Статья — Стекло как строительный материал
Современная архитектура и гражданское строительство все чаще применяет стекло как конструкционный строительный материал. Привычное применение стекла в строительстве зданий — это заполнение проемов окон, дверей и фасадов. Однако иногда стекло включают в конструкции, где оно выполняет не только свою функцию светопрозрачного ограждения, а такие строительные элементы как полы, колонны и облицовочные панели (рисунок 1).
Рисунок 1 — Стеклянные панели в навесном вентилируемом фасаде [1]
Ниже представлен обзор процессов изготовления стекла, его состава, особенностей свойств и применения в строительстве как конструкционного материала. Применяемые термины соответствуют отечественным стандартам, в том числе, ГОСТ 32539-13 «Стекло и изделия из него. Термины и определения».
Еврокод для стекла
В настоящее время не существует международно признанных норм по проектированию стеклянных элементов конструкций, таких, как известные европейские стандарты Eurocode для других строительных материалов. В будущем планируется создать такой стандарт и для стекла [2].
Строительное силикатное стекло
Обычно, когда говорят о стекле, то имеют в виду группу силикатных стекол, которые составляют около 95 % общего производства стекла. Эти стекла массового производства содержать около 70 % двуокиси кремния, то есть кварцевого песка. Поскольку кварцевый песок имеет очень высокую температуру плавления (около 1700 º) к нему добавляют щелочные оксидные флюсы, которые снижают температуру плавления. Щелочноземельные оксиды добавляют для повышения твердости и химической стойкости стекла.
В строительной промышленности в основном применяются различные варианты натрий-кальций-силикатных стекол, которые имеют следующий химический состав [1]:
-
Диоксид кремния (SiO2): 69-74 %
-
Оксид кальция (CaO): 5-14 %
-
Оксид натрия (Na2O): 0-6 %
-
Оксид магния (MgO): 0-6 %
-
Оксид алюминия (Al2O3): 0-3 %
-
Другое: 0-5 %.
Прозрачность
Стекло является прозрачным для солнечного излучения в спектре видимого света и длинноволнового ультрафиолетового света (UV-A). Вместе с тем, стекло является непроницаемым для коротковолнового ультрафиолетового света (UV-B и UV-C).
Хрупкость
Стекло является типичным хрупким материалом. Максимальное удлинение при разрушении стекла составляет всего около 0,1 %. Отсутствие пластической деформации стекла не дает возможности предсказывать его разрушение, как это делается, например, для стали (рисунок 2).
Рисунок 2 — Сравнение механического поведения стали и стекла при растягивающем нагружении [1]
Физические свойства
Натрий-кальций-силикатное стекло имеет следующие механические и физические свойства:
-
плотность (при 18 ºС): 2500 кг/м3;
-
модуль упругости: 70000 Н/мм2;
-
коэффициент Пуассона: 0,2;
-
средний коэффициент термического расширения: 9 × 10-6 К-1
Прочность при растяжении
Теоретическая прочность стекла при растяжении, которая основана на физических расчетах, составляет от 5000 до 8000 Н/мм

Изгибная прочность флоат-стекла зависит от многих факторов, среди которых:
-
размер поверхностной трещины;
-
сторона стекла по отношению к оловянной ванне;
-
размер стеклянного изделия или образца;
-
длительность приложения нагрузки;
-
влияние внешней среды, например, влаги.
Прочность при сжатии
В отличие от прочности при растяжении практическая прочность при сжатии достигает очень высоких величин. Независимо от наличия поверхностных дефектов прочность на сжатие силикатных стекол находится между 400 и 900 Н/мм2.
Химическая стойкость
Силикатные стекла обладают высокой стойкостью к воздействию многих химических веществ. Большинство кислот и щелочей не повреждают стекло. Единственным исключением является фтороводородная кислота, которая поэтому применяется для декоративного травления стекла.
Стекло обладает высокой стойкостью к воде, но постоянное присутствие воды может приводить к его повреждению и коррозии, что проявляется в виде матовых пятен.
Стекло может повреждаться в промышленной загрязненной атмосфере, содержащей аммиак, а также в результате контакта со штукатуркой, мокрым бетоном или щелочными чистящими средствами.
Производство стекла
Начальной стадией всех методов изготовления стекла является процесс плавления. Смесь исходных материалов засыпается на вход плавильной ванны, а на выходе их нее выходит вязкая стеклянная масса, из которой далее различными методами формуют листы стекла.
