При какой температуре может лопнуть стекло
Вступление
Термическое напряжение возникает в стекле, когда существует разница температур в разных частях стекла. Если напряжение, вызванное разницей температур, превышает прочность стекла, это приведет к разрушению стекла под действием термического напряжения.
Разрушение стекла под действием термического напряжения – явление не новое, и уже много лет оно относительно хорошо изучено в промышленном остеклении. Однако, учитывая все более широкое использование высокоэффективных энергоэффективных стекол и тот факт, что некоторые из этих продуктов могут нести больший риск теплового стресса, важно, чтобы каждый, кто участвует в стекольной промышленности, лучше понимал термическое напряжение, его причину. и как это предотвратить.
Поскольку поломка под действием термического напряжения не часто происходит из-за дефекта стекла, а скорее является результатом ряда условий, которым подвергается стекло, на него обычно не распространяется гарантия поставщика стекла.
Выявление термического разрушения стекла
Разрушение стекла может быть идентифицировано как разрушение под действием теплового напряжения, если начало трещины находится под углом 900 к краю стекла И лицевой стороне стекла. В зависимости от величины прилагаемых напряжений трещина может перемещаться только на несколько миллиметров, прежде чем разветвляться или отклоняться от линии, поэтому угол 90 ° начальной трещины не всегда может быть очевиден сразу.
Поломки, вызванные термическим напряжением, можно охарактеризовать как поломки с низким или высоким напряжением. Разрушение при низком напряжении характеризуется единственной трещиной, которая «лениво» пробирается по стеклу, в то время как разрушение при высоком напряжении определяется по исходной трещине, ответвляющейся на несколько отдельных трещин на небольшом расстоянии от ее источника.
Что вызывает термическое напряжение?
Как упоминалось ранее, термическое напряжение вызывается разной температурой в разных частях стеклянного стекла. Поглощение солнечной энергии – одна из основных причин такой разницы температур. Часть стекла, подвергнутая воздействию солнца, поглощает солнечную энергию и, как следствие, нагревается. Любая часть стекла, закрытая от солнца, например оконная рама, остается относительно прохладной.
Горячее стекло расширяется, а меньшее и более прохладное – нет. Если холодная область стекла недостаточно прочна, чтобы противостоять силам, создаваемым расширяющейся горячей частью стекла, произойдет разрыв из-за термического напряжения. Рассматривая силы, необходимые для создания термического напряжения, Пилкингтон подсчитал, что на каждый градус разницы температур между краем стекла и центром стекла в стекло создается напряжение около 0,62 МПа. Учитывая, что в некоторых случаях может возникать разница температур от 20 до 30 ° C, это составляет примерно от 12 до 19 МПа. Это больше, чем расчетное напряжение, используемое для ветровой нагрузки!
Факторы риска теплового стресса
Учитывая, что термическое напряжение вызывается разницей температур в куске стекла и что разрушение происходит, когда способность стекла выдерживать это напряжение превышается, любая ситуация или фактор, которые увеличивают эту разницу температур или уменьшают прочность стекла, увеличивают риск поломки из-за термического напряжения.
Факторы, которые могут повлиять на риск теплового стресса, включают:
Состояние края
Повреждение краев стекла во время производства или установки, возможно, является основной причиной термического разрушения при низких напряжениях.
Как говорит американский производитель стекла PPG: «Качество резки кромок стекла является самым важным фактором, влияющим на прочность кромки стекла. Плохое качество обрезных кромок может снизить прочность стекла на 50% и более…»«Качество кромок стекла и получаемая в результате прочность кромок особенно важны для характеристик стекла при термической нагрузке …»На уровень термической нагрузки, которую может выдержать кусок стекла, напрямую влияет состояние краев стекла. Кромки, наиболее устойчивые к термическому разрушению, представляют собой качественные кромки с чистым срезом без раковин, отверстий или акульих зубов. Этого может быть трудно добиться в многослойном стекле, и может потребоваться обработка кромок для сглаживания краев.
Тип стекла
Разные изделия из стекла имеют разную устойчивость к термическому воздействию. Как правило, чем больше солнечной энергии поглощает стеклянное изделие, тем выше риск поломки под действием теплового напряжения. Все производители стекла предоставляют данные о свойствах поглощения солнечной энергии для своей продукции.
Поглощение солнечной энергии может сильно различаться даже между похожими продуктами. Использование световозвращающего покрытия может значительно увеличить степень поглощения солнечного света. Это связано с тем, что, по сути, стекло поглощает солнечную энергию как на входе в стекло, так и на выходе после того, как оно попадает на отражающее покрытие.
Пример:
Серое стекло толщиной 6 мм без покрытия имеет коэффициент поглощения солнечного излучения около 45%, а добавление отражающего покрытия к этому продукту увеличивает поглощение солнечного излучения до 63%.
