Главная » Водные сооружения » Закаленное стекло. Возможности и сфера применения

Закаленное стекло. Возможности и сфера применения

Ограждающие конструкции со светопропускающей возможностью широко применяются в промышленном и гражданском строительстве. Рост этажности зданий и сооружений ужесточает требования к безопасности, свойствам и кондиционности элементов остекления. Это вызвано потенциальной опасностью для людей в случае падения больших фрагментов стёкол со значительной высоты.

В связи с этим постоянно внедряются новые типы стёкол, отличающиеся высокими показателями, как по прочности, так и по безопасной эксплуатации. Основным материалом, удовлетворяющим таким требованиям, является закалённое стекло . Его сопротивление динамическим нагрузкам в 5…6 раз превышает аналогичный показатель у обычного стекла. В нём заложена высокая термическая стойкость, а при разбивании – образуются маленькие куски, что представляет собой меньшую опасность. Согласно действующим стандартам, если разбить закалённое стекло молотком, весом 75 гр, то должно получиться как минимум 40 фрагментов 50х50 мм либо 160 с габаритами 100х100мм.

Процесс создания закаленного стекла

Получают закалённое стекло из всевозможных типов листового стекла (полированное, узорчатое и т.д.), путём специфической термообработки. Вследствие этого, материал приобретает сопротивление изгибающим нагрузкам до 250 МПа, что значительно выше, чем у простых оконных стёкол. Сопротивление удару так же на порядок повышается. Такое стекло, при толщине всего 4 мм, выдерживает удар мешка с дробью, весом 45 кг, при его падении с высоты 1,2 м. Обычное же стекло разрушается уже при броске груза с высоты 0,3 м. Автоматически, с возрастанием прочности закалённых стёкол, повышается их термическая устойчивость. Его нормальная эксплуатация может проходить при термических перепадах в 250ºС, что в 6 раз выше, чем у обычного стекла.

Характеристики

Закалённое стекло подразделяется на четыре класса : СМ1…СМ4. С повышением класса растёт прочность стекла. Так, закалённое стекло СМ4, с мощностью полотна 8 мм эффективно противостоит падению металлического шарика весом 227 гр с 3-х метров. Непосредственно для России требования к этому стеклу регулирует ГОСТ 30698-2000. Немаловажным является тот факт, что с приобретением стеклом высоких характеристик, практически не снижаются его оптические параметры. Так, показатель светопропускания остаётся в пределах 84%.

Производственный цикл достаточно прост и включает в себя разогрев стекла до стадии размягчения в закалочных агрегатах, с последующим резким охлаждением, струями холодного воздуха. Такая технология позволяет предельно быстро затвердеть поверхности стекла, в то время как внутренний объём охлаждается медленнее, с образованием остаточных напряжений. Такой симбиоз и сообщает материалу отличные показатели по механической прочности и термической устойчивости.

Особенности обработки

Конечно, и закалённое стекло не лишено недостатков, что связано именно с его большой механической устойчивостью. Все проблемы лежат в области механического воздействия на стекло (его нельзя подвергать ни резке, ни сверлению). В связи с этим, все необходимые манипуляции производятся до закалки . Работа с закалённым стеклом требует особой осторожности и внимания, т.к. его слабым местом являются области кромок. При установке их нужно оберегать от повреждений и царапания . До начала закалки, на заготовку можно нанести изображения или узоры (шелкографию).

Сфера применения закалённого стекла достаточно широка:

установка в алюминиевых дверях и пластиковых окнах;
заполнение витрин, фасадов светоаэрационных фонарей;
изготовление перегородок и мебели;
строительство зимних садов.

