекла, необходимого для строительства, зависит от наличия материалов и предъявляемых к ним требований. Производители стекла предлагают широкий ассортимент, который может отвечать многим требованиям, но эти продукты могут быть в наличии только в ограниченных размерах и толщине. Также некоторые требования в сочетании могут противоречить свойствам продукта (стекла). Эта статья попробует дать основную информацию о стекольной продукции и ограничениях в ее применении.

1. Материалы.

1.1. Основные виды стекла

Прозрачное флоат-стекло в основном производится размером 6000х3200 мм (jumbo). Толщина изменяется от 3 до 25 мм. Флоат-стекло также бывает окрашенное в массе (обычно, зеленое, серое, голубое или бронзовое) и более ограниченное в толщине (обычно, от 3 до 12 мм), но этот диапазон может быть в дальнейшем ограничен, в зависимости от оттенка. Суперпрозрачное бесцветное флоат-стекло также может иметь различный диапазон толщины.

Узорчатое стекло - меньших размеров, приблизительно 2500х1500 мм, толщиной 4 мм или 6 мм. Толщина также может быть различна. Стекло может иметь несколько оттенков.

Армированное стекло - размером примерно 3500х2000 мм, толщиной 6 мм (полированное или прозрачное) и 7 мм (полупрозрачное или узорчатое). Может быть другая толщина и некоторые другие оттенки.

1.2. Обработанная продукция

Закаленное стекло - размером примерно 4000х2000 мм, толщиной от 3 до 25 мм. Для 3-5 мм стекла и очень толстого стекла возможны дальнейшие ограничения размера. Размер может быть также ограничен или увеличен упрочнением стекла специальными методами. Упрочненное стекло в 4-5 раз прочнее обычного стекла, разбивается при сильном ударе на мелкие фрагменты и наиболее подходит для изделий сложной конфигурации.

Жаропрочное стекло - производится с помощью метода, аналогичного процессу упрочнения, часто на одном и том же заводе, но диапазон толщины до 8 мм или менее. Жаропрочное стекло примерно в 2 раза прочнее закаленного стекла, но бьется так же. Оно в основном используется для сопротивления тепловому воздействию, где не нужны защитные свойства упрочненного стекла.

Многослойное стекло производится размером вплоть до 6000х3200 мм и толщиной до 70 мм. Наиболее толстые стекла ограничены в размерах. Существуют 2 основных процесса: foil laminating (пленочный), который наиболее общепринят, и cast-in-place (CIP) laminating (заливной), который обычно используется только для изделий меньших размеров. Жаропрочное и упрочненное стекла также могут изготавливаться многослойными, хотя существуют ограничения в размерах.

Стекло с покрытиями производится с помощью нанесения специальных металлизированных покрытий на стекло методом on-line (полированное листовое стекло) или off-line. On-line стекло с покрытием производится размером до 6000х3200 мм, но диапазон толщины ограничен (обычно 4-10 мм), независимо от того, какое стекло используется как основа: бесцветный или тонированный флоат. Off-line стекло с покрытием размером 4000х2000 мм, толщиной до 12 мм. Off-line покрытия могут применяться ко всем основным видам стекла (укрепленное стекло, жаропрочное и ограниченный диапазон многослойного стекла).

Покрытия могут делиться на твердые, средние и мягкие. Твердые покрытия (on-line покрытия всегда твердые) очень прочные и могут быть подвержены температурному воздействию (сгибанию, упрочнению) с незначительным влиянием на свойства. Некоторые покрытия могут использоваться с внешней стороны зданий. Средние покрытия могут использоваться внутри зданий и являются достаточно прочными, чтобы выдержать ламинирование. Мягкие покрытия могут использоваться внутри стеклопакета, так как им необходима защита от механических повреждений. Покрытия предназначены для контролируемого пропускания/отражения солнечной радиации или для сокращения потерь тепла излучением из помещения. Солнцеотражающие покрытия имеют оттенки и разную отражающую способность, хотя некоторые могут быть "нейтральными" или "чистыми". В многослойных стеклах межслойный материал может не иметь такого же хорошего сцепления с покрытием, как со стеклом. Производитель может дать рекомендации, к каким покрытиям подходит применяемый им межстекольный материал. Низкоэмиссионное покрытие эффективно работает, находясь с внешней стороны многослойного стекла, и намного хуже, если оно контактирует с межстекольным материалом (пленкой, клеем).

