Масове виробництво скла стало можливим тільки наприкінці минулого сторіччя завдяки винаходу печі Сименса-Мартіна й заводському виробництву соди. В XIX в. з'явилися перші машини-автомати для виготовлення виробів з порожнього скла. І тільки в XX в. були розроблені різні способи витягування нескінченної стрічки скла: методи машинної витяжки скла Ліббі-Оуенса, Фурко.

Методи витяжки скла Ліббі-Оуенса і Фурко
Рис 1.

За способом Еміля Фурко, розробленим в 1902 році, скло витягалося по вертикалі зі скловареної печі через прокатні вальці у вигляді безперервної стрічки назовні, надходячи в шахту охолодження, у верхній частині якої воно різалося на окремі аркуші. Товщина скла при цьому регулювалася шляхом зміни швидкості витягування.
б) Цей метод знаходить застосування аж до теперішнього часу. Скло, одержуване цим методом, називається тягненим склом. Для виготовлення вітринних і дзеркальних стекол тягнене і прокатне листове скло піддають шліфуванню й поліруванню. Рис. 1. Схема витягування скла способами Ліббі-Оуенса (а) і Фурко (б)

Найостаннішим етапом у виробництві листового скла був так званий флоат-метод, розроблений і запатентований в 1959 році англійським винахідником Аластером Пілкінгтоном. При цьому процесі скло надходить із печі плавлення в горизонтальній площині у вигляді плоскої стрічки через ванну з розплавленим оловом на подальші охолодження й віджиг.

Величезною перевагою флоат-методу, у порівнянні з усіма попередніми, є, крім усього іншого, більш висока продуктивність, стабільна товщина і якість поверхні. За якістю поверхні таке скло не уступає полірованому, - флоат-процес витісняє техніку шліфування й полірування скла. Флоат-скло характеризується винятковою рівністю й відсутністю оптичних дефектів. Найбільший розмір одержуваного скла, як правило, становить 5100-6000 мм х 3210 мм, при цьому товщина аркуша може бути навіть менше двох міліметрів і досягати 25 міліметрів. Одержуване скло може бути прозорим, пофарбованим або мати спеціально нанесене покриття. Скло, одержуване за допомогою флоат-методу, називається флоат-склом, і в наш час є найпоширенішим типом скла.

Крім звичайних прозорих стекол у будівництві застосовуються спеціальні стекла - стекла, пофарбовані в масі, і стекла зі спеціальним покриттям, названі загальним терміном «низькоемісійні скла».

Пофарбоване в масі скло виготовляється із сировинних матеріалів, у які додаються різні речовини для одержання бажаного кольору. Найпоширенішими є кольори - проміжний між бронзовим і коричневим, сірий і зелений. При цьому можна виготовляти стекла й інших кольорів. Фарбовані в масі стекла відомі також як сонцезахисні або абсорбуючі стекла, оскільки такі стекла поглинають (абсорбують), самі по собі, більше сонячної теплової енергії й світла, ніж звичайні прозорі.

Застосування низькоемісійних стекол у конструкціях віконного й фасадного засклення дозволяє вирішити широкий спектр архітектурно-будівельних завдань і є одним з найбільш перспективних напрямків у світовій скляній індустрії. Визначальною ідеєю в низькоемісійних технологіях є напилювання на поверхню флоат-скла провідного покриття з кольорових металів або напівпровідникових оксидів, що містить вільні електрони. За рахунок електропровідності і явищ інтерференції, викликаних наявністю в покритті вільних електронів, можуть бути отримані стекла, призначені для виконання наступних функцій:

  • скорочення втрат тепла приміщенням за рахунок відбиття теплових хвиль в інфрачервоному діапазоні;
  • відбиття сонячної радіації;
  • захист приміщень від електромагнітного випромінювання й радіохвиль;
  • відбиття випромінювання у видимому діапазоні

Напилювання може наноситися як на прозорі стекла, так і на стекла, пофарбовані в масі, при цьому можливо одержання таких специфічних конструкцій як електрообігріванні стекла або «антистатичні» стукла (захищені від нагромадження статичної електрики).

