Архит._материал._-_Шеина_Ч1

Художественное стекло. Стеклу, как уникальному материалу, присущи следующие специфические декоративные свойства. Это способность формироваться в любой самой сложной форме. Стекло воспринимает удивительные по чистоте, глубине и нежности цвета и передает неподражаемую игру света, отливающую в граненых изделиях всеми цветами радуги (особенно в хрустальных стеклах). Для стекла характерно беспредельное разнообразие в переходах от кристальной прозрачности до полной заглушенности наподобие благородного камня. Такие замечательные художественные достоинства в соединении со свойствами долговечности были использованы народами всех времен для создания художественных памятников, отражающих особенности культуры различных исторических эпох.

Разновидность художественного стекла – узорчатое стекло (рисунок 201). Его поверхность щедро украшена всевозможными орнаментами. Сейчас в Европе, например, самый "писк" – стекла с мельчайшим геометрическим рисунком. Технология эта новая, поэтому такие стекла стоят в четыре раза дороже обычных узорчатых.

Рисунок 201 – Получение узорчатого стекла методом прокатки еще горячего стеклянного листа через

рельефные валки

К художественному стеклу можно отнести широкий ассортимент изделий, используемых в строительстве, архитектуре и монументальной скульп-

туре. Это элементы декоративной отделки зданий – карнизы, доризы, детали

колонн, вентиляционные решетки, монолитные балясины лестничных перил и балюстрад (стеклянные колонны из хрусталя станции «Автово» метрополитена в Санкт-Петербурге, хрустальный фонтан павильона СССР на международной выставке 1939 г. в Нью-Йорке).

Очень большая группа изделий художественного стекла применяется в архитектурно-декоративном убранстве парадных интерьеров общественных

зданий – барельефы, монументальные вазы и светильники – торшеры, бра и широкий ассортимент осветительных устройств, как из обычного, так и хрустального стекла. В России роскошные декоративно-парадные люстры украшают павильонный зал Эрмитажа в Санкт-Петербурге, станции метро «Комсомольская» и Большого театра в Москве. В настоящее время широкий ас-

272

сортимент высокохудожественных светильников, люстр из хрусталя производит ОАО «Саратовстройстекло». В конструкциях различных светильников и люстр применяется изящная латунная фурнитура и высококачественный хрусталь, ограненный алмазными кругами, создающий чарующие световые эффекты.

Монументальная скульптура из декоративного художественного стекла

предназначена для украшения парадных интерьеров жилых и общественных зданий. По специально разработанной технологии был выполнен ряд скульптурных работ по изготовлению бюстов А.С. Пушкина, Н.Н. Качалова и В.И.Мухиной. Относительно недавно в Санкт-Петербурге появился на фасаде офисного здания девятый атлант. Он выполнен из светочувствительного стекла, на которое была наложена фотография Атланта Эрмитажа.

К разновидностям монументального декоративного искусства из стекла относятся и витражи. Витражи (от фр. vitrage, от лат. vitrum – стекло) – картина, орнаментальная или сюжетная декоративная композиция из стекла или другого материала, пропускающего свет, заполняющая световые проемы, ниши и другие пространства общественных зданий и сооружений; вид монументальнодекоративного искусства – живопись по стеклу (рисунок 202).

Рисунок 202 – Витражи в оформлении кафе

Витражи выполняются, как правило, из разноцветного прозрачного стекла. Это один из видов архитектурных форм. Различные витражи с применением стекла по типу их изготовления можно разделить на 4 основные группы:

паечные из листового стекла на гибкой металлической основе; из объемных многослойных стекол на бетонной основе;

из листового крупноразмерного стекла в качестве основы для нанесения художественного изображения; смешанные.

Классический витраж на свинцовой пайке, в котором по заданному рисунку

располагают куски цветного стекла разной формы. По торцам стекла огибают свинцовым профилем, который в отдельных местах сваривают, превращая разрозненные куски стекла в плоский лист – цветную картину.