Использование прозрачных покрытий Low E также может повысить степень поглощения солнечного света стеклом. Покрытия Low E предназначены для уменьшения прохождения лучистого теплового потока через стекло для повышения энергоэффективности. Это приводит к более высоким температурам стекла и увеличивает риск термического напряжения.
Еще один значительный фактор риска – это добавление теплопоглощающих пленок или любое частичное покрытие оконного стекла другими продуктами (такими как знаки или краска) после установки. Оба эти фактора могут увеличить риск теплового стресса.
Размер стекла
Чем больше оконное стекло, тем больше площадь стекла, поглощающего солнечную энергию, по сравнению с его относительно узкими более холодными краями. Большая площадь горячего стекла приводит к более высокому уровню термического напряжения по краям стекла.
Внешнее затенение
Хотя свойства стекла хорошо задокументированы и могут быть приняты во внимание на этапе проектирования проекта, учет внешнего затенения может быть более проблематичным.
Влияние внешнего затеняющего устройства на термическое напряжение зависит от сочетания его размера, формы и расположения на стекле. Внешнее затенение еще больше усложняется его сезонным характером; поскольку положение солнца меняется в течение года, меняются и отбрасываемые им тени.
В основном:
- Затенение, покрывающее 50% или менее стекла, более неблагоприятно, чем устройство, затеняющее большую часть стекла;
- Статическая штриховка более неблагоприятна, чем мобильная;
- Затенение в форме буквы V или L вызывает повышенное тепловое напряжение, особенно если точка буквы V падает на край стекла.
Затенение интерьера
Фактором риска теплового напряжения, который чаще встречается в жилищном строительстве, чем в коммерческом, является использование штор и жалюзи на внутренней стороне окна. Воздействие жалюзи и штор на тепловую нагрузку зависит от цвета, типа и других факторов, однако эффект может быть значительным.
Хотя плотно прилегающие жалюзи или шторы помогают свести к минимуму передачу тепла внутрь или из здания, они могут значительно повысить риск теплового напряжения. Чтобы свести это к минимуму, расстояние между стеклом и абажуром должно быть не менее 50 мм (предпочтительно 150 мм) и должно вентилироваться. Вентиляция обеспечивается за счет зазора между жалюзи и стеной или рамой размером 50 мм у головы и 25 мм у подоконника.
Эффект, который жалюзи и шторы оказывают на тепловую нагрузку, также зависит от того, сколько энергии они отражают обратно на стекло. Светлые цвета являются хорошими отражателями, а темные – нет. Ткань с закрытым переплетением помогает более эффективно удерживать тепло, а открытое переплетение пропускает тепло. Жалюзи являются отличными отражателями тепла, как и металлизированные жалюзи.
Нагревание, охлаждение
Устройства искусственного обогрева и/или охлаждения следует размещать так, чтобы они не дуть горячим или холодным воздухом прямо на поверхность стекла или в пространство между стеклом и шторами. Это может привести к изменению температуры на поверхности стекла и, следовательно, увеличить риск термического напряжения.
Метод остекления
Обычно используемые методы остекления не оказывают значительного влияния на риск термического напряжения. Исключением является структурное остекление, которое снижает уровень термического напряжения за счет уменьшения разницы температур между остекленным краем и центром стекла. Следует проявлять осторожность при использовании любого метода остекления, который либо способствует отводу тепла от стекла, либо покрывает необычно большие края стекла.
Управление риском теплового стресса
Риск разрушения из-за термического напряжения можно исключить, управляя указанными выше факторами или упрочняя стекло при нагревании.
Термоупрочнение увеличивает прочность стекла, что позволяет ему противостоять термически индуцированным нагрузкам. Термоупрочнение может быть относительно дорогостоящим, особенно если оно требуется для многослойного стекла, поэтому, если не заменять стекло, которое было разбито под действием термического напряжения, необходим метод количественной оценки уровня риска.
На веб-сайтах многих производителей стекла можно найти подробную информацию о разрушении под действием теплового напряжения. Некоторые также предоставляют онлайн-инструменты, которые позволяют вам самостоятельно выполнить анализ термического напряжения, или они выполнят для вас анализ термического напряжения, если вы приобретете у них стекло.
Используя доступную информацию, установщик стекла может объективно оценить риски до установки. В некоторых случаях возможна реконструкция, устраняющая необходимость термического упрочнения и, следовательно, экономящая ненужные расходы.
Кол-во просмотров: 688
Источник
Стандартная ситуация – лопнувший стеклопакет.
Кто виноват производитель, установщик? А может быть мы с вами?
Давайте разбираться.
Очень часто при эксплуатации стеклопакетов нарушаются элементарные правила, которые приводят к печальным последствиям – стеклопакеты просто лопаются. Рассмотрим подробнее одну из причин возникновения трещин – термошок.
