4.4. Безопасное стекло

Увеличение габаритов стеклоизделий как в плоском, так и гнутом варианте резко осложняет проблемы их безопасности при эксплуатации, повышает бой во время транспортировки и в процессе промпереработки.

Решение этих проблем достигается за счет бездефектного края и получения высокопрочных стекол.

Силикатное стекло по своей природе является одним из наиболее прочных материалов, так как теоретическая прочность стекла, рассчитанная на основе прочности химической связи между атомами, составляет 25–30 ГПа. Однако реальная прочность листового стекла в сотни раз ниже (30–80 МПа) из-за дефектов и повреждений на его поверхности и краях, неизбежно возникающих при выработке, транспортировании, хранении, переработке и служащих концентраторами растягивающих напряжений. Использование низкопрочного сырого стекла в строительстве вызывает большие потери (40–50 %) при транспортировании, хранении и монтаже, резке стекла на стройплощадках и стройкомбинатах и создает проблемы надежности и безопасности остекления, для решения которых в ряде стран уже запрещено использование сырых стекол в зданиях выше 5-го этажа.

Поскольку прочность стекла решающим образом зависит от состояния его поверхности, для применения в ответственных конструкциях стекло необходимо упрочнять: либо устранять поверхностные дефекты (микротрещины, посечки, царапины) с помощью химического травления, либо, создавая в поверхностных слоях значительные сжимающие напряжения, блокирующие рост трещин и компенсирующие растягивающие напряжения, возникающие при эксплуатационных нагрузках. Для создания таких напряжений используют традиционную термическую закалку или получающий все большее признание ионный обмен в расплавах щелочных солей.

Подобная обработка может привести к получению стекла с механическими характеристиками, указанными в табл. 4.2.

Таблица 4.2

Прочность стекла

Состояние стекла	Прочность при изгибе, МПа
Сырое стекло	30–80
Упрочненное стекло: воздушной закалкой; жидкостной закалкой; ионным обменом; травлением; комбинированными способами	120–180 200–400 300–500 1000–1700 1500–2000

Итак, безопасным является такое стекло, которое в момент своего разрушения не причиняет какого-либо значительного вреда человеку. По принятым международным нормам – это закаленное и ламинированное стекло. Разработанные ОАО НИТС (Россия), фирмой «Тамгласс» и другими технологии упрочнения стекла позволяют изготовлять крупногабаритные детали с простыми низкоэмиссионными и мягкими супернизкоэмиссионными покрытиями строительного назначения – триплексы, стеклопакеты, в том числе с тонирующими и теплоотражающими покрытиями, что значительно расширяет архитектурные возможности при строительстве. С применением электропроводящих покрытий могут быть изготовлены обогреваемые детали прозрачных кровель, стойких к ветровым и снеговым нагрузкам, а с применением прозрачных огнестойких заполнителей – несгораемых перегородок, препятствующих распространению пожара. Высокая прочность стекла позволяет изготовление прозрачных полов, потолков, лестничных ступеней, внутренних и наружных ограждений, получающих в последнее время все более широкое применение антивандальных светильников и др. (рис. 4.8).

Рис. 4.8. Конструкции из безопасного стекла

В мире уже существуют объекты, в которых стекло используется в качестве строительного материала в несущих конструкциях, столбах, балках, мостах, лестницах и крышах и отличается своими особо крупными размерами и сложной формой.

Предлагаемые немецкими фирмами высокотехнологичные листы торговой марки «Макролон» изготовляются из поликарбоната и сочетают легкость и максимальную прозрачность с высокой ударной прочно-стью. Материал чуть легче обычного стекла, но при той же толщине его ударная вязкость почти в 250 раз выше. Он обладает хорошими противопожарными свойствами. Почти все типы листов можно сгибать на месте, они легко режутся.

«Макролон моно» – сплошные листы из поликарбоната высокой степени прозрачности с гладкой антибликовой поверхностью обладают отличной ударной вязкостью даже при температуре ниже –100 С. Они могут обрабатываться различными способами и предназначены для применения в отделке интерьеров: в качестве защитных экранов, остекления дверей и окон, плафонов для ламп и др. Имеются четыре цветовых варианта: бесцветный, матово-белый (пропускаемость света около 35 %), матово-белый (пропускаемость света около 50 %) и темно-корич­невый. Толщина от 0,75 до 12 мм, размеры 20501250 и 30502050 мм.

Листы могут соединяться сольветными адгезивами, поверхностными адгезивами и адгезивной лентой. Их можно сваривать ультразвуком или горячим воздухом. Еще один удобный способ соединения – механическая фиксация. Листы могут подвергаться машинной обработке и обработке обычными инструментами: резке пилой и ножницами, сверлению, вальцовочному формованию, фрезерованию, лазерному резанию, горячему линейному сгибанию. Можно производить свободное выдувание или вытягивание для получения куполообразных изделий.

Макролон моно дура – модификация, отличающаяся особо высокой стойкостью к царапинам, химическому и погодному воздействию. Применяется в качестве плоских экранов станков, для остекления в промышленных транспортных средствах и др. Выпускаются бронзового цвета, а так же в бесцветном варианте. Толщина листа 3–12 мм, размер 30002000 мм.

Еще восемь модификаций продукции «Макроформ» представляет в России группа компаний «Оргстекло», имеющая собственное производство (рис. 4.9)

Рис. 4.9.Термопластичные листы Вивак фирмы «Макроформ»

Особую актуальность проблемы остекления приобретают в связи со строительством высотных зданий.

Богатый зарубежный опыт проектирования высотных и сверхвысотных зданий свидетельствует о необходимости продувки в аэродинамических трубах моделей городской застройки с высотными зданиями (рис. 4.10). На основе результатов аэродинамических испытаний с учетом розы ветров обосновывается ориентация проектируемого здания и его форма. К остеклению высотных домов предъявляются жесткие требования по прочности, герметичности и спектральному составу пропускаемого света.

Рис. 4.10. Комплекс зданий и сооружений ОАО «Газпром»

Новейшие тенденции развития рынка архитектурного стекла достаточно четко определяют потребность в создании новых типов стекла. Остекление в 21 веке должно обеспечивать реальную экономию в области энергозатрат, большие возможности по контролю светопропускания в различных частях радиационного спектра и обладать многими новыми свойствами. В настоящее время уже имеются достаточные технические возможности для более широкого применения высокопрочного стекла в качестве остекления окон и в качестве конструкционного материала в строительстве и архитектуре.