тел.: +38 (044) 50-292-50
Статьи
 
 
Архитектурное стекло — из прошлого в будущее К.т.н. М.А.Айзен 02.06 16:43
Стекло — это один из старейших строительных и художественных материалов, незаметно, но постоянно сопровождавших человечество на всем пути его развития. Стекло известно уже более пяти тысячелетий. Наиболее древними предметами, сделанными целиком из стекла, были бусы. При раскопках в Уре (Месопотамия) найдены бусы, относящиеся к 2450 г. до н.э. В древнейшем письменном источнике, так называемом «Средневавилонском тексте», относящемся к XVII в. до н.э., имеется упоминание о рецептах стекла и глазурей. Древнее стекло было непрозрачно и по своим формовочным свойствам во многом напоминало влажную глину, его можно было лепить, раскатывать и штамповать в состоянии горячей и размягченной массы при помощи простейших инструментов. Первые стеклянные сосуды были изготовлены в Древнем Египте в период XVIII династии фараонов (XV в. до н.э.). Во время археологических раскопок в Телль-Эль-Амарне, производившихся в Египте в 1891—1892 гг., была обнаружена древнеегипетская стеклоделательная мастерская времени одного из фараонов ХVIII династии — Аменхотепа IV. В мастерской были найдены остатки стеклоплавильных тиглей, по которым можно судить, что египтяне делали стеклянные сосуды разных форм и размеров. Археологические раскопки подтверждают, что и на Руси секреты стекольного производства знали более тысячи лет назад. Известна стеклянная утварь древнерусских мастеров из Киева, Новгорода, Рязани, Полоцка, Смоленска, Костромы и других городов. Постепенно, в условиях возрастающих требований к технологиям, стекло приобретает все большую значимость. Для строительства стекло впервые начало использоваться в начале нашей эры. В первом столетии римлянами изготавливались маленькие стекла размером 40х40 см, которые применялись для остекления зданий.Это был один из методов литья, при котором расплав стекла наливался на песчаную подложку и обрабатывался вальцами. Стекло имело светло-зеленый оттенок и содержало множество пузырьков. С падением Римской Империи искусство производства оконных стекол было в основном утеряно, и возродилось только в Средние Века. В этот период плоское стекло начинают изготавливать методом дутья. Стекло являлось очень дорогим материалом, поэтому использовалось только для остекления церквей и дворцов. Из чего состоит стекло? Как это не парадоксально, стекло представляет из себя находящуюся в застывшем состоянии жидкость. Главная составляющая часть стекла, входящая в него в наибольшем количестве (60—75% объема) и определяющая все его типичные свойства — это кремнезем SiO2 (песок, кварц, мелкозернистый песчаник). Кремнезем вводится в состав стекла в виде, например, кварцевого песка.В стекловарении используются только самые чистые разновидности кварцевого песка, в которых общее количество загрязнений (примеси глины, извести, слюды) не превышает 2—3%. Особенно нежелательно присутствие железа, которое, встречаясь в песках даже в небольших количествах, окрашивает стекло в неприятный зеленоватый цвет. Об этом знали еще в древние времена. Римский ученый Плиний (I в. до н.э.) в «Естественной истории» писал о том, что издавна для стекловарения брали песок из реки Белус (Финикия): в золе морских водорослей и прибрежных растений содержалась сода (углекислый натрий), а раковины представляли собой известняк (углекислый кальций). Таким образом, песок реки Белус после отлива моря содержал необходимые компоненты для стекловарения. Стекло можно сварить из одного песка, не добавляя к нему никаких других веществ, но для этого нужна очень высокая температура (выше 1700оС). Обычные современные печи, выложенные из огнеупорного глиняного кирпича, в которых используется твердое, жидкое или газообразное топливо, для этого не годятся: приходится прибегать к электропечам, эксплуатация которых обходится дорого. Кроме того, расплавленный кварцевый песок представляет собой такую густую, вязкую массу, что из нее очень трудно удалять воздушные пузырьки и придавать изделиям нужную форму. Изготовленное таким образом стекло называют кварцевым стеклом. Главное достоинство такого стекла — способность выдерживать любые температурные скачки. Из него делают тигли, чашки, стаканы, трубки для лабораторной техники. Структура кварцевого стекла представлена на (рис. 1). Если добавить к песку соду (Na2CO3), то нам удастся сварить стекло при температуре 1400—1500 С. Расплав при этом получится менее вязкий, будет успешно освобождаться от воздушных пузырьков и позволит с удобством формовать из него изделия вполне удовлетворительного качества. Однако такое