Эволюция архитектурного стекла
Стекло сопровождает нас уже около пяти тысячелетий. Первый предмет, который был полностью сделан из стекла не привычное прозрачное заполнение оконной рамы, а женские бусы. Эти бусы были найдены при раскопках в Месопотамии, их изготовление датируют 2450-м годом до н.э. Древнейшее стекло не было прозрачным и по многим своим свойствам напоминало глину, так как его можно было раскатывать и штамповать в состоянии горячей и размягченной массы при помощи простейших инструментов.
В древнейшем письменном источнике “Средневавилонский текст”(17 век до н.э) обнаружены любопытные рецепты стекол и глазурей.
Наряду с бусами изготавливались также различные стеклянные сосуды. Первые экземпляры таких сосудов обнаружены на территории Египта и датируются 15-м веком до н.э - периодом династии фараонов. Во время археологических раскопок в Телль-Эль-Амарне (1891-1892 г.г.) на территории того же Египта, была обнаружена древненегипетская стеклоделательная мастерская времени одного из фараонов – Аменхотепа IV. В мастерской были найдены также остатки стеклоплавильных тиглей, по которым можно судить о том, что египтяне делали стеклянные сосуды разных форм и размеров.
В Риме стекло как строительный материал стало использоваться в начале нашей эры. Изначально для остекления зданий применялись маленькие стеклянные таблички размером 40 на 40 см. В то время это был один из способов литья, при котором расплав стекла наливался на песчаную подложку и обрабатывался вальцами. Стекло имело светло-зеленый оттенок и содержало множество пузырьков. С падением Римской империи искусство производства оконных стекол было в основном утеряно, и возродилось только в Средние века. В этот период начинает развиваться способ дутья для изготовления стекла - эра стеклодувов. Стекло, изготовленное таким способом, являлось очень дорогим материалом и использовалось исключительно для остекления церквей и дворцов.
На Руси секрет изготовления стекла узнали более тысячи лет назад и все более значимо оно становилось в жизни и быту древнерусских зажиточных господ Киева, Москвы, Новгорода, Смоленска и других городов, особенно когда стекло вошло в обиход в качестве строительного материала.
Так из чего же состоит стекло? Как не парадоксально, но стекло представляет собой жидкость, только находящуюся в застывшем состоянии. Главная составляющая часть стекла, входящая в его состав в наибольшем количестве (60-75% от общего объема) и определяющая его типичные свойства – это кремнезем SiO2 (песок, кварц, мелкозернистый песчаник). Кремнезем вводится в состав стекла в виде, например, кварцевого песка. В стекловарении успешно используются также самые чистые разновидности кварцевого песка, в которых общее количество загрязнений (примеси глины, извести, слюды) не превышает 2-3%. Особенно нежелательно присутствие железа, которое, встречаясь в песках даже в небольших количествах, окрашивает стекло в неприятный зеленоватый цвет. Об этом эффекте знали еще в древние времена. Например, римский ученый Плиний, живший в I веке до н.э, писал о том, что издавна для стекловарения брали песок из реки Белус, находящейся в Финикии: в золе морских водорослей и прибрежных растений содержалась сода, а раковины представляли собой известняк. Таким образом, песок реки Белус после отлива моря содержал все необходимые для стекловарения элементы.
Стекло можно сварить и из одного песка, не добавляя к нему никаких других веществ, но для этого необходима температура свыше 1700ºС. Обычные современные печи, выложенные из огнеупорного глиняного кирпича, в которых используется твердое, жидкое и газообразное топливо, для этого не подходят: приходится прибегать к электропечам, эксплуатация которых обходится достаточно дорого. Кроме того, расплавленный кварцевый песок представляет собой такую густую, вязкую массу, что из не очень трудно удалять воздушные пузырьки и придавать изделиям нужную форму. Изготовленное таким образом стекло называют кварцевым стеклом. Главное его достоинство – способность выдерживать любые температурные скачки. Из него делают тигли, чашки, стаканы, трубки для лабораторной техники.
Если добавить к песку соду, то удастся сварить стекло при температуре 1400-1500ºС. Расплав при этом получится более вязкий, будет успешно освобождаться от воздушных пузырьков и позволит с удобством формовать из него изделия вполне удовлетворительного качества.
Однако такое стекло имеет свойство быстро разрушаться под действием атмосферной влаги в воздухе. В современных производствах его используют исключительно в мыловаренной, химической промышленности, лакокрасочном деле, в текстильном и бумажном производстве, в дорожном строительстве, при проведении подземных выработок, для пропитки и уплотнения рыхлых грунтов, но никак не в при строительстве жилых и офисных помещений.
Если добавить в смесь песка и соды еще один компонент – известью, то получится трехкомпонентная смесь, имеющая профессиональное название “шихту”, из которой варится стекло, наиболее качественное по всем своим параметрам. В процессе стекловарения под влиянием высокой температуры от соды в шихте остается окись натрия, от известняка, или мела,- окись кальция. Эти окиси, соединившись с кремнеземом песка, образуют так называемое силикатное стекло. Наличие этих двух окисей разрывает силикатную цепь и ведет к снижению вязкости и температуры плавления.
Сегодня 9/10 всего выплавляемого на земном шаре стекла – натриево-кальциевое силикатное соединение. Однако основа для стекла может формироваться при помощи других материалов, таких как окиси фосфора, мышьяка, германия или бора. Кроме того, в зависимости от назначения, к стеклу могут добавляться и другие компоненты.
Стекольная эволюция привела к изготовлению так называемого архитектурного стекла –плоского, листового и привычного нам. Но процесс производства такого стекла претерпевал значительные изменения. Практически только лишь в начале 20 века был найден первый способ получения листового стекла значительных размеров и со сравнительно правильной геометрией. Этот способ был изобретен в 1901 году Эмилем Гоббом. Деформаций, которые по обыкновению возникают при изготовлении стекла, изобретателю удалось избежать путем одновременного выдавливания и вытягивания стекла вверх из расположенной снизу расплавленной стеклянной массы. В заводских условиях этот метод впервые был применен лишь через 13 лет и получил название по имени первого владельца завода по изготовлению листового стекла – Фуко.
Совсем скоро, в 1915 году был внедрен другой процесс получения листового стекла – методом вытягивания со свободной поверхности с помощью перегибного валика. В этом процессе стекло вытягивается с помощью охлажденного стального валика, который выполняет также функцию поворота стеклянной ленты в горизонтальную плоскость.
После поворота стеклянная лента постепенно охлаждается, такая модификация процесса производства стекла позволяет производить стекло разной толщины, начиная от 0,4 мм и до 20 мм, в зависимости от скорости вращения валика. Стекло претерпевает в таком процессе гораздо меньшие температурные напряжения из-за постепенного охлаждения.
В 1959 году возникает новый способ изготовления стекла, предложенный Пилькингтоном, – флоат-способ (от англ “float” –“плавать”). Он позволяет получать стекло очень высокого качества (таоке стекло получило также название зеркального полированного). Сегодня в мире флоат-способом производится 90% архитектурного листового стекла.
Развитие стекольного производства показывает, что процесс усовершенствования стекла неограничен, вполне возможно, что флоат-способ - не последняя ступень в стекольной промышленности и совершенное, идеально тонкое, прозрачное стекло нам предстоит еще увидеть в будущем.
Анастасия Абакуменко
StroyCentre - портал о строительстве
Стройматериалы 27-10-2005
|
