Строительное стекло: оптические свойства

В публикациях часто говорится о стекле, как о разделяющей среде, обеспечивающей связь человека, находящегося в помещении, с окружающим пространством, в частности, о влиянии свинца на жизнедеятельность человеческого организма.

В истории эволюции материалов изобретение стекла еще задолго до нашей эры относится к четвертой позиции из десяти самых важных, определяющих человеческий прогресс.

В строительстве стекло используется, как правило, в качестве материала, пропускающего солнечное излучение. Поэтому одним из главных свойств стекла являются его оптические характеристики. Эти характеристики могут быть самыми разнообразными, что связано с широкими возможностями изменения химического состава, цвета и структуры стекла. Кроме этих возможностей, современные технологии позволяют модифицировать оптические свойства стекла путем нанесения покрытий, изменяющих эти свойства. С этими технологиями связана возможность получения специальных строительных стекол с функциональными назначениями тенеотражения, теплозащиты и др.

Специфические оптические свойства, присущие специальным видам стекла и отличающие эти стекла от обычного листового строительного стекла, будут описаны в следующих номерах нашего журнала

В этой статье будет рассказано об основных оптических свойствах строительного стекла как светотехнического материала, которые помогают специалистам правильно выбрать рациональную конструкцию остекления зданий различного назначения.

Скорость распространения света неодинакова в среде с различной плотностью (воздух и стекло), поэтому луч света, проходящий через воздух и стекло, отклоняется от первоначального направления. Величина, показывающая, во сколько раз свет в данной среде распространяется медленнее, чем в воздухе, носит название "показатель преломления". Этот показатель является постоянной величиной для двух сред и не зависит от угла падения света. Для обычного стекла он составляет 1,51 и зависит от химического состава стекла, а также может изменяться в пределах от 1,046 до 2. Для воздуха этот показатель равен 1.

Световой поток, падающий на стекло, трансформируется в зависимости от его оптических свойств, определяемых коэффициентами отражения, поглощения и пропускания. Количественная оценка отражающей способности стекла оценивается коэффициентом отражения, равным отношению величины светового потока, отраженного стеклом, и падающего светового потока. Коэффициент отражения стекла зависит от угла падения светового потока. При увеличении угла падения света увеличивается коэффициент отражения, вследствие чего уменьшается интенсивность света, прошедшего через стекло, т.е. снижается его светопропускание. Для примера, светопропускание стекла при угле падения света 0 градусов составляет 0,920, а при 75 градусах оно составляет 0,5.

При показателе преломления, равном 1,5, коэффициент отражения от первой плоскости стекла составляет 4% света, от второй – около 4%. Следовательно, даже совершено не поглощающее стекло не может пропускать более 92% света, при двухслойном остеклении пропущенный свет составит 85%. Эта зависимость светопропускания и отражения у специальных строительных стекол с покрытиями может изменяться в значительной степени как в одну, так и в другую сторону.

Поглощение светового потока стеклом характеризуется коэффициентом поглощения, равным отношению светового потока, поглощенного стеклом, потоку падающему. У обычного строительного стекла светопропускание зависит от его толщины. Для вычисления пропускания света любой толщины используют закон Бугера, для чего достаточно знать пропускание стекла толщиной 1 мм. Способность стекла пропускать свет характеризуется коэффициентом пропускания, равным отношению величины светового потока, проходящего через стекло, к падающему световому потоку. Таким образом, все части трансформированного стеклом светового потока в помещение равны падающему световому потоку, а сумма всех коэффициентов, характеризующих свойства стекла, равна 1.

Проектировщикам при инженерных расчетах теплопоступлений через светоограждающие конструкции необходимо знать значения пропускания, отражения и поглощения светового потока, т.е. величины полных коэффициентов, взятых в диапазоне всей инфракрасной части солнечного излучения.

Несколько слов о механических свойствах строительного стекла

Прочностные показатели стекла, уд. вес, предопределяют вид светоограждающих конструкций, их размеры и вес. Листовое стекло обладает двумя нежелательными свойствами – хрупкостью и малой прочностью на растяжение и изгиб. Это обусловлено наличием микротрещин, механических повреждений, царапин, неоднородностью состава соседних участков, длительностью воздействия нагрузки и окружающей среды.

Почти все это находится в прямой зависимости от технологии изготовления стекла и обработки его поверхности, условий хранения и транспортировки.

Влияние размеров листов стекла

Соотношение длины сторон и характер закрепления стекла в конструкции оказывает влияние на его прочность Прямоугольные листы стекла при одинаковой площади имеют значительно большую прочность, чем квадратные. При установке стекол в конструкцию важно обеспечить их крепление по ее контуру – крепление стекла только с двух противоположных сторон значительно снижает его прочность. Также важен выбор толщины стекла, работающего под ветровой нагрузкой, в зависимости от его размеров. Для этой цели существуют графики выбора толщины стекла.

Из прочих механических свойств строительных стекол, представляющих интерес для строителей, следует учитывать упругие свойства, характеризующиеся модулем Юнга Е и коэффициентом Пуассона, коэффициентом линейного расширения стекла.