стекло быстро разрушается на воздухе под действием атмосферной влаги. В современных производствах его используют в мыловаренной и химической промышленности, в лакокрасочном деле, в текстильном и бумажном производстве, в дорожном строительстве, при проведении подземных выработок, при изготовлении крупных строительных блоков, для пропитки рыхлых грунтов с целью их уплотнения. Если добавить в смесь песка и соды третий компонент — известь (CaCO3), то мы получим трехкомпонентную смесь, или как говорят стекольщики, «шихту», из которой мы сварим стекло, вполне нас удовлетворяющее по всем своим свойствам. В процессе стекловарения под влиянием высокой температуры от соды в шихте останется окись натрия, а от известняка (или мела) — окись кальция. Эти два окисла, соединившись с кремнеземом песка, образуют стекло, которое еще называют силикатным. Именно наличие этих двух окислов разрывает силикатную цепь и ведет к снижению вязкости и температуры плавления (рис. 2). Реакция получения силикатного песка показана на рис. 3. Сегодня 9/10 всего выплавляемого на земном шаре стекла — натриево-кальциевое силикатное стекло. Однако основу для стекла могут формировать другие материалы, такие как окислы фосфора, мышьяка, германия или бора. Кроме того, в зависимости от назначения, к стеклу могут добавляться другие компоненты, о чем будет сказано ниже. История изготовления архитектурного стекла Процесс производства плоского листового оконного и витринного стекла (как сейчас говорят — архитектурного стекла) претерпевал значительные изменения. Практически только в начале 20 века был найден первый способ получения листового стекла значительных размеров со сравнительно правильной геометрией. Этот метод был изобретен в 1901 году Эмилем Гоббом. Возникавших при изготовлении стекла деформаций удавалось избежать путем одновременного выдавливания и вытягивания стекла вверх из расположенной снизу расплавленной стеклянной массы. В заводских условиях этот метод впервые был применен в 1914 году и получил название метода Фуко по имени владельца первой фабрики по производству листового стекла таким способом (рис. 4). Стекло продавливалось через длинную щель в специальном брусе из огнеупорного камня (лодочка), который находился на поверхности расплавленной стеклянной массы. Затем стекло вытягивалось вверх с помощью подъемных валиков, между которыми прокатывалось уже застывшее стекло, прошедшее через расположенные ниже охлаждающие устройства (рис.5). В 1915 г был внедрен другой процесс получения листового стекла — методом вытягивания со свободной поверхности с помощью перегибного валика. В этом процессе стекло вытягивалось с помощью охлажденного стального валика, выполнявшего как функцию вытягивания стекла со свободной поверхности, так и поворота стеклянной ленты в горизонтальную плоскость (рис.6). После поворота стеклянная лента постепенно охлаждалась. Такая модификация процесса производства стекла позволяла производить стекло разной толщины (от 0,4 до 20 мм) в зависимости от скорости вращения валиков. Стекло имело также меньшие температурные напряжения изза постепенного охлаждения. В 1959 году, после длительного периода исследований, Пилькингтон предложил процесс производства стекла так называемым флоат- способом (от английского «float» — плавать), который позволил получать стекло очень высокого качества (такое стекло также начали называть зеркальным полированным). Сегодня в мире флоат-способом производится 90% архитектурного листового стекла. Технология изготовления флоат-стекла В соответствии с этой технологией, расплавленная стеклянная масса при температуре примерно 1000 С выливается на поверхность расплавленного олова, по которой она растекается и плавает за счет разности в плотностях. Это обеспечивает совершенно гладкую поверхность как верхнему, так и нижнему слою стекла. По мере продвижения стекла вдоль ванны с оловом ее температура уменьшается с 1000 oС до 600 oС и стекло постепенно затвердевает. Толщина стекла определяется скоростью движения потока стекла по бассейну, и может варьироваться от 1 до 25 мм. Затем стеклянная лента попадает на движущиеся ролики и проходит через длинный охлаждающий туннель, где происходит дальнейшее снижение температуры, после чего стекло режется. Ширина стеклянной ленты около 3,5 м, включая края, где расположены зубчатые колеса, двигающие стекло. Хотя длина и не лимитируется, флоат-стекло покидает конвейер с размерами 3,2х6,0 м (это максимальный размер стекла для его транспортирования). Такая линия имеет около 400 м в длину (рис. 7). Основные этапы производства флоат-стекла приведены на примере ультра современного завода Euroglas в Германии. 