Czytaj także -

Aktualne wydanie

2021 07 okladka1

Świat Szkła 07-08/2021

User Menu

 ET-160x600-PL-4

 

 

 

 

facebook12

czytaj newsy Świata Szkła

- więcej szklanej architektury

 

Baztech

Miesięcznik Świat Szkła

indeksowany jest w bazie

czasopism technicznych

 

 

 

 Adv-750x100-px-Builing-Science-23

 

baner klej do luster 7 7 2021

 

 Banner Firma Vitrum fiale

 

 

480x100

 

 

 RZ RT 2022 Banner Tag Motiv Animiert 550x150 PL

 

 

Czy montują Państwo lustra u klienta za pomocą kleju silikonowego?
 
Czy uważają Państwo, że klej do luster LAKMA jest lepszy od innych klejów dostępnych na rynku?
 
Czy stosują Państwo klej do luster firmy LAKMA?
   
Spontaniczne pękanie szkła hartowanego: testy HST bardziej miarodajne niż przypuszczano
Data dodania: 28.06.21

Wtrącenia/inkluzje NiS znajdują się wszędzie w surowym szkle. Na ich umiejscowienie w widoczny sposób wpływa osiadanie grawitacyjne – zjawisko to zostało zaprezentowane przez autora na wykładzie na konferencji GPD 2017.

Wyjaśniamy to wykorzystując prawa fizycznie m.in. teorię osiadania STOKES’a. Analiza kolejnych parametrów pozwala lepiej zrozumieć obserwowane widmo wielkości wtrąceń siarczku niklu.

 

2021 06 19 1a

2021 06 19 1b

Rys. 1. Różne aspekty spontanicznych pęknięć spowodowanych wtrąceniami siarczku niklu, jak wyjaśniono w tekście

 

Oczywiście tylko mniejszość pierwotnej zawartości/populacji NiS (około 15%) dociera ostatecznie do gotowego wyrobu ze szkła. Od rozmiaru wtrąceń zależny jest ich rozkład („trawienie”) i samozniszczenie („eksplozja”), a ewolucja składu stopionego szkła odgrywa znaczącą rolę w procesie rozdzielania/separacji wg wielkości. Porównanie tego ze spektrum rozmiarów wtrąceń, które rzeczywiście spowodowały pęknięcia, ujawnia krzywą „współczynnika pękania szkła”, którą można wykorzystać do ilościowego określenia, jak niebezpieczna w rzeczywistości jest dana „populacja” siarczku niklu.

 

Pomoże to rozwiązać rzeczywisty kluczowy problem spontanicznych pęknięć tafli szklanych zamontowanych na fasadach budynków, a mianowicie określić ryzyka pęknięcia hartowanego szkła (w wyniku naprężeń wewnętrznych) przez testy HST (zgodnie z normami: EN 14179-1 Szkło w budownictwie – Termicznie wygrzewane hartowane bezpieczne szkło sodowo-wapniowo-krzemianowe – Część 1: Definicja i opis, EN 14179-2 Szkło w budownictwie – Termicznie hartowane wygrzewane bezpieczne szkło sodowo-wapniowo-krzemianowe – Część 2: Ocena zgodności wyrobu z normą). Dzięki temu zyskujemy pewność, że szkło jest na tyle bezpieczne, aby sprostać nawet najwyższym wymaganiom.

 

Rzeczywiste pęknięcia szkła poddanego testowi HST (Heat Soak Test) – i zamontowanego na fasadach budynkach – są niezwykle rzadkie. Dlatego też ich kwantyfikacja (ujęcie ilościowe) jest niezwykle trudna. Przedstawiamy przykład z doświadczenia Saint-Gobain pokazujący, że pozostałe ryzyko (prawdopodobieństwo pęknięcia szkła) jest znacznie niższe niż wcześniej zakładano. Zamiast szacowanego 1 pęknięcia na 400 t szkła hartowanego po testach HST, rzeczywisty wynik wydaje się, że jest bliższy 1 – na 6000 t. Dzięki temu komponenty szklane osiągają wysokie parametry bezpieczeństwa – porównywalne z betonem czy stalą.

