А. А. Верховский, канд. техн. наук, заведующий лабораторией, НИИСФ РААСН
В. В. Щередин, начальник отдела технической поддержки, ООО «Гардиан Стекло Рязань»
И. М. Нанасов, научный сотрудник, НИИСФ РААСН
Стеклопакетами в оконных проемах сейчас никого не удивишь. И тем не менее и покупатели, и установщики, и производители оконных блоков постоянно встречаются с набором проблем, которые вызывают вопросы. Это как разрушение стеклопакетов по различным причинам, так и появление разнообразных дефектов, установить причину которых без привлечения специалистов зачастую является нетривиальной задачей. В данной статье мы постарались осветить некоторые из них.
Стеклопакеты, лопнувшие «бабочкой»
Часто встречающийся тип разрушения стеклопакетов, который можно встретить в самом обычном окне. Данный тип разрушений часто имеет характерную форму «бабочки», пример приведен на рис. 1.
Характерное разрушение стеклопакета
Стеклопакеты разрушаются таким образом из-за избыточно высокого либо низкого давления газа в воздушной прослойке. Вообще стеклопакет по своему замыслу – конструкция герметичная, и совершенно естественно, что между давлением газа в камере (камерах) стеклопакета и атмосферным давлением зачастую возникает большой перепад. Это и приводит к разрушению стекла, на которое ложится вся нагрузка от разницы давлений. Рассмотрим ситуации, в которых подобный перепад давления становится критическим.
У стеклопакета соотношение высоты к ширине более 4 : 1. ГОСТ 24866–99 «Стеклопакеты клееные строительного назначения», п. 3.6 не рекомендует изготовление стеклопакетов с размерами менее 300×300 мм, а также с соотношением сторон более 5 : 1. Соотношение сторон введено неспроста.
Рассмотрим проблему поэтапно: имеется два крайних случая – квадратный стеклопакет с соотношением сторон 1 : 1 и прямоугольный с соотношением, к примеру, 4 : 1, оба стеклопакета с длинной стороной сопоставимого размера. Летом, при нагреве, воздух в воздушной прослойке нагревается больше температуры окружающей среды и расширяется, стеклопакет «раздувает». Из-за своей формы квадратный стеклопакет имеет возможность достаточно деформироваться без особых проблем для себя, прогиб стекол будет достаточно большой, разница давлений и напряжения на стекле, соответственно, маленькие. В узком же стеклопакете стекла не обладают возможностью достаточно деформироваться, чтобы скомпенсировать расширение воздуха, образуются напряжения на стекле, которые могут разрушить стеклопакет (рис. 2).
Деформация стекол в стеклопакете под действием разницы давлений
Аналогичная ситуация может складываться при установке стеклопакетов зимой в неотапливаемые помещения. Воздух в камерах стеклопакета сильно сжимается, что также может приводить к разрушению. ГОСТ 24866–99 регламентирует хранение и монтаж стеклопакетов исключительно в отапливаемых помещениях, при температуре воздуха в помещении не ниже +5 °C (п. 7.3, п. 8.8).
Ситуация усугубляется в следующих случаях:
Разрушится стеклопакет или нет, также зависит от качества кромки стекол – сколы, плохой рез стекла и т. д. Как же можно уменьшить вероятность разрушения?
Интерференция, или «цветные полосы»
Иногда на архитектурных проектах на стеклах заметны вертикальные тонкие цветные полосы. Данные полосы зачастую заметны только при наличии падающего под острым углом солнечного света и под строго определенным углом осмотра и могут выглядеть следующим образом (рис. 3).
Вертикальные полосы на стеклопакете
Причина появления полос – явление интерференции (наложения) световых волн в стеклопакете из-за явления анизотропии (неоднородности) напряжений в закаленном стекле. При прохождении света через стеклопакет происходит многократное отражение света в параллельных внутренних и наружных поверхностях стекол с последующим наложением друг на друга (рис. 4).