1. Доставка материалов Материалы для производства стекла доставляются кораблями, по железной дороге и автомобильным транспортом в количестве 180 000 тонн в год, по 600 тонн в день. Доставленное сырье помещается на склады и проверяется в лаборатории на чистоту и ка чество. 2. Смешивание Кварцевый песок, сода, доломит и другое сырье взвешиваются и смешиваются согласно точным пропорциям. После этого в шихту добавляется примерно 20% битого стекла для улучшения процесса плавления. 3. Плавление Огромная печь имеет размеры 60 метров в длину и 30 метров в ширину. Шихта загружается с передней стороны печи. С каждой из боковых сторон имеется 23 очага горения природного газа. Потоки пламени расположены горизонтально и плавят шихту при температуре 1550 С. Имеется три массивных рекуператора тепла, в которых холодный входящий воздух, который нужен для окисления, предварительно нагревается, что уменьшает потребление энергии примерно на 30%. 4.Очистка После плавления стекло должно выпустить пузырьки газа. Это происходит при охлаждении стекла до температуры примерно 1200 С, при этом стекло приобретает правильную вязкость (подобно меду) для процесса формовки. 5. Рециркуляция уходящих газов Образующиеся при изготовлении стекла газы имеют высокую температуру и давление. Поэтому их направляют через котел К на газовую турбину Т, которая связана с генераторами, вырабатывающими электроэнергию. Таким образом вырабатывается две третьих от потребностей завода в электроэнергии. После этого газы поступают в башню реакции R, где из продуктов горения удаляются окислы серы, затем они пропускаются через электрофильтр F и модуль удаления вредных веществ D, только после чего через трубу выбрасываются в атмосферу. 6. Формовка В ванне из расплавленного олова стекло формуется в непрерывную стеклянную ленту, движущуюся по поверхности олова. Толщина и ширина стеклянной ленты контролируются специальными роликами, которые скользят по верхней поверхности мягкого стекла. При свободном течении толщина стеклянной ленты около 6 мм. Для получения более тонкого стекла ролики вращают в сторону движения стеклянной массы, а для получения более толстого — в противоположную сторону. 7. Охлаждение В тоннеле охлаждения, который имеет длину около 100 м, стекло охлаждается с 600 до 60 С. Медленный и контролируемый процесс охлаждения гарантирует, что стекло испытывает минимальные и равномерные внутренние напряжении, что обеспечивает прочность и легкую порезку стекла. 8. Контроль качества Стеклянная лента на конвейере подвергается контролю качества. Лазерный луч проверяет непрерывность стекла, наличие трещин и других механических повреждений. Постоянно контролируется толщина стекла и наличие на нем дефектов (пузырьков, содовых пятен и др.). Найденные дефектные участки запоминаются, на участке резки отбраковываются и идут в стеклобой. Для проверки оптического качества и других характеристик с производственной линии постоянно отбираются образцы для лабораторного исследования. 9. Резка На этом этапе из непрерывной стеклянной ленты нарезаются куски разной длины. Закаленное металлическое колесо со скоростью, определяемой компьютером, режет стеклянную ленту по длине. Кроме того,стекло подрезается по ширине для удаления следов от роликов. Тут же отрезаются и отбракованные ранее участки, идущие в стеклобой. Стандартный размер получаемого стекла — 3,2 х 6,0 м. В отдельной машине для резки стекло нарезается до других заказанных клиентом размеров. 10. Товарный склад На складе обычно имеется огромный запас в 10000 тонн стекла всех стандартных размеров и толщин. 11. Отгрузка Конечная продукция отправляются клиентам с помощью специального автомобильного транспорта или по железной дороге. Функции архитектурного стекла Прежде всего, архитектурное стекло должно обеспечивать проникновение света в помещение и возможность обзора из него.Оно должно защищать от неблагоприятных факторов внешней среды, таких как ветер, осадки, мороз, обеспечивать звукоизоляцию, а также защищать от несанкционированных действий человека (вандализм, вторжение, огнестрельное оружие). При этом защитные функции стекла должны сохраняться в течение длительного времени. И, конечно, стекло, особенно в наше время, должно гармонировать с эстетикой создаваемого здания или сооружения. Для обеспечения этих функций разработаны различные типы стекол. 