Термошок – спонтанное разрушение стекла в результате развития внутренних напряжений при его неравномерном нагревании-охлаждении.
Начнем с того что стекло при производстве стеклопакетов не режут, а ломают. То есть стекло не режется как хлеб, оно царапается и по царапине разламывается. На месте разлома возникают обязательно микротрещины. Хотим мы, не хотим – это физический процесс, от этого никуда не деться. И когда окно эксплуатируется, оно то нагревается, то остывает, стеклопакет и профиль начинают «дышать», «работать». В один «прекрасный момент» при стечении обстоятельств на одном листе стекла получается перепад температуры, и микротрещины на краю стекла начинают работать как клинья. Когда на стекле возникает разница температур примерно в 40 градусов Цельсия – оно трескается и не важно, какое это стекло – с покрытием, без покрытия, с пленкой тонировочной или прозрачное. Необходимо разобраться, почему произошла эта трещина. Термошок бывает чаще всего на южной стороне, редко бывает с северной стороны ориентации фасадов. Трещину по причине термошока можно очень хорошо отличить от любой другой трещины, если посмотреть на стекло более пристально и снять штапики. Если трещина выходит под углом 90 градусов к торцу стекла и в месте, откуда выходит трещина, нет никаких сколов, никаких щербин – то высока вероятность, что это именно термошок. Трещины от термического воздействия всегда идут под углом 90 градусов, как к торцу стекла, так и со стороны поверхности. Трещина может быть дальше распространяться как угодно, она вышла под 90 градусов и пошла дальше, под любым углом. Она может закончить свой путь или может разбиться на 2 или на 3 трещины.
При малом термическом напряжении выходит одна трещина с углом в 90 градусов и при более высоком напряжении уже выходит несколько лучей, угол всё равно сохраняется тот же самый 90 градусов. Очень важно снимать штапик и видеть собственно источник, откуда выходит трещина, потому что если не снимать штапик, то может лишь показаться что она выходит перпендикулярно под углом 90 градусов. Но стоит снять штапик, видно, что на самом деле там есть изгиб. Такая трещина может быть от того, что стекло изгибалось, за счёт того что оно подвергалась другим нагрузкам. Это уже не является следствием термошока, поэтому всегда снимайте штапик, смотрите на стекло с поверхности, со стороны торца и угол должен быть именно 90 градусов. Более того, в месте, где выходит трещина, не должно быть никаких механических повреждений поверхности стекла, то есть трещина должна быть ровной и в месте, откуда она выходит, рез должен быть тоже ровным, без каких-либо щербин, без каких-либо раковин, без каких-либо механических повреждений.
Если в этом месте, где мы сняли штапики, кромка стекла повреждена, значит что это повреждение было и до разрушения стекла по причине термического воздействия, оно снизило прочностные свойства стекла и термошок произошёл гораздо раньше. Поэтому в месте, где выходит трещина, не должно быть никаких механических повреждений. Причиной трещины на стеклопакете является дефект самого стекла, микротрещина полотна, скол на торце, а так же плохо отшлифованные, или вовсе не отшлифованные края стеклопакета. К сожалению, такой брак не сразу заметен. За такие дефекты и последствия ответственность несет предприятие, изготовившее стеклопакет.
На риск появления термошока прежде всего влияет ориентация фасада, где есть солнце, где больше тепла идет от солнца. Влияет также тип стекла, который используется и различные абсорбирующие пленки, потому что стекло нагревается гораздо интенсивнее. Важный момент – не столько опасен нагрев стекла, сколько его неравномерность, например если есть у окна какой-то козырёк, либо какая – то часть окна заходит в непрозрачную зону – то получается, что часть стекла находится под прямыми лучами солнца, а часть находится в тени. Если это стекло тонированное, либо с абсорбирующей атермальной пленкой, то оно нагревается гораздо интенсивнее под действием солнца, а та часть, которая находится под козырьком, она не нагревается или нагревается гораздо медленнее. Как только возникает разница температур в 40 градусов – стекло треснет, как правило, это бывает чаще ранней весной или поздней осенью, когда с одной стороны Солнце уже это греет по-летнему жарко, но на улице ещё пока холодный воздух. Поэтому если у нас есть источники неравномерного нагрева, какие-то тени падают на стекло, то это очень критично именно в это время года. Помимо наружных конструкций, которые смогут создать тень и тем самым вызвать неравномерный нагрев, его также можно вызвать и внутренними элементами, особенно солнцезащитными конструкциями, такие как жалюзи. Жалюзи могут быть очень критичны в плане термошока и опаснее те жалюзи, которые максимально близко прикрепляются к поверхности стекла. Есть такие жалюзи, которые встраиваются в сам штапик и полностью закрывают всю поверхность стекла. Причём жалюзи, которые передвигаются, которые можно собрать – они более опасны. Влияет ещё и цвет жалюзи. Как ни странно, но белые жалюзи являются одними из самых опасных, потому что белый цвет отражает около 70% энергии обратно на стекло. В этом случае, хозяйка может поднять эти жалюзи и закрыть верхнюю часть окна, так чтобы солнце не светило ей в глаза, а нижнюю часть оставить открытой – получается, что верхняя часть стекла она будет нагреваться гораздо интенсивнее и может произойти разрушение стекла по причине термошока именно за счёт того, что жалюзи или рольшторы были в плотную к стеклу. Не допускается создавать такой неравномерный нагрев и лучше избегать установки каких-либо строительных материалов, загромождений на окна, особенно на южной стороне.