В процессе термообработки в толще стекла появляются различные напряжения, что является неизбежным результатом процесса. Некоторые из данных картин напряжений могут быть видимыми при определенных условиях (солнечный свет, определенный угол падения света) и представлять собой пятна, параллельные полосы или другие фигуры.
Данный эффект гораздо лучше виден в поляризованном свете (например, через поляризационные очки) и иногда представляет собой т. н. «леопардовые пятна». При осмотре таких стекол через поляризационные очки отмечается резкое улучшение четкости картины, что также подтверджает природу данного явления.
Европейский стандарт EN 12150, часть 1 определяет эффект следующим образом (п. 9.2): «9.2 Анизотропия (иридесценция, радужный эффект). Процесс термоупрочнения создает различные напряжения в теле стекла. Эти области напряжений создают эффект двулучепреломления в стекле, который видим в поляризованном свете.
Когда термически упрочненное безопасное флоат-стекло рассматривается в поляризованном свете, области с напряжениями становятся видимы в качестве цветных фигур, иногда называемых “леопардовыми пятнами”».
Нормальный солнечный свет также может быть поляризованным. Степень поляризации зависит от погодных условий и положения солнца. Эффект двулучепреломления наиболее заметен при остром угле падения света либо при осмотре через поляризационные очки.
Согласно п. 4.1.6.3 «Проект межгосударственного стандарта. Стеклопакеты клееные строительного назначения. Технические условия»: «4.1.6.3. На стеклопакете допускаются параллельные радужные или концентрические полосы (явление интерференции), видимые под углом менее 60° к плоскости стеклопакета».
Причиной появления слегка видимых разноцветных полос на стеклопакетах является явление интерференции из-за анизотропии закаленного стекла. Согласно указанным в тексте письма нормативным документам, данное явление не является дефектом стекла либо стеклоизделия и не может служить основанием для предъявления претензий.
Термошок
Термошок – это явление разрушения стекла из-за наличия на нем градиента температур, возникающего из-за неравномерного нагрева одной или нескольких частей стекла (солнечное излучение, «тепловой мешок», темная пленка на самом стекле). В результате градиента температур и обусловленного нагревом расширения в стекле возникают напряжения, которые и приводят к разрушению. Разрушение от термошока имеет характерный вид (рис. 5).
Разрушение стекла от термошока
Подобное разрушение от термошока можно идентифицировать, посмотрев на край разрушенного стекла: разлом стекла во всех случаях будет перпендикулярен как самой плоскости стекла, так и его краю (рис. 6).
Начало разрушения стекла от термошока
Ниже указаны основные факторы, которые могут привести к разрушению стекла:
Чтобы полностью избежать разрушения стекла в результате термошока, необходимо провести его закалку. Закаленное стекло является безопасным и не подвержено разрушению от перепада температур, который может возникнуть на фасаде здания.
Что такое неразрушающееся при растрескивании остекление
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Sealed insulating glass units. Specifications
Дата введения 2012-07-01
Сведения о стандарте
1 РАЗРАБОТАН Открытым акционерным обществом «Институт стекла»
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 041 «Стекло»
4 В настоящем стандарте учтены основные нормативные положения следующих европейских стандартов*:
1 Область применения
Стандарт не распространяется на стеклопакеты с полимерными пленками в межстекольном пространстве (специальная полимерная пленка для образования замкнутых воздушных или газовых камер внутри стеклопакета).