Необходимость применения закаленного стекла

Исключением являются лишь легкосбрасываемые конструкции, где по определению должно применяться стекло, способное к лёгкому разрушению. Обычно закалённым стеклом пользуются в таких условиях, где возможно возникновение внештатных ситуаций. Это не значит, что оно применяется только в промышленном строительстве, напротив – гражданское строительство предусматривает установку закалённого стекла, как самостоятельного элемента, так и в составе стеклопакетов. Частное строительство широко использует это стекло в конструкциях с большими габаритами проёмов (зимние сады, террасы) и в светопрозрачных элементах кровли . Таким образом, достигается высокая степень эксплуатационной безопасности, при сохранении требований к комфорту.

Стекло закаленного типа, сегодня пользуется большим спросом, несмотря на то, что его стоимость выше, чем у обычного.

В настоящий момент, закаленное стекло используется с целью внутренней или внешней отделки, а также производства различных изделий.

Благодаря этому, данный материал набирает все большую популярность.

Как изготавливается стекло каленного типа

Чтобы понять, какие этапы включает в себя производство каленного стекла, надо знать что физические параметры изделий будут зависеть от общего количества закаливаний. А проходит этот процесс при помощи двух основных этапов:

1) На первом этапе производится стекловое полотно. Специалисты смешивают нужные пропорции песка с кварцом и, в итоге получается стеклянная масса, которая, вследствие подвергается прокатке. Проходя прокатку, стекло приобретает листовую конфигурацию.

2) Проведение закалочных мероприятий проводится много раз, с целью изменения основных параметров стекла.

Проведение накалки может достигать очень высоких температур, а затем, изделия подвергаются обдуву холодным воздухом. Это обуславливает прочность и отсутствие риска механических повреждений.

Преимущества закаленного стекла

· По прочности такое стекло является очень надежным.

· На закаленное стекло не влияют резкие смены температурных условий.

Благодаря термостойкости, такое стекло можно использовать, как для остекления фасадов зданий, так и для производства душевых кабин.

· Даже, если стекло сможет разбиться, то оно является безопасным, в плане отсутствия ранений. Если стекло закаленного типа разбивается, оно разлетается на множество закругленных осколков, не отличающихся остротой.

Нюансы работы с закаленным стеклом

Разумеется, что у всех материалов существуют определенные недостатки, в большей или меньшей степени. В частности, на счет данного типа стекол, можно сказать, что их нельзя подвергать обработке после закаливания.

Так, если производитель хочет получить, например, узор или обрезку по размерам, то эти мероприятия проводятся до закалки.

Как отличить каленное стекло от обычного?

Поставщики, желающие схитрить, часто пользуются тем, что по внешности эти оба типа стекол схожи между собой, но все же, существуют определенные отличия:

Если провести легкое постукивание по поверхности, то звук будет отличаться (от каленного стекла исходит более глухой звук);

Наличие сетчатых контуров на стекле каленного типа, которые можно распознать при помощи поляризованных линз;

Закаленное стекло используют в тех случаях, когда необходимо не только не увеличивать обзор и обеспечить доступ света, но и защитить находящееся за стеклом объекты, в том числе и людей. Такое стекло получается благодаря использованию системы термической обработки, так называемому закаливанию на финальной стадии производства материала. При закалке такого стекла, его нагревают до 600-800 °C, а затем быстро охлаждают, в результате чего получается механически и термически прочный материал.

Закаленное стекло примерно в пять-семь раз прочнее обычного стекла аналогичной толщины. Данное стекло разбивается на небольшие осколки с тупыми концами, поэтому в ходе несчастного случая довольно сложно получить серьезные травмы.

Закаленное стекло в процессе обработки приобретает три основные характеристики:

Термостойкость;
Повышенную механическую прочность;
Высокую ударную вязкость.

Конкретные технические характеристики данного стекла приведены в таблице 1:

Применяют закаленное стекло для остекления различных объектов, требующих дополнительной защиты. Основными направлениями применения материала являются следующие объекты:

Стеклянные офисные перегородки;
Стеклянные ограждения;
Двери из стекла различных видов;
Душевые кабины и двери для саун.

