Закаленные и термически упрочненные стекла: допуски на искривления

Чтобы увеличить прочность стекол и их степень безопасности их подвергают специальным видам термической обработки. Различают два типа термически обработанных стекол:

• закаленные стекла
• термически упрочненные стекла.

стандарты и термины

Для закаленных стекол европейский стандарт EN 12150 применяет термин «thermally toughened glass», а американский стандарт ASTM C1048 – «full tempered glass». Разработанный на основе EN 12150 российский стандарт ГОСТ Р 54162-2010 применяет в английской версии названия сокращенное американское название: «tempered glass». Действует также межгосударственный стандарт на закаленные стекла ГОСТ 30698-2014, который также разработан на основе EN 12150, и, по существу, дублирует ГОСТ Р 54162-2010.

Термически упрочненные стекла европейский стандарт EN 1863 называет «heat strengthened glass», а американский стандарт ASTM C1048 – «heat-strengthened glass» (через дефис). Российский стандарт на термически упрочненные стекла ГОСТ 33087-2014 разработан на основе EN 1863.

закаленные стекла

Закаленные стекла имеют более высокую прочность и сопротивление термическим нагрузкам, чем термически упрочненные стекла. Их стойкость к ударным нагрузкам в 4-5 раз выше, чем у обычных стекол без термической обработки. В случае разрушения закаленные стекла разрушаются с освобождением большого количества энергии в виде мелких округлых кусочков. Такой характер разрушения снижает риск тех, кто находится в это время рядом. Поэтому эти стекла считаются безопасными.

Термически упрочненные стекла

Термически упрочненные стекла также обеспечивают более высокое сопротивление термическим и механическим нагрузкам по сравнению с обычными стеклами. Эти стекла приблизительно в два раза прочнее по сравнению с термически необработанными стеклами. В случае разрушения термически упрочненные стекла разбиваются на большие куски, так как при этом выделяется намного меньше механической энергии (рисунок 2). Это связано с тем, что в ходе термической обработки эти стекла подвергаются меньшим напряжениям по сравнению с закаленными стеклами. Когда термически упрочненное стекло разбивается, оно, как правило, остается на своем месте в раме окна или в герметике по периметру фасадного проема. Термически упрочненные стекла сами по себе не являются безопасными, но широко применяются в безопасных многослойных стеклах.

Термическая обработка стекол в закалочной печи

Происходит следующим образом:

• Резка стекол на заданные размеры на специальных компьютизированных столах.
• Обработка кромок, мойка и сушка стекол. Обработка кромок заключается, например, в их притуплении или шлифовке. Это снижает риск разрушения стекол в закалочной печи. На этом этапе еще возможно выполнять различные отверстия, вырезы и выемки. Затем стекла моют, чтобы удалить все посторонние загрязнения, которые могут еще оставаться на них.
• Повышение температуры стекла в закалочной печи до около 600 ºС и выдержке при этой температуре определенное время в зависимости от толщины стекла, его отражательных свойств и других характеристик.
• Быстрое охлаждение стекла. На этом этапе стекло быстро охлаждается с помощью нескольких воздушных форсунок, которые расположены сверху и снизу стекла. В результате этого процесса в стекле создаются сжимающие остаточные напряжения вблизи его поверхности и растягивающие остаточные напряжения в центральных слоях стекла. На этом этапе в зависимости от скорости охлаждения стекла оно становится или закаленным, или термически упрочненным стеклом.
• Стекла подвергают приемке, чтобы убедиться, что они соответствуют требованиям, которые установлены в соответствующих стандартах.

Термическая обработка стекол и искривление изображений

Обычно стекло, установленное в строительной конструкции, подвергается различного рода нагрузкам, которые могут вызывать искажения объекта, которые мы видим сквозь стекло или отображения этого объекта с стекле. Эти искажения определяются как изменение формы, ориентации или расположения исходного объекта. Факторы, которые могут вызывать эти искажения, включают следующие:

• разность высоты над уровнем моря места изготовления стеклопакетов и места их установки;
• изменения атмосферного давления;
• изменение температуры наружного воздуха;
• ветровая нагрузка;
• давление рамы на кромку стекла или стеклопакета.