Настоящий стандарт допускается применять при проведении сертификационных испытаний и для целей оценки соответствия.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ Р 54162-2010 Стекло закаленное. Технические условия
ГОСТ Р 54169-2010 Стекло листовое, окрашенное в массе. Общие технические условия
ГОСТ Р 54170-2010 Стекло листовое бесцветное. Технические условия
ГОСТ Р 54171-2010 Стекло многослойное. Технические условия
ГОСТ Р 54172-2010 Стеклопакеты клееные. Метод оценки долговечности
ГОСТ Р 54173-2010 (ЕН 1279-4:2002) Стеклопакеты клееные. Методы определения физических характеристик герметизирующих слоев
ГОСТ Р 54174-2010 (ЕН 1279-6:2002) Стеклопакеты клееные. Правила и методы обеспечения качества продукции
ГОСТ Р 54176-2010 Стекло с низкоэмиссионным мягким покрытием. Технические условия
ГОСТ Р 54177-2010 Стекло с низкоэмиссионным твердым покрытием. Технические условия
ГОСТ Р 54178-2010 Стекло с солнцезащитным или декоративным мягким покрытием. Технические условия
ГОСТ Р 54179-2010 Стекло с солнцезащитным или декоративным твердым покрытием. Технические условия
ГОСТ Р 53288-2008 Весы неавтоматического действия. Часть 1. Метрологические и технические требования. Испытания
ГОСТ Р 54180-2010 Стекло термоупрочненное. Технические условия
ГОСТ 12.0.004-90 Система стандартов безопасности труда. Организация обучения безопасности труда. Общие положения
ГОСТ 12.1.004-91 Система стандартов безопасности труда. Пожарная безопасность. Общие требования
ГОСТ 12.3.009-76 Система стандартов безопасности труда. Работы погрузочно-разгрузочные. Общие требования безопасности
ГОСТ 166-89 Штангенциркули. Технические условия
ГОСТ 427-75 Линейки измерительные металлические. Технические условия
ГОСТ 577-68 Индикаторы часового типа с ценой деления 0,01 мм. Технические условия
ГОСТ 2768-84 Ацетон технический. Технические условия
ГОСТ 3749-77 Угольники поверочные 90°. Технические условия
ГОСТ 5533-86 Стекло листовое узорчатое. Технические условия
ГОСТ 6507-90 Микрометры. Технические условия
ГОСТ 6709-72 Вода дистиллированная. Технические условия
ГОСТ 7481-78 Стекло армированное листовое. Технические условия
ГОСТ 7502-98 Рулетки измерительные металлические. Технические условия
ГОСТ 9416-83 Уровни строительные. Технические условия
ГОСТ 9805-84 Спирт изопропиловый. Технические условия
ГОСТ 12162-77 Двуокись углерода твердая. Технические условия
ГОСТ 25336-82 Посуда и оборудование лабораторные стеклянные. Типы, основные параметры и размеры
ГОСТ 28498-90 Термометры жидкостные стеклянные. Общие технические требования. Методы испытаний
3 Термины и определения
В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:
3.1 стеклопакеты: Объемные изделия, состоящие из двух или трех листов стекла, соединенных между собой по контуру с помощью дистанционных рамок и герметиков, образующих герметически замкнутые камеры, заполненные осушенным воздухом или другим газом.
3.2 моллированный стеклопакет: Стеклопакет с криволинейной поверхностью.
3.3 структурное остекление: Способ фасадного остекления без видимых рамных конструкций на внешней стороне фасада.
3.4 оптические искажения: Дефекты стеклопакета, характеризующиеся минимальным углом между плоскостью стеклопакета и плоскостью экрана, при котором не наблюдается искажение формы полос экрана.
4 Классификация, основные параметры и/или размеры
4.1 Стеклопакеты изготавливают в соответствии с требованиями настоящего стандарта, ГОСТ Р 54174 по конструкторской и технологической документациям, утвержденным в установленном порядке.
4.2 Стеклопакеты в зависимости от числа камер подразделяют на типы:
Пример однокамерных и двухкамерных стеклопакетов (типы и конструкция стеклопакетов) показан на рисунке 1.
Камеры стеклопакетов могут быть заполнены:
— инертным газом или их смесью (аргон Ar, криптон Kr и др.);
— другими газами по согласованию изготовителя и потребителя при выполнении требований данного стандарта к характеристикам стеклопакетов.
Допускается по согласованию изготовителя с потребителем изготавливать стеклопакеты из четырех листов стекла и более, а также устанавливать декоративные рамки внутри стеклопакетов.