Данный тип стекла имеет широкий спектр применения в интерьерах зданий, жилых домов, офисах, торговых залах и банках. Особенно широко закаленное стекло применяется для ограждения смотровых площадок, лестниц, балконов, защищая человека от падения и увеличивая обзор. Для защиты от кражи экспонатов в музее также используют закаленное стекло.

Этот вид стекла используется для изготовления раздвижных дверей, входных дверей в различных зданиях и помещениях. Кроме этого, такое стекло применяется в производстве дверей и перегородок для саун и душевых кабин и внутренних перегородок. Двери из закаленного стекла придают зданиям современный внешний вид, и они очень удобны и просты в использовании.

Готовое закаленное стекло нельзя подвергать дальнейшей обработке, разрезать или сверлить, а также подвергать химической обработке, так как это может привести к преждевременному разрушению материала. Такое стекло должно быть изготовлено изначально нужного размера с необходимыми отверстиями. При необходимости на таком стекле может выполняться и рисунок.

Такое стекло должно выдерживать падение мягкого тела массой примерно 45 кг. Обычно закаленное стекло подразделяется на классы защиты, которые зависят от высоты падения тела. Классы защиты приведены в таблице 2:

В зависимости от назначения объекта подбирают и закаленное стекло. Так на смотровых площадках устанавливают самое прочное стекло, высокого класса защиты. Для дверей или внутренних перегородок можно подбирать стекло класса защиты CM 1 и CM 2. Каждый лист стекла подвергают специальным испытаниям и тестируют по установленным стандартам. При этом лист стекла зажимают в горизонтальном или вертикальном положении и проводят специальные тесты.

В период эксплуатации закаленное стекло не допускается протирать тканью с абразивными химическими элементами. Температурный диапазон допустимых значений эксплуатации стекла достаточно широк – от минус 150 до плюс 300 °C. При необходимости использования стекла в других температурных диапазонах следует проводить дополнительные испытания стекла. Очень часто закаленное стекло используют в составе пуленепробиваемых, огнестойких и устойчивых к взрыву конструкциях.

Закаленное стекло пользуется огромным спросом для изготовления цельностеклянных конструкций и широко вошло в интерьеры современных зданий и квартир. При этом высокое качество и отличные характеристики закаленного стекла обусловлены строгим соблюдением технологии производства материала.

В оформлении интерьера помещений и фасадов зданий стекло нашло самое широкое применение. Без него невозможно представить ни одну оконную конструкцию, а изготовление прозрачной мебели давно стало перспективным видом бизнеса. Однако наряду с положительными качествами есть недостатки: при разбитии образуются осколки с острыми краями, которые могут стать причиной несчастного случая. Для предотвращения подобных ситуаций используют каленое стекло (сталинит), которое при повреждении распадается на множество мелких частиц.

Производство

Процесс изготовления практически полностью идентичен стандартной технологии. Путем смеси песка и кварца до вязкого состояния образуется прозрачная масса, которой методом прокатки придают форму листов.

После этого для изменения физических свойств продукции необходима процедура многократного закаливания. Профессиональное изготовление каленого стекла делается путем нагрева поверхности до 700 °С, а затем обдувается потоками холодного воздуха, для того чтобы быстрее остыло. В результате такого воздействия на поверхности стекла возникает напряжение сжатия, которое является причиной повышения стойкости к механическим воздействиям. Однако при повышении нагрузки происходит быстрое разрушение всей поверхности изделия - оно рассыпается на множество мелких осколков с неострыми краями.

Перед установкой стекла следует внимательно ознакомиться с его физическими параметрами.

Свойства

При соблюдении технологии изготовления приобретает уникальные эксплуатационные характеристики. Они выражаются в повышенной безопасности применения и практически полном исключении - порезов и травм.

