Вопросы качества, прочности и безопасности отечественных изделий из упрочненного стекла при проектировании строительных конструкций
Термоупрочненное и полностью закаленное стекла являются упрочненными светопрозрачными материалами, сочетающими конструкционные функции и роль заполнения проемов. При проектировании современных строительных конструкций остекления, прозрачных несущих и ограждающих структур сложной и актуальной проблемой является обеспечение прочности, надежности, долговечности и безопасности строительных элементов из стекла, так как по совокупности характеристик конструкционной прочности стекло принципиально отличается от других строительных материалов. Сложность проблемы определяется отсутствием конкретных данных о прочности со стороны производителей базового стекла, изготовителей стеклянных элементов из исходного и упрочненного стекла и гарантий прочности строительных организаций, осуществляющих проектирование, монтаж и эксплуатацию стеклянных архитектурных конструкций. Актуальность проблемы обусловлена интенсификацией технического прогресса и расширением сферы применения стекла в современной архитектуре зарубежных странах и в Украине. Результаты научных исследований Института проблем прочности им. Г.С. Писаренко НАН Украины и ряда зарубежных организаций показывают, что при проектировании строительных конструкций фактическая конструкционная прочность стеклоизделий не может быть гарантирована надлежащим выбором типа стекла и вида упрочнения, если на всех этапах производства, монтажа и эксплуатации стеклоэлементов должным образом не контролируются параметры, влияющие на механическое поведение стекла. Вся промышленная технология, включая стадии резки, механической обработки и термического упрочнения, а также сборки стеклянных узлов и конструкций, должна быть оптимизирована по критериям качества и прочности, чтобы гарантировать заданную несущую способность, долговечность и безопасность конструкций. Без этого эффективность конструкционного применения стекла снижается в несколько раз, и возникают трудности при проектировании ответственных строительных конструкций. Главными факторами, определяющими механическое сопротивление строительных элементов из исходного листового стекла, являются поверхностные дефекты типа микротрещин, царапин, сколов, размеры и геометрические параметры которых значительно зависят от вида и качества исходного стекла, способов и технологических режимов механической обработки края, отверстий и вырезов. На несущую способность стеклоэлементов сильное влияние оказывают условия силового или термического нагружения, а именно, характер и степень равномерности распределения напряжений, режимы изменения нагрузки – кратковременной, длительной или циклической. Температура и внешняя среда при эксплуатации также влияют на сопротивление разрушению стеклоэлементов. Закалка и другие виды термического упрочнения строительного стекла являются эффективным способом повышения его конструкционных свойств. Однако фактический уровень прочности, долговечности и характер разрушения упрочненных стеклоэлементов могут сильно и непредсказуемо изменяться, если на производстве не уделяется должное внимание контролю качества и прочности в соответствии с ведомственными и общегосударственными стандартами и нормами. Следствием этого является разрушение строительных конструкций или их завышенная материалоемкость и стоимость. При оценке прочности конструкций из закаленного стекла следует исходить из того, что по сравнению и прочностью исходного стекла появляется важный дополнительный фактор для повышения механического сопротивления за счет закалочных сжимающих напряжений, формируемых в трещиноватом поверхностном слое стекла. За счет этих напряжений предельная нагрузка, необходимая для критического раскрытия микротрещин и разрушения стеклянных деталей при механическом и тепловом нагружении, может быть значительно увеличена. Это увеличение может быть разным в зависимости от фактических режимов термического упрочнения, состояния технологического оборудования, квалификации персонала и многих других факторов, влияние которых трудно оценить без проведения специальных испытаний в условиях производства или в специализированной организации, имеющей опыт в области конструкционной прочности стекла. Реальный уровень прочности на изгиб отечественного закаленного строительного стекла при определенных условиях может быть в 2 и более раз выше предусмотренного существующими отечественными и международными стандартами и строительными нормами. Это может быть использовано для создания прочных строительных конструкций из листового стекла с повышенной работоспособностью и долговечностью по сравнению с известными аналогами. При проведении ряда исследований было установлено, что дефектность поверхности упрочненного стекла возрастает при термической обработке стеклянного элемента и в результате этого «чистое» сопротивление стекла снижается по сравнению с прочностью исходного стекла. Полученные данные об уровне закалочных напряжений в промышленных изделиях и образцах из листового стекла толщиной от 4 до 12 мм характеризовались меньшей степенью однородности по сравнению с результатами измерения напряжений оптическим методом, полученными зарубежными авторами. Этот результат показывает, что существующие стандартные способы неразрушающего контроля закалочных напряжений не полностью отражают фактическое распределение закалочных напряжений на различных участках поверхности стеклоэлементов, что, в свою очередь, приводит к повышенному разбросу данных о прочности строительного стекла разных производителей и требует снижения величины допускаемых напряжений при проектировании строительных конструкций. По результатам исследования сделан вывод о том, что технология термического упрочнения стекла полностью определяет базовые составляющие прочности закаленного и термоупрочненного стекла:
Родичев Ю.М., Институт проблем прочности им. Г.С. Писаренко НАН Украины, Киев, Украина Музыка Ю.К., Компания «Альтис- Гласс», Киев, Украина |
