Главная >> Свойства стекла

Свойства стекол

Под твердостью понимается сопротивление материала местной пластической деформации, возникающей при внедрении в него более твердого тела. Твердость стекла, определяемая методом царапания, составляет по шкале Мооса 5—7; микротвердость (твердость при вдавливании) в зависимости от состава стекла находится в пределах 400—1000 кгс/мм2.
Оконное стекло имеет коэффициент теплопроводности 0,6 — 0,7, многослойное безопасное стекло — 0,5 и пеностекло, являющееся теплоизоляционным материалом, — 0,05—0,04 ккал/(м-ч-° С). Температурный коэффициент линейного расширения стекла составляет от 80 до 90-10~7 (1/°С); удельная теплоемкость с примерно 0,2 ккал/(кг-° С).
Вследствие значительной плотности стекло по сравнению с другими строительными материалами является хорошим звукопроводником..
Силикатное стекло обладает удельным электрическим сопротивлением при нормальной температуре от 10 в 10 степени  до 10 в 11 степени  Ом-см.
Относительная электрическая проницаемость стекла составляет 7—8, при частоте 50 Гц тангенс угла диэлектрических потерь tg а = 0,008—0,026. а пробивная напряженность 450 кВ/см.

Чувствительность стекла к воздействию химических веществ

Чувствительность стекла к воздействию химических веществ обусловливается его химическим составом. Шихта для оконного стекла состоит из следующих  сырьевых  материалов,  %   по  массе:
Песок...................   58,6
Сода...................   17,5
Известняк или мел...............   10,4
Доломит      ..................   Ю
Сульфат натрия.................3,5
100
Листовое стекло имеет следующий  химический   состав,   %   по  массе:
Кремнезем Si02..............        71 — 73
Глинозем А120з..............       0,5—1
Окись железа Fe203............       0,1
Окись кальция СаО.............          8—10,5
Окись магния MgO.............           1 — 4
Окись натрия Na26.............         13—15
Окись калия КгО.............          0—1
Серный ангидрид БОз............       0,3 — 0,7

Водоустойчивость стекла

Водоустойчивость стекла определяют по DIN 12111. Строительное стекло обладает высокой устойчивостью к воздействию воды.  Строительное стекло относится к классам I — IV; гидролитический класс определяют на основании результатов испытания стекла методом кипячения порошка из стекла в течение 3 ч в воде,
По сравнению с водоустойчивым и химически устойчивым стеклом потеря щелочей у строительного стекла относительно высока. Длительное воздействие воды, испаряющейся с поверхности горизонтально расположенного стекла, способствует образованию щелочных растворов, которые вызывают коррозию поверхности и потускнение стекла; сначала разлагается слой стекла
толщиной 1—2 мкм, а затем вследствие изменения коэффициента отражения поверхность стекла становится радужной.
При длительном воздействии воды наступает полное выветривание, и от стекла отделяются волокнистые кристаллы. Процесс протекает более интенсивно при высокой температуре.
Деление стекла на гидролитические классы проводится в соответствии с потерями щелочей (мг • экв/г). К гидролитическим классам II, III, IV относятся стекла, потери щелочей у которых составляют соответственно 1—2; 2—8,5  и  8,5—20.

Воздействие щелочей на стекло

Техническое стекло нечувствительно к кислоте, солям и их растворам. Оно повреждается при выщелачивании только в том случае, если воздействие щелочи длительно, что возможно при наличии некоторых промышленных отходящих газов (например, аммиака). Соединения фтора вызывают разрушение листового стекла и поэтому используются в виде плавиковой кислоты для его   травления.
Поверхность стекла может повреждаться во время сварочных работ. Раскаленные капли шлака от оболочки электродов, благодаря содержанию в них жидкого стекла в качестве связующего и окиси железа в качестве флюса, по химическому составу близки стеклу. Если искры при сварочных работах попадают на стекло, то шлаковый остаток соединяется непосредственно со стеклом и образует темно-коричневые пятна. При попадании на стекло значительных капель возможно образование осколков и небольших каверн. Поэтому строительное стекло при сварочных работах необходимо хорошо закрывать.