4.3 Стеклопакеты могут быть:
— для структурного остекления;
— изготовленные с использованием моллированного стекла.
Требования, предъявляемые к стеклопакетам, дополняющие требования настоящего стандарта, должны быть изложены в нормативных документах: стандартах, технических условиях, технических свидетельствах, договорах на поставку, утвержденных в установленном порядке.
Риск растрескивания стекла может быть оценен с помощью компьютерного анализа. Это позволяет реально выбрать тип, размер и толщину стекла в зависимости от функций, которым оно должно соответствовать в готовом изделии, например оконном стеклопакете, сообщает портал ОКНА МЕДИА.
Причины растрескивания стекла Большинство трещин в стекле вызвано присутствием одного или нескольких факторов, перечисленных ниже: — Повреждение поверхности или кромки стекла — Контакт стекла с металлом — Тепловые напряжения в стекле — Дефекты стекла — Вандализм или умышленное разбивание стекла.
Прочность стекла может быть нарушена уже в самом процессе производства из-за наличия небольших невидимых дефектов, равно как и видимых, в которых концентрируются напряжения и от которых расходятся трещины. Кроме того, состояние кромки стекла, а также его надлежащая обработка оказывают значительное влияние на долгосрочную прочность стеклянной конструкции.
Стекло является гибким, пока оно не ломается под действием чрезмерной нагрузки. Максимально допустимая нагрузка отличается в зависимости от: типа стекла, продолжительности, распределения нагрузок, ориентации, масштаба неоднородности и микроскопических дефектов на поверхности стекла.
Возникновение эффекта растрескивания стекла из-за теплового стресса может также зависеть от нескольких дополнительных факторов, таких как: — Рамы остекления отличаются высокой проводимостью или находятся в непосредственном контакте с бетоном либо иными материалами, которые могут способствовать снижению температуры на краях стеклопакета — Чрезмерное сжатие края стеклянной конструкции рамой — Размещение на установленном остеклении теплопоглощающей плёнки — Использование внутренних солнцезащитных устройств, таких как шторы, роллеты или жалюзи. Их установка повышает уровень теплового стресса и должна быть одобрена соответствующими данными термического анализа — Поток воздуха, выходящий сквозь отверстия систем отопления и кондиционирования, должен быть направлен в противоположном к остеклению направлении.
Стекло может также подвергаться риску тепловой нагрузки при хранении на складе, прежде чем оно будет обработано и установлено. Следует проявлять бдительность, чтобы стекло хранилось в чистом, сухом месте, защищенном от прямых солнечных лучей. В зданиях, которые не отапливаются, например, во время строительства, явление растрескивания стекла, связанное с тепловым стрессом, может увеличиться.
Три наиболее прочных типа стекла Ведущие производители оконного стекла предлагают целую палитру защитных стекол, которые, в зависимости от потребностей заказчика, могут быть использованы по отдельности либо в комбинации, как на фасадах здания, так и для его интерьера. Три основных типа стекла, имеющие потенциал для использования в строительстве: закаленное стекло, термоупрочненное стекло и ламинированное стекло.
Закалка стекла заключается в том, что оно подвергается термообработке, то есть нагревается до заданной температуры, а затем быстро охлаждается. Закаленное стекло отличают три важных свойства. Во-первых, в 4-5 раз выше предел прочности при изгибе, чем у исходного материала, то есть стёкла могут быть подвергнуты гораздо более сильному растяжению. Кроме того, повышается его устойчивость к изменениям температуры, что означает, что стекло становится более адаптированным для воздействия, как длительных, так и краткосрочных изменений температуры, равно как и более высоких перепадов температур в пределах одного стеклопакета. Даже если закалённое стекло разрушится в результате перегрузки – оно распадётся на сеть слабо связанных частей с тупыми краями, которые минимизируют риск травм по сравнению с разбитым стеклом с осколками с острыми краями, как в случае обычного флоат-стекла.