 

 2021 06 20 1aa

 

2021 06 20 1ab

Rys. 1a. Budynek Deutsche Bank we Frankfurcie – fasada i wnętrze

 

 

Podstawowa przyczyna spontanicznych pęknięć szkła na elewacji
Już od pierwszych opracowań we wczesnych latach 60-tych [(1) (2) BALLANTYNE-1957/1961] do późniejszych obszernych prac, np. [(7) (8) SWAIN-1980/1981] wiemy, że hartowane termicznie szkło bezpieczne zamontowane na elewacjach może spontanicznie pękać, rozpadając się na małe i stosunkowo nieszkodliwe fragmenty – dlatego nazywa się je szkłem bezpiecznym.

 

Mimo iż wypadki takie zdarzają się rzadko, są one zdecydowanie niepożądane – wyobraźmy sobie bowiem jakie „wrażenie” zrobią spadające z dużej wysokości (np. ze szklanych fasad wieżowców) małe kawałki szkła.

 

Jedną z charakterystycznych cech tego zjawiska jest to, że szkło hartowane wbudowane w elewację nie wykazuje początkowo żadnych oznak zagrożenia pęknięciem. Dopiero po czasie inkubacji trwającej około roku (lub dłużej, w zależności od klimatycznych warunków otoczenia), pęknięcia rozpoczynają się i mogą trwać nawet ponad 10 lat (poszczególne szyby na fasadzie mogą pękać w różnym czasie). Małą pociechą jest fakt, że z biegiem czasu częstotliwość pękań spada.

 

Analiza szczegółów takiego pęknięcia ujawnia punkt początkowy pęknięcia z odłamkami charakterystycznie ułożonymi w kształcie skrzydeł motyla.

 

Jednak zjawisko to jest właściwością szkła hartowanego i wcale nie świadczy o obecności wtrąceń siarczku niklu. Dopiero bliższe zbadanie, i szukanie usterki w środku tak zwanego „zwierciadlanego pęknięcia” znajdującego się w „wybrzuszeniu motyla”, może pokazać prawdziwą przyczynę pęknięcia. W takich przypadkach bardzo często identyfikuje się wtrącenie NiSx.

 

Powodem tego rzadko występującego spontanicznego pękania minerału (millerytu) jest jego zdolność do tworzenia dwóch faz o identycznym składzie chemicznym, ale odmiennym pokroju krystalograficznym, tzw. fazy α (postać wysokotemperaturowa) i β (postać niskotemperaturowa). Podczas produkcji szkła hartowanego termicznie – ze względu na zastosowaną dużą szybkość chłodzenia, faza α jest „zamrażana”.

 

Dzięki różnicy współczynników rozszerzalności NiSx i szkła, wtrącenie znajduje się w zagłębieniu/pęcherzyku nieco większym od siebie, nie wywierając w ten sposób żadnego nacisku na otoczenie Jednakże, ponieważ materiał ten jest krystaliczny (NiS krystalizuje w temperaturze ok. 1000°C), wykonuje na szkle „odcisk” z powierzchnią „pokrytą bliznami”.

 

To sprawia, że niektóre wtrącenia są słabym punktem hartowanego szkła, nawet przed transformacją (przekształceniem fazy α do β), zwłaszcza jeśli wtrącenie jest duże w porównaniu z całkowitą grubością materiału. Jednak w przypadku szkła budowlanego aspekt ten zwykle nie ma większego znaczenia. W temperaturze otoczenia wtrącenia NiSx ulegają powolnej przemianie z fazy α do β, której towarzyszy wzrost objętości o ok. 2,5%.

 

Mniej więcej 1% tego wzrostu jest „wykorzystywany” na wypełnienie przestrzeni między inkluzją a zagłębieniem (często określanym też jako bańka powietrzna), w którym się znajduje. Fakt ten powoduje również opóźnienie w czasie rozpoczęcia spękania szkła. Dopiero potem (po wypełnieniu zagłębienia) inkluzja zaczyna wywierać nacisk na otaczającą masę szklaną. Czy i kiedy to ciśnienie/nacisk doprowadzi do miejscowego przekroczenia wytrzymałości szyby (tzw. wartość σIc) zależy głównie od rozmiarów inkluzji. Najpierw inicjowane jest zarysowanie/pęknięcie, które w przypadku przekroczenia określonej wielkości krytycznej prowadzi do całkowitego rozpadu szyby.