273

Прозрачные листы стекла превращают в витражи путем нанесения матового рисунка абразивными инструментами или с помощью химического травления (рисунок 203). Применяя серебряные и медные пасты, превращают бесцветное листовое стекло в цветной витраж (рисунок 204). Для этого слои паст наносят по заданному рисунку на поверхность стекла.

При нагревании до 550…600 оС ионы серебра и меди диффундируют из паст в поверхностный слой стекла, окрашивая его в цвета: желтый (серебряная паста) или светло-желтый, черный и красный (медная паста). Окраска зависит от газовой среды, в которой производят термическую обработку.

Рисунок 203 – Пескоструйный витраж

Рисунок 204 – Живописный витраж из цветных стекол, расписанных керамическими красками с последующим обжигом

На листы бесцветного стекла можно также наносить рисунки из цветных порошков или аппликации из кусков цветного стекла, которые закрепляют нагреванием или устойчивыми органиче-

скими клеями. Из цветного накладного стекла получают витражи обработкой цветного слоя по наклеенным на него трафаретам, пескоструйным аппаратом, абразивными инструментами или травлением фтористыми растворами.

Пример удачного применения витража в декоративном оформлении огромного пространства общественного сооружения – витраж станции метро НОВОСЛОБОДСКАЯ (Москва).

Вновь возрождается художественная мозаичная живопись из стекла в архи-

тектуре общественных зданий и сооружений. В мозаичной мастерской Академии художеств России хранится 15 тыс. сортов смальты различных цветов, а в Риме в «папской» мастерской – до 25 тыс. В России впервые смальты выплавлялись М.В. Ломоносовым на Усть-Рудницкой стекольной фабрике. Им же в 1751 г. был раскрыт секрет изготовления золотого рубина, утраченного после смерти Кункеля – его первооткрывателя. М.В. Ломоносов возро-

274

дил это древнее искусство и широко использовал смальты в живописном искусстве. Мозаика широко использовалась в декоративном оформлении римских церквей в XII в., изображении святых и религиозных картинах храмов и достигла своего расцвета в Византийской империи. Мозаичная живопись на основе смальт была широко использована и при строительстве станций метрополитена в Москве.

Стеклянную крошку получают из глушеной белой или цветной стекломассы. Для ее производства используют эрклез, стекольный гранулят и отходы прокатного стекла, которые подвергаются дроблению и сортировке. Применяют для отделки бетонных поверхностей преимущественно фасадов зданий, что позволяет создавать своеобразные декоративные эффекты.

Смальтой принято называть кусочки глушеного цветного непрозрачного стекла не правильной формы размером до 20 мм, отличающиеся широкой гаммой цветов. Ее изготавливают литьем из расплавленной стекломассы или прессованием из стекольного порошка. Смальту используют для отделки фасадов зданий, изготовления мозаичных панно и др.

Прессованную смальту изготавливают из

порошка стеклобоя, смешанного с диоксидом олова и при необходимости с керамическими красителями (рисунок 205).

Рисунок 205 – Панно из смальты

Изделия подвергают теплообработке, в результате чего происходит спекание стеклочастиц и оплавление красителя. Размеры плит не регламентируются и определяются соглашением потребителя и изготовителя.

Декоративный триплекс представляет собой листы с запрессованной цветной или декоративной пленкой, тонкой тканью. В Японии производят триплекс с декоративной пленкой, имитирующей природный камень. Предназначен для внутренних перегородок (рисунок 206).

Рисунок 206 - Декоративный триплекс

Ко второй группе стеклокристаллических материалов относятся СИТАЛЛЫ – материа-

275

лы, в основе получения которых лежат принципы направленной каталитической кристаллизации стёкол определённых химических составов с образованием кристаллов размером не более 1…2 мкм и различных кристаллических фаз в количестве более 40 %, обеспечивающих высокие термические, механические и химические свойства материала (таблица 51).

При синтезе СИТАЛЛОВ можно использовать сырьевые материалы, традиционные для стекольной промышленности – кварцевый песок, мел, доломит, а также доменные шлаки тепловых электростанций, отходы горнообогатительных комбинатов. Составы строительных СИТАЛЛОВ относятся к силикатным малощелочным высококальциевым системам, в качестве катализаторов кристаллизации используются сульфиды и фториды металлов. Методом прессования можно получать плиты размером 300х300х20 мм, прессование осуществляется на многопозиционном автоматическом прессе.

