Изготовление стекла
Стекло — это неорганический хрупкий материал, используемый в различных сферах повседневной жизни. Изготавливается из разных материалов, от которых зависят его свойства. Разберем подробнее, как именно устроено производство.
Состав стекла
Стекло выполняется чаще всего из сырья, которое проходит плавление при высоких температурах. Основным компонентом выступает песок, хотя в техническом плане это все-таки кварц или диоксид кремния. К нему добавляют прочие составляющие, например:
- кальцинированная сода;
- доломит;
- известняк;
- стеклобой;
- прочие химикаты.
Для производства стекла осуществляется охлаждение компонентов, которые вначале были расплавлены при температуре от +300 до +2500 градусов. Скорость такая, что не допускается формирования заметных кристаллов. Интересно, что для работы бывает достаточно исключительно и песка, но тогда приходится повышать температуру. Именно по этой причине для модификации используется сода. Например, известняк повышает прочность. Оптимальный состав такой: 75% кремнезема, 10% извести и 15% соды.
Какими могут быть изделия из стекла
Изделия из стекла бывают разными. Условно они делятся на такие группы:
- прозрачные и непрозрачные;
- цветные и бесцветные;
- люминесцированные;
- поглощающие или отталкивающие ультрафиолет.
Неорганическое стекло отличается высокими механическими, химическими и тепловыми характеристиками. Стоит отметить, что, хоть материал и очень чувствителен к повреждениям, сопротивление сжатия у него аналогично таковому у чугуна. Повысить прочность можно при помощи закалки, химической или термической обработок. Благодаря этому устраняются микротрещины, которые возникают под воздействием окружающей среды.
В России производство стекла основывается на следующих процессах:
- подготовка сырья;
- формирование шихты;
- варка;
- охлаждение;
- отжиг и обработка.
Все процессы тщательно отработаны, за счет чего готовые изделия получаются высокого качества.
Этапы производства
Чаще всего стекло изготавливается из таких веществ, как кремнезем, SiO2 и Na2CO3. При производственной необходимости составы могут обогащать дополнительными модификаторами. Для осветления, например, берут сульфаты, хлорид натрия, нитрат аммония и так далее. Перед началом изготовления все компоненты просеивают и сушат. Затем их смешивают, пока масса не станет однородной. При необходимости осуществляется дополнительное измельчение.
Далее шихта отправляется в печь, которая применяется специально для варки стекла. Нагревание позволяет испарить остаточные частички воды. В это время происходит разложение абсолютно всех компонентов. По мере увеличения температуры наступает плавление силикатов. В процессе они формируют непрозрачную массу. Заканчивается этот этап сразу после того, как температура доходит до 1200 градусов. В этот момент стекло приобретает прозрачность.
Далее идет стеклообразование. В ходе этого процесса зерна кварца растворяются в силикатном расплаве, в результате чего возникает однородная масса. Идет это несколько медленно, занимает до 90% времени провара шихты. Когда масса достигает температуры 1500-1600 градусов, происходит удаление газов.
Еще один этап производственного процесса — осветление. Для этого добавляются специальные компоненты, которые способствуют уменьшению поверхностного натяжения стекломассы. Расплав хорошо перемешивают специализированным оборудованием. Вместе с этим процессом проводится гомогенезация.
Завершающий этап — охлаждение. Необходимо соблюдать вязкость массы, которая позволит в дальнейшем сформировать требуемую продукцию. Температура в процессе держится на уровне 700-1000 градусов. Тут очень важно медленно и аккуратно ее уменьшать. Создание различных изделий из стекломассы осуществляется механическим способом на специальном оборудовании.
Что такое шихта
Производство стекла стартует уже в карьере. Кварцевый песок необходимо тщательно очистить, чтобы готовое изделие получилось качественным и надежным. Для очистки сырья от посторонних примесей осуществляется промывка с использованием специализированного оборудования. По завершении этого процесса песок сушат и перемещают в вибрационное сито для просеивания. Отбираются те крупинки, диаметр которых не превышает миллиметра.
Полученное сырье направляют уже на производство — в специальное хранилище. Это главный компонент шихты, но, конечно, не единственный. Сейчас при изготовлении стекла нельзя обойтись без добавок, которые укрепят его и придадут некоторые дополнительные свойства. В состав шихты обычно входят следующие компоненты:
- кремнеземное сырье;
- сода;
- доломит;
- кокс, сульфат соды;
- силикат натрия, лития или калия;
- известняк;
- полевой шпат и так далее.