Флоат-стекло
До 1950-х годов все листовое стекло изготавливали путем непрерывных автоматизированных процессов прокатки или вытяжки, которые были аналогами древних ручных методов.
Флоат-метод производства стекла, которые был разработан британской компанией Pilkington в 1950-тые годы, произвел переворот в стекольной промышленности. Этот метод обеспечивает высокое качество поверхности стекла без какой-либо дополнительной обработки.
Стекло подается при температуре около 1050 ºС из плавильной ванны в так называемую флоат-ванну, где оно разливается тонкой лентой на поверхности жидкого олова. Это обеспечивает листовому стеклу параллельность его сторон, плоские поверхности и полную, без искажений, прозрачность. В флоат-ванне стекло остывает до температуры около 600 ºС, при которой оно имеет достаточную прочность для того, чтобы извлечь его из оловянной ванны и передать в печь отжига и далее для дальнейшего охлаждения.
Рисунок 3 — Производство флоат-стекла [1]
Флоат-процесс дает возможность получать стекло толщиной от 0,5 до 25 мм, но в строительстве обычно применяются стекла от 2 до 19 мм.
Прокатное стекло
Современное производство прокатного стекла включает формирование непрерывной ленты стекла при прохождении ее при температуре около 1200 ºС между двумя валками. Толщина прокатного стекла составляет от 3 до 15 мм. После прокатки стекло передается в печь отжига и затем для дальнейшей обработки (рисунок 4).
Рисунок 4 — Производство прокатного стекла [1]
Светопроницаемость прокатного стекла хуже, чем флоат-стекла и зависит от толщины и поверхностной текстуры. Тем не менее, прокатное стекло находит свое применение в различных стеклянных изделиях. Рифленое и ажурное стекло получают при прокатке с применением текстурированного нижнего валка. Армированное стекло также получают при прокатке стекла путем введения проволочной сетки между валками.
Тянутое стекло
При изготовлении тянутого стекла непрерывную стеклянную ленту тянут вертикально вверх из расплава стекла. Этот процесс дает стеклу далеко не оптимальное оптическое качество, которое характерно для стекол исторических зданий. Поэтому этот метод применяют в основном для изготовления стекол при реставрации старинных зданий с намеренным введением поверхностных дефектов, характерных для старинного стекла. Толщина тянутого стекла составляет от 2 до 12 мм.
Бесцветное и цветное стекло
Силикатные стекла имеют слегка зеленоватый оттенок, который хорошо виден на кромке стекла (рисунок 5). Этот оттенок вызывается оксидом железа, который в различных пропорциях содержится в песке. Совершенно бесцветное стекло получают из исходной смеси с минимальным содержанием оксида железа. Это достигается путем специальной химической обработки исходной смеси.
Все листовые стекла могут быть окрашены. Это достигается путем добавки различных металлических оксидов в плавильную ванну или путем последующего процесса окрашивания.
Механическоя обработка
Стекло обычно режут путем нанесения глубокой царапины и затем легкого удара. Реже применяют пилы с алмазными наконечниками или водяную струю. Очень тонкие стекла можно резать лазером.
При резке стекла образуется довольно рваная кромка, которую часто шлифуют или полируют, чтобы удалить неровности и сколы (рисунок 5). Это делают, чтобы снизить возникающие на кромке растягивающие напряжения и, тем самым, повысить стойкость стекла к разрушению.
без обработки; шлифованная и полированная [1]
Сверление отверстий в стекле выполняют полыми сверлами с алмазными наконечниками, которые сверлят отверстие с обеих сторон стекла. Кроме того, для выполнения отверстий могут применяться водяные струи.
Нанесение покрытий
Нанесение покрытий из тонкого слоя металлов или оксидов металлов — это наиболее важный способ модификации стекла. Их наносят или вовремя изготовления стекла, то есть на еще мягкую и горячую поверхность, или в ходе отдельной операции уже после изготовления стекла. Покрытия, которые наносят в ходе изготовления стекла обычно значительно более прочные, чем те, которые наносят на уже готовые стекла.
Гнутое стекло
Гнутое стекло изготавливают при температуре стекла около 600 °С. Это делают или на горизонтальной роликовой машине, или в случае малых партий, с применением гравитационного метода. Гравитационный метод заключается в том, что плоский лист стекла кладут сверху выпуклой или вогнутой «матрицы» и затем нагревают. Под действием гравитации стекло принимает форму матрицы.
Закаленное стекло
Принцип действия закалки на прочность стекла заключается в том, что в его поверхностном слое создаются высокие сжимающие остаточные напряжения. Эти напряжения компенсируют возможные растягивающие напряжения в поверхности стекла и предотвращают рост трещин и разрушение стекла.