Следы от роликов печи

В печи для закалки стекол стекло размягчается до около 600 ºС. Во время обработки в печи, стекло находится в постоянном циклическом возратно-поступательном движении на керамических роликах. В результате, при проходе через печь стекло в той или иной мере принимает форму этих роликов, что и вызывает заметные волнистые искривления стекла на большинстве изделий из термически обработанного стекла, в том числе, на стеклопакетах.

Локальное отклонение от прямолинейности закаленного стекла без покрытия на длине 300 мм не должно превышать:

• для стекол с номинальной толщиной от 3 до 5 мм: 0,5 мм;
• для стекол с номинальной толщиной от 6 до 25 мм: 0,4 мм.

Производители стекол способны снижать эти локальные отклонения от воздействия роликов закалочной печи до 0,13 мм [1].

Требования по локальному отклонению от прямолинейности термически упрочненного стекла без покрытия на длине 300 мм более жесткие, чем для закаленных стекол: оно не должно превышать 0,3 мм.

Общий и локальный прогибы стекла:

1 – общий прогиб листа стекла;
2 – ширина, высота или диагональ листа стекла;
3 – локальный прогиб (след ролика);
4 – длина 300 мм.

общий прогиб стекла

Термически обработанные стекла обычно имеют различного рода отклонения от плоскостности. В зависимости от размера, толщины и типа стекла, оно может иметь прогиб вдоль длины и ширины, а также иметь коробление в центре.

Общее отклонение от плоскостности закаленного стекла без покрытия не должно превышать:

• для стекол с номинальной толщиной от 3 до 5 мм: 3 мм на 1 метр;
• для стекол с номинальной толщиной от 6 до 25 мм: 2 мм на 1 метр.

Требование по общему отклонению от плоскостности термически упрочненного стекла без покрытия независимо от толщины также составляет 3 мм на 1 метр .

Термически упрочненные стекла в многослойных стеклах

Многослойные стекла иногда называют ламинированными, а также триплексами. Их изготавливают из двух или более стекол с размещением между ними специальной пленки. Всю эту «конструкцию» склеивают вместе при повышенных температуре и давлении в специальном автоклаве.

Многослойные стекла являются безопасными, так как при их разрушении фрагменты стекла остаются приклеенными к пленке, что снижает риск повреждения для людей.

Многослойные стекла могут изготавливаться как из обычных отожженных стекол, так и из термически упрочненных стекол. Применение в многослойных стеклах термически упрочненных стекол имеет следующие преимущества:

• Термически упрочненные стекла в два раза прочнее отожженных стекол той же толщины. Эта повышенная прочность дает возможность большим стеклам выполнять требования по ветровой нагрузке без необходимости применения более толстых отожженных стекол.
• Термически упрочненные стекла снижают вероятность разрушения стекол под воздействием термических и механических нагрузок.

Термически упрочненные стекла привносят в многослойные стекла характерные для них оптические искажения, такие как следы от роликов закалочной печи. Однако эти искажения имеют намного менее заметный характер, чем для закаленных стекол. Особенность конструкции многослойных стекол может давать новый тип оптических искажений: эффект линзы в местах утолщения пленки или непараллельности двух стекол.

Полезная информация о применении термически обработанных стекол

• Оптические искажения более заметны на термически обработанных стеклах с повышенной отражательной способностью.
• Применение более толстых стекол и применения для всего проекта стекол одной толщины поможет снизить степень оптических искажений термически обработанных стекол. Оптические искажения на более толстых стеклах обычно менее заметны.
• В документации на светопрозрачные конструкции с применением термически обработанных стекол целесообразно указывать, что все стекла должны быть изготовлены одним и тем же производителем и на одном и том же оборудовании.
• Чтобы минимизировать локальные отклонения стекол от плоскостности (следы роликов) на закаленных или термически упрочненных стеклах необходимо указывать в заказе на такие стекла направление их движения через закалочную печь: снизу вверх, а не слева направо (рисунок 5). Это сделает волны от роликов закалочной печи менее заметными для глаз людей, которые двигаются мимо этих стекол.