1. Энергосбережение Для условий Украины теплоизоляция в зимний период является наиболее важной функцией светопрозрачных ограждений. Как известно, потери тепла через окна складываются из теплопроводности, конвекции и теплового излучения. Для уменьшения потерь тепла от теплопроводности и конвекции в нашей стране обычно используют многослойное (двух- и трехслойное) остекление. До недавнего времени в строительной практике использовались традиционные системы остекления с применением двух- и трехсте-кольных конструкций с большими воздушными промежутками. Удачным изобретением нашего времени можно считать стеклопакет, который стал неотъемлемой составной частью современного окна. Стеклопакет состоит из двух или нескольких стекол,герметично соединенных по контуру и разделенных между собой прослойками из осушенного воздуха или инертного газа. Благодаря этому, стеклопакеты обладают высокими теплоизоляционными и звукоизоляционными свойствами. Из-за герметичности, в стеклопакеты не попадает влага и пыль, не ухудшается освещенность помещений. Толщина прослоек из газа или воздуха составляет 6—20 мм. Она фиксируется распорными рамками из алюминия, стали или других материалов, заполненных осушающим веществом. Благодаря своим качествам, стеклопакет стал неотъемлемой частью современного энергосберегающего окна.Однако дальнейшее увеличение теплозащитных свойств окон за счет увеличения количества стекол экономически не оправдано и абсурдно. Поскольку в процессе теплопередачи через окно значительная часть энергии передается излучением, для применения в стеклопакетах были разработаны так называемые энергосберегающие стекла. Придание энергосберегающих свойств стеклу связано с нанесением на его поверхность так называемых низкоэмиссионных оптичеких покрытий, а само стекло с таким покрытием получило название низкоэмиссионного (или Low-E) стекла. Эти покрытия обеспечивают прохождение в помещение коротковолнового солнечного излучения, но препятствуют выходу из помещения длинноволнового теплового излучения. Поэтому стекла с низкоэмиссиоными покрытиями называют также «селективными стеклами». Характеристикой энергосберегающих свойств такого стекла является его излучательная способность. Под излучательной способностью (эмиссией) стекла (Е) понимают способность стеклянной поверхности излучать длинноволновое невидимое человеческим глазом тепловое излучение. У обычного стекла Е составляет более 0,83, а у лучших селективных стекол меньше 0,04. Согласно известного из физики излучения закона Кирхкофа излучательная способность тела равна его поглощательной способности (или степени черноты). Поэтому низкоэмиссионные стекла почти не поглощают тепловое излучение, а отражают его в сторону источника тепла, т.е. зимой — в сторону помещения. В настоящее время для целей энергосбережения используется два типа покрытий: так называемое k-стекло — «твердое» покрытие и i-стекло — «мягкое» покрытие. Первым шагом в выпуске энергосберегающего стекла явилось производство k-стекла. Для придания флоат-стеклу теплосберегающих свойств непосредственно при его изготовлении на его поверхность методом химической реакции при высокой температуре наносится тонкий слой из окислов олова (так называемое пиролитическое напыление), который является прозрачным для света, но отражает тепловые лучи. Величина излучательной способности k-стекла обычно около 0,2. Следующим значительным шагом в производстве теплосберегающих стекол стал выпуск так называемого i-стекла, которое по своим теплосберегающим свойствам в 1,5 раза превосходит k-стекло. Величина Е у i-стекла обычно меньше 0,04. При этом i-стекло производится ваккумным напылением на уже готовое холодное флоат-стекло и представляет из себя многохслойную структуру из чередующихся слоев серебра и диэлектриков (AlN, TiO2 и т.п.). Основным недостатком i-стекол является их сравнительно пониженная абразивная стойкость по сравнению с k-стеклом, что представляет некоторые неудобства при их транспортировке, но учитывая, что такое покрытие находится внутри стеклопакета, это не сказывается на его эксплуатационных свойствах. Необходимо также обратить внимание, что при работе с k-стеклом и i-стеклом существует необходимость зачистки (т.е. снятия) покрытия в месте контакта дистанционной рамки к стеклу. Это необходимо для предотвращения коррозии покрытия вдоль поверхности в процессе эксплуатации, а также для увеличения адгезии бутила к стеклу.В условиях климата Украины теплоотражающие покрытия на прозрачные стекла в стеклопакетах наносятся на внутреннее стекло со стороны воздушной прослойки (см. рис. 8). При этом наилучших показателей можно достичь при условии применения в воздушной прослойки инертных газов (обычно аргона,иногда криптона). Из табл. 1 видно, что теплозащитные характеристики стеклопакетов с i-стеклом намного лучше, чем с k-стеклом, а цены в настоящее время примерно одинаковые (продажная цена от 10 до 12 $ за м2 ). Поэтому доля стеклопакетов с i-стеклом на мировом рынке ежегодно постепенно растет. 