Стекло с самоочищающимися покрытиями
Разработка и применение стекла с самоочищающейся поверхностью наиболее современные направления в использовании этого строительного материала. Усилия его разработчиков связаны с обеспечением длительности сохранения чистоты поверхности и сведения ухода за таким стеклом к минимуму. Определяющим фактором при разработке стекла с самоочищающейся поверхностью является высокая стоимость ухода за стеклом большой площади, например, в торговых и административных зданиях.
Очищаемость стекла определяется характеристиками его поверхности, которая отличается гидрофильными свойствами и низким значением краевого угла смачивания, составляющим 10–15°. Она зависит также от химических свойств поверхности стекла и ее топографии (наличия неровностей). Попадание на поверхность стекла различных загрязняющих веществ приводит к снижению его поверхностной энергии и ухудшению смачиваемости.
Для устранения этих отрицательных эффектов и повышения очищаемости стекла предложено использовать гидрофобные и гидрофильные покрытия. В результате могут быть получены покрытия двух типов:
– легкоочищающиеся, краевой угол смачивания которых составляет 85–105°, а очистка поверхности требует минимального использования механических средств, причем на отдельных участках поверхности могут оставаться загрязнения;
– самоочищающиеся, краевой угол смачивания которых превышает 105°, они не требуют механической очистки, и загрязнения на поверхности не накапливаются.
Толщина покрытий обоих типов колеблется от 1 до 5–10 мкм. Покрытия получаются из водных или водно-спиртовых растворов.
Пленки с применением гидрофобных покрытий недостаточно стойки к образованию конденсата, воздействию ультрафиолетовых лучей, перепадам температур и механическим воздействиям, а гидрофильные покрытия из веществ с высоким поверхностным натяжением при попадании воды на поверхность стекла приводят к образованию на ней непрерывного прозрачного слоя.
Наиболее современными являются фотокаталитические покрытия, действия которых основаны на активировании под влиянием ультрафиолетовых лучей окиси титана (рис. 4.6).
Рис. 4.6. Принцип действия покрытия Тиокот
Окисление титана производит положительный эффект на окружающую среду, способствуя укреплению ее защиты и улучшению состояния. Главным элементом в этом процессе выступает окись титана, которая под действием света, продуцирует активную кислоту. Эта кислота, являясь сильным окислителем, способна разлагать органические соединения, содержащиеся в пыли, и уничтожать бактерии. Обработанная ею поверхность не только предохраняется от запыления и загрязнения, но и способствует разложению газов загрязненного воздуха, улучшая тем самым состояние окружающей среды в зданиях и сооружениях. Используемая при обработке внутри помещений, она очищает воздух от запахов, разлагая отравляющие и вредные испарения, выделяемые строительными материалами и другими источниками.
Их воздействие (УФЛ) изменяет свойства покрытий на поверхности стекла при одновременном снижении величины краевого угла смачивания до 0о, что дает возможность просто смывать с поверхности стекла любые загрязнения (рис. 4.7).
Рис. 4.7. Поведение воды на поверхности
Фотокаталитические покрытия были разработаны в Японии в начале 90-х гг. ХХ в. и в настоящее время появились в Хабаровске.
Безопасное стекло
Увеличение габаритов стеклоизделий как в плоском, так и гнутом варианте резко осложняет проблемы их безопасности при эксплуатации, повышает бой во время транспортировки и в процессе промпереработки.
Решение этих проблем достигается за счет бездефектного края и получения высокопрочных стекол.
Силикатное стекло по своей природе является одним из наиболее прочных материалов, так как теоретическая прочность стекла, рассчитанная на основе прочности химической связи между атомами, составляет 25–30 ГПа. Однако реальная прочность листового стекла в сотни раз ниже (30–80 МПа) из-за дефектов и повреждений на его поверхности и краях, неизбежно возникающих при выработке, транспортировании, хранении, переработке и служащих концентраторами растягивающих напряжений. Использование низкопрочного сырого стекла в строительстве вызывает большие потери (40–50 %) при транспортировании, хранении и монтаже, резке стекла на стройплощадках и стройкомбинатах и создает проблемы надежности и безопасности остекления, для решения которых в ряде стран уже запрещено использование сырых стекол в зданиях выше 5-го этажа.
