Стекло в строительстве

1. Материалы

1.1. Основные виды стекла

В настоящее время производятся такие основные виды стекол:

• прозрачное флоат-стекло (размером 6000 і 3200 мм (jumbo), толщина от 3 до 25 мм); окрашенное в массе флоат-стекло (зеленое, серое, голубое или бронзовое) — более ограничено в толщине (обычно от 3 до 12 мм); особенно прозрачное бесцветное флоат-стекло различного диапазона толщины;
• узорчатое стекло — меньших размеров, приблизительно 2500 і 1500 мм, толщиной 4 или 6 мм (толщина может быть различна), нескольких оттенков;
• армированное стекло размером примерно 3500 і 2000 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

Большая часть исходного листового стекла, производимого в мире, направляется на вторичную переработку: нанесение покрытий, закалку, изготовление стеклопакетов и т.д. В ряду специальных видов стекол представлены стекла закаленные, жаропрочные, многослойные, стекла с покрытиями и некоторые другие.

Закаленное стекло — размером примерно 4000 і 2000 мм, толщиной от 3 до 25 мм. Для 3-5 мм 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 6000 і 3200 мм и толщиной до 70 мм. Наиболее толстые стекла ограничены в размерах.

Существуют 2 основных процесса:

• foil laminating (пленочный) — наиболее общепринят;
• cast-in-place (CIP) laminating (заливной) — 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 6000 і 3200 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 4000 і 2000 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. 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. 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 4500 і 2500 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: прочности, тепловой изоляции, огнестойкости, безопасности, солнечному контролю, термостойкости, звукоизоляции, национальным стандартам, гарантии.

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 и 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, поэтому 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

Безопасность — это 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 они также не обязательно одинаковы.
При применении безопасного стекла необходимо приводить его (стекло) в соответствие с правилами, стандартами и спецификациями, принятыми в данной стране.
Стекло, в основном, известно как хрупкий и легко бьющийся материал. Его можно сделать более прочным с помощью процесса закаливания, но и закаленное стекло все-таки можно разбить. Разница в том, что закаленное стекло при разрушении образует скругленные мелкие осколки.
Безопасность можно обеспечить с помощью многослойного стекла. Число, толщина стекол и внутренний слой между ними — факторы, напрямую влияющие на уровень безопасности. Тип используемого стекла зависит от степени риска: даже армированное стекло, которое плохо сопротивляется ударам, может служить в качестве безопасного, потому что люди воздерживаются от удара ввиду присутствия проволоки.
Тонкое 6-8 мм многослойное стекло обычно не относится к безопасным стеклам, но и оно не сразу разобьется и некоторое время будет противостоять вторжению. 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 может быть достигнуто за счет замены стекол поликарбонатом.
Стекла толщиной 30 мм могут в какой-то степени обеспечивать защиту от пуль, хотя, чтобы обеспечить эффективную защиту 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, а также высокая степень закрепленности: 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.

2.5. Солнечный контроль

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, поглощают или отражают они солнечную радиацию (излучение), все равно 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 ввиду нагрева от солнца обычно подвергается центральная часть стекла, 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 использоваться усиленное и закаленное стекло.

2.7. Звукоизоляция

Звукоизоляция достигается путем использования толстого стекла. Многослойные стекла, особенно изготовленные с применением мягких акустических смол, могут значительно улучшить звукоизоляцию. Если в стеклопакетах стекла разделены воздушной прослойкой, то звукоизоляция ухудшается (для примера: 8 мм + 4 мм хуже, чем 12 мм, и тройной стеклопакет хуже, чем двойной). Использование гексафторида серы (SF6), газа в воздушной прослойке, эффективно при звукоизоляции помещения от голосов, но не помогает против транспортного шума. Все другие виды газа, как и различные варианты толщины воздушной прослойки (от 6 до 20 мм), обеспечивают примерно одинаковую звукоизоляцию. В зависимости от типа стекла, одинарного остекления или стеклопакета, достигаются разные уровни звукоизоляции (между 25 и 50 dB). Для обеспечения звукоизоляции более 50 dB единственный выбор — двойное остекление с шириной воздушной прослойки 100 мм или больше, со звукопоглощающими материалами.

---