Незамутненный взгляд: что умеют электретные стекла и как уберечься от плесневых грибов
Широкий спектр
Прежде всего, научные сотрудники Института стекла рассказали о разработанных в нем уникальных стеклах, которые нашли применение в разных отраслях, а некоторые уже широко используются в строительстве. Таково, например, пеностекло, представляющее собой эффективный тепло- и звукоизоляционный материал из силикатного стекла, которое при температурах более тысячи градусов под воздействием газообразователя размягчается и вспенивается, а после охлаждения до комнатной температуры из него образуется вспененная стекломасса, отличающаяся высокой механической прочностью и стойкостью к агрессивным средам. Среди других теплофизических и эксплуатационных свойств пеностекла — широчайший температурный диапазон применения, непроницаемость для воды и водяного пара, абсолютная негорючесть и стабильность размеров (оно не дает усадок). Для изготовления пеностекла могут использоваться не только отходы промышленных производств, но и стеклобой, в том числе с мусоросжигательных заводов, а применяется оно в качестве тепло- и звукоизоляционных материалов в виде плит и гранул.
Другие стекла нуждаются в популяризации для того, чтобы они более активно внедрялись в практику. Например, большие перспективы имеет применение в строительстве радиозащитных стекол, предотвращающих воздействие сверхвысокочастотного излучения. Влияние этого вредного производственного фактора приводит к различным заболеваниям. Традиционные методы с применением экранов и сеток не позволяют полностью решить эту проблему, в связи с чем актуальна защита от него, основанная на уменьшении мощности электромагнитного излучения за счет поглощения и отражения электромагнитных волн. Разработанные в институте составы стекол прозрачны в видимой области спектра и ослабляют СВ-излучение на величину порядка 18-20 дБ при длине волны 30-100 см. Разработана и конструкция стеклопакетов из силикатного стекла с межслойными наполнителями, ослабляющими мощность электромагнитного излучения.
Весьма перспективны и устойчивы к плесневым грибам стекла, которые предназначены для применения в различных областях науки и техники, в том числе для остекления всевозможных объектов. Особенно актуальны они для помещений с большой концентрацией спор грибов в воздухе. К таким объектам относятся, например, бассейны, цехи пищевых производств, архивы и бактериологические лаборатории. Не все знают, что применяющиеся при их строительстве обычные стекла могут стать питательной средой для спор грибов. Использование обладающих высокой грибоустойчивостью стекол сохраняет их светопрозрачность в период эксплуатации в условиях высокой температуры и влажности.
И совсем уж, на первый взгляд, фантастическим кажется применение в строительстве так называемых электретных стекол, способных накапливать электрический заряд. Эти оптически прозрачные стеклообразные материалы обладают высоким удельным сопротивлением, что позволяет им поглощать электромагнитное излучение и таким образом защищать человека от вредного воздействия. Как отмечалось на конференции, в ходе масштабной научно-исследовательской работы удалось создать технологию синтеза новых материалов, способных под воздействием ионизирующего излучения образовывать сильные внутренние электрические поля. На основе этих исследований была выпущена партия стекол, пригодных для защиты космических аппаратов от электронного излучения и успешно прошедших испытания на искусственных спутниках Земли. С их помощью удалось повысить срок службы полупроводниковых фотопреобразователей солнечных батарей космических аппаратов. Но применение этих стекол не может быть ограничено одним лишь освоением космического пространства, ведь необходимость защиты человека актуальна и при строительстве ядерных установок, радиолокационных станций и других объектов.
Нужна методика расчетов
Некоторые виды стекла нельзя назвать новыми, но сейчас их применение выходит на новый уровень. Так, в современной архитектуре значительно возросла роль конструкций из многослойного стекла с консольным креплением. Сделавший доклад на эту тему заведующий отделом стандартизации и испытаний ООО «Институт стекла» Станислав Чесноков напомнил участникам конференции, что в многослойном стекле отдельные листы объединяются в одно изделие при помощи полимерных материалов, которые придают ему безопасность, ударостойкость, шумозащиту и другие новые свойства. При этом для крупноформатного остекления многослойное стекло стало настоящим прорывом, поскольку были сняты существенные ограничения на толщину и несущую способность стекла.