2. Солнцезащита Под «солнцезащитным стеклом» понимается стекло, которое обладает способностью снижать пропускание световой и/или солнечной тепловой энергии. Солнцезащитными являются, например, стекла, окрашенные во всей массе стекла, а также некоторые виды стекол с покрытиями. До недавнего времени значения пропускания полного излучения и естественного света через стекло в помещение были почти прямо пропорциональны друг другу. Величина пропускания естественного света солнцезащитными стеклами снижалась при уменьшении величины проникания излучения в целом. Темный цвет солнцезащитных стекол означал, что они эффективно защищают от солнечного излучения. Только после изобретения спектрально-селективных покрытий и стекол с динамически изменяющимися свойствами это правило начало иногда нарушаться. По механизму действия солнцезащитные стекла можно разделить на 2 группы: преимущественно отражающие излучение и преимущественно поглощающие излучение. Для поверхности стекол первой группы характерен тонкий металлический слой, наносимый в процессе производства, который препятствует проникновению излучения через стекло. В последнее время разработаны отражающие покрытия, сделанные по такому же принципу, как и энергосберегающие — когда на поверхность прозрачных стекол последовательно наносятся несколько покрытий. Как правило, количество покрывающих слоев пять, из которых четыре — это слои окислов металлов, и работающий слой — серебряный. В случае, когда длина волны больше 0,76 мкм, серебро почти полностью отражает все излучение. При изготовлении поглощающих стекол в расплавленную стекольную массу добавляются либо кристаллы металлов, либо окислы металлов, которые обладают способностью поглощать часть солнечного излучения. В процессе поглощения излучения стекла нагреваются и отдают большую часть полученного ими тепла в наружное пространство. Часть тепла, однако, передается внутрь помещения, что является, конечно, нежелательным явлением, увеличивая потребность энергии на охлаждение помещения. Обычно солнцезащитным является наружное стекло стеклопакета. Если солнцезащита обеспечивается покрытием, изготовленным пиролитическим способом, то покрытие наносится на наружную поверхность стеклопакета, а если методом магнетронного напыления — то на внутреннюю поверхность наружного стекла. Наиболее эффективной может быть солнцезащита при сочетании наружного окрашенного стекла с напылением на его внутренней поверхности (рис.9). В микрофильтрующих стеклах на поверхности стекол путем травления или с помощью пескоструйной обработки создаются участки, имеющие форму микропризм. Аналогичным образом работающие участки можно получить с помощью шелкографии. Общее в них то, что обработке подвергается только часть поверхности стекла. При выполнении операции нанесения рисунка учитывают положение солнца над горизонтом, чтобы углы микропризм работали при самом минимальном угле встречи с тепловым солнечным излучением. Когда угол встречи солнечного излучения становится меньше, растет доля отражающей способности. По внешнему виду микрофильтрующие стекла мало чем отличаются от обычных стекол. 3. Светопропускание Наиболее важным свойством стекла в архитектуре является его прозрачность. Пропускание света и прозрачность стекла определяются его структурой. В связи с тем, что в стекле нет кристаллической структуры, лучи света проходят сквозь стекло без рассеивания. Силикатные стекла пропускают лучи с длиной волны от 315 до 3000 наннометров. Но только лучи с длинами волн от 380 до 780 наннометров могут быть восприняты человеческим глазом без специальных приборов. Отражение. Поверхность стекла всегда отражает какую то часть падающего излучения. Если радиация отражается под тем же углом, говорят об зеркальном отражении. Если излучение отражается диффузно, говорят об диффузном отражении. Если присутствуют одновременно оба типа отражения, говорят об рассеянном отражении (рис. 10). Степень отражения радиации поверхностью стекла зависит от типа поверхности и свойств стекла. Если поверхность полированная, преобладает первый тип (как у флоат-стекла). Если поверхность грубая, преобладает второй эффект. Третий же эффект имеет место обычно у художественных и декоративных стекол. Отражение стекла является важным архитектурным аспектом и одним из факторов, определяющим восприятие фасада. Отражение может сделать оконные стекла практически невидимыми и приятными для глаза, но может сыграть негативную роль для дорожного движения, а также