Таблица 51 – Эксплуатационные характеристики стеклокристаллических материалов

* Данные фирмы Nippon Electric Glass, потери образца размером 15х115х110 мм после 650-часовой выдержки в 1 %-м растворе H2SO4 и 1 %-м растворе NaOH.

Промышленное получение ШЛАКОСИТАЛЛА в виде непрерывной ленты шириной 1600…1800 и толщиной 6…10 мм стало возможно в результате большого комплекса проведённых научно-исследовательских, оригинальных конструкторских и проектных работ. Необходимость осуществления

276

таких работ была вызвана особенностями химического состава шлаковых стёкол: их коррозионной агрессивностью по отношению к огнеупорам, летучестью компонентов, расслаиванием в процессе варки, коротким интервалом выработки и необходимостью стадии кристаллизации.

Такие работы позволили создать промышленную высокомеханизованную и непрерывную линию производительностью 500 тыс. м/год ШЛАКОСИТАЛЛА белого и серого цветов, которая на протяжении почти трёх десятилетий работала на Константиновском заводе «Автостекло» (Украина).

ШЛАКОСИТАЛЛ используется в строительстве для покрытия полов промышленных и гражданских зданий, для облицовки наружных и внутренних стен, для футеровки строительных конструкций, подверженных воздействиям и абразивному износу. Для расширения цветовой гаммы ШЛАКОСИТАЛЛА на его поверхность можно наносить силикатные эмали различного цвета.

Основной кристаллической фазой в этих материалах является волластонит – метасиликат кальция, который обладает способностью выделяться при термообработке в виде игольчатых кристаллов, растущих перпендикулярно поверхности изделия. Для усиления декоративного эффекта формуются плиты стекла с выступами на лицевой поверхности, которые после кристаллизации сошлифовывались, и на поверхности плит проступал мраморный рисунок. Более перспективным способом является получение строительных материалов методом спекания гранул с их последующей кристаллизацией.

Данный способ лежит в основе получения материалов типа NEOPARIES, промышленное производство которых осуществляется в Японии с 1947 г. Используемое стекло имеет состав, мас. %: SiО2 – 59; Al2O3 – 7; B2O3 – 1; CaO – 17; ZnO – 6,5; BaO – 4; Na2O – 3; K2O – 2; Sb2O3 – 0,5. Шихту ва-

рят в стекловаренной печи при температуре 1500 оС. Выработка стекломассы осуществляется путём сливания в воду, а полученные при этом гранулы подвергают помолу до размера 1…7 мм. Высушенные гранулы стекла насыпают в огнеупорные поддоны равномерным слоем, загружают в вагонетку и направляют в тоннельную печь, где осуществляется спекание гранул и их кристаллизация.

Рисунок 207 – Примеры применения плит NEOPARIES в фасадных системах (а) и интерьере (б)

После термообработки материал содержит примерно 40 % кристаллической фазы, что позволяет

придавать изделиям при повторном нагреве изогнутую форму, в частности для изготовления круглых колонн и арочных сводов. Поверхность плит шлифуется и полируется с целью выявления мраморовидного рисунка, создаваемого игольчатыми кристаллами волластонита. Тыльная сторона плит покрыта стеклотканью с целью их защиты и повышения адгезии к клеящему раствору. Плиты выпускаются размерами 900х900х15 и 900х1200х15 мм различных цветов: бежевого, белого, коричневого, розового, серого и чёрного. В Японии, например, этот материал используется чрезвычайно широко при покрытии полов, внешней и внутренней облицовке зданий различного функционального назначения.

Разновидностью спеченных стеклокрис-таллических материалов является НЕОПАРЬЕ-ЛАЙТ, при синтезе, которого используется механизм объёмного зародышеобразования, для чего в состав стекла вводятся катализаторы кристаллизации – оксиды титана или циркония. Стекло формуется методом проката, а затем измельчается, и дальнейший технологический процесс аналогичен NEOPARIES. Это позволяет получать более однородные по размеру и тепловой истории гранулы стекла, что обеспечивает в дальнейшем более высокое качество получаемых листов материала (рисунок 207).