Термоупрочненное стекло не показывает риск спонтанного разрыва и может использоваться там, где требуется дополнительная прочность стекла, а безопасность остекления не требуется или не рекомендуется. Ламинированное стекло, которое производится путём соединения двух листов стекла ПВБ прослойкой, можно считать лидером в плане растрескивания. Наличие прослойки делает такое остекление особо прочным и надёжным, а в случае поломки осколки остаются приклеенными к плёнке и не рассыпаются, снижая риск травматизма.
Компьютерный анализ минимизирует риски растрескивания стекла Благодаря своей специфичности, стекло не может быть использовано в строительной промышленности таким же образом, как и другие строительные материалы с предсказуемыми прочностными характеристиками. Для расчета прочности стекла принимаются коэффициенты, позволяющие минимизировать вероятность его разрушения под воздействием выбранной расчетной нагрузки. Максимальная сила сопротивления разрушению является переменной величиной, поэтому определяется статистически. Важным недостатком стекла является его низкая механическая стойкость к удару и изгибу.
Следует отметить, что все виды листового стекла обладают определенной степенью несовершенства. Одним из таких недостатков являются включений сульфида никеля (NiS), что может привести к спонтанному разрушению полностью закаленного стекла, даже когда оно не подвергается никакой нагрузке или нет предпосылок для возникновения термических напряжений. Для обнаружения частиц NiS в закаленном стекле существенную помощь оказывает тест Heat Soak Test (HST). Этот тест не является стандартной процедурой, он выполняется по желанию клиента. Процедура испытания, правда, оказывает значительное влияние на цену заказанной продукции – за счет покрытия возможных убытков из-за поломки стекла в процессе испытания в печи. Выбор стекла для остекления определённого объекта должен производиться на основе соответствующих национальных и европейских норм и стандартов. Для более точной корректировки стекла и тщательной адаптации остекления к потребностям клиентов также разработана специальная интерактивная функция теплового и структурного анализа остекления, которая носит рекомендательный характер.
Проектирование зданий с использованием стекла требует от архитекторов и инженеров точного анализа. Ведущие производители стекла предлагают своим клиентам выбор из продуктов для конкретных приложений. ОКНА МЕДИА рекомендует прочесть: Стекло в главной роли в «зеленой» архитектуре
Что такое неразрушающееся при растрескивании остекление
СТЕКЛО И ИЗДЕЛИЯ ИЗ НЕГО
Методы определения механических свойств. Испытания на характер разрушения
Glass and glass products. Methods for determination of mechanical properties. Fragmentation tests
Дата введения 2016-04-01
Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0-92 «Межгосударственная система стандартизации. Основные положения» и ГОСТ 1.2-2009 «Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, применения, обновления и отмены»
Сведения о стандарте
1 РАЗРАБОТАН Открытым акционерным обществом «Институт стекла» (ТК 41 «Стекло»)
2 ВНЕСЕН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт)
3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 20 октября 2014 г. N 71-П)
За принятие проголосовали
Краткое наименование страны по MK (ИСО 3166) 004-97
Сокращенное наименование национального органа по стандартизации
Минэкономики Республики Армения
Госстандарт Республики Беларусь
Госстандарт Республики Казахстан
4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 7 мая 2015 г. N 350-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 33002-2014 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 апреля 2016 г.
5 Настоящий стандарт соответствует следующим европейским региональным стандартам:
1 Область применения
В стандарте приведены общие требования к проведению испытаний на характер разрушения и оценка результатов испытаний.