Залежно від функціонального призначення проектованого засклення, у ньому можуть бути застосовані два типи покриття, що принципово розрізняються за технологією нанесення.

1. «Тверде покриття» («Hard coating» - англ.) на основі оксиду олова Sn2:F, що інакше називається «напівпровідниковим покриттям». Стекла з таким покриттям як правило позначаються в спеціальній літературі терміном «к-скло». Наноситься безпосередньо на одній зі стадій виробництва флоат-скла (так звана технологія «on-line» - англ. «на лінії») за рахунок хімічної реакції піролізу (розкладання речовини під дією високих температур). Під час цієї реакції шар оксиду олова осідає на поверхню гарячого скла, стаючи невіддільною його частиною. При цьому утвориться міцне металеве покриття, що має хімічну, механічну й термічну стійкість, рівноцінну склу без покриття. Тверді покриття стійкі до впливу погодних умов і витримують вплив температур до 620 &degС.

2. «М'яке покриття» («Soft coating» - англ.) на основі срібла - Ag, позначуване в літературних джерелах як «i-скло». Наноситься на готове флоат-скло (технологія «off-line» - англ. «поза лінією») і втримується на ньому силами молекулярної взаємодії. Складається з декількох тонких шарів, вибір яких залежить від необхідних характеристик засклення -випромінювальної здатності, світлопропускання, а також оптичних властивостей видалення небажаного відбиття. На відміну від «твердих» покриттів, «м'які» обмежено стійкі стосовно погодних і температурних впливів. Однак, при установці в склопакеті покриття убік повітряної камери, мають довговічність, порівнянну з «твердими» покриттями.

Загартуванням називають процес термозміцнювання скла, заснований на специфіці його фізичних властивостей. Як ми вже відзначали, на температурній шкалі скло не має певної точки затвердіння, при якій воно переходило б з рідкого стану у твердий. Тому його можна нагрівати до температури трохи вище тієї, при якій молекули, як у грузлої рідини, ще здатні до пластичного зміщення без появи внутрішніх напружень. Якщо скло нагріти так, щоб весь його об'єм мав однакову температуру (трохи вище 570°С), а потім швидко остудити, то поверхня його затвердіє, у той час як внутрішній шар ще залишиться пластичним. При подальшому поступовому охолодженні затвердіє й внутрішня частина. Однак, вона не зможе стискуватися з такою же силою, як до загартування, оскільки зовнішні, уже затверділі шари скла не зможуть тепер деформуватися без виникнення напруги.

Таким чином, у результаті термічної обробки, що полягає в нагріванні скла до температури загартування й наступному швидкому охолодженні, зовнішні шари його приходять у стан сильного стиску, а внутрішні - у стан розтягання. У результаті в склі утвориться система напруг, що забезпечує його високу механічну і термічну міцність у порівнянні зі звичайним склом, що може сприймати тільки невеликі розтяжні зусилля.

При руйнуванні загартоване скло розпадається на дрібні округленої форми осколки, які не мають гострих ріжучих граней.

Під загальним терміном ламінування розуміють виготовлення багатошарових конструкцій зі скла за допомогою полівінілової плівки або спеціального рідиноподібного матеріалу - смоли, а виготовлені в такий спосіб конструкції називають ламінованими стеклами. Ламіноване скло може складатися з декількох шарів однакових або різних за товщиною й типом стекол, які можуть бути прямими або криволінійними відповідно до заданої форми. Товщина отриманого ламінованого скла залежить від кількості стекол і їхньої товщини, а також від товщини ламінуючих шарів

Найпоширенішим типом ламінованого скла, застосовуваного у віконних і фасадних конструкціях різних класів безпеки, є так званий триплекс - конструкція із двох стекол і проміжного ламінуючого шару. В окремих випадках можливе наклеювання плівки на скло з одного боку - так звана однобічна ламінація.