Поскольку прочность стекла решающим образом зависит от состояния его поверхности, для применения в ответственных конструкциях стекло необходимо упрочнять: либо устранять поверхностные дефекты (микротрещины, посечки, царапины) с помощью химического травления, либо, создавая в поверхностных слоях значительные сжимающие напряжения, блокирующие рост трещин и компенсирующие растягивающие напряжения, возникающие при эксплуатационных нагрузках. Для создания таких напряжений используют традиционную термическую закалку или получающий все большее признание ионный обмен в расплавах щелочных солей.
Подобная обработка может привести к получению стекла с механическими характеристиками, указанными в табл. 4.2.
Таблица 4.2
Прочность стекла
| Состояние стекла | Прочность при изгибе, МПа |
| Сырое стекло | 30–80 |
| Упрочненное стекло: воздушной закалкой; жидкостной закалкой; ионным обменом; травлением; комбинированными способами | 120–180 200–400 300–500 1000–1700 1500–2000 |
Итак, безопасным является такое стекло, которое в момент своего разрушения не причиняет какого-либо значительного вреда человеку. По принятым международным нормам – это закаленное и ламинированное стекло. Разработанные ОАО НИТС (Россия), фирмой «Тамгласс» и другими технологии упрочнения стекла позволяют изготовлять крупногабаритные детали с простыми низкоэмиссионными и мягкими супернизкоэмиссионными покрытиями строительного назначения – триплексы, стеклопакеты, в том числе с тонирующими и теплоотражающими покрытиями, что значительно расширяет архитектурные возможности при строительстве. С применением электропроводящих покрытий могут быть изготовлены обогреваемые детали прозрачных кровель, стойких к ветровым и снеговым нагрузкам, а с применением прозрачных огнестойких заполнителей – несгораемых перегородок, препятствующих распространению пожара. Высокая прочность стекла позволяет изготовление прозрачных полов, потолков, лестничных ступеней, внутренних и наружных ограждений, получающих в последнее время все более широкое применение антивандальных светильников и др. (рис. 4.8).
Рис. 4.8. Конструкции из безопасного стекла
В мире уже существуют объекты, в которых стекло используется в качестве строительного материала в несущих конструкциях, столбах, балках, мостах, лестницах и крышах и отличается своими особо крупными размерами и сложной формой.
Предлагаемые немецкими фирмами высокотехнологичные листы торговой марки «Макролон» изготовляются из поликарбоната и сочетают легкость и максимальную прозрачность с высокой ударной прочно-стью. Материал чуть легче обычного стекла, но при той же толщине его ударная вязкость почти в 250 раз выше. Он обладает хорошими противопожарными свойствами. Почти все типы листов можно сгибать на месте, они легко режутся.
«Макролон моно» – сплошные листы из поликарбоната высокой степени прозрачности с гладкой антибликовой поверхностью обладают отличной ударной вязкостью даже при температуре ниже –100 °С. Они могут обрабатываться различными способами и предназначены для применения в отделке интерьеров: в качестве защитных экранов, остекления дверей и окон, плафонов для ламп и др. Имеются четыре цветовых варианта: бесцветный, матово-белый (пропускаемость света около 35 %), матово-белый (пропускаемость света около 50 %) и темно-коричневый. Толщина от 0,75 до 12 мм, размеры 2050´1250 и 3050´2050 мм.
Листы могут соединяться сольветными адгезивами, поверхностными адгезивами и адгезивной лентой. Их можно сваривать ультразвуком или горячим воздухом. Еще один удобный способ соединения – механическая фиксация. Листы могут подвергаться машинной обработке и обработке обычными инструментами: резке пилой и ножницами, сверлению, вальцовочному формованию, фрезерованию, лазерному резанию, горячему линейному сгибанию. Можно производить свободное выдувание или вытягивание для получения куполообразных изделий.
Макролон моно дура – модификация, отличающаяся особо высокой стойкостью к царапинам, химическому и погодному воздействию. Применяется в качестве плоских экранов станков, для остекления в промышленных транспортных средствах и др. Выпускаются бронзового цвета, а так же в бесцветном варианте. Толщина листа 3–12 мм, размер 3000´2000 мм.