 

Należy zauważyć, że to nie wtrącenie powoduje, że szkło rozpada się w ten sposób; prawdziwym powodem jest zamrożona energia naprężeń, która sprawia, że szkło hartowane jest bardzo mocne (makroskopowo), ale jednocześnie wrażliwe (mikroskopowo) na pewne wewnętrzne słabe punkty, takie jak np. wtrącenia siarczku niklu (o innych będzie mowa później/ o innych powiemy później) . Te kolejne czynniki są „tylko” inicjatorami pęknięcia szyby. W związku z tym szkło odprężone jest całkowicie bezpieczne biorąc pod uwagę wszelkie konsekwencje tej rzadkiej usterki szkła.

 

Aby zapobiegać samoistnym pęknięciom, wynaleziono test wygrzewania (HST Heat Soak Test). Wydaje się, że jest to proste, trzeba podgrzać szkło hartowane do temperatury powyżej 210°C, a następnie przetrzymać taflę szklana w tej podwyższonej temperaturze przez pewien czas (wg norm – minimum 10 minut), aby transformacja α do β zakończyła się sama (powodując kontrolowane spękanie szkła w piecu w czasie testu).

 

Szyby zawierające krytyczne wtrącenia same się niejako „wykluczają”, a te szyby które przeszły test niezniszczone – są uważane za bezpieczne. W celu sprawdzenia bezpieczeństwa szkła już w latach 70. XX wieku przeprowadzono test HST w niemieckim oddziale firmy Pilkington w ramach weryfikacji szkła zastosowanego do oszklenia fasady bliźniaczej wieży Deutsche Bank we Frankfurcie.

 

Zaprojektowano zamontowanie 400 ton hartowanego szkła na elewacjach budynku, a właściciele nie chcieliby pojawienia się pęknięć w taflach szklanych na ich obiekcie. Opracowano więc specjalnie do tego przedsięwzięcia test HST. Założono, że zapewniony będzie odpowiedni poziom bezpieczeństwa, gdy powstanie mniej niż 1 pęknięcie na wspomniane 400 ton, a sprawdzenie ryzyka powstawania pęknięć (spowodowanych naprężeniami wewnętrznymi) będzie wykonane w teście HST, ponieważ, co zrozumiałe, szkła nie można było testować bezpośrednio na fasadach budynku.

 

Wywodząca się z tych analiz i badań norma niemiecka (DIN 18516-4: Okładzina ścienna zewnętrzna, wentylowana; Hartowane szkło bezpieczne; Wymagania, wymiarowanie, testowanie) ustalała czas ośmiu godzin utrzymywania szkła „w piecu w stałej temperaturze”, jednak była ona bardzo nieprecyzyjna i łatwo można by ją źle zinterpretować.

 

Dlatego w połowie lat 90-tych trzech dużych europejskich producentów szkła rozpoczęło współpracę nad nowym standardem testu HST, którego wynikiem są odpowiednie normy europejskie (EN 14179-1 Szkło w budownictwie – Termicznie wygrzewane hartowane bezpieczne szkło sodowo-wapniowo-krzemianowe – Część 1: Definicja i opis, EN 14179-2 Szkło w budownictwie – Termicznie hartowane wygrzewane bezpieczne szkło sodowo-wapniowo-krzemianowe – Część 2: Ocena zgodności wyrobu z normą). Dane zoptymalizowanych pieców do testu HST zostały zebrane w ciągu 5 lat, ocenione statystycznie za pomocą funkcji WEIBULL, i na tej podstawie, ustalono ryzyko rezydualne/pozostałe ustalone na wspomnianym poziomie - maks. 1 pęknięcie na 400 ton – poprzez ustalenie czasu utrzymywania wynoszącego 2 godziny w temperaturze (280 ± 10)°C.

 

Wykorzystując średnią masę tafli szkła jako podstawę, do obliczenia/ekstrapolowania pozostałego ryzyka spękania szkła na opisywanym obiekcie – wynika że wynosi ono ok. 10-5 pa (rocznie), co potwierdzają analizy również innych badaczy [(6) Schneider-Hilcken, 2010].

