Бетон один из самых распространенных строительных материалов. Чтобы он стал не только
несущим, но еще и декоративным материалом, ученые изобрели прозрачный бетон. Небольшие здания заменяются высотными и небоскребами. Одна из причин – это естественный свет в доме, которого не хватает при плотной застройке. Прозрачный бетон является новым материалом в строительстве. Выяснить его свойства, и для чего его рекомендуется использовать, является целью статьи. Необходимо изучение и испытания данного материала.
Идея изобретения прозрачного бетона принадлежит венгерскому
архитектору Арону Лосконши. Дизайнер назвал своё изобретение литракон и создал одноимённую компанию, которая занимается производством и дальнейшими разработками в данном направлении. Более удобное обозначение LiTraCon образовалось от light transmitting concrete, что в точности переводится как светопроводящий бетон.
Толщина блока может быть достаточно внушительной, без ущерба для своих уникальных свойств, так как стекловолокно в структуре бетона способно проводить свет на расстояние более 20 метров. Образцы изготавливается на заводе Штольберг, Германия, используется в оформлении дизайна эксклюзивного интерьера, медицинских учреждений, наружных стен и фасадов сооружений. Блоки самых разных оттенков выпускаются размером 1700х1000 и 2000х1000 мм.
Целью данной работы стоит выявление наиболее рациональных конструктивных решений фасадных конструкций сооружений с применением прозрачного бетона.
Задачи статьи:
1. Проведение анализа основных компонентов прозрачного бетона и их влияния на работу материала с конструктивной и облицовочной стороны
2. Определение наиболее эффективной области применения прозрачного бетона в строительстве зданий и сооружений
Так как основными компонентами прозрачного бетона являются стекловолокно и бетон, то
необходимо рассмотреть процесс производства, химическую структуру физико-механические свойства, область применения, основные достоинства и недостатки данных составляющих. Чтобы иметь представление о том, что данные компоненты настолько разные, но могут образовать новый уникальный материал.
Исследование строительного стекла
Процесс производства строительного стекла
Технология изготовления строительного стекла включает следующие необходимые стадии:
составление шихты (с добавкой стеклобоя), нагревание ее и варка в печах для получения расплава стекломассы; осветление, гомогенизация, охлаждение ее и формование образцов. Пороки стекломассы влияют на качество стеклоизделий.
Химическая структура строительного стекла
Структура строительного стекла включает в себя:
Кремнезем SiO2 в естественном виде встречается в виде кварца, скопления которого образуют кварцевые пески; высококачественные стекольные белые пески включают в себя незначительное количество примесей, в частности окиси железа, которая придает стеклу зеленоватую окраску.
Сода Na2CO3 — главный материал для введения в стекло окиси натрия; она должна содержать не менее 95% углекислого натрия. С. При нагревании смеси чистого песка и соды образуется прозрачная стеклообразная консистенция, которая растворяется в воде и имеет название «растворимое стекло».
CaCO3— благодаря окиси кальция СаО стекло, выходящее из смеси песка и соды, становится нерастворимым в воде. Для введения в стекломассу СаО добавляют известняк или доломит CaC03-MgC03.
Борный ангидрид В203. При замене части двуокиси кремния борным ангидридом повышается скорость стекловарения, увеличивается осветление и уменьшается склонность ее к кристаллизации.
Оксид свинца РЬО, введенная в стекло, улучшает его показатель преломления; ее используют при изготовлении оптического стекла и хрусталя.
Оксид цинка ZnO уменьшает температурный коэффициент линейного расширения стекла, вследствие чего улучшается его термическая стойкость.
Физико-механические свойства строительного стекла
Плотность стекла зависит от химического состава и для строительных стекол составляет 2400-2600 кг/м 3 . Высокой плотностью отличаются стекла, содержащие оксид свинца («богемский хрусталь») — более 3000 кг/м 3 .
Механические свойства. Стекло в строительных конструкциях чаще подвержено изгибу, растяжению и удару и реже сжатию, поэтому главными показателями, определяющими его механические свойства, следует являются прочность при растяжении и хрупкость.
Теоретическая прочность стекла при растяжении — (10-12)•10 3 МПа. Практически эта величина ниже в 200-300 раз и составляет от 30 до 60 МПа. Сильно уменьшают прочность стекла на растяжение царапины; на этом основана резка стекла алмазом.
Прочность стекла при сжатии высока — 900-1000 МПа, т. е. почти как у стали и чугуна. В диапазоне температур от — 50-70°С прочность стекла практически не изменяется.
Хрупкость — главный недостаток стекла. Основной показатель хрупкости — отношение модуля упругости к прочности при растяжении E/Rp. Кроме того, однородность строения стекла способствует беспрепятственному развитию трещин, что является необходимым условием для проявления хрупкости.
Твердость стекла, представляющего собой по химическому составу вещество, близкое к полевым шпатам, и в зависимости от химического состава находится в пределах 5-7 по шкале Мооса.
Оптические свойства стекла характеризуются светопропусканием, светопреломлением, отражением, рассеиванием и др. Обычные силикатные стекла, кроме специальных, пропускают всю видимую часть спектра (до 88-92 %) и практически не пропускает ультрафиолетовые и инфракрасные лучи.
Теплопроводность различных видов стекла мало зависит от их состава и составляет 0,6-0,8 Вт/(м•К), что почти в 10 раз ниже, чем у аналогичных кристаллических минералов. Например, теплопроводность кристалла кварца — 7,2 Вт/(м•К).
Коэффициент линейного температурного расширения (КЛТР) стекла относительно невысок (для обычного стекла 9•10-6 К-1). Но из-за низкой теплопроводности и высокого модуля упругости напряжения, развивающиеся в стекле при резком одностороннем нагреве (или охлаждении), могут достигать значений, приводящих к разрушению стекла.
Звукоизолирующая способность стекла довольно высока. Стекло толщиной 1 см по звукоизоляции приблизительно соответствует кирпичной стене в полкирпича — 12 см.
Химическая стойкость силикатного стекла — одно из самых уникальных его свойств. Стекло хорошо противостоит воздействию воды, щелочей и кислот (за исключением плавиковой и фосфорной).
Принцип прозрачности строительного стекла (насколько можно достичь)
Технология производства смарт-стекла переменной матовости позволяет мгновенно переключать состояние «умного» стекла из матового в прозрачное. Основа технологии — пленка переменной матовости с внутренним жидкокристаллическим (LC) слоем. Пленка помещается между двумя слоями стекла (триплекс) или стекло с нанесенной на него самоклеющейся пленкой.
При подаче питания, кристаллы ориентируются в перпендикулярном стеклу направлении, пропуская без изменений (не рассеивая) падающие в этом направлении лучи: делают стекло прозрачным.
Область применения строительного стекла
Строительное листовое стекло, стеклянные изделия различной номенклатуры и стекломатериалы широко применяются для остекления различных проемов, в ограждающих конструкциях, отделке и декорирования зданий, теплоизоляции и других различных изделий.
Основные достоинства и недостатки строительного стекла
Изделия из стекла характеризуются э