Естественно, перед использованием компоненты тщательно подготавливают и смешивают при определенных условиях. Еще в шихту могут добавлять иногда измельченное битое стекло. Такое сырье не требует никаких дополнительных обработок, что делает производство лишенным отходов.
О стекломассе
Как только смесь будет готова, ее отправляют в печь для варки стекла. Там температура поддерживается на уровне 1600 градусов. По достижении шихтой жидкого состояния, она перемещается в другую часть печи, а на ее место устанавливают новую партию. Интересно, что данный процесс не останавливается. Каждую минуту может подаваться до полутора тонн материала.
На следующем участке температура снижается до 1000 градусов. Материал становится более однородным, из него удаляют газы. По готовности стекломассу оставляют остывать, за счет чего она становится вязкой. Далее можно переходить к формированию.
Силикатное стекло
Силикатное стекло встречается нам каждый день. Из него изготавливают самые разные вещи: посуду, предметы декора, очки, лампы накаливания, окна и многое другое. Производится оно путем плавки двуокиси кремния при температуре 1700 градусов. В итоге получается материал, который характеризуется прекрасной светопропускаемостью, стойкостью к низким температурам и отсутствием взаимодействия с химикатами. Надо отметить, что он еще и хорошо сверлится, полируется или шлифуется.
Силикатное стекло, помимо уже упомянутых сфер, используется в авиации и судостроении. С его использованием изготавливают кабины, делают фонари и устройства, отвечающие за визуальный контроль. Указанный материал прекрасно подходит для изоляции.
Листовое стекло
Для изготовления листового стекла берут два основных компонента — карбонат натрия и кварцевый песок. Масса размещается в специализированной ванне, в которой также находится расплавленное олово. При этом сам материал может быть нескольких типов:
- термостойкий;
- огнестойкий;
- защищенный от воздействия тепла;
- закаленный;
- стойкий к механическим воздействиям;
- ламирированный.
Из этого следует, что листовое стекло можно использовать в разных сферах, но чаще всего — в строительстве или для обустройства автомобилей. В последней отрасли без него обойтись вообще невозможно.
Лобовые стекла
Лобовое стекло необходимо для качественной защиты салона автомобиля от внешних воздействий, проникновения внутрь осадков и пыли. Оно обеспечивает находящимся внутри людям достаточный уровень безопасности. Каждый день технология производство совершенствуется. Чаще всего стекло изготавливают из материала «Триплекс». В таком случае оно будет иметь трехслойную структуру, благодаря которой не разлетится от удара. Осколки будут удержаны армирующей пленкой.
Еще один вариант — «Сталинит». Тут в основе лежит специализированная процедура закаливания, за счет которой прочность стекла значительно повышается. При ударе оно разлетается на мелкие осколки, которые тоже не вредят людям. Но к такому материалу прибегают довольно редко.
Сама технология производства начинается с разметки по конфигурации и геометрическим размерам. Но проводится только надрез, по которому затем продвигается специализированная горелка, согревающая стекло до необходимой температуры. Это приводит к тому, что оно лопается вдоль линии. Затем кромки обрабатываются специализированными абразивными лентами, а материал промывают мыльным раствором для избавления от остатков грязи и пыли. После покрывают раствором, защищающим от слипания.
Как только эти этапы будут пройдены, специалисты проверяют, насколько качественный и крепкий получился материал. Потом два стекла соединяют друг с другом, и им придается необходимая форма, специфическая для конкретной марки автомобиля. Конструкцию кладут в печь, прогреваемую до температуры 760 градусов, что придает стеклу пластичность. Охлаждение проводится аккуратно и медленно, а после затвердевания между заготовками вставляют прозрачную пленку. Все эти процессы, естественно, автоматизированы, так что можно получить несколько идентичных изделий.
Способы производства стекла
Стекло — это твердое вещество, которое активно используется в различных строительных работах. Оно способно пропускать солнечный свет, не давая при этом теплу выйти изнутри. Чаще всего из него изготавливают окна, витрины, перегородки и зеркала. Листовые стекла обрабатывают в специализированных печах, что закаляет его, то есть придает ему увеличенную прочность. Укрепленные варианты нередко применяются для остекления лоджий и балконов. Если вдруг они повредятся, то от них не будет опасных острых осколков.
Современное производство стекла предлагает потребителям различные модели. Существуют даже энергосберегающие, солнцезащитные и армированные. В первом случае применяется тонкое прозрачное покрытие с высокой проводимостью тепла. Свет оно пропускает очень хорошо, что идеально для отопительного сезона.
Солнцезащитные стекла многократно тонируются для достижения идеального результата. Их применяют для фасадов, включают в состав стеклопакетов. Они способствуют повышению комфортности проживания в доме. Иногда встречаются при производстве аквариумов и витражей.