Еще несколько довольно распространённых случаев. Летом на солнце на южной стороне у нас стекла могут нагреваться до температуры 100 градусов. И когда мы брызгаем на стекла холодной водой они треснут, они не предназначены для того чтобы выдерживать такую нагрузку. Стекла, которые выдерживают термическую нагрузку – это закалённые либо термически упрочненные стекла, которые например, установлены в духовых шкафах. При натягивании потолков используют тепловые пушки. Тепловые пушки направленным потоком излучают тепловую энергию и если монтажники, которые натягивают потолки, повернули пушку на стекло и оставили на какое-то время, то стекло, конечно же, не выдержит такого концентрированного потока горячего воздуха и треснет. Также в новостройках часто используют тепловые пушки для того чтобы просушить штукатурку и точно так же тепловую пушку направляют на стекло, потом уходят и через несколько часов возвращаются и замечают то что стекло треснуло. Тепловую пушку убирают, все прячут, вызывают оконщиков, показывают треснувшее стекло.
А приводит ли нанесение солнцезащитной пленки к трещинам на стекле? Может быть несколько причин того, что стекло лопнуло: термический шок; шок при сжатии из-за собственного веса стекла, шок при изгибе (давлении) из-за ветровой нагрузки или ударной волны; внешнее воздействие – удар камнем, мячом, птицей, шок при скручивании; при сдвигах и усадках здания или деформации рамы. Если эти внешние воздействия находятся в пределах допустимого, то трещина может возникнуть из-за них только при уже имеющемся внутреннем дефекте или микродефекте в стекле (будь то лишние примеси, неоднородности толщины, трещины у края стекла не видные из-за рамы и прочие нарушения структуры). Оконные тонирующие пленки могут повлиять (даже в теории) только на одну из причин – термошок. Пленки действительно отражают и поглощают некоторую часть солнечной энергии. Но пленки не единственная причина ненормативного нагревания стекла: это могут быть шторы, расположенные слишком близко, наклейки на окнах, отопительные батареи и даже граница тени, падающей на стекло. Предметы, поставленные на подоконник (большие цветочные горшки, коробки, стопка книг), или наклеенные на внутреннее стекло стеклопакета (афиши, объявления, газеты) могут привести к возникновению трещин. Все это мешает воздуху циркулировать, мешает отводу тепла от окна и в результате разные части стекла нагреваются по-разному. Рискнем предположить, что при прочих равных условиях (качество кромки, толщина стекла, качество поверхности стекла и т.д.) вероятность термошока выше на меньших пакетах т.к. у большего сохраняется возможность линзования, есть куда деформироваться. Чем больше размеры остекления, тем выше механические напряжения между нагретыми и холодными участками остекления. Помимо этого значительное линейное расширение стеклянных панелей в результате нагрева инсоляцией может привести к их разрушению при отсутствии температурных зазоров между элементами остекления и профилем.
Все пленки ведущих производителей, предназначенные для нанесения на стекло окон, проходят тестирование на то, чтобы не вызывать термошок стекла не содержащего дефектов. Во избежание термического шока не стоит пленку наклеивать на стекло тоньше 4мм; на стекла в раме из бетона, твердого алюминия или стали без упругих деформирующихся уплотнителей; на стекло, удерживаемое затвердевшим герметиком и на стекло с видимыми сколами и повреждениями; на сильно отражающие, текстурированные, узорчатые или сетчатые стекла. ГОСТ Р 54175-2010 «Стеклопакеты клееные. Технические условия», п. 5.2.7: «В случаях, когда в стеклопакетах для наружного остекления применяют неупрочненное стекло (в том числе многослойное), его коэффициент поглощения света должен быть не более 25%. Допускается вместо коэффициента поглощения света использовать при проектировании стеклопакетов коэффициент поглощения солнечной энергии стеклом. Для неупрочненного стекла (в том числе многослойного) он должен быть не более 50%. Стекло с более высоким коэффициентом поглощения света (или солнечной энергии) должно быть упрочненным».
Дополнительная информация на wiki.
Источник