В России также разработан высокодекортив-ный стеклокристаллический материал – СИГРАН, промышленное производство которого осуществлялось на ряде стекольных заводов. В основе получения СИГРАНА лежит принцип направленной сферолитовой кристаллизации стекла волластонитового состава.

По своей фактуре он напоминает гранит, мрамор и яшму. В зависимости от используемых красителей – оксидов или сульфидов элементов переменной валентности цвет СИГРАНА может включать всю палитру красок: белый, синий, голубой, красный и серый. Технология СИГРАНА включает основные этапы, характерные для традиционного стекольного производства и два дополнительных, связанных с кристаллизацией и механической обработкой.

СИГРАН обладает высокими физико-механическими свойствами, удовлетворяющими требованиям, предъявляемым к отделочным материалам. В таблице 8 приведены свойства СИГРАНА в сравнении с природными материалами.

Анализ разработанных технологий стеклокристаллических материалов и их свойств показывает, что сочетание высоких декоративных и эксплуатационных характеристик позволяет использовать этот класс материалов в строительстве наряду с гранитом и мрамором. Стеклокристаллические материалы обладают неограниченным сроком службы, так как характеризуются высокой атмосферо- и светостойкостью, стойкостью к истиранию, нулевым водопо-

глощением, имеют абсолютную устойчивость к выцветанию под воздействием солнечного излучения и моющих средств. Они относятся к категории несгораемых отделочных материалов.

278

12.6 Функциональные покрытия на листовом стекле

Максимальное использование помещений для естественного освещения солнечным светом и создание комфортного внутреннего режима привело к тому, что большинство современных зданий имеет площадь остекления до 70…80 %. В связи с этим существенно возросла потребность в стеклах с различными эксплуатационными свойствами.

Создание стекол с модифицированной поверхностью, на основе листового стекла связано с большими возможностями варьирования их свойствами в сочетании с экономической эффективностью не только непрерывного производства, но и промпереработки небольшими партиями.

Достичь этого можно двумя путями: окраской в массе и различного рода покрытиями, причем второй способ – более экономически выгоден.

Новая линия зарубежных разработок – это трех- и более слойные покрытия. Накладываемые один на другой слои покрытия придают мультифункциональное назначение полученным покрытиям: отражающие, антибликовые, подогревающие, встроенные прозрачные антенны для радиоприемников и сотовых телефонов.

Разработаны такие методы модифицирования поверхности стекла, как термохимическая обработка газовыми реагентами, нанесение защитных пленочных покрытий по методу золь-гель технологии и нанесение теплозащитных покрытий путем катодного напыления различных металлов в вакууме.

Оксидные золь-гель покрытия – это аморфные материалы, по своей природе близкие к стеклу. Однако их чрезвычайно малая толщина (до сотен ангстрем), наличие пор, низкая температура синтеза и диффузионные процессы, протекающие на границе раздела «покрытие-стекло», вносят существенное различие в формировании структуры. Осуществление золь-гель процессов по алкоксидной технологии очень разнообразно: от формирования порошков и пленок SiO2 из пленкообразующих растворов (ПОР) до легирования стекловидной пленки оксида кремния примесями B, P, Sb, As, Zn, Co и оксидами различных металлов.

Разработаны и запатентованы различные установки, и способы для нанесения на поверхность листового стекла модифицирующих покрытий.

Улучшение физико-механических характеристик поверхности и увеличение прочности может быть достигнуто за счет нанесения различных полимерных жидкостей (лаки, эпоксидные смолы, кремнийорганические соединения и т.д.), а также закалкой в охлаждающей ферромагнитной жидкости или термохимическим модифицированием и реакцией ионного обмена в процессе выработки стекла.