Основним достоїнством ламінованих багатошарових конструкцій зі скла є безпека при руйнуванні. Оскільки при руйнуванні осколки скла залишаються «висіти» на еластичній плівці, не виникає небезпеки утворення осколків скла, здатних нанести травму. За допомогою ламінування можна виготовляти конструкції, які можуть служити як стекла, що захищають від злому й вибухової хвилі, а також куленепробивні, удароміцні і вогнезахисні стекла. Ламіновані стекла добре захищають також і від УФ випромінювання. При цьому необхідно відзначити, що ламінування (на відміну від загартування) не збільшує механічну міцність.

В основі плівкового ламінування лежить принцип поєднання плівки й стекол, попередньо вирізаних за заданим розміром. Відрізані стекла миються, після чого виконується операція складання елемента, якщо потрібно одержати пряме скло. Між заготовками стекол міститься плівка, товщина якої звичайно дорівнює 0.38 мм або 0.76 мм. Колірну гаму ламінованных стекол можна розширити за рахунок використання як стекол різного кольору, так і різного кольору плівок, використовуваних для ламінування. Процес ламінації є двоетапним. Після операції складання потрібна операція попереднього ламінування - скляні елементи піддаються стиску, так званому «холодному виправленню» у роликовій правильній машині. Після цього елемент нагрівають до температури 80-90 °С. Цю остаточну стадію операції ламінування називають «гарячим виправленням».

Стекла, отримані методом рідинного ламінування, відрізняються від стекол, заламінованих за допомогою плівки, як самим способом виробництва, так і властивостями, які здобуває готовий виріб. Серед особливостей, що відрізняють стекла, отримані рідинним ламінуванням, можна відзначити наступні:

  • одне або обидва стекла можуть мати шорсткувату поверхню;
  • можна використовувати низькоемісійні скла з покриттям, тоді як гаряче ламінування за допомогою плівки може зіпсувати покриття;
  • можна використовувати дуже товсті стекла.
  • Багатошарові стекла, отримані за допомогою звичайного рідинного ламінування, мало відрізняються з погляду пропущення видимого світла від звичайного прозорого скла. За рахунок додавання пігментів у ламінуючу рідину можна виготовляти кольорові рідинноламіновані стекла. «Кольоровий ефект» можна посилити шляхом спільного використання пофарбованих рідин для ламінування зі стеклами із дзеркальною поверхнею.

    За необхідності одержання виразних архітектурних рішень скло може бути піддано поліруванню - вигину. Молірування стекол роблять у нагрівальних камерах або печах з використанням спеціальних форм для додання потрібної конфігурації. Перед моліруванням скло вирізають відповідно до заданої форми. Для будівництва, як правило, потрібно виготовляти гнуті стекла маленькими серіями короткочасно. Виготовлення молірованих стекол є складною операцією й припускає наявність у виробника особливих знань і навичок. З огляду на вимоги, пропоновані до промислового виробництва й до якості готового продукту, у виробництві гнутих стекол для потреб будівельної промисловості використовується так звана техніка формовки на оболонках - скло нагрівають і гнуть у спеціальних печах.

    Скло при нагріванні згинається на поверхні спеціально виготовленої сталевої форми, приймаючи бажану форму. При виробництві гнутого скла скло охолоджують таким чином, щоб у готовому виробі було якнайменше напруг. Мінімальний радіус згинання скла визначають відповідно до товщини скла, при цьому розміри скла, зі своєї сторони, залежать від виробничого встаткування, наявного у виробника, і факторів, що залежать від форми конструкції. Слід також зазначити, що гнуті стекла можна ламінувати.