В то же время с широким применением многослойного стекла в России по-прежнему имеются определенные проблемы. Дело в том, что, по словам Станислава Чеснокова, стандартизированных методик расчетов для проектирования изделий из многослойного стекла в стране нет. В Европейском союзе с 2020 года действует стандарт EN 16613:2019, основанный на хорошо известной и отработанной методике расчетов, которая используется и в России. В соответствии с этой методикой, для расчета эквивалентной толщины многослойного стекла необходимо знать свойства полимерных слоев, однако информацию о них некоторые производители стали раскрывать неохотно. Например, как рассказал докладчик, когда ионопласт был новым продуктом и начал выпускаться под маркой SentryGlas, его производитель открыто распространял информацию о свойствах этого продукта. Но сейчас ситуация изменилась, и, как констатировал Станислав Чесноков, о многих заменителях SentryGlas или идентичных материалах мы мало что знаем.
В заключение своего доклада Станислав Чесноков сделал вывод о том, что возможности остекления с учетом большого набора свойств, придаваемых полимерными материалами, значительно возросли, и теперь необходимы дополнительные исследования для совершенствования методик расчета. Такие исследования уже ведутся, и ученые надеются, что по их результатам в дальнейшем спроектированные конструкции из многослойного стекла будут успешно проходить все установленные испытания.
Тонко, но не рвется
Второй доклад, который сделал Станислав Чесноков, как и предыдущее его выступление на конференции, был основан на результатах совместной работы Института стекла с ЦНИИСК имени В. А. Кучеренко АО «НИЦ «Строительство» и посвящен роли в современной архитектуре конструкций из стекла тонких номиналов. Проще говоря, речь идет о стекле толщиной меньше четырех миллиметров. Конструкции из такого стекла производят неизгладимое впечатление. Например, представленная докладчиком на слайде оранжерея как будто обтянута металлической фольгой, а на самом деле изготовлена из стекла, состоящего из двух отдельных слоев, каждый толщиной всего один миллиметр.
По сравнению с толстым стеклом, ассоциирующимся со льдом или айсбергом, конструкции из тонкого стекла напоминают нечто волнообразное, воздушное. Но одной эстетикой их достоинства не ограничиваются. Архитекторы ценят их прежде всего за высокое светопропускание. С этой целью внутренняя сторона стекла на той же оранжерее дополнительно покрыта самоочищающимся покрытием, препятствующим образованию налета.
Другое преимущество тонких стекол — их сравнительно небольшой вес и, соответственно, уменьшение нагрузки на несущие конструкции, а также высокая гибкость. Станислав Чесноков продемонстрировал эти качества на примере одного из петербургских ресторанов, при проектировании которого невозможно было использовать классические решения для перекрытий, по причине слабости несущих конструкций. Тонкое стекло позволило не только снизить вес конструкции, но и благодаря своей высокой гибкости обойтись без моллирования, предполагающего формовку изделий из нагретого листового стекла. Купол ресторана выполнен из алюмосиликатного стекла, которое производится путем вытягивания, что свидетельствует о разнообразии химического состава тонких стекол и технологий их изготовления. Они бывают не только натрий-кальций-силикатными и могут изготавливаться с помощью как флоат-процесса, так и других методов.
В то же время у тонких стекол есть и ряд ограничений, в том числе малая жесткость на изгиб и необходимость разработки специальных креплений. Кроме того, в тонких стеклах большого размера трудно избежать оптических искажений. Также большинству из них не подходит обычный метод закалки и требуется химическое упрочнение.
Говоря о перспективных направлениях использования тонких стекол в архитектуре, Станислав Чесноков отметил их удачное применение в мембранных конструкциях, для которых, однако, еще только предстоит разработать эффективные способы крепления. К тому же фасадные системы для таких стекол пока что находятся в стадии разработки. В целом же, по мнению ученого, потенциал тонких стекол еще не раскрыт полностью, но уже сейчас очевидно, что в сфере архитектуры у этого класса продуктов есть определенная ниша.