Стекло и органические вещества

Стекло невосприимчиво к органическим веществам. Однако особое место занимает силикон.
Кремнекислородные группы, содержащиеся в молекулярной структуре силикона, сходны с соединениями в силикатном стекле. Вследствие этого при нанесении силиконов на поверхность стекла образуется плотный слой,который при высоких температурах проникает в стекло. При этом стекло приобретает повышенную чувствительность к царапанию, но, с другой стороны
прочность его несколько возрастает. Это явление, известное под названием гидрофобизации,
знакомо на примере ветрового стекла автомашин; На обработанном силиконом ветровом стекле образуется большое количество крохотных капель воды, каждая из которых действует как фокусирующая линза. Причиной этого является силиконизация стекла, исключающая нормальную смачиваемость поверхности. Силиконы могут встречаться в покрытиях фасадов зданий. Поэтому решение данной проблемы представляет интерес и для специалистов, применяющих   оконное   стекло.
Удаление силикона со стекла осложняется тем, что приходится использовать химикалии, разрушающие кремнийкислородные связи. Так как применять плавиковую кислоту нельзя из-за ее протравливающего действия, используют щелочные фосфаты или средства для мойки стекол с незначительным содержанием аммиака. Остающийся по краям стекла силикон из-за низкого поверхностного натяжения опять быстро распределяется по всей поверхности стекла.

Оптические свойства стекла

Ценность оконного стекла заключается в его светоактивности.
Коэффициент светопропускания тс различных видов строительного стекла:
Вид стекла                                                              %с
Оконное...............      0,90 — 0,92
Полированное..............      0,90—0,92
Оранжерейное..............      0,88-—0,90
Сырое   (необработанное)   прокатное......       0,87 — 0,92
Многослойное   безопасное...........      0,85 — 0,90
Прокатное и узорчатое............      0,84 — 0,88
Профильное...............      0,86
Стеклоблоки...............      0,82
Стеклянные  прессованные  плитки.........      0,82 — 0,85
Коэффициент светопропускания зависит также от угла падения световых лучей.
Уменьшение светопропускания из-за поглощения стеклом световых лучей можно не учитывать, так как оно составляет всего около 2%. Основная причина уменьшения светопропускания — отражение лучей; коэффициент отражения световых лучей для каждой поверхности стекла составляет 0,03— 0,04, для оконного стекла — 0,07—0,08 и для стеклопакетов и двойного остекления принимается равным 0,15. Светопропускание может значительно снизиться при изменении угла падения световых лучей. В DIN 5034 (л. 2) учитывается это уменьшение светоотдачи  внутрь помещения
Оконное стекло характеризуется незначительным пропусканием ультрафиолетовых лучей; с уменьшением длины волны оно постепенно снижается. В этом отношении преимущество имеет органическое стекло.
В инфракрасной области спектра оконное стекло обладает высоким пропусканием; резкое снижение его в диапазоне волн более 2800 ммк создает внутри  помещений так называемый «тепличный эффект».
Коэффициент преломления световых лучей у оконного стекла равен примерно 1,52.

Прочность стекла

У стекла отсутствуют пластические деформации. Механическую прочность кварцевого стекла можно рассчитать по структурной сетке, при этом получают теоретическую прочность от 1000 до 3000 кгс/мм2. Обычные оконные стекла содержат химические компоненты, искажающие кристаллическую решетку, поэтому теоретическая прочность оконного стекла составляет от 650 до 800 кгс/мм2. Однако фактическая прочность оконного стекла колеблется от 3 до 8 кгс/мм2.
Дерево..............               100 000
Сталь...............                 2 100 000
Стекло.............                  750 000
Алюминий.............                   700 000
Жесткий   поливинилхлорид.........    от   15 000 до 30 000
Причину такой большой разницы между теоретическим и фактическим значениями предела прочности стекла при растяжении следует искать в том, что стекло имеет многочисленные дефекты в виде микро- и макротрещин. Справедливость этого предположения подтверждается тем, что при переходе от стеклянного образца в виде штабика к стеклянным волокнам прочность
стекла на растяжение сразу приближается к предельному теоретическому значению. При этом чем меньше сечение волокон, тем выше их предел прочности при  растяжении.
Следовательно, существует значительная разница между несущей способностью оконного стекла и стеклянного волокна: несущая способность оконного стекла практически зависит не от структурной сетки, а от других факторов.