Еще восемь модификаций продукции «Макроформ» представляет в России группа компаний «Оргстекло», имеющая собственное производство (рис. 4.9)
Рис. 4.9.Термопластичные листы Вивак фирмы «Макроформ»
Особую актуальность проблемы остекления приобретают в связи со строительством высотных зданий.
Богатый зарубежный опыт проектирования высотных и сверхвысотных зданий свидетельствует о необходимости продувки в аэродинамических трубах моделей городской застройки с высотными зданиями (рис. 4.10). На основе результатов аэродинамических испытаний с учетом розы ветров обосновывается ориентация проектируемого здания и его форма. К остеклению высотных домов предъявляются жесткие требования по прочности, герметичности и спектральному составу пропускаемого света.
Рис. 4.10. Комплекс зданий и сооружений ОАО «Газпром»
Новейшие тенденции развития рынка архитектурного стекла достаточно четко определяют потребность в создании новых типов стекла. Остекление в 21 веке должно обеспечивать реальную экономию в области энергозатрат, большие возможности по контролю светопропускания в различных частях радиационного спектра и обладать многими новыми свойствами. В настоящее время уже имеются достаточные технические возможности для более широкого применения высокопрочного стекла в качестве остекления окон и в качестве конструкционного материала в строительстве и архитектуре.
КРОВЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
В связи с увеличением объема малоэтажного строительства роль крыши перестала ограничиваться защитными функциями и вновь стала важным декоративным элементом здания. Силуэты крыш: одно- и двухскатные, шатровые, вальмовые, мансардные – их цветовая гамма, изящная пластика поверхности вновь стали одним из основных инструментов в руках проектировщика при формировании облика и отдельного здания, и микрорайона, и города в целом.
Архитектурное решение крыши, ее форма, уклон практически уже ограничивают круг возможных материалов для устройства кровельного покрытия, а конструкция и материал определяют технологические и эксплуатационные свойства кровли, трудоемкость ее устройства, долговечность и во многом декоративные качества.
В связи с этим при выборе материала для кровли жилых и общественных зданий решающими становятся эстетические требования.
Открывшиеся возможности для проектировщиков затрудняются выбором оптимального для конкретной крыши материала. Проблема эта усложняется тем, что помимо традиционных, вновь ставших в последнее время престижными (черепица), на рынке строительных материалов появилось большое количество разнообразных зарубежных и отечественных кровельных материалов, затрудняющих выбор оптимального для конкретной крыши. Путаницу вносят разнообразные фирменные названия одинаковых по сути материалов.
Для облегчения ориентации в многообразии ассортимента кровельных материалов воспользуемся их классификацией по простейшим признакам.
1. Штучные (черепица, природный шифер, асбоцементная плитка, «мягкая» черепица и др.).
2. Листовые (асбоцементные, металлические плоские и профилированные и др.).
3. Рулонные (пергамин, рубероид и их современные модификации).
4. Пленочные (резиновые и полимерные мембраны).
5. Мастичные (битумные и полимерные мастики).
Как и любая классификация, приведенная выше достаточно условна. Так, границей между штучными и листовыми материалами принят размер кровельного элемента 1 м2, а границей между рулонными и пленочными (мембранными) материалами принята ширина полотнища 1 м.
Штучные материалы
Для крыш с большим уклоном (30–60°), видных с улицы, необходимы материалы, придающие крыше цвет и фактуру. Поэтому вновь стали престижными давно известные материалы: черепица, сланцевый шифер, дранка, гонт.
АО «БелАЦИ», кроме мелкоразмерных и окрашенных изделий, производит доборные элементы кровли: коньки, лотки, угловые изделия. Экспорт асбоцементных кровельных материалов по объему невелик и состоит в основном из листов европейского профиля на металлических прокладках, что повышает точность геометрических размеров.
Большой популярностью во многих странах мира пользуется керамическая черепица. Это послужило причиной появления многочисленных аналогов, имитирующих черепицу: цементно-песчаная, металлическая, «мягкая». Многие из них с традиционной черепицей имеют только общее название.
