zastosowanie szkła w budownictwie, Notatki z Architektura i projektowanie

Pobierz zastosowanie szkła w budownictwie i więcej Notatki w PDF z Architektura i projektowanie tylko na Docsity! 1. Szkło 1.1 Krótki rys historyczny (na podstawie [11]) Szkło w przeciwieństwie do innych tworzyw, wytwarzane jest z mieszaniny surowców: pochodzenia organicznego (roślinnych oraz zwierzęcych) i mineralnych (piasek krzemionkowy). Obecnie trudno jest określić gdzie i kiedy opracowano sposób wytapiania szkła. Najstarsze znaleziska pochodzą sprzed około 9000 lat i prawdopodobnie wykorzystane były do celów dekoracyjnych. Najstarsze znalezione produkcje szklane na terenie Polski pochodzą z X wieku. W X-XIII wieku szkło wykorzystywane było głównie przy budowie kościołów. Dopiero pod koniec XIX wieku, Fryderyk Siemens stworzył trzy wynalazki, które umożliwiły produkcję szkła na skalę masową. Przełomem okazało się opracowanie, w połowie XX wieku, metody termiczno- grawitacyjno-napięciową wytwarzania szkła płaskiego („float”) otrzymując niespotykaną wcześniej jakość. 1.2 Podział wyrobów szklanych Można wyróżnić wiele sposobów klasyfikacji, jednak najczęściej stosuje się podział branżowy. Według przeznaczenia wyroby szklane dzielimy na [11]: -szkło techniczne, -opakowania szklane, -szkło gospodarcze, -szkło budowlane. Szkło budowlane można podzielić ze względu na sposób wytwarzania: -otrzymywane w procesie hutniczym: * Float, * zbrojone polerowane, * płaskie ciągnione, * wzorzyste zbrojone i walcowane, * niezbrojone i zbrojone profilowane, -otrzymywane metodą przetwórstwa: * szyby bezpieczne (hartowane ESG i klejone VSG), * szyby zespolone, * szyby ochronne (kuloodporne i przeciwwłamaniowe), * szkło emaliowane, * szkło z powłokami (przeciwsłoneczne, niskoemisyjne, refleksyjne). 1.3 Szkło stosowane w budownictwie Zazwyczaj w budownictwie stosuje się najczęściej z uwagi na: -skład chemiczny: szkło borowo-krzemianowe, wpaieniowo-krzemianwe, -sposób wytwarzania: szkło klejone VSG, hartowane ESG, półhartowane TVG, typu Float. Specyfikacja wybranych rodzajów szkła [14]: Szkło Float Podstawowy rodzaj szkła otrzymywany podczas procesu topnienia: surowców (piasku kwarcowego), topników (tlenków ołowiu i boru), dodatków (węglanu wapnia i sodu), stłuczki szklanej. Uzyskaną masę szklaną przeciąga się przez płynną kąpiel cynową i poddaje dodatkowej obróbce ogniowej. Wymagania dotyczące Float określają normy z serii: PN-EN 572. Szkło półhartowane TVG Szkło wzmacniane termicznie podczas procesu nagrzewania i chłodzenia odprężonego szkła Float. Posiada większą odporność na obciążenia termiczne oraz większą wytrzymałość na zginanie (około dwukrotna) w porównaniu do Float. W porównaniu do szkła hartowanego, odłamki szkła po stłuczeniu są większe. Wymagania i specyfikację określające szkło wzmacniane termicznie znajdują się w normie PN-EN 12337-1. Szkło hartowane ESG Otrzymywane w wyniku nagrzewania szkła Float (temperatura około 700°C), a następnie gwałtownego schłodzenia. W wyniku tego zabiegu, uzyskuje się układ naprężeń kilkukrotnie podwyższający wytrzymałość szkła oraz jego odporność na gwałtowne zmiany temperatury. Szkło hartowane należy do szkła bezpiecznego, tj. po stłuczeniu pęka na nieostre, drobne kawałki. Szkło ESG nie powinno być obrabiane mechanicznie (szlifowane, czy cięte). Wymagania i specyfikacje określające szkło hartowane znajdują się w normach: PN EN 12150-1, PN-EN 12600 oraz PN-EN 1288-3. Szkło klejone VSG Połączone kilka tafli szkła Float, półhartowanego lub hartowanego folią PVB lub żywicą akrylową utwardzoną chemicznie przy użyciu promieniowania UV. Przy pęknięciu szyby klejone nie rozpadają się na drobne fragmenty. Zaliczane są one do szkieł bezpiecznych. Wymagania i specyfikację określające zamieszczone są w normie PN-EN 12600 oraz PN-EN ISO 12543-4. 