Микро- и макропрочность стекла

Различают микро- и макропрочность стекла; микропрочность представляет собой теоретический предел прочности стекла при растяжении, а макропрочность является определяющей для практического расчета прочности оконного стекла. Таким образом, при оценке несущей способности стекла нельзя в качестве образца для испытаний стекла на  изгиб  использовать стеклянные  нити.
Между пределом прочности образца на растяжение и пределом прочности на растяжение при изгибе существует заметная разница. Предел прочности на растяжение при изгибе, как правило, значительно больше, так как у растягиваемого образца любое поперечное сечение по всей длине испытывает одинаковые напряжения, а у изгибаемого наибольшие напряжения испытывают только крайние волокна в средней части образца, несущей максимальную нагрузку.
Более вероятно предположить, что элемент, испытывающий наибольшую нагрузку только па определенном участке, обладает большей несущей способностью, чем тот, который испытывает аналогичную нагрузку по всей длине и во всех своих поперечных сечениях. Предел прочности на растяжение при изгибе характеризует несущую способность листового оконного стекла.
На несущую способность строительных деталей из стекла влияют и другие факторы. Одним из них является длительность воздействия нагрузки на стекло.

Физико-механические свойства стекла

Оконное стекло характеризуется следующими показателями физико-механических свойств:
Предел прочности, кгс/см2:
при сжатии............              8800 — 9300
при растяжении...........                300 — 900
при  изгибе............                300 — 900
Ударная прочность стекла, кгс-м, толщиной:
4 мм..............                    0,12
6 мм..............                    0,41
Модуль  упругости,   кгс/см2.........        700 000 — 750 000
Модуль сдвига,  кгс/см2..........        200 000 — 300 000
Коэффициент Пуассона..........                  0,25
Термостойкость оконного стекла, °С.......                 60—100
Предел прочности при изгибе закаленного стекла составляет около 2000   кгс/см2.

Разрушение стекла

Перегрузка стекла ведет к его разрушению. Стекло — хрупкий материал и потому исключительно легко трескается. Это знает каждый стекольщик; когда он стеклорезом надрезает стекло, то сознательно создает в нужном месте предпосылку для излома. Неоднородность стекла, дополненная большим количеством мелких поверхностных трещин и микротрещин, и является основной причиной относительно низкой несущей способности стекла.
Разрушение стекла начинается с микротрещин и поверхностных трещин, поскольку при изгибе листа стекла на краю каждой трещины возникают очень высокие напряжения. Если бы удалось освободить поверхность стекла от микротрещин путем травления, то его прочность была бы выше. Однако практически это недостижимо. Даже шлифовка и полировка кромок не могут полностью устранить микротрещины, и поэтому
высокие напряжения изгиба на кромке стекла всегда связаны с повышенной опасностью его разрушения.

Плотность и ассортимент листового стекла

Плотность листового стекла составляет 2,5 г/см2, армированного — 2,59 г/см2, в DIN 1055 указывается расчетная плотность 2,6 кг/м2. До последнего времени были приняты наименования и толщина стекол;  теперь они заменены другими данными.
Оранжерейное стекло изготовляют следующих размеров (DIN 11525): одинарной толщины — 30 X 30 см; средней или двойной толщины — 48 X 60,. 48 X 120,  73 X 143,   46 X 144,  60 X 200 и  73 X 160 см.
Оформляя заказ на оконное стекло, сначала указывают горизонтальный размер по ширине, а затем вертикальный размер по высоте. Это делается с той целью, чтобы полосность, образующаяся при вытягивании стекла, была расположена в горизонтальном направлении и меньше отражалась на сквозной видимости   его.

Оконное стекло как элемент ограждающей конструкции подвержено воздействию эксплуатационных нагрузок. Поэтому с целью соблюдения требований строительных норм и правил к ограждающим конструкциям очень важно с достаточной степенью надежности рассчитать его параметры, учитывая при этом воздействие всех возможных эксплуатационных нагрузок. Указания по этому вопросу изложены в DIN 18361 («Работы по остеклению», ч. С, 1973); DIN 18056 («Оконные проемы; расчет и исполнение», 1966), а также в инструкциях фирм-изготовителей изделий из стекла. В DIN 18056  содержится указание об обязательном определении толщины оконного стекла. Однако ни один из стандартов не включает всех параметров и инструктивных материалов, требуемых для расчета стекла. Таким образом, определение размеров стекла в зависимости от нагрузки с необходимой степенью надежности — задача, достаточно сложная как для проектировщика, архитекторa, конструктора, так и для строителя.