Стекло нагревают до температуры 620-650 °С и затем резко охлаждают струями воздуха с обеих сторон до комнатной температуры. В результате закалки в поверхностных слоях стекла образуются сжимающие остаточные напряжения величиной 100-150 Н/мм2 (рисунок 6). Высокая энергия, которая запасается в этом стекле обеспечивает то, что при разрушении оно разбивается на мелкие кусочки (рисунок 7в), которые не представляют большой опасности.
Рисунок 6- Остаточные напряжения в стеклах [2]
Рисунок 7 — Типы разрушения стекол (не в масштабе):
а) отожженное флоат-стекло; б) термоупрочненное стекло; в) закаленное стекло [1]
Термоупрочненное стекло
Термоупрочненное стекло подвергается той же обработке, что и закаленное стекло, кроме того, что процесс охлаждения ведется более медленно. Это дает более низкие сжимающие напряжения, чем в закаленных стеклах (рисунок 6)
В отличие от закаленных стекол термоупрочненные стекла разрушаются с образованием довольно крупных кусков стекла, но значительно меньших, чем у отожженного флоат-стекла (рисунок 7). Это дает им преимущество при применении в многослойных стеклах: после разрушения они удерживаются полимерной пленкой на месте. Кроме того, термоупрочненное стекло можно подвергать механической обработке, например, сверлению, что невозможно для закаленных стекол.
Многослойное стекло
Многослойное безопасное стекло состоит из двух или нескольких листов стекла соединенных между собой поливинилбутиловой пленкой толщиной 0,38 мм. В отличие от закаленного безопасного стекла после разрушения многослойное стекло сохраняет часть своей несущей способности, а отдельные куски удерживаются пленкой на месте установки стекла.
Источники:
1. Glass in Building: Principles, Applications, Examples /Bernhard Weller et al, Detail Practice, 2009
2.Guidance for European Structural Design of Glass Components, 2014
Создаём материал стекла в Substance Painter и Marmoset — Gamedev на DTF
Всем привет, это Антон Агеев — автор курса «Процедурный трип». На нём я учу создавать процедурные текстуры на профессиональном уровне.
17 942 просмотров
Один из самых популярных вопросов от студентов — как создать и настроить материал прозрачного стекла?
В прошлый раз я рассказал о создании материала бетона в Substance Designer, а в этом гайде покажу, как делать стекло в Substance Painter — на примере модели будильника.
Стекло — непростой материал, потому что единого способа его сделать нет. В каждой программе оно настраивается по-разному, и поэтому часто возникает путаница.
В статье два раздела: о создании текстуры в Substance Painter, и о её импорте и настройке в Marmoset. Методику из второго раздела я частично заимствую из материала художника Ognyan Zahariev.
Substance Painter
В моём проекте у модели два текстурных сета — для корпуса и для стекла будильника. Каждый текстурный сет использует свой шейдер, потому что в материале стекла нужна прозрачность, а в корпусе нет.
Создание шейдера
Чтобы создать новый шейдер текстурного сета стекла, нажимаем на Main Shader в Texture Set List:
Переименуем его в разделе Shader Settings:
Сменим типа шейдера на pbr—metal—rough—alpha blending:
В SP 2 типа прозрачности: alpha-blending и alpha-test.
- В Alpha-test нет градаций. Пиксель либо полностью прозрачный, либо нет.
Этот тип подходит, когда нужна жёсткая маска, — например, текстура листьев. Это более «дешёвая» альфа с точки зрения производительности.
- Alpha-blending более «тяжёлый», он поддерживает степень прозрачности и подойдёт для стекла.
Канал Opacity
После настройки шейдера добавим новый канал — opacity — в текстурный сет стекла.
Он управляет прозрачностью в материале с помощью чёрно-белой текстуры. Чем темнее пиксель, тем он прозрачнее на модели, и наоборот.
Для оптимизации процесса уберём каналы Metallic, Normal и AO из текстурного сета.
Базовый слой
Создадим первый слой — обычный Fill Layer с базовым значением Roughness и цветом непрозрачности.
Roughness
Создаём детализацию в канале Roughness, отключаем все остальные. Значение Roughness в слое выставляем на 1.
Теперь добавляем маску для слоя.
1. Создаем процедурную текстуру Scratches generator.