оказать влияние на комфортность близлежащих домов. Количество отраженного света определяется коэффициентом отражения RL. Этот коэффициент показывает долю отраженного света к падающему на поверхность стекла. Например, коэффициенты отражения для различных светопрозрачных конструкций могут быть: для одинарного стекла — 8%, для стеклопакета — 14%, для стекла с теплоотражающим покрытием — 11—12%. Поглощение. Поглощением называется доля света, которая поглощается материалом и превращается в тепло. Пропускание света. Та доля света, которая проходит через стекло, называется пропусканием. Стекло может пропускать лучи параллельно падающим, но если в стекле или на его поверхности находятся дополнительные материалы, стекло может превращать прямые лучи в диффузный свет (рис.11). Количество пропускаемого света определяется коэффициентом пропускания TL, который определяется отношением прошедшего через остекление света к падающему. Для примера, это значение составляет: для одинарного стекла — 89%, для стеклопакета — 82%, для стеклопакета со стеклом с теплоотражающим покрытием — 75%. Контроль светопропускания. Дневной свет определяет освещенность в помещении. Количество поступающего в комнату света зависит от расположения и формы светопроемов и от выбора светопрозрачного материала. Кроме того, на количество поступающего света могут оказывать влияние наличие солнцезащитных устройств, а также геометрия и интерьер комнаты. Светопрозрачные материалы могут пропускать свет без изменения, а могут искривлять или рассеивать солнечные лучи таким образом, чтобы, например, также хорошо освещать как близлежащие к окнам, так и дальние концы комнаты. Ниже описаны различные способы контроля светопропускания, которые могут применяться в светопрозрачных конструкциях. Призматическая обработка стекла. Светопропускание может контролироваться с помощью призматической формы стекла. Такое стекло часто используется в крышах, когда необходимо снизить поступление света и придать ему диффузный характер. Призматические элементы могут вводиться в воздушную прослойку стеклопакета. В этом случае лучи света изгибаются и, например, могут лучше освещать дальний конец комнаты (рис.12). Полупрозрачная изоляция. Полупрозрачный материал может вводиться в воздушное пространство стеклопакета.Такой материал приводит к диффузному характеру проникающего в помещение света и снижению общего коэффициента светопропускания. Существуют различные виды полупрозрачной изоляции, каждая со своими свойствами и характеристиками. Молочное стекло. Эффект достигается путем нанесения тонкого слоя молочного стекла на прозрачное стекло. Такое стекло дает белый диффузный свет. Стекловолоконное матирование . Достигается путем применения стекловолокна между стеклами. Падающий свет диффузно отражается от волокон. Потери света при применении матовых стекол могут быть даже меньше, чем при использовании обычных стекол, при этом помещение может освещаться глубже. Отражающие жалюзи в воздушной прослойке. Жалюзи могут быть расположены в воздушной прослойке стеклопакета. В зависимости от их расположения они могут отражать большее количество света во внутрь или наружу. Иногда жалюзи могут поворачиваться, что позволяет реагировать на количество поступающей солнечной радиации. Стекла — хамелеоны. Эти стекла способны динамически изменять свои солнечно-оптические свойства в зависимости от меняющихся условий. Существуют два основных вида «стекол-хамелеонов» — пассивные, реагирующие непосредственно на условия окружающей среды, такие как уровень освещенности или температура; и активные, которыми можно управлять, исходя из предпочтений жильцов или требований системы отопления. Пассивные могут быть фотохромными и термохромными, в активных могут использоваться жидкокристаллические, дисперсные и электрохромные элементы (подробнее об этих стеклах можно прочитать в статье «Регулирование энергетических свойств остекления» в предыдущем номере журнала «Светопрозрачные конструкции» — приложение к журналу «Особняк» № 1 (28) 2003). 