Кроме того, стоит отметить повышение прочности по сравнению с обычным стеклом. Максимальная нагрузка на поверхность может составлять порядка 300 кг на 1 м². Существенные перепады температур также не сказываются на изменении свойств изделия. Но каленое стекло обладает некоторыми недостатками:

После изготовления обработка поверхности практически невозможна. Резка каленого стекла может осуществляться только с помощью специального оборудования - алмазного диска с постоянным водяным охлаждением.
Высокая стоимость по сравнению со стандартными изделиями.
Увеличение удельного веса.

Уникальные свойства каленого стекла дают возможность применения его во многих сферах жизнедеятельности.

Обработка и порезка

Изменение структуры каленого стекла напрямую влияет на процедуры его обработки. Это относится к изменению конфигурации изделия, сверлению отверстий и т. д. Для придания стеклу нужной формы лучше всего выполнить все работы до процедуры закалки.

Но это не всегда удается - в некоторых случаях необходимо урезать уже готовое изделие. При наличии специального обрабатывающего станка процедура изменения конфигурации не будет сложна. Достаточно задать определенную программу порезки. вручную очень проблематично. Но в некоторых случаях это удается. Стоит сразу отметить, что с помощью обычного стеклореза обрабатываются изделия с максимальной толщиной 5 мм. Для частичного снятия натяжения поверхность каленого стекла протирается растворителем "Уайт-спирит". Затем одним движением необходимо сделать надрез, по которому произойдет излом. Усилия для отделения прилагаются небольшие, и ни в коем случае нельзя постукивать по стеклу.

Остекление

Благодаря уникальным свойствам каленое стекло можно применять во многих сферах: начиная с установки в оконные конструкции и заканчивая изготовлением элитной мебели. Его прочность и безопасность стали основополагающими факторами такой популярности.

Но основным предназначением каленого стекла все равно остается изготовление прозрачных конструкций для фасадов зданий. Для создания панорамного вида используют большие размеры конструкций. Так как самым слабым местом каленого стекла является его торец, то следует соблюдать меры предосторожности до момента установки его в раму окна. В дальнейшем конструкция успешно выдерживает большие ветровые нагрузки и механическое воздействие.

Отличия

По внешнему виду отличить каленое изделие от обычного практически невозможно. Результат выявляется только при разбитии, или же когда возникает вопрос, как резать каленое стекло? Это необходимо для подбора оптимальной технологии изменения конфигурации. Если обычное стекло попытаться порезать на станке с алмазным диском, то в результате может произойти его повреждение, разбитие.

Существует несколько способов выявить разницу:

Специальный прибор для определения марки стекла. Применяется на производствах.
Различный звук при несильном постукивании. Каленая поверхность резонирует волны в низкой тональности. Звук получается глухой.
Если смотреть через поляризованные линзы, то на поверхности каленого стекла можно увидеть небольшие контуры сетки.

Но самым оптимальным способом остается применение точечного прибора. Его стоимость относительно высока, но она быстро покроет возможный ущерб на производстве, возникший в результате обработки не того изделия.

Чтобы увеличить прочность стекол и их степень безопасности их подвергают специальным видам термической обработки. Различают два типа термически обработанных стекол:

закаленные стекла и
термически упрочненные стекла.

Стандарты и термины

Для закаленных стекол европейский стандарт EN 12150 применяет термин «thermally toughened glass», а американский стандарт ASTM C1048 - «full tempered glass». Разработанный на основе EN 12150 российский стандарт ГОСТ Р 54162-2010 применяет в английской версии названия сокращенное американское название: «tempered glass». Действует также межгосударственный стандарт на закаленные стекла ГОСТ 30698-2014, который также разработан на основе EN 12150, и, по существу, дублирует ГОСТ Р 54162-2010.

Термически упрочненные стекла европейский стандарт EN 1863 называет «heat strengthened glass», а американский стандарт ASTM C1048 - «heat-strengthened glass» (через дефис). Российский стандарт на термически упрочненные стекла ГОСТ 33087-2014 разработан на основе EN 1863.