Настраиваем её так, чтобы было похоже на царапины на стекле — тонкие и прямые. Уменьшим их количество, чтобы они не были слишком навязчивыми. И понижаем прозрачность слоя на 50%.
2. Создаём якорь над царапинами чтобы копировать эффект в другие слои. Позже добавим эти царапины в normal другого слоя.
3. Следующие три слоя — микс из гранж-текстур, с помощью которых мы добавляем разные интересные детали: отпечатки пальцев, разводы и пыль.
4. Делаем маску более интенсивной по краям и прозрачной в центре.
Дублируем слой и используем разные бленды для настройки интенсивности.
5. Повышаем резкость маски с помощью Sharpen.
6. И создаём якорь для маски целиком.
Он понадобится в следующем слое — из него же мы создадим маску прозрачности.
Готово! Финальный стэк эффектов Roughness выглядит так:
Детали в нём намного проще создавать и настраивать до того, как мы сделаем стекло прозрачным, — поэтому мы и создаём материал в таком порядке.
Opacity
В следующем слое создаём маску прозрачности.
На этом слое отключаем все каналы кроме opacity, а значение прозрачности устанавливаем на 0,15—0,18.
Этот параметр задаёт максимальную прозрачность стекла. В реальной жизни оно всегда немного непрозрачное, поэтому не стоит устанавливать параметр на 0.
Стекло уже выглядит неплохо, но детали и грязь видны только на блике. Когда его нет, стекло кажется абсолютно прозрачным, потому что в канале Opacity сейчас однородный цвет.
Для того, чтобы материал по краям циферблата был непрозрачным, добавим в слой opacity чёрную маску и скопируем в неё информацию из слоя Roughness с помощью якоря:
С помощью levels в якоре инвертируем её и увеличиваем контрастность маски, чтобы уменьшить площадь загрязнения.
Финальная маска слоя и канал Opacity выглядят так:
Добавление текстуры в канал Opacity делает края непрозрачными
Добавляя текстуру в канал Opacity делаем края непрозрачными.
Цвет непрозрачности задаём в нижнем слое, Glass BM:
Height
В этом слое настроим Height по маске царапин, чтобы на блике они смотрелись объёмнее.
Стекло готово!
Экспорт
Создадим новый шаблон, потому что у нас в модели нестандартный набор текстур. Стекло в Marmoset настраивается иначе, поэтому мне понадобятся не все каналы.
В проекте оставим только Normal, Roughness и маску Opacity.
Обратите внимание: используем альфу из канала, а не сам канал.
Информация из альфа-канала идентична маске слоя, она понадобится в Marmoset для настройки материала. Но есть загвоздка: в Marmoset обратная логика маски прозрачности.
Прозрачный пиксель — черный, непрозрачный — белый
Чтобы прозрачность в SP отображалась корректно, отключим на время этот эффект. Обратно его можно включить во время экспорта, чтобы в результате маска прозрачности была правильной.
Marmoset
В стандартном шейдере Marmoset прозрачность подключается в разделе Transparency.
На выбор есть несколько типов прозрачности. Ни один из них не работает так же, как в Substance Painter.
Единственный способ добиться схожего результата — использовать два типа прозрачности — один поверх другого — на разных геометриях.
Поэтому при экспорте модели в Marmoset создаём два стекла и смещаем их друг относительно друга, чтобы избежать пересечений геометрии.
В Marmoset создаём 2 материала для обоих стёкол
Первый будет использовать тип прозрачности add, а второй — dither.
Add
Тип Add игнорирует канал цвета Albedo — он делает цвет полностью прозрачным. Отражения при этом рендерятся поверх задней геометрии.
В результате детализация в Roughness и в Normal будет видна на блике, но маску прозрачности использовать не получится. Параметр Alpha в настройках Transparency делает прозрачнее только отражения.
В этом материале используем только карту нормалей и Roughness
Dither
Прозрачность Dither рендерит Roughness, Normal и Albedo. Для каждого из каналов степень прозрачности пикселя задаётся чёрно-белой маской. Для всех каналов она одинаковая.
Это значит, что если в Albedo пиксель прозрачный, то отражений тоже не будет видно.
В материале glass_dither используем текстуру Roughness и маску прозрачности
Регулируем оттенок грязи цветом Albedo, так же, как в SP. Там мы делали это через слой, а здесь настроим цвет в самом материале.
Готово!
Можно включить видимость всех слоёв и посмотреть, как они выглядят вместе:
Если хочешь научиться текстурированию на профессиональном уровне, записывайся на наш курс по процедурным текстурам — он стартует 29 июля.