Армированные стекла хороши для обустройства окон или перегородок. Они отличаются высокой стойкостью к огню благодаря наличию специальной сетки из металла.
Изготовление цветного стекла
Цветное стекло может быть изготовлено различными способами, от которых зависит окончательный оттенок. Первая технология предполагает окрашивание в массе. Она довольно проста и практически ничем не отличается от производства обычного материала. В сырье добавляют разные красители, а также обязательно устанавливается строго заданная температура. Минус — высокий расход средств для придания желаемого оттенка.
Вторая технология уже сложнее, зато краситель уходит более экономно. Стекло изготавливается из двух слоев: первый — простой прозрачный лист, второй — либо тонкий крашеный, либо цветная оксидная пленка. Очень важно следить за линейным коэффициентом, он должен быть абсолютно одинаковым.
Особые виды стекла
Существуют особые виды стекла, которые могут использоваться в разных сферах и для разных целей. Разберемся подробнее в этом вопросе:
- Плоское стекло. Чаще всего его используют в окнах, дверях, автомобильных стеклах и так далее. Для изготовления жидкий материл доводится до желаемой толщины, а потом охлаждается и сгибается при необходимости. Стеклопакеты соединяют сразу несколько панелей в одну систему.
- Стеновые стеклоблоки. Для изготовления берут две разных половинки, которые спрессовывают и отжигают вместе. Их используют в архитектурной сфере для обустройства стен, люков и так далее. Стоит отметить, что такие изделия отличаются эстетичностью.
- Бронированное стекло. Оно является пуленепробиваемым и применяется в различных сферах промышленности. Выполняется из многослойного стекла, для изготовления которого прибегают к реализации специальных технологий. Подобный материал идеален для повышения безопасности: например, в ювелирных магазинах, банках.
- Кварцевое стекло. Считается одним из самых ценных. Выполняется из природного кристалла, который измельчают до гранулята и расплавляют. Чаще всего используется для изготовления деталей точной механики — например, кварцевых часов, контейнеров химических реагентов, лабораторного оборудования и так далее.
- Стеклокерамика. Сначала применялась для создания зеркал и креплений телескопов. Сейчас же из нее также изготавливают варочные панели и посуду. Производится путем «контролируемой кристаллизации».
- Светочувствительные стекла. Они позволяют получить картинку через образование микроскопических частиц из металла после воздействия электромагнитного излучения. Считается перспективным для выполнения всевозможных сложных микросхем.
- Стекловолокно. Расправленный материал пропускают через очень тонкие отверстия, в результате чего формируются нити, которые потом сплетаются друг с другом или остаются в пухлом веществе, применяемом для изоляции тепла или звука. Из стекловолокна делают различное спортивное оборудование, корпуса лодок и прочее.
- Жидкое стекло. Используется для заполнения пор и различных недостатков. Оберегает поверхности от воздействия влаги и солнца, а также прочих потенциально опасных факторов.
- Хрусталь. Из этого вида стекла выполняются элементы декора, имеющие красивый блеск.
- Богемское стекло. Производство ведется в Чехии и Силезии. Резка и гравировка производятся вручную.
- Оптическое стекло. Встречается в разных сферах: медицине, астрономии, фотоаппаратуре и так далее. Производство считается довольно сложным процессом, поскольку важна скрупулезная точность и чистота. Обработка осуществляется с помощью алмазных пил. Стандарты должны строго соблюдаться, в противном случае будет брак.
- Гнутое стекло. Зачастую применяется для витрин, необычных полок и мебели. Материал получают посредством медленного нагрева полотна до 650 градусов. Он смягчается и под собственным весом сгибается. Сам процесс занимает от двух до двадцати часов.
Технология производства стекла не стоит на месте и регулярно совершенствуется. Благодаря этому готовые изделия приобретают все более высокое качество. Знание особенностей создания стекла поможет выбрать самый качественный и подходящий для конкретной ситуации вариант.
Что нужно сделать перед началом реставрации
Современные технологии обследования исторических объектов помогают более качественно оценить их текущее состояние и подготовить к реставрации.
Многие исторические объекты Санкт-Петербурга находятся в неудовлетворительном состоянии. Об этом неоднократно заявляли и в КГИОП. По данным ведомства, на проведение одномоментных восстановительных работ на объектах наследия городу требуется около 100 млрд рублей. Таких средств у Смольного нет. Реставрационные работы проводятся в плановом порядке. Ряд объектов восстанавливается на федеральные деньги, но тоже в порядке очереди.
