Закаленное стекло
Закаленное стекло — это стекло, у которого путем химической или термической обработки повышается прочность к ударам и перепадам температуры, по сравнению с обычным стеклом. При разрушении такое стекло распадается на мелкие безопасные осколки.
В строительстве безопасное закаленное стекло стали применять относительно недавно. Еще в начале 70-х гг. прошлого века оно было сравнительно новым материалом в строительной промышленности и применялось для изготовления дверей, ограждений, то есть в тех местах, где отмечалась повышенная степень риска разбивания при аварии.
Область применения безопасного закаленного стекла непрерывно расширяется и охватывает не только строительную индустрию, но и производство бытовой техники, мебели и т. д. Закаленное стекло изготавливают из прозрачного, цветного, солнцеотражающего или узорчатого стекла. Существует два способа упрочнения стекла: химическая и термическая закалка.
При химической закалке поверхность стекла упрочняется в результате замещения ионов на поверхности стекла при помощи различных солей. Стекло предварительно нагревают и опускают в соляную ванну на определенное время для достижения требуемой механической прочности. Этим методом можно закаливать и очень тонкие стекла. Данный метод технологически сложен, к тому же он является вредным производством и поэтому не нашел широкого применения.
Наиболее распространенным является термический метод закаливания стекла. Вначале следует обработать кромку стекла, иначе оно может разбиться при закалке. На первом этапе закаливания стекло нагревают до температуры 600-7200С в зависимости от его толщины и структурных особенностей. Оставаясь в твердом состоянии, стекло абсорбирует тепловую энергию нагревателей посредством теплоизлучения и теплопередачи. Тепло распространяется линейно, результатом является только изменение в расстоянии между молекулами. Это линейное расширение обратимо и не генерирует постоянные напряжения в стекле. Последующее нагревание приводит стекло в «переходное» состояние, за которым наступает жидкое. Секунды, в течение которых стекло находится в переходной стадии, особенно сильно влияют на качество конечного продукта.
На второй стадии закаливания стекло подвергают резкому охлаждению. Когда материал переходит из пластичного состояния в твердое, возникает изменение плотности между поверхностным и средним слоем. Быстро охлаждаемая поверхность стекла становится твердой, между молекулами возникает жесткая структура. В разогретом пластичном состоянии структурные изменения происходят до тех пор, пока стекло полностью не перейдет в твердое состояние. Напряжения сжатия возникают, когда температура падает с 640 до 4700С. Образующиеся напряжения сжатия увеличивают механическую прочность и стойкость стекла к изменению температуры. В результате закаленное стекло становится значительно прочнее, увеличивается его стойкость к перепаду температур, а при принудительном разрушении закаленное стекло распадается на множество мельчайших частиц.
Описанное двухэтапное термическое воздействие приводит к тому, что для закаленного стекла: значительно (в 5-10 раз) возрастает прочность на удар, в 2-3 раза прочность на изгиб, в 3-4 раза термостойкость стекла (с 40 до 1800С).
Испытания на удар мягким телом выдерживает закаленное стекло толщиной 4 мм. При превышении предела прочности все стекло распадается на мелкие осколки (размеры осколков от 1 до 10 мм), которые выпадают из рамы. Образовавшиеся осколки обладают неострыми краями. Поэтому закаленное стекло в случае принудительного разрушения безопасно для человека.
Закаленное стекло обладает самым высоким коэффициентом пропускания света среди вариантов остекления, безопасного при эксплуатации, и высоким уровнем устойчивости к вибрационным воздействиям.
Помимо закаленного стекла существует понятие — термически упрочненное стекло. Оно применяется в основном в строительстве, отличается от закаленного технологическим процессом изготовления и своими свойствами. Термически упрочненное стекло охлаждается меньшим потоком воздуха и медленнее, чем закаленное, к тому же оно менее прочно. Такое стекло часто применяют в остеклении фасадов, так как при правильной конструкции закрепления оно не может выпасть из рамы.
При выборе стекла для наружного остекления зданий очень часто используют следующие виды стекол: тонированное стекло, стекло, окрашенное с одной стороны специальными красками, которые адсорбируют солнечную энергию. Такое стекло может нагреваться до температуры более 1000С. Это особенно важно при использовании тонированных или окрашенных стекол в остеклении простенков, заполнении перекрытий, при использовании панелей позади одиночного декоративного остекления, а также в стеклопакетах, в составе которых есть низко эмиссионные стекла. В указанных случаях незакаленное стекло может треснуть из-за так называемого температурного «шока».
При использовании тонированных отражающих стекол типа Stopsol supersilver и Stopsol Classik необходимо учитывать следующее: если стекло устанавливают отражающим покрытием внутрь стеклопакета (помещения), то это стекло необходимо закаливать или термически упрочнять. Иначе может произойти разрушение стекла вследствие того, что солнечное тепло, пройдя через стекло и обратно, адсорбируется в массе и нагреет его до высоких температур.
В декоративных целях можно закаливать окрашенные специальными красками стекла, а также стекла, подвергнутые пескоструйной обработке. В качестве красок используются особые запекаемые краски.
Закаленное стекло производят и обрабатывают на заводе, а на стройке в готовом виде только устанавливают.
В заключение следует отметить, что закаленное стекло в строительстве в настоящее время является наиболее безопасным материалом, отвечающим самым высоким международным стандартам.