Изогнутые стекла производятся путем нагревания и изгибаются по специальной форме, изготовленной для этой цели. Стекло может быть впоследствии закалено или укреплено. Изогнутое стекло может быть ламинировано, обычно посредством cast-in-place ламинирования (заливное), и только, если стекло "подходит" для изгибания. Только некоторые покрытия выдерживают процесс изгиба, некоторые могут быть на вогнутой поверхности (на выгнутой они могут натягиваться и трескаться), поэтому это ограничивает количество изогнутых стекол с покрытием. Off-line покрытие не может быть произведено обычно, так как изогнутое стекло не может быть произведено на заводах по производству флоат-стекла.

Стеклопакеты ("изолирующие стекла") производятся из двух или более флоат-стекол. Они могут иметь размер примерно 4500х2500 мм, диапазон ширины воздушной прослойки изменяется от 6 до 20 мм, в зависимости от возможностей производителя и используемого стекла. Воздушная прослойка может быть заполнена специальным газом. Специальный совет может быть дан относительно изогнутых изоляционных стекол - это потенциально невозможно. Наряду с обеспечением тепловой изоляции, стеклопакеты могут обеспечивать выгодное сочетание различных свойств стекла в одном. Обычно, это наружное стекло - с солнечным контролем, и внутреннее - с низкой относительной излучающей способностью поверхности при данной температуре.

2. Требования

Стекло всегда используется как конструкция, пропускающая свет, или предназначенная для обзора. Кроме того, стекло может удовлетворять одному или более требованиям (прочность, тепловая изоляция, огнестойкость, безопасность, солнечный контроль, термостойкость, звукоизоляция, национальные стандарты, гарантия).

2.1. Прочность

Для силового сопротивления стекло необходимо спроектировать согласно условиям использования, принимая во внимание нагрузку, условия закрепления и тип стекла. Многие вычисления относительно просты, но только специалист обладает реальными знаниями о нагрузках, которые могут применяться. Толщина и тип стекла должны соответствовать назначению конструкции и условиям эксплуатации: ветровой нагрузке, снеговой нагрузке, основной строительной нагрузке (перекрытия, двери), технической нагрузке и др. На тип стекла могут влиять и другие требования. Наиболее прочный вид стекла - закаленное стекло, затем противоударное стекло, флоат-стекло, узорчатое стекло и армированное стекло.

Прочность многослойного стекла зависит от того, из чего оно сделано: оно будет настолько прочным, насколько прочен его самый слабый компонент. Ламинирование не влияет на ударопрочность стекла, а только на его поведение после того, как оно разбилось.

Вопрос изгиба прочного стекла под нагрузкой также нуждается в рассмотрении, так как многие могут быть напуганы тем, что оно изгибается слишком сильно под действием нагрузок.

2.2. Термоизоляция

Тип стекла и толщина имеют небольшое влияние на термоизоляцию. Это свойство главным образом регулируется воздушной прослойкой или прослойками между стеклами в стеклопакете по условиям:

• ширина воздушной прослойки - оптимальная ширина 16 мм (может быть меньше в зависимости от наполняющего газа);
• газ, содержащийся в воздушной прослойке (воздух, аргон и т.д.);
• относительная излучающая способность поверхности при данной температуре.

Первые два условия являются независимыми; применяются низкоэмиссионные покрытия для улучшения термоизоляции. Хорошие термоизоляционные свойства могут быть достигнуты путем использования твердого (on-line) низкоэмиссионного покрытия, а в последнее время и off-line низкоэмиссионного покрытия, которое обычно мягкое и, теоретически, более оптимально.