4. Звукоизоляция Когда звуковые волны попадают на здание, одна их часть отражается, другая поглощается, а остаток поступает вовнутрь. Причем наиболее чувствительными к передаче звука являются остекленные поверхности, т. к. звукоизолирующие свойства стекла довольно низки. Тем не менее, с помощью стекол можно добиться существенной звукоизоляции помещения путем следующих основных методов. Увеличение толщины стекол. Теоретически, удвоение массы стекла приводит к улучшению на 6 Дб. Практически, за счет резонансов, это значение несколько меньше (рис. 13). Поэтому желательно не только увеличивать толщину стекол, но и использовать стекла разной толщины в стеклопакете. Применение специальных ламинированных стекол. Промежуточные слои поглощают часть энергии звуковых колебаний. Наилучших результатов можно добиться с помощью заливочной эпоксидной смолы толщиной от 1,3 до 2,0 мм. При этом поглощение звука растет вместе со степенью мягкости заливочного материала. Кроме того, в ламинированном стекле также рекомендуется одно стекло делать толще другого (рис.14). Увеличении толщины воздушной прослойки. При возрастании толщины воздушной прослойки до 200 мм и более звукоизоляция возрастает на 3 Дб (рис. 15). Для дальнейшего повышения уровня звукоизоляции воздушную прослойку следует разбивать стеклами или прозрачными пленками. Заполнение стеклопакетов тяжелыми газами. Наилучшие результаты дает специальный акустический газ SF6 (сульфагексафторат). Однако существенное улучшение звукоизоляции дает и использование обычного аргона (рис. 16). Использование эластичных прокладок и квадратных окон. Применение менее жестких соединений стекла с рамой (например, с помощью специальных уплотнений) позволяет снизить передачу звука. Квадратные формы остекления приводят к улучшению звукоизоляции в зоне резонансных частот (рис. 17). Другими факторами, влияющими на звукозащиту, являются высота окна, помехи на пути распространения звука, размеры поверхности окна и его ориентация. 5. Эстетические функции Узорчатое стекло. Это листовое стекло, одна поверхность которого имеет декоративную обработку. Производство такого стекла — высокоавтоматизированный процесс, как и в случае флоат-стекла. Стекло проходит между двумя роликами при температуре около 1200 С, причем на один из этих роликов нанесена матрица, которая отпечатывается на стекле. Ролики интенсивно охлаждаются, так что температура стекла снижается до 600 С. После этого стекло во избежание температурных деформаций поступает в длинный охлаждающий туннель.Узорчатое стекло бывает разных цветов, рисунков, различной толщины (4—6 мм), может иметь различное светопропускание. Часто это стекло называют декоративным или дымчатым стеклом, так как рисунок, перенесенный с роликов на поверхность стекла, рассеивает детали объектов, видимых через него (рис. 18). Такое стекло применяется при внутреннем остеклении, например, для перегородок,при остеклении внутренних дверей, при изготовлении витражей, боковом остеклении балконов и лоджий. Окрашенное в массе стекло, стекло с напылением. Кроме функций солнцезащиты (см. выше), окрашенное в массе стекло и стекло с напылениями применяют для оформления больших остекленных пространств, например, при создании фасадных конструкций или структурного остекления. При этом важнейшим является выдерживание цветовых оттенков при изготовлении больших партий стекла. Для окрашенных в массе стекол наиболее распространенными являются серый и зеленый цвета, а также промежуточный между бронзовым и коричневым (рис 19). Можно изготавливать также стекла и других цветов. При применении напыления удается получить зеркальный эффект различных цветов и оттенков. Художественное стекло. Это цветное полупрозрачное стекло, используемое в декоративных целях для окон и витражей. Оно производится, как правило, небольшими партиями. Количество цветов очень велико и оттенки отдельных листов практически никогда не совпадают. Оновной метод получения различных цветов — добавление в шихту различных оксидов металлов, сульфидов или селенидов в растворенном виде, так, что они, растворяясь, сообщают стеклу различные цвета. Основной природный краситель — железо, присутствующий в песке, дает интенсивное зеленое стекло. Если добавляются оксиды марганца или сурьмы, получают целый ряд желтых, янтарных, коричневых и черных цветов стекла. С помощью кобальта получают обширный ряд цветов от бледного до темного синего. Медь и золото могут давать различные красноватые оттенки, никель — фиолетовый цвет, селен — розовый цвет, титан — желто-коричневый цвет и т.д. Цветные стекла издавна использовались для выполнения таких высокохудожественных изделий, как витражи (рис. 20). Для воссоединения отдельных цветных элементов в некий цельный и колоритный фрагмент витража, ранее использовалось их обрамление свинцом. С течением времени совершенствовалась технология изготовления витражей. При помощи серебряного травления научились изменять окраску избранных участков на отдельном кусочке стекла. Появились и другие технологии получения мельчайших оттенков цвета. Поэтому изготовление витражей сегодня не даром называют «живописью в стекле» (рис.21). Стекло с голографической пленкой. Голограммы могут наноситься на поверхность стекла. Голограмма создает трехмерный эффект. Кроме того, она изменяет коэффициент отражения поверхности. С ее помощью свет или определенная часть спектра может быть направлена в определенном направлении. Голограммы могут наноситься на стекло с помощью тонких пленок или другими способами. Нанесение рисунков на поверхность стекла. Часто в рекламных целях на поверхность стекла наносят различные рисунки. Они могут быть получены разными способами, например, с использованием пескоструйных машин, выборочным окрашиванием или травлением, напылением покрытий через маски. Такие стекла используются как правило в витринах магазинов (рис. 22). 