Узнать все подробности и зарегистрироваться можно на нашем сайте: https://www. school-xyz.com/texture
Успехов!
Материал подготовлен командой XYZ Media.
Наши каналы в Telegram и на YouTube.
Бесцветное стекло | стекло | Британика
- Развлечения и поп-культура
- География и путешествия
- Здоровье и медицина
- Образ жизни и социальные вопросы
- Литература
- Философия и религия
- Политика, право и правительство
- Наука
- Спорт и отдых
- Технология
- Изобразительное искусство
- Всемирная история
- Этот день в истории
- Викторины
- Подкасты
- Словарь
- Биографии
- Резюме
- Популярные вопросы
- Обзор недели
- Инфографика
- Демистификация
- Списки
- #WTFact
- Товарищи
- Галереи изображений
- Прожектор
- Форум
- Один хороший факт
- Развлечения и поп-культура
- География и путешествия
- Здоровье и медицина
- Образ жизни и социальные вопросы
- Литература
- Философия и религия
- Политика, право и правительство
- Наука
- Спорт и отдых
- Технология
- Изобразительное искусство
- Всемирная история
- Britannica объясняет
В этих видеороликах Britannica объясняет различные темы и отвечает на часто задаваемые вопросы. - Britannica Classics
Посмотрите эти ретро-видео из архивов Encyclopedia Britannica. - Demystified Videos
В Demystified у Britannica есть все ответы на ваши животрепещущие вопросы. - #WTFact Видео
В #WTFact Britannica делится некоторыми из самых странных фактов, которые мы можем найти. - На этот раз в истории
В этих видеороликах узнайте, что произошло в этом месяце (или любом другом месяце!) в истории.
- Студенческий портал
Britannica — лучший ресурс для учащихся по ключевым школьным предметам, таким как история, государственное управление, литература и т. д. - Портал COVID-19
Хотя этот глобальный кризис в области здравоохранения продолжает развиваться, может быть полезно обратиться к прошлым пандемиям, чтобы лучше понять, как реагировать сегодня. - 100 женщин
Britannica празднует столетие Девятнадцатой поправки, выделяя суфражисток и политиков, творящих историю. - Спасение Земли
Британника представляет список дел Земли на 21 век. Узнайте об основных экологических проблемах, стоящих перед нашей планетой, и о том, что с ними можно сделать! - SpaceNext50
Britannica представляет SpaceNext50. От полёта на Луну до управления космосом — мы исследуем широкий спектр тем, которые подпитывают наше любопытство к космосу!
Содержание
- Введение
Краткие факты
- Факты и сопутствующий контент
Прессованное стекло | Британика
- Развлечения и поп-культура
- География и путешествия
- Здоровье и медицина
- Образ жизни и социальные вопросы
- Литература
- Философия и религия
- Политика, право и правительство
- Наука
- Спорт и отдых
- Технология
- Изобразительное искусство
- Всемирная история
- Этот день в истории
- Викторины
- Подкасты
- Словарь
- Биографии
- Резюме
- Популярные вопросы
- Обзор недели
- Инфографика
- Демистификация
- Списки
- #WTFact
- Товарищи
- Галереи изображений
- Прожектор
- Форум
- Один хороший факт
- Развлечения и поп-культура
- География и путешествия
- Здоровье и медицина
- Образ жизни и социальные вопросы
- Литература
- Философия и религия
- Политика, право и правительство
- Наука
- Спорт и отдых
- Технология
- Изобразительное искусство
- Всемирная история
- Britannica объясняет
В этих видеороликах Britannica объясняет различные темы и отвечает на часто задаваемые вопросы. - Britannica Classics
Посмотрите эти ретро-видео из архивов Encyclopedia Britannica. - Demystified Videos
В Demystified у Britannica есть все ответы на ваши животрепещущие вопросы. - #WTFact Видео
В #WTFact Britannica делится некоторыми из самых странных фактов, которые мы можем найти. - На этот раз в истории
В этих видеороликах узнайте, что произошло в этом месяце (или любом другом месяце!) в истории.
- Студенческий портал
Britannica — это главный ресурс для учащихся по ключевым школьным предметам, таким как история, государственное управление, литература и т. д. - Портал COVID-19
Хотя этот глобальный кризис в области здравоохранения продолжает развиваться, может быть полезно обратиться к прошлым пандемиям, чтобы лучше понять, как реагировать сегодня. - 100 женщин
Britannica празднует столетие Девятнадцатой поправки, выделяя суфражисток и политиков, творящих историю.