Некоторым историческим зданиям везет больше остальных. Их реставрацией, не откладывая на потом, занимаются собственники или меценаты. Перед восстановительными работами обязательно проводится обследование. На основе полученных данных определяются первоочередные задачи по реставрации и сохранению объекта.
На основе стандартов
Техническое обследование и реконструкция объектов наследия регулируются Законом № 73-ФЗ «Об объектах культурного наследия (памятниках истории и культуры) народов РФ», а также ГОСТ 55528-2013, ГОСТ Р 56198-2014 и др. Существуют различные методики изучения состояния зданий. Они согласовываются, как и сама дальнейшая реставрация, с надзорным ведомством.
Заместитель генерального директора ООО «Гильдия Геодезистов» Сергей Лазарев обращает внимание на правовой казус. По его словам, главная работа на объектах реставрации – это обследование конструкций зданий и сооружений. Несколько лет назад Минстрой РФ признал эти работы относящимися к архитектурно-строительному проектированию, то есть не входящими в изыскательскую сферу. Однако, добавляет Сергей Лазарев, на основании обследований проектировщиков зачастую проводится геотехнический мониторинг уже силами изыскательских организаций. Как правило, это вибрационный контроль в процессе строительства, контроль уровня грунтовых вод, а также геодезический мониторинг деформаций зданий и сооружений.
Эксперты отмечают, что реставрация и эксплуатация объектов наследия повышают требования и к методам диагностики состояния такого объекта. По словам генерального директора компании «КБК Проект» Василия Костина, схематично весь процесс технического обследования объектов реставрации можно свести к проведению следующих видов работ. Первый из них – это историко-архивные изыскания. Они обязательны. Далее, как и при обследовании обычных объектов, проводятся конструктивные обмеры с последующими проверочными расчетами грунтов основания, фундаментов, стен, сводов и балок. Также определяется прочность кладки, фасадов, покрытий и т. д. Затем подготавливаются технические рекомендации и решения, которые будут задействованы в реставрации объекта.
В щадящем режиме
По мнению игроков рынка, в настоящее время появилось достаточно много видов обследования и мониторинга. Часть из них относится к щадящим технологиям, т. е. проводится без проникновения в конструктив. Специалисты рассказывают, что не во всех компаниях внедрены новшества из-за их относительной дороговизны. Тем не менее, новые технологии все более востребованы на рынке, ввиду их большей эффективности, и исследовательские организации будут их задействовать все активнее.
Для исследования объектов наследия, как рассказывает руководитель направления капитального строительства ИТ-компании КРОК Анна Фейнберг, сейчас используется лазерное сканирование – одна из современных технологий, которая позволяет оперативно и точно получить данные о состоянии здания и его конструктивных элементов. «Этот метод сверхточный и бесконтактный, поэтому его можно использовать и для хрупких конструкций. Принцип технологии заключается в измерении расстояний от сканера до поверхности объекта и формировании на основе этого наборов (облаков) точек с пространственными координатами. Съемка ведется со скоростью более миллиона точек в секунду и высокой точностью – до 5 мм. За счет этого объединение облаков точек позволяет создать цифровую модель объекта и зафиксировать, например, увеличение нагрузки на несущие элементы и трещины в материалах», – отмечает она.
Кроме того, по словам эксперта, обследовать состояние фундамента реставрируемого здания позволяет технология шурфования. Также могут потребоваться послойная механическая расчистка поверхностей, лабораторный анализ проб материалов, проверка прочностных показателей несущих конструкций ультразвуком или неразрушаюшим методом. Ультразвук, например, позволяет оценить прочность глубинных слоев материала, при этом стоимость исследования относительно невысока.
Наиболее перспективный метод техобследования, по мнению Василия Костина, – это создание единой цифровой модели реставрируемого объекта на основе объединения данных, полученных путем ультразвукового и лазерного сканирования. «Это значительно уменьшает количество ошибок при обмерах и последующем расчете конструктива. Например, при реставрации арок и сводов из кладочного материала, где даже небольшие ошибки в определении геометрии несущих конструкций могут привести к обрушению», – подчеркнул он.
Мнение
Сергей Лазарев, заместитель генерального директора ООО «Гильдия Геодезистов», эксперт «Деловой России»:
– Очень интересный вид изыскательских работ, который не востребован на данный момент в полной мере в области реставрации зданий культурного наследия, – это лазерное 3D-сканирование объекта, для сохранения цифровой модели со всей архитектурой на компьютере. Технологии лазерного сканирования не внедряются в этот сегмент, в связи с тем, что реставраторы – это люди «старой школы» и они далеки от компьютерных программ, которые используются в работе при 3D-сканировании. Вторая причина задержек, о которой я недавно услышал от реставраторов, – это то, что сметная стоимость реставрационных работ не подразумевает лазерного сканирования вследствие дороговизны и поэтому до сих пор используются классические технологии фиксации архитектуры на основе кальки. Третья причина – то, что не внедряется BIM-проектирование, несмотря на большой информационный шум вокруг этой технологии.