1.4 Właściwości szkła Szkło jako materiał nieorganiczny charakteryzuje się wieloma właściwościami chemicznymi i fizycznymi wykorzystywanymi w budownictwie, m.in. [11]: -izotropowość i bezpostaciowość szkła odprężonego, -elektroizolacyjność szkła sodowo-wapniowo-krzemianowego, -anizotropowość szkła poddanego obróbce. 1.4.1 Właściwości termiczne W szkle, jako w materiale złożonym, wartości termiczne zależą od wielu składowych, takich jak [1]: -skład chemiczny, -wielkości i rodzaju wyrobu, -defektów sieciowych, -szybkości ogrzewania/chłodzenia wyrobu. Średnie wartości dla szkła okiennego podano w tabeli 10: Tabela 1 Właściwości termiczne szkła [x] Rodzaj szkła Współczynnik przewodzenia ciepła l ⌊ W mK ⌋ Współczynnik rozszerzalnośc i cieplnej α t ⌊ 1 ° C ⌋ Szkło okienne 0,84 80÷90 ∙10−7 Szkło zbrojone 1,15 Szkło piankowe 0,07 1.4.6 Właściwości fizyczne i mechaniczne Szkło nie wykazuje odkształceń trwałych, jest materiałem kruchym, nie ulega pełzaniu, posiada właściwości materiału izotropowego oraz podlega prawu Hook’a [14]. Rysunek 13 przedstawia zależność naprężenie-odkształcenie przy zginaniu dla różnych rodzajów szkła. Rysunek 5 Zależność naprężenie-odkształcenie dla szkła [14] Dopuszczalne naprężenia, jak i charakterystyczna wytrzymałość na rozciąganie przy zginaniu jest różna w zależności od sposobu obróbki (tabela 12 i 13): Tabela 3 Charakterystyczna wytrzymałość na rozciąganie przy zginaniu [14] Tabela 4 Naprężenia dopuszczalne na rozciąganie przy zginaniu dla szkła [14] Szkło jest materiałem sprężysto-kruchym, bardzo podatne na uszkodzenia powierzchniowe. Różne możliwości pokazano na rysunku 16: 1-Pęknięcie wywołane zginaniem 2-Pęknięcie obrzeża 3-Pęknięcie wywołane długotrwałym obciążeniem środka szyby 4-Pęknięcie wywołane uderzeniem Rysunek 6 Różne rodzaje pęknięcia szkła spowodowane działaniem obciążenia Dla porównania szkło hartowane po robziciu: Rysunek 7 Szkło hartowane po rozbiciu [x] 1.5 Podstawowe właściwości szkła Zgodnie z normą [57] można określić uśrednione wartości właściwości szkła stosowanego do produkcji podstawowych wyrobów budowlanych, które zostały podane w tabeli 14: Tabela 5 Właściwości szkła [57] Właściwość Symbol Wartość Gęstość (przy 18°C) ρ 2500 kg m3 Moduł Yonga E 70000 MPa Współczynnik Poissona υ 0,2 Twardość - 6 w skali Mohra Ciepło właściwe c 0,72 ∙10 3 J kg K Średni współczynnik liniowej rozszerzalności cieplnej α 9∙10−6 K−1 Przewodność cieplna λ 1 W mK Średni współczynnik załamania promieniowania n 1,5 w zakresie widzialnym Chcąc określić szkło jako bezbarwne nie może ono zawierać zabarwień oraz współczynnik przepuszczalności światła nie może być mniejszy od podanego w tabeli 15: Tabela 6 Minimalne wartości współczynnika przepuszczalności światła [11] Grubość [mm] Wartość minimalna współczynnika przepuszczalności światła 3 0,83 4 0,82 5 0,81 6 0,80 7 0,79 8 0,78 10 0,76 1.6 Wymiary i odchylenia normowe szkła warstwowego (wg [71] i [72]) Grubość szkła warstwowego to sumaryczna wartość grubości tafli szklanych, międzywarstw oraz plastycznego materiału oszkleniowego. Graniczne odchylenie grubość plastycznego materiału oszkleniowego, przyjmuje się tak jak Float o tej samej grubości (tabela 16). Natomiast nie uwzględnia się międzywarstwy jeśli jej grubość jest mniejsza niż 2 mm. Tabela 7 Tolerancje grubości nominalnej [58] Grubość nominalna [mm] Tolerancja [mm] 2 ± 0,2 3 ± 0,2 4 ± 0,2 5 ± 0,2 6 ± 0,2 8 ± 0,3 10 ± 0,3 12 ± 0,3 15 ± 0,5 19 ± 1,0 25 ± 1,0 Odchylenia szerokości B i wysokości H podano: dla wymiarów handlowych w tabeli 17, a dla ścisłych wymiarów w tabeli 18: Tabela 8 Dopuszczalne odchylenia- wymiary handlowe [58] Graniczne odchylenia dla szerokości B lub wysokości H Wymiar B lub H [mm] Nominalna grubość ≤ 8 mm Nominalna grubość ¿ 8 mm Każda tafla szkła o nominalnej grubości ¿ 10 mm Co najmniej jedna tafla o nominalnej grubości ≥ 10 mm