В основе упрочнения поверхности листового стекла ионным обменом лежит процесс их диффузии, приводящий к изменению химического состава и свойств поверхности за счет введения новых ионов из растворов и расплавов. Интенсифицировать процесс ионного обмена можно различными способами: подбором химического состава стекла, температурно-временных усло-

279

вий, состава солевой ванны, обработкой в электрическом поле постоянного или переменного тока и в полях высокотемпературных энергий (плазменноэлектронная обработка).

Интерес к кремнийорганическим жидкостям постоянно растет, так как покрытия на их основе обладают широким спектром функциональных свойств

– от упрочняющего и декоративного до управляемого светорассеивания, биозащитного и защитного от электромагнитного излучения. Использование кремнийорганических соединений для улучшения свойств стекла, в частности гидрофобных, основано на образовании полиорганосилоксановой пленки на его поверхности. Сущность способа получения цветного покрытия сводится к двухстадийной прививке соединений: сначала к поверхности стекла, а затем основного органического красителя.

Появление так называемых «умных» окон напрямую связано со свойствами функциональных красителей обратимо менять свой цвет и свойства в зависимости от каких-либо внешних факторов: света (фотохромы, стекла- «хамелеоны»), тепла (термохромы), электрического поля (электрохромы, противоослепляющие зеркала) и радиоактивного излучения (радиохромы, стекла в дозиметрах). Отечественные ученые разработали высокоэффективную композицию с электрическим управляемым светорассеиванием на основе стекла, жидких кристаллов и полимерных слоев. Область применения таких покрытий – от защиты от электромагнитного излучения до энергосберегающих и незамерзающих композиций различного направления (ООО

«Наукоемкие технологии, Орел и Государственный институт стекла, Москва).

Пропускание пленок определяется их поглощением и отражением. Поглощение для бесцветных пленок (токопроводящих и теплопроводящих) незначительно: в видимой части спектра всего 1…3 %; в инфракрасной же оно растет пропорционально проводимости. Наиболее эффективными для защиты от солнечной радиации являются теплоотражающие стекла с прозрачными покрытиями, которые нагреваются в меньшей степени.

По химическому составу пленочные покрытия делятся: на оксиднометаллические, полимерные и кремнийорганические. Основные свойства, к которым относятся оптические, электрические и прочностные характеристики, присущи также подавляющему большинству оксидно-металлических пленочных покрытий (таблица 52).

Из таблицы видно, что пленки на основе многих оксидов характеризуются полифункциональными свойствами. Так, оксидно-оловянные покрытия и составы на их основе обладают не только различными спектральными характеристиками, но и являются упрочняющими и токопроводящими.

Таблица 52 – Оксиды, модифицирующие поверхность стекла

280

Стекла, устойчивые к радиоактивным излучениям, получают из шихты

специального состава. Для поглощения рентгеновских и гамма-лучей используют оптические стекла с высоким содержанием свинца и бора. Тяжелое свинцовое стекло с плотностью 6200 кг/м3, содержащее 80 % окиси свинца, по своей защитной способности от гамма-излучения эквивалентно стали. Стекла, поглощающие медленные нейтроны, должны содержать один из следующих оксидов: оксид бора, оксид кадмия и др. Стекла, устойчивые к действию радиоактивных излучений, применяют при сооружении атомных электростанций и предприятий по изготовлению изотопов.

Энергосберегающее стекло. Теплоизоляция в зимний период является наиболее важной функцией стекол для большинства регионов России. Потери тепла через стекло складываются из теплопроводности, конвекции и теплового излучения. Для уменьшения потерь тепла от теплопроводности и конвекции применяют двойное остекление (стеклопакеты), но это дает лишь незначительный эффект, так как основные теплопотери происходят за счет теплового излучения. Для борьбы с этим разработаны так называемые энергосберегающие стекла (рисунок 208).

Рисунок 208 – Энергосберегающее стекло

Придание энергосберегающих свойств стеклу связано с нанесением на его поверхность низкоэмиссионных

оптических покрытий, а само стекло с таким покрытием получило название низкоэмиссионного. Эти покрытия обеспечивают прохождение в помещение коротковолнового солнечного излучения, но препятствуют выходу из помещения длинноволнового теплового излучения, например от отопительного

281