    ДОПУСТИМІ НАПРУЖЕННЯ ПРИ ВИГИНІ

    Скло має високу міцність на стиск, і значно меншу на розтягання й вигин. Тому для розрахунку несучої здатності конструкцій зі скла необхідно знати величину допустимих напружень при вигині, що для скла не є постійною, як у багатьох інших матеріалів, а змінюється по величині залежно від наступних факторів:

    • тривалості дії навантаження;
    • схеми обпирання скла: по контуру з 4-х сторін, або з 2-х (3-х) сторін;
    • твердості закріплення його на опорах;
    • співвідношення довжини й ширини скла.

    З огляду на особливі властивості скла при розрахунку на міцність, навантаження за характером підрозділяються не тільки по тривалості дії, але й на експлуатаційні й руйнуючі. До експлуатаційних відносяться: вітрове й снігове навантаження, навантаження від скупчення людей і власної ваги. До руйнуючих відносяться температурні й ударні - навантаження, викликані різними ударами або вибуховою (ударною) хвилею. Скло, що випробувало експлуатаційне навантаження протягом тривалого часу, володіє значно більше низькою несучою здатністю в порівнянні зі знову встановленим склом.

    ЗВУКОІЗОЛЯЦІЙНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВІКОН. НОРМУВАННЯ ЗВУКОІЗОЛЯЦІЇ КОНСТРУКЦІЙ, ЩО ОБГОРОДЖУЮТЬ,

    Проблема підвищення звукоізоляції світлопрозорих конструкцій, що практично повністю визначають акустичний клімат приміщення, протягом багатьох років є однією з найбільш актуальних при проектуванні цивільних будівель. Результати численних досліджень, проведених у цьому напрямку як вітчизняними, так і закордонними фахівцями, говорять про те, що боротьба із проникненням шуму в приміщення через конструкції вікон є комплексним завданням - містобудівним, архітектурно-планувальним, конструктивним.

    Постановка завдання забезпечення комфортних акустичних умов з погляду проектування світлопрозорих конструкції ускладнюється насамперед тим, що вікна в українських будинках є єдиним джерелом припливу свіжого повітря для забезпечення необхідних умов природного повітрообміну. Таким чином, виникає необхідність ув'язування воєдино вимоги, що суперечать одна одній з погляду фізики, у результаті чого необхідно розглядати два принципово різних режими роботи вікна:

    • 1) вікно, що перебуває в закритому положенні;
    • 2) вікно, відкрите в режимі вентиляції.

    При цьому слід зазначити, що навіть глухе, добре загерметизоване вікно не в змозі забезпечити ідеальний захист від транспортного шуму, адекватно непрозорим зовнішнім стінам.

    У Радянському Союзі рішення цього непростого завдання розвивалося шляхом проектування так званих «шумозахисних» або «шумозахищених» будівель. за способами захисту від шуму ці будівлі підрозділялися на два типи

    • 1.Будинки зі спеціальною архітектурно-планувальною структурою й об'ємно-просторовим рішенням, у яких були реалізовані такі принципи, як: розташування кімнат загального користування з боку джерела шуму транспортної магістралі, і, відповідно спалень - з боку двору; включення до складу житлового будинку додаткових підсобних приміщень групового користування для створення гнучкої планувальної структури.
    • 2. Будинки, вікна й балконні двері яких мають підвищену звукоізолюючу здатність і оснащені спеціальними вентиляційними пристроями, сполученими із глушителями шуму.

    Крім того, розроблялися також варіанти, у яких були реалізовані комбіновані рішення. Таким чином, тенденція до проектування шумозахисних будинків відбивала комплексний підхід до рішення містобудівних і будівельно-акустичних завдань, спрямованих на формування сприятливого акустичного клімату в будинках. У справжній книзі нас будуть насамперед цікавити питання, пов'язані з конструктивними рішеннями вікон, що дозволяють одержати максимально високі характеристики з погляду звукоізоляції.