 

Zmotywowaliśmy się do przeglądu stanu wiedzy w tym zakresie, również w ramach rutynowego okresowego przeglądu norm HST. Wszystko po to, aby pytania o europejską homologację i rzeczywiste bezpieczeństwo testowanego szkła HST zostały ponownie szczegółowo omówione. Pozwoli to raz jeszcze ocenić skuteczność stosowanego testu, ponieważ bezpieczeństwo komponentów szklanych wynoszące „tylko” 10-5 pa było przez niektórych klasyfikowane jako „zbyt niskie” (chociaż, jak wiemy, prawdopodobieństwo pęknięcia szkła na fasadzie jest znacząco niższe niż pęknięcia spodziewane w piecu HST).

 

W rezultacie autor tego artykułu i jego współpracownicy zebrali całą dostępną wiedzę i dodali niektóre, nowe i starsze, ale wcześniej niepublikowane, dane i oceny.

 

Efektem tego były trzy artykuły opublikowane w 2018 roku w czasopiśmie naukowym „Glass Structure and Engineering”, wszystkie poświęcone tematyce „Spontaniczne pękanie bezpiecznego szkła hartowanego termicznie”, dostępne bezpłatnie w Internecie pod adresem

Część 1: Właściwości wtrąceń siarczku niklu (sierpień 2018): https://rdcu.be/5uiz
Część 2: Wtrącenia NiSx zidentyfikowane w szkle odprężonym (listopad 2018): https://rdcu.be/bdQM6
Część 3: Rzeczywiste pęknięcia w HST / na budynkach (grudzień 2018): https://rdcu.be/bdQNa

 

Niniejszy artykuł podsumowuje te prace, choć z racji określonej objętości pominięto kilka interesujących faktów. Aby uzyskać pełne informacje, czytelnik jest zaproszony do pobrania i dokładnego przeczytania wspomnianych artykułów.

 

2021 06 20 2


Rys. 2. Dane z testu HST zebrane w celu wdrożenia normy EN 14179-1, użyte do ustalenia ryzyka resztkowego na 1/400 t spodziewanych dodatkowych pęknięć szkła i czasu utrzymywania do dwóch godzin w (280 ± 10)°C

 


Właściwości wtrąceń siarczku niklu
Wtrącenia siarczku niklu w szkle float do zastosowań budowlanych są przeważnie kuliste lub lekko elipsoidalne. Krystalizują się przy wejściu do wanny float w ok. 1000°C, a jeśli zdarzy się to podczas procesu formowania, (jeszcze ciekłe) krople NiSx są rozciągane, bardziej w przypadku cieńszego szkła i mniej w grubszym szkle. Jak już wspomniano, powierzchnia szkła jest uszkodzona przez krystalizację inkluzji, co sprawia, że wtrącenie jest „słabym punktem” w niektórych krytycznych przypadkach, nawet przed transformacją z fazy α do β.

 

Ponieważ NiSx ma znacznie wyższą gęstość niż szkło (około dwukrotnie), każda inkluzja ma tendencję do osiadania w stopionym szkle. Zgodnie z prawami fizyki (np. równaniem STOKE’a) większe wtrącenia osiadają szybciej niż mniejsze, tak więc proces ten ogranicza rozmiar obserwowalnych wtrąceń, „przechodzących do strefy zagrożenia”, do około 500 μm średnicy.

 

Niektóre dodatkowe efekty skorelowane głównie z niestabilnością wszystkich rodzajów NiSx w utleniającym stopie (np. szkło float) powodują (szczegóły w wymienionych artykułach), że całkowita wydajność procesu tworzenia się „niebezpiecznych” wtrąceń siarczku niklu nie przekracza 15% w odniesieniu do ilości wyjściowych cząstek stali nierdzewnej (zawierającej nikiel Ni) „dodanych nieumyślnie” (samorzutnie) do wsadu/masy szkła (przez ścieranie/korozję stalowych instalacji).

 

Z drugiej strony wtrącenia nie mają ustalonego składu. Przekształcenie cząstek stali nierdzewnej zawierających nikiel Ni we wtrącenie siarczku niklu w gotowym szkle obejmuje stan ciekły, w którym zawartość siarki S stale rośnie (tj. x w NiSx), przy czym możliwe wartości x znajdują się w przedziale między 0,9-1,06, w zależności od ich czasu przebywania (w piecu lub wannie szklarskiej) i profilu temperatury, jaka panowała gdy masa szklana była w stanie ciekłym.