Закаленные стекла

Закаленные стекла имеют более высокую прочность и сопротивление термическим нагрузкам, чем термически упрочненные стекла. Их стойкость к ударным нагрузкам в 4-5 раз выше, чем у обычных стекол без термической обработки. В случае разрушения закаленные стекла разрушаются с освобождением большого количества энергии в виде мелких округлых кусочков (рисунок 1). Такой характер разрушения снижает риск тех, кто находится в это время рядом. Поэтому эти стекла считаются безопасными.

Рисунок 1 - Характер разрушения закаленных стекол

Термически упрочненные стекла

Термически упрочненные стекла также обеспечивают более высокое сопротивление термическим и механическим нагрузкам по сравнению с обычными стеклами. Эти стекла приблизительно в два раза прочнее по сравнению с термически необработанными стеклами. В случае разрушения термически упрочненные стекла разбиваются на большие куски, так как при этом выделяется намного меньше механической энергии (рисунок 2). Это связано с тем, что в ходе термической обработки эти стекла подвергаются меньшим напряжениям по сравнению с закаленными стеклами. Когда термически упрочненное стекло разбивается, оно, как правило, остается на своем месте в раме окна или в герметике по периметру фасадного проема. Термически упрочненные стекла сами по себе не являются безопасными, но широко применяются в безопасных многослойных стеклах.

Рисунок 2 - Характер разрушения термически упрочненных стекол

Термическая обработка стекол в закалочной печи

Термическая обработка стекол происходит следующим образом:

Резка стекол на заданные размеры на специальных компьютизированных столах.
Обработка кромок, мойка и сушка стекол. Обработка кромок заключается, например, в их притуплении или шлифовке. Это снижает риск разрушения стекол в закалочной печи. На этом этапе еще возможно выполнять различные отверстия, вырезы и выемки. Затем стекла моют, чтобы удалить все посторонние загрязнения, которые могут еще оставаться на них.
Повышение температуры стекла в закалочной печи до около 600 ºС и выдержке при этой температуре определенное время в зависимости от толщины стекла, его отражательных свойств и других характеристик.
Быстрое охлаждение стекла. На этом этапе стекло быстро охлаждается с помощью нескольких воздушных форсунок, которые расположены сверху и снизу стекла. В результате этого процесса в стекле создаются сжимающие остаточные напряжения вблизи его поверхности и растягивающие остаточные напряжения в центральных слоях стекла. На этом этапе в зависимости от скорости охлаждения стекла оно становится или закаленным, или термически упрочненным стеклом.
Стекла подвергают приемке, чтобы убедиться, что они соответствуют требованиям, которые установлены в соответствующих стандартах.

Термическая обработка стекол и искривление изображений

Обычно стекло, установленное в строительной конструкции, подвергается различного рода нагрузкам, которые могут вызывать искажения объекта, которые мы видим сквозь стекло или отображения этого объекта с стекле. Эти искажения определяются как изменение формы, ориентации или расположения исходного объекта. Факторы, которые могут вызывать эти искажения, включают следующие:

разность высоты над уровнем моря места изготовления стеклопакетов и места их установки;
изменения атмосферного давления;
изменение температуры наружного воздуха;
давление рамы на кромку стекла или стеклопакета.

Ниже будет рассмотрено влияние термической обработки стекол на искривление оптических объектов.

О влиянии изменения погодных условий - температуры воздуха и атмосферного давления - на оптические искажения стекол стеклопакетов

Следы от роликов печи

В печи для закалки стекол стекло размягчается до около 600 ºС. Во время обработки в печи, стекло находится в постоянном циклическом возратно-поступательном движении на керамических роликах. В результате, при проходе через печь стекло в той или иной мере принимает форму этих роликов, что и вызывает заметные волнистые искривления стекла на большинстве изделий из термически обработанного стекла, в том числе, на стеклопакетах (рисунок 3).