Цементно-песчаная черепица из жестких смесей с добавлением минеральных пигментов отличается высокими физико-механическими показателями и морозостойкостью, сравнимыми с керамической, однако для обеспечения ее долговечности требуется высокая культура производства и специальное оборудование, чем не могут, к сожалению, гордиться ее производители.
Мягкая черепица (бардолин, шинглс, гонт и др.) – плоские листы размером 90¸100´35¸40 см чаще всего получают вырубкой из рулонных битумных материалов. Нижняя кромка листов – фигурная, имитирует
3–4 плитки черепицы различной формы. Листы крепятся к обрешетке гвоздями только у верхней кромки; верхний слой укладывается с нахлестом на нижний, связь с которым обеспечивают самоклеющиеся участки на внутренней стороне листов.
Мягкая черепица более долговечна, чем аналогичные по строению рулонные материалы из-за того, что она не образует сплошного покрытия. Деформации материала при старении локализуются в каждой плитке в отдельности, что защищает сплошное покрытие от разрушения за счет внутренних напряжений.
Мягкую черепицу выпускают фирмы «Ондулин» (Франция): «Бардолин» и «Ондулин Шинглс», «Катепал» (Финляндия), Рязанский КРЗ.
Плитки Шинглс – плоские плитки (90´41 см) из целлюлозного или асбестового картона, пропитанные битумом и покрытые с лицевой стороны армирующей посыпкой из сланцевой мелочи. Нижний край плиток – фасонный, создающий впечатление чешуйчатого покрытия. В США плитками Шинглс облицовывают и наружные стены.
С плиткой Шинглс успешно конкурирует кровельная плитка Катепал. Основой этой плитки служит толстый стеклохолст, с двух сторон покрытый улучшенным битумом, за счет этого плитки имеют почти нулевое водопоглощение, исключающее коррозию и гниение. Нижняя поверхность представляет собой сплошной самонаклеивающийся слой, благодаря которому и нахлестам гонтов происходит перекрытие швов, шляпки гвоздей скрываются, образуется герметичное покрытие Катепал.
Верхний слой плитки – цветные каменные гранулы, придающие материалам разнообразные цветовые оттенки, защищающие кровлю от атмосферных воздействий и обеспечивающие таким образом длительный срок эксплуатации (рис. 5.1).
Рис. 5.1. Кровля из плитки КL «Катепал»
Плитки КL открывают серию плиток этой фирмы классической шестиугольной формы. Вместе с плитками Джази и Катрилли они дают в общей сложности 17 оригинальных цветовых вариантов, что открывает широкие возможности в дизайне кровель.
KL – это традиционные одноцветные плитки, отличающиеся чистотой и ясностью цвета.
Плитки Катрилли (рис. 5.2) благодаря «теням» в верхней части придают кровле объемный, рельефный вид и позволяют органично воплотить оригинальные архитектурные решения.
Рис. 5.2. Кровля из плитки Катрилли «Катепал»
Шестиугольные плитки Джази за счет смешения черных и окрашенных гранул верхнего слоя создают на кровле причудливый, переливающийся рисунок и придают ей элегантный и респектабельный вид. Джази соединили в себе строгость классицизма и смелость модерна.
Кровельная плитка Роки имеет прямоугольную форму и придает крыше оригинальный вид, напоминающий старинную гонтовую кровлю, а шесть цветовых вариантов позволяют архитекторам выбирать цветовые решения кровли (рис. 5.3).
Рис. 5.3. Кровля из плитки Роки «Катепал»
Финской фирме «Катепал» за счет ноу-хау удалось получить высокие технические показатели гибкой черепицы Руфлекс супер по теплостойкости, гибкости, морозостойкости и прочности, что позволяет рекомендовать ее для всех климатических зон России. Срок письменной гарантии черепицы 25 лет, а цвета Вереск, Лишайник и Иней отвечают последним тенденциям кровельной моды.
Металлочерепица мелкоштучная – фасонные плитки из стальных листов – применялась давно. В настоящее время под этим термином подразумевают большеразмерные стальные листы, отштампованные в форме черепичной кровли. Каждый вид имеет свои достоинства и недостатки (рис. 5.4).