2.3. Огнестойкость

Стекло не горит, но это не есть огнестойкость, так как стекло легко трескается, когда нагревается. Стекло обычное не имеет защитного щита от нагрева. Огнестойкость достигается путем:

• обеспечения способности потрескавшегося стекла не распадаться на кусочки, особенно армированного или ламинированного;
• использования стекла с низким термическим расширением, в т.ч. боросиликатного, стеклокерамики (borosilicate, glass ceramic);
• изготовления более устойчивого к растрескиванию стекла с помощью процессов, делающих его более жестким и жаропрочным.

Защита от нагрева может быть достигнута с помощью специальной прослойки в многослойном стекле.

Существуют строгие ограничения в отношении оттенков и покрытий. Армированное стекло и люминесцентно-ламинированные стекла не могут быть упрочнены, только армированное стекло может быть легко изогнуто. Большинство продуктов могут быть соединены в изолирующих стеклопакетах с некоторыми ограничениями.

Для огнестойкости обычно требуется, чтобы стекло было полностью обрамлено рамами из конструкционных сплавов или стали (алюминий имеет низкую точку плавления). В любом случае обрамление должно быть более прочным, чем обычно, и иметь повышенную жаропрочность. Большинство огнестойких стекол требуют особого обрамления, и производителям следует консультироваться насчет специфических деталей.

2.4. Безопасность - относительное понятие:

• упрочненное стекло при ударе бьется на мелкие фрагменты с притупленными кромками, это происходит в результате происходящего при разрушении разупрочнения;
• многослойное стекло в 6,4 и 6,8 мм и CIP-ламинированное стекло имеют тенденцию выдерживать удар и обеспечивают соответствующую безопасность;
• армированное стекло также может выдерживать удар, но специальное усиление проволокой является необходимым для эффективного сопротивления простому случайному удару;
• закаленное стекло не является безопасным, но толстое полированное стекло (15 мм и толще) трудно разбить простым ударом;
• жаропрочное стекло тоже не является вполне безопасным стеклом;
• защитная пленка может быть нанесена на стекло для превращения его в безопасное стекло, которое будет вести себя в простых условиях, как многослойное стекло.

Многие страны имеют специальные тесты (ударные), которые используются для классификации безопасных стекол. И также они не обязательно одинаковы.

При применении безопасного стекла, они (стекла) путем правил, стандартов и спецификаций должны отвечать соответствующему уровню тестов, проводимых в данной стране.

2.5. Солнечный контроль достигается путем использования оттенков или покрытий. Затемненное стекло может обеспечивать средний уровень контроля с ограниченным отражением. Стекло с покрытием может обеспечивать хороший контроль, но наиболее эффективно, если оно имеет хорошую отражающую способность. Оптимальное использование светопрозрачных конструкций с солнечным контролем - на внешней стороне здания.

Стекло для обеспечения контроля должно находиться на внешней стороне стеклопакета. Использовать стекло с внутренней стороны неэффективно. Свет - это 54% солнечной энергии. Любые изделия с солнечным контролем, все равно, насколько они поглощают или отражают солнечную радиацию (излучение), уменьшают световую передачу. Отношение световой передачи к общей солнечной энергии не может превышать 1,9.

2.6. Термопрочность

Сопротивление стекла термическому растрескиванию зависит от качества стекла и от того, было ли оно упрочнено.

Термическому стрессу обычно подвергается центральная часть стекла ввиду нагрева от солнца, в то время как края остаются прохладными. Большинство изготовителей имеют тесты для оценки риска термоповреждений в закаленных стеклах, которые принимают во внимание такие факторы как: жаропоглощение, теплопередающие свойства воздушной прослойки стеклопакета, местоположение здания, ориентацию и наклон, тип строения, дизайн, наличие затемнения, тепловые системы, упругие прокладки. Чтобы выдерживать термические нагрузки, должно быть использовано усиленное и закаленное стекло.