Рисунок 3 - Оптические искривления от следов роликов закалочной печи
на закаленных стеклах стеклопакетов

Локальное отклонение от прямолинейности закаленного стекла без покрытия на длине 300 мм не должно превышать (рисунок 4):

для стекол с номинальной толщиной от 3 до 5 мм: 0,5 мм;
для стекол с номинальной толщиной от 6 до 25 мм: 0,4 мм.

Производители стекол способны снижать эти локальные отклонения от воздействия роликов закалочной печи до 0,13 мм .

Требования по локальному отклонению от прямолинейности термически упрочненного стекла без покрытия на длине 300 мм более жесткие, чем для закаленных стекол: оно не должно превышать 0,3 мм;

Рисунок 4 - Общий и локальный прогибы стекла:
1 - общий прогиб листа стекла;
2 - ширина, высота или диагональ листа стекла;
3 - локальный прогиб (след ролика);

4 - длина 300 мм

Общий прогиб стекла

Термически обработанные стекла обычно имеют различного рода отклонения от плоскостности. В зависимости от размера, толщины и типа стекла, оно может иметь прогиб вдоль длины и ширины, а также иметь коробление в центре.

Общее отклонение от плоскостности закаленного стекла без покрытия не должно превышать (см. рисунок 4):

для стекол с номинальной толщиной от 3 до 5 мм: 3 мм на 1 метр;
для стекол с номинальной толщиной от 6 до 25 мм: 2 мм на 1 метр.

Требование по общему отклонению от плоскостности термически упрочненного стекла без покрытия независимо от толщины также составляет 3 мм на 1 метр.

Термически упрочненные стекла в многослойных стеклах

Многослойные стекла иногда называют ламинированными, а также триплексами. Их изготавливают из двух или более стекол с размещением между ними специальной пленки. Всю эту «конструкцию» склеивают вместе при повышенных температуре и давлении в специальном автоклаве.

Многослойные стекла являются безопасными, так как при их разрушении фрагменты стекла остаются приклеенными к пленке, что снижает риск повреждения для людей.

Многослойные стекла могут изготавливаться как из обычных отожженных стекол, так и из термически упрочненных стекол. Применение в многослойных стеклах термически упрочненных стекол имеет следующие преимущества:

Термически упрочненные стекла в два раза прочнее отожженных стекол той же толщины. Эта повышенная прочность дает возможность большим стеклам выполнять требования по ветровой нагрузке без необходимости применения более толстых отожженных стекол.
Термически упрочненные стекла снижают вероятность разрушения стекол под воздействием термических и механических нагрузок.

Термически упрочненные стекла привносят в многослойные стекла характерные для них оптические искажения, такие как следы от роликов закалочной печи. Однако эти искажения имеют намного менее заметный характер, чем для закаленных стекол. Особенность конструкции многослойных стекол может давать новый тип оптических искажений: эффект линзы в местах утолщения пленки или непараллельности двух стекол.

Полезная информация о применении термически обработанных стекол

Оптические искажения более заметны на термически обработанных стеклах с повышенной отражательной способностью.
Применение более толстых стекол и применения для всего проекта стекол одной толщины поможет снизить степень оптических искажений термически обработанных стекол. Оптические искажения на более толстых стеклах обычно менее заметны.
В документации на светопрозрачные конструкции с применением термически обработанных стекол целесообразно указывать, что все стекла должны быть изготовлены одним и тем же производителем и на одном и том же оборудовании.
Чтобы минимизировать локальные отклонения стекол от плоскостности (следы роликов) на закаленных или термически упрочненных стеклах необходимо указывать в заказе на такие стекла направление их движения через закалочную печь: снизу вверх, а не слева направо (рисунок 5). Это сделает волны от роликов закалочной печи менее заметными для глаз людей, которые двигаются мимо этих стекол.

Рисунок 5 - Рекомендуемая ориентация стекол в закалочной печи