Метод, установленный в настоящем стандарте, применяют при проведении сертификационных, приемо-сдаточных, периодических, исследовательских, контрольных и других видов испытаний.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие межгосударственные стандарты:
ГОСТ 12.1.004-91 Система стандартов безопасности труда. Пожарная безопасность. Общие требования
ГОСТ 12.4.013-85 Система стандартов безопасности труда. Очки защитные. Общие технические условия
ГОСТ 427-75 Линейки измерительные металлические. Технические условия
ГОСТ 7502-98 Рулетки измерительные металлические. Технические условия
ГОСТ 30698-2014 Стекло закаленное. Технические условия
ГОСТ 32539-2013 Стекло и изделия из него. Термины и определения
ГОСТ 32361-2013 Стекло и изделия из него. Пороки. Термины и определения
ГОСТ 33087-2014 Стекло термоупрочненное. Технические условия
3 Термины и определения
В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ 32539, ГОСТ 32361, а также следующий термин с соответствующим определением:
3.1 характер разрушения: Характеристика стекла, показывающая соответствие стекла определенным требованиям по размерам, количеству и форме осколков.
4 Сущность метода
Метод состоит в оценке образовавшихся при разрушении стекла осколков, изолированных фрагментов стекла, характерных для различных видов стекла.
5 Условия проведения испытаний
Испытания по определению характера разрушения стекла проводят в оборудованных помещениях:
— при температуре от 5°С до 40°С;
— относительной влажности воздуха не более 80%.
Образцы должны быть выдержаны в условиях проведения испытания не менее 12 ч.
6 Требования безопасности
6.1 Пожарную безопасность обеспечивают системами предотвращения пожара, противопожарной защиты, организационно-техническими мероприятиями в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004.
6.2 Лица, занятые проведением испытаний, должны быть обеспечены защитными очками по ГОСТ 12.4.013. В помещении должны быть вода и аптечка с медикаментами для оказания первой помощи при ушибах и порезах.
7 Средства испытаний и измерений
7.1 При проведении испытаний используют:
— молоток, отвечающий следующим требованиям:
— масса головки молотка (75±2) г;
— радиус скругления острой части головки молотка (0,20±0,05) мм;
— рулетку с ценой деления не более 1 мм по ГОСТ 7502;
— линейку с ценой деления не более 1 мм по ГОСТ 427.
7.2 Средства измерений должны быть метрологически аттестованы и откалиброваны в установленном порядке.
8 Отбор и подготовка образцов
8.1 Порядок отбора образцов для проведения испытаний устанавливают в нормативных документах на испытуемый вид стекла.
8.2 Испытания плоского закаленного и термоупрочненного стекла проводят на трех образцах размером [(1100х360)±5] мм, изготовленных вместе с испытуемой партией, не имеющих пороков внешнего вида, без отверстий, пазов и/или вырезов.
Испытания закаленного моллированного стекла проводят на трех образцах следующих размеров: длина (360±5) мм, хорда (1100±5) мм. Допускается проводить испытания на образцах закаленного моллированного стекла длиной (500±5) мм.
Допускается проводить испытания на готовых изделиях.
8.3 Кромки образцов должны быть обработаны и соответствовать требованиям нормативных документов на соответствующий вид стекла.
9 Проведение испытаний
9.1 Испытания плоского стекла проводят при горизонтальном положении образца на твердой поверхности. Для предотвращения разлетания осколков стекла образец фиксируют скотчем, бумагой или другим материалом, при этом не допускается механическое сдавливание образца.
Образец закаленного моллированного стекла располагают на твердой поверхности выпуклой стороной вниз, как показано на рисунке 1.
Если после первого удара стекло не разрушилось, то наносят последующие удары до его разрушения.
10 Обработка результатов
10.1 Обработка результатов при испытании закаленного стекла
После разрушения стекла на нем отмечают участок с наиболее крупными осколками стекла. В этом месте на образце выделяют квадрат размером [(50х50)±1] мм. На образце квадрат выделяют различными способами. Одним из способов является наложение шаблона с квадратным отверстием размером [(50х50)±1] мм. Шаблон изготавливают из непрозрачного твердого материала.
При определении участка с наиболее крупными осколками стекла не учитывают области на расстоянии 25 мм от кромок стекла и в радиусе 100 мм от точки удара, как показано на рисунке 3.