2.7. Звукоизоляция достигается путем использования толстого стекла. Многослойные стекла, особенно изготовленные с применением мягких акустических смол, могут значительно улучшить звукоизоляцию. Если стекла разделены воздушной прослойкой в стеклопакетах, звукоизоляция уменьшается. Для примера, 8 мм + 4 мм хуже, чем 12 мм. Тройной хуже, чем двойной. Лучший результат достигается путем различия толщины рам в стеклопакете. Улучшение звукоизоляции от голоса может быть достигнуто путем использования гексафторида серы (SF6), газа в воздушной прослойке, но это не является эффективным против транспортного шума. Все другие виды газа имеют небольшие различия для звукоизоляции, также как и различные варианты толщины воздушной прослойки (от 6 до 20 мм). В зависимости от типа стекла, одинарного остекления или стеклопакета достигается различная звукоизоляция между 25 dB и 50 dB. Для звукоизоляции более 50 dB единственный выбор - двойное остекление с шириной воздушной прослойки 100 мм или больше, со звукопоглощающими материалами, которое бьет показатели других вариантов.

2.8. Стекло, обеспечивающее безопасность

Стекло в основном известно как хрупкий и легко бьющийся материал. Его можно сделать более прочным с помощью процесса закаливания, но закаленное стекло бьется на мелкие осколки, которые легко выбиваются. Безопасность хорошо достигается путем использования многослойного стекла. Число, толщина стекол и внутренний слой между ними являются важными в достижении особого уровня безопасности. Тип используемого стекла зависит от степени риска. Даже армированное стекло, которое имеет очень плохое сопротивление к ударам, может вести себя как безопасное стекло, потому что люди воздерживаются от удара ввиду присутствия проволоки.

Тонкое 6, 8 мм многослойное стекло обычно не относится к безопасным стеклам, но не сразу разобьется и некоторое время удержит какого-либо нарушителя. Однако 1,5 мм pvb внутренний слой (например, 7,5 или 11,5 мм многослойное стекло) обычно считается безопасным и сопротивляется нескольким ударам. Дальнейшее сопротивление ударам топора или молотка может быть достигнуто увеличением толщины, числа стекол и внутренних слоев до 30 мм и больше. Улучшение также могут быть достигнуто за счет замены стекол поликарбонатом.

Стекла толщиной 30 мм могут обеспечивать в какой-то степени защиту от пуль, хотя, чтобы обеспечить эффективную защиту от пуль с минимальным числом осколков (которые могут быть опаснее, чем пуля), состав и тип стекла должны быть оптимизированы. Толщина около 30 мм требуется для сопротивления выстрелам из малокалиберного оружия, 45 мм - из крупнокалиберного оружия, 55-75 мм - выстрелам из винтовки. Для сопротивления взрывам стекло не обязательно должно быть толстым или укрепленным. Наиболее важна способность энергопоглощения, и чтобы стекло оставалось на месте: так 7,5 мм pvb многослойное стекло, укрепленное в прочную раму, обеспечивает реальное сопротивление силе взрыва. Непродуктивно делать стекло суперпрочным, так как оно перенесет нагрузку от удара на раму и на конструкцию здания (с возможными неблагоприятными последствиями для здания), а не самортизирует силу удара на себя.

2.9. Национальные стандарты

Когда поставщики поставляют стекла для определенного проекта, они должны это делать в соответствии с Национальными стандартами и правилами. Эта процедура усложняет работу специалистов, которые должны сочетать стандарты разных стран.

В Англии мы регулярно видим спецификации с требованиями DIN (Германия) и ASTM (США) стандартов. К сожалению, они могут не иметь соответствующего эквивалента в английских стандартах, таким образом, стекло в Англии не может классифицироваться таким путем или противоречит английским стандартам, или даже может быть незаконно подчиненным. Похожее может происходить и в другой стране. Когда специалисты оперируют национальными стандартами, они должны быть аккуратны в их использовании за пределами страны, где располагается или строится то или иное здание. Все специалисты нуждаются в информации о том, как они могут использовать различные стандарты в различных странах.

3. Заключение

Производители стекла изготавливают продукцию, которая отвечает большинству требований, хотя виды продукции имеют ограниченное число и размер. Однако специалисты и производители должны быть в постоянном контакте, чтобы быть уверенными, что тип, размер, метод остекления и дизайн соответствуют проектам.

/Пер. с англ. Ю.Андреевой и М.Гавриловой/

Редакция полагает, что вопросы общей классификации, выработки единой терминологии и унификации норм на стекольную продукцию становятся все более актуальными, в связи с чем публикации по данному вопросу будут продолжены.