    СПРИЙНЯТТЯ ЗВУКУ ЛЮДИНОЮ. ШУМОВИЙ РЕЖИМ МІСЬКИХ ТЕРИТОРІЙ. ТРАНСПОРТНИЙ ШУМ

    Шумовий режим міських територій визначається впливом цілого ряду джерел зовнішнього шуму. До таких джерел, насамперед, відносяться засоби автомобільного, залізничного й повітряного транспорту, ряд промислових підприємств і установок, а також інші шумові впливи, пов'язані з різними видами життєдіяльності населення

    Світлопрозорі огорожі, що мають звукоізолюючу здатність, на порядок більш низьку в порівнянні із глухими ділянками зовнішніх стін, практично повністю визначають ступінь захисту приміщення від впливу вуличного шуму. Правильно запроектовані світлопрозорі огородження повинні забезпечувати зниження шумових впливів навколишнього середовища на людину до деяких припустимих величин, регламентованих санітарними нормами.

    ПОШИРЕННЯ ЗВУКОВИХ ХВИЛЬ У ПОВІТРІ. ХАРАКТЕР СПРИЙНЯТТЯ ЗВУКУ ЛЮДИНОЮ

    При поширенні звукових хвиль у повітрі в кожній точці звукового поля виникає змінне стиск-розрідження, що приводить до зміни тиску в середовищі в порівнянні з атмосферним (статичним) тиском. Різниця між атмосферним тиском і тиском у даній точці звукового поля називається звуковим тиском Р (Па). Звуковий тиск, сприйманий вухом людини, може мінятися від порога чутності до болючого порога в 1010 разів. При цьому відчуття ступеня зміни звукового тиску (суб'єктивне сприйняття людиною), відповідно до психофізичного закону Вебера-Фехнера близько збігається з логарифмічною кривою. Тому в акустику для оцінки звукових впливів на людину прийнято використовувати не абсолютні величини зміни звукового тиску, а відносні – логарифмічні.

    Приведемо деякі наближені значення величин звукового тиску, які можуть із достатньою наочністю характеризувати стан акустичного середовища.

    Таблиця
    Рівень звукового тиску, дбДжерело шуму Примітки
    0Повна тишаГнітить
    10Шелест листяСтан звукового комфорту
    35-40Тиха розмова, тиха музика
    60-70Голосна мова
    75-80Голосна музика, жвава транспортна магістраль
    100 - 120Реактивний двигун літака
    130-140Болючий поріг

    Під фасадними системами будемо розуміти системи віконних профілів, спеціально розроблені для створення суцільного засклення як на окремих ділянках фасаду будинку, так і по всій його площині. При цьому всі фасадні системи містять у собі групу спеціальних профілів для світлопрозорої покрівлі, виконуваної зі скла або прозорого пластику.

    Фасадні системи сприймають значні по величині вітрові навантаження; на профілі впливають власна вага скла й температурні напруги. У місцях стикування утворюючих елементів (профільної системи й заповнення) засклені фасади можуть промокати під сильним дощем.

    Профільні системи з полівінілхлориду, що мають значний коефіцієнт температурного розширення й малою твердістю рамних елементів, обумовленою технологією їхнього виготовлення, мають дуже обмежені можливості при застосуванні їх у фасадних системах. ПВХ у цій області поступається алюмінію майже за всіма показниками, за винятком більш високих теплозахисних якостей. У кожному разі, засклена стіна на основі профільної системи із ПВХ, буде мати більше високий наведений термічний опір у порівнянні зі своїм аналогом, виконаним на основі алюмінію.

    Таким чином, серйозною перешкодою для застосування ПВХ в фасадних конструкціях є схильність профільної системи до значних температурних деформацій. Обмеження за розмірами елементів, що накладаються виробниками профілів, не дозволяють ділити фасад на засклені осередки великої площі, що, у свою чергу, обмежує й творчі можливості архітектора.

    За своїм конструктивним рішенням, технології зведення й способу створення архітектурної композиції фасадні системи діляться на стандартні, структурні й напів структурні.

    Стандартні фасади характеризуються наявністю вираженого заелементного членування. Зовнішня площина навісних ригелів і стійок виходить за площину засклення, а колір і форма завершальних планок є важливим елементом архітектурної композиції. Кріплення засклення здійснюється винятково механічним способом за допомогою штапиків і спеціальних планок.