 


Rzeczywista wartość x określa stan krystaliczny ciała stałego w momencie krystalizacji. Należy wyróżnić dwa przypadki:
n jeśli x <1, powstałe wtrącenie będzie zawierało 2 stany/fazy, a mianowicie Ni9S8 (x=8/9) i stechiometryczny NiS (x=1). Przykład tego pokazano na rys. 1, na którym oba stany/fazy są wyraźnie rozróżnialne dzięki różnym odcieniom szarości.

 

Należy zauważyć, że te wtrącenia zawsze zawierają szybko przekształcającą się stechiometryczną fazę (1: 1). n jeśli x ≥ 1, kompozycja zostaje zamrożona jako „α-NiSx”. Jej właściwości zostały opisane i scharakteryzowane przez [(4) LAFFITTE-1956] i [(9) (10) (11) YOUSFI-2010/2011]. Krótko mówiąc, współczynnik konwersji spada wraz ze wzrostem x i według YOUSFI jest zbyt wolny, aby wyrządzić jakąkolwiek szkodę, jeśli x > 1,054.

 

Biorąc powyższe pod uwagę oraz tendencję NiSx do samorzutnego (i przypadkowego) rozkładu, jeśli jego prężność par jest zbyt wysoka z powodu dużej wartości x, wyprowadza się następujący wykres prawdopodobieństwa wystąpienia składu NiSx. Przykłady przeanalizowanych wtrąceń pokazano na wykresie (rys. 3).

 


Widoczne pęcherzyki z wtrąceniami wskazują na wielkość nadciśnienia. Wbrew intuicji mniejsze pęcherzyki/ bąbelki wskazują na wyższe nadciśnienie. Wynika to z faktu, że pęcherzyki, które widzimy, powstają dopiero w momencie krystalizacji. Wtrącenia, których pęcherzyki powstały już w stanie ciekłym są nieobserwowalne, ponieważ same się niszczyły. Jest to główna przyczyna zmniejszenia występowania „niestabilnych” wtrąceń w przypadku dużej nadstechiometrii, jak wspomniano powyżej.

 

Aby wykorzystać te informacje do porównania HST i transformacji przebiegającej na fasadzie w warunkach otoczenia, analizowano rozszerzalność cieplną NiSx, biorąc pod uwagę pustkę/pęcherzyk w szkle, który ma być formowany w temperaturze ok. 600°C, i wszystkie istotne przejścia fazowe potencjalnych kombinacji NiSx prowadzące do stanu krystalicznego.

 

Jedną z najważniejszych z nich jest przemiana Ni7S6 w Ni9S8 w 400°C, związana z silnym wzrostem objętości, który jest jednak kompensowany przez współczynniki rozszerzalności zarówno Ni7S6, jak i Ni9S8. Myślenie stojące za tym podejściem jest takie, że różne kombinacje wytwarzają różne ciśnienie. Zależy to od temperatury oraz minimalnej różnicy średnic (Δd), związanej też z wartością x, aby proces wtrącenia był potencjalnie niebezpieczny/krytyczny (zakres „T” [dla „progu”] na wykresie).

 

2021 06 20 3

Rys. 3. Prawdopodobieństwo występowania różnych kompozycji NiSx jako wtrąceń w szkle, z pokazaniem określonych przykładów. Należy również zwrócić uwagę na pęcherzyki/bańki zawarte w masach szklanych, których rozmiar zmniejsza się wraz ze wzrostem nad-stechiometrii

 

2021 06 20 4

Rys. 4.
A: Porównanie rozszerzalności cieplnej szkła i różnych kompozycji NiSx w czterech różnych warunkach.
Indeksy: I wtrącenie (inclusion); Bu pęcherzyk/bańka (buble):
a: Przed transformacją, Fasada: I < Bu zawsze
b: Przed transformacją, HST: I < Bu jeśli x> 0,96
c: Po transformacji, Fasada: I < Bu, jeśli x <0,93.
d: Po transformacji, HST: I > Bu zawsze
e: Limit YOUSFI (zbyt wolna transformacja)
B: Porównanie prawdopodobieństwa pęknięcia (założone proporcjonalne do Δd) między warunkami na fasadzie budynku (krzywa) / HST (= 100%)