Светопрозрачные конструкции становятся более технологичными
По оценке экспертов, в настоящее время продолжает развитие тренд увеличения площади остекления зданий. При этом сами светопрозрачные конструкции становятся более технологичными и мультифункциональными.
Оконная индустрия за последнее десятилетие технологически существенно вырвалась вперед. Игроки рынка выпускают продукты, все более сложные конструктивно. Это касается и самого стекла, и оконного профиля. Благодаря новым возможностям архитектурно изменилось и само фасадное остекление. Его стало больше как в коммерческих объектах, так и в жилых зданиях.
Руководитель технического центра стратегического направления «Строительство» компании REHAU по Восточной Европе Антон Карявкин отмечает, что фасадное остекление зависит от объекта недвижимости, его архитектуры и т. д. Так, например, здания на территории МДЦ «Москва-Сити» оснащены по преимуществу витражными системами. Ультрасовременные дома, у которых стены полностью состоят из стекла (для наблюдателя с улицы), в основном собраны из алюминиевых, реже стальных профилей, которые видны только изнутри помещения. В объектах, находящихся в отдалении от центра, система будет проще. Как правило, в них нет структурного остекления. При этом они все равно оснащены большеразмерными алюминиевыми витражными конструкциями, однако алюминиевые накладки в них видны снаружи. Нечто подобное встречается и в современных премиальных жилых комплексах.
«Если говорить о более простых жилых и общественных объектах, в них чаще встречаются окна обычного формата, которые тоже можно назвать витражами. Но все равно тенденция такова, что широкоформатные оконные блоки, витражи, пользуются большей популярностью. В большинстве объектов массовой застройки такие блоки занимают примерно половину стены», – добавляет Антон Карявкин.
Игроки рынка также отмечают, что за последние несколько лет оконные профили стали более функциональными, удовлетворяющими запросам потребителей. Это касается как энергосбережения, звукоизоляции, так и других характеристик.
По словам руководителя отдела строительного консалтинга profine RUS Александра Артюшина, о существующих возможностях продуктов десять лет назад можно было только мечтать. Подавляющее большинство зданий имели стандартные оконные проемы и стандартные одно-, двух-, трехстворчатые оконные блоки, которые сейчас уже редко встречаются. Сегодня разработка новых технических решений, применение новых материалов, увеличение жесткости светопрозрачных конструкций из ПВХ позволяют не только расширить видение архитекторов, но и реализовать эти проекты, как в области массового строительства, так и при строительстве индивидуального жилья.
«Сейчас разработаны и применяются профильные системы с более широкими возможностями, например, при ширине порядка 1 м высота нормально функционирующих оконных створок может достигать 2,5 м. Новые профильные системы из ПВХ можно комбинировать и использовать совместно с фасадными системами из алюминия – путем установки специальных алюминиевых накладок. Это сохраняет неоспоримое преимущество по теплосбережению при меньшей стоимости по сравнению с алюминиевыми конструкциями», – отметил эксперт.
Мнение
Александр Круглов, продакт-менеджер департамента маркетинга Pilkington Glass Russia:
– За последние 10–15 лет фасадное остекление значительно трансформировалось. Если раньше оно было технологически более простым, то со временем ситуация изменилась. Во-первых, стекло – прекрасный архитектурный инструмент, позволяющий украсить фасад любого здания: проектировщики уходят от стандартного остекления, превращая фасады зданий в настоящие произведения искусства. Посмотрите, например, на торговый дом Publicis Drugstore в Париже или аэропорт «Платов» в Ростове-на-Дону – к слову, в обоих объектах стоит стекло Pilkington. А во-вторых, стеклянный фасад сегодня не просто защита от внешних факторов, это суперпрочный материал, способствующий энергосбережению. Специальное покрытие, которое наносится на стекло, позволяет решать множество задач: защищать от солнечного жара, сокращать расходы на кондиционирование и обогрев помещений. Энергоэффективные светопрозрачные конструкции обеспечивают максимальную степень комфорта для людей. Добавлю, что в настоящее время стекло Pilkington Glass Russia в плане энергоэффективности является одним из самых технологичных и востребовано как на отечественном, так и на международном рынке.