    Заповнення осередків між несучими конструкціями може здійснюватися глухим заскленням, що відкриваються вікнами або непрозорими сендвіч-панелями, що представляють собою твердий екструдований пенополістірол, облицьований пластиком.

    Структурні фасади представляють із себе складні конструктивні системи, основною ідеєю яких є створення суцільної гладкої поверхні засклення з мінімально вираженим членуванням. При цьому засклення прикріплюється до несучих елементів за допомогою спеціального клею, а елементи навісної стояково-ригельної системи повністю перебувають за площиною засклення.

    Напівструктурні фасади займають відповідно проміжну позицію й сполучать у собі як архітектурні, так і конструктивні риси стандартних і структурних фасадів. Напівструктурний фасад відрізняється наявністю видимих алюмінієвих кромок, що забезпечують захист крайових ділянок склопакету.

    Поряд зі складністю конструкції, системи структурного й напівструктурного засклення мають і ряд безсумнівних переваг у порівнянні зі стандартними. Вони більш гарні й виразні з архітектурної точки зору, при цьому на відміну від стандартних фасадів, не мають виражених «містків холоду», тому що метал практично не стикається із зовнішнім повітрям. У системах структурного засклення всі ділянки склопакета, включаючи його крайові зони, перебувають в однакових умовах роботи з відношення до температурних деформацій, що значно знижує ймовірність їхнього руйнування в процесі експлуатації. У порівнянні зі стандартними системами в структурні забезпечується більше ефективний захист від атмосферних впливів, включаючи систему водовідводу. Важливою перевагою Структурних фасадів є можливість монтажу засклення «зсередини», набагато більш дешевого в порівнянні з єдино можливим «зовнішнім» монтажем фасадів стандартних. У силу можливості монтажу «зсередини» засклення такого типу має більш широкі можливості із застосування в будинках підвищеної поверховості.

    Таким чином, основу будь-якої фасадної системи (як стандартної, так і структурної) становлять сталеві стійки, як правило коробчатого перетину, що закріплюються на несучих елементах будівлі - стінах, перекриттях, колонах. На стійки площини фасаду передається вітрове навантаження, а також навантаження від власної ваги засклення, що сприймається горизонтальними ригелями профільної системи. При цьому конструкція засклення в цілому може бути розглянута як єдина оболонка, що навішується на несучі конструкції будинку. У силу такої побудови, характерного для всіх фасадних систем, їх називають ще навісними фасадами.

    Структурні й напівструктурні фасади виконуються з алюмінієвих профілів, а в стандартних можуть використовуватися як алюмінієві, так і комбіновані (ПВХ + алюміній + сталь) профілі. Статичний розрахунок фасадних систем виконується спеціальними комп'ютерними програмами, розроблювальними фірмами-виробниками профілів. При цьому слід зазначити, що на сьогоднішній день не існує єдиної методики, що дозволяє розраховувати параметри мікроклімату приміщень, що перебувають за скляною стіною (з погляду теплотехніки, інсоляції й акустичного режиму). У цілому можна говорити про те, що проблеми, пов'язані із проектуванням, розрахунком і зведенням навісних засклених фасадів будинків поєднують під собою одну з найбільш наукомістких і перспективних галузей будівництва, що перебуває в постійному динамічному розвитку.

    Уже зараз окремими виробниками системних алюмінієвих профілів розроблені спеціальні конструктивні рішення, спрямовані на підвищення теплозахисних якостей профільних систем, їхньої вогнестійкості, а також різні заходи щодо використання засклених фасадів як акумуляторів сонячної енергії в енергозберігаючих технологіях.


    Цитати з книги И.В.Боріскіна "Проектування сучасних віконних систем цивільних будинків" И.В.Боріскіна,А.А.Тесль,А.В.Захаров,-К.:Вид.Домашевская О.А.,2005.-320 с.:іл.176,бібліогр.:с.29