6. Безопасность Армированное стекло. Оно производится посредством помещения паянной металлической сетки в стекломассу в процессе ее прокатки. Металлическая сетка имеет, как правило, толщину 0,5 мм, а ячейки-квадраты — размер 12х12 мм (рис. 23). Реже применяется стекло с ромбовидными ячейками 19х19 мм. Армированное стекло может подвергаться дальнейшей обработке шлифованием и полировкой обеих поверхностей, результатом которой становится «полированное армированное стекло». Иногда при производстве армированного стекла масса дополнительно пропускается через ролики с матрицей, на которой нанесено изображение, создавая таким образом армированное художественное стекло (рис. 24). Армированное стекло не подлежит термической обработке, но его можно гнуть. Используется такой вид стекла в основном в огнеупорных проемах. Оно образует эффективную преграду против дыма и горячих газов. При пожаре может треснуть, однако арматура удерживает его на месте, предотвращая тем самым распространение огня. Осколки не выпадают, а удерживаются на месте арматурой. Такое стекло может применяться при остеклении заводских цехов, окон, фонарей, шахт лифтов и фасадов. 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 закаленное стекло распадается на маленькие безопасные осколки, поэтому такое стекло называется еще и «безопасным». Следует обратить внимание на тот факт, что закаленное стекло не подлежит механической обработке. Поэтому порезка и другая механическая обработка должна производиться до процесса закаливания. Наиболее распространенным является процесс термического закаливания, когда прирезанное до нужных размеров стекло пропускается через печь, где нагревается до температуры 620 С. На выходе из печи стекло быстро охлаждается (закаливается) посредством нагнетания воздуха на обе поверхности одновременно. Процесс охлаждения приводит поверхности стекла в состояние повышенного натяжения. Толщина каждой зоны натяжения составляет приблизительно 20 % от толщины стекла, а 60 % внутренней части стекла является зоной напряжения. Цвет, прозрачность,химический состав и характеристики пропускания света в процессе термической обработки не изменяются. Таким образом твердость, коэффициент расширения, термическая проводимость и другие параметры не меняются. Улучшаются лишь прочность на изгиб и разрыв, а также устойчивость к термическим напряжениям. Наиболее распространенным является закалка стекла в горизонтальных печах, где стекло с помощью роликов транспортируется через весь процесс нагрева и закалки, реже — в вертикальных. Ламинированное стекло (триплекс) — это архитектурное стекло, состоящее из двух или более стекол, ламинированных вместе с помощью ламинирующей пленки или специальной ламинирующей жидкости. Основная задача триплекса — препятствовать насильственному вторжению. Кроме того, при разрушении ламинированное стекло остается «целым» благодаря ламинирующей пленке, т.е. осколки стекла остаются прикрепленными к пленке. Поэтому ламинированное стекло снижает опасность от разлетающихся осколков или падающего стекла (стекло разбивается, но остается в раме). Очень часто для достижения высоких защитных показателей при ламинировании используют несколько слоев стекла и поликарбоната. Наиболее популярной конфигурацией является «плакированный стеклом» поликарбонат, который представляет собой наружные слои стекла и несколько внутренних слоев поликарбоната. В этом продукте соединены свойства температурной, химической и абразивной устойчивости стекла и устойчивости к ударам поликарбоната.В случае применения значительного количества слоев стекла и поликарбоната можно достигнуть высоких уровней баллистической устойчивости от различных видов стрелкового оружия (так называемое «пуленепробиваемое стекло»). Однако чаще всего ламинированные стекла применяют при остеклении фасадов, куполов, балконов, зимних садов и фонарей. При этом разными видами ламинирующих пленок можно обеспечить практически любое тонирование стекла.