 

 

Rezultaty
- Jeśli wtrącenia nie ulegną przekształceniu w temperaturze otoczenia (zakładanej maks. 60°C), nie ma pęknięć – badanie jest miarodajne (potwierdza rzeczywistość).
- Jeśli wtrącenia zostaną podgrzane do temperatury HST (260°C), ale bez transformacji, co zaskakujące, wtrącenia zawierające dużą ilość Ni9S8 prowadzą do pękania. Wynika to z wyjątkowo wysokiego współczynnika rozszerzalności cieplnej tego materiału.
- W warunkach otoczenia, ale po transformacji, kompozycje preferencyjnie nad- i prawie stechiometryczne prowadzą do pękania.
- W temperaturze HST i po przekształceniu każde wtrącenie prowadzi do pęknięcia i wywiera większy nacisk na szkło ze względu na kombinację faktów.

 

Część B na ryc. 4 podsumowuje te ustalenia, umieszczając części krzywych (c) i (d) powyżej progu T. Ustawiając wartości HST (krzywa d) na 100%, wartości krzywej (c) przedstawiają, w tym samym czasie, porównanie prawdopodobieństwa pęknięcia na fasadzie, a powierzchnia poniżej przerywanej linii oznaczonej „f” przedstawia porównanie prawdopodobieństwa pęknięcia w warunkach otoczenia (na fasadzie budynku) a HST. Okazuje się, że tylko w oparciu o proste fakty dotyczące rozszerzalności cieplnej, HST globalnie niszczy 2,5-krotność liczby szyb, które byłyby „niebezpieczne” na fasadzie budynku. To jest wysoki margines bezpieczeństwa.

 

Obliczenia pokazują również, że prosta ekstrapolacja danych dotyczących pęknięcia szkła w teście HST nigdy nie może prowadzić do prawidłowego oszacowania bezpieczeństwa szyby w temperaturze otoczenia. Ta ostatnia zawsze będzie niedoszacowana. Nie jest to jedyny fakt prowadzący do tego samego wniosku. Inne wyniki badań i analiz, rozpatrujące odmienne zdarzenia, idą w tym samym kierunku.

 

Główne punkty widzenia to badanie i analiza wtrąceń siarczku niklu zidentyfikowanych i scharakteryzowanych w szkle odprężonym oraz analiza statystyczna różnic w wielkości i lokalizacji wtrąceń występujących zarówno w pęknięciach w trakcie testu HST, jak i „na fasadzie budynku”.

 

 2021 06 20 4a

Rys. 4a. Budynek Peter-Merian w Bazylei w Szwajcarii

 

2021 06 20 5a

2021 06 20 5b

 2021 06 20 5c

 2021 06 20 5d

Rys. 5. Inne wtrącenia niż siarczek niklu, które spowodowały pęknięcie w HST
A: typowe wtrącenie SiO2 z (a) drugorzędowymi kryształami SiO2 (rekrystalizacja).
B: kulista cząsteczka żelaza (nr 1 w F). (b): okrągła pierwotna szczelina wokół inkluzji jest wyraźnie widoczna.
C (nr 6),
D (nr 3): forma pęknięcia „lustrzanego” ujawnia wpływ siły zewnętrznej („miskowe” wygięcie szyby) w momencie pęknięcia
E (nr 8): forma i rozmiar pęknięcia „lustrzanego” ujawniają niezwykle dużą siłę pochodzącą z wtrąceń (50 MPa)
F: pozycje wtrąceń niebędących siarczkiem niklu w przekroju poprzecznym szkła

 

2021 06 20 6a

  2021 06 20 6b

 Rys. 6. Porównanie krzywych zależności czasu i pęknięcia oraz najlepiej dopasowanych do nich krzywych WEIBULL dla

wtrąceń innych niż NiSx (A) i wtrącenia siarczku niklu w piecu HST.

 

1 Architects: Hans Zwimpfer / Donald Judd. Pictures on internet e.g:
  https://stechphoto.photoshelter.com/;

  https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Basel_-_2017_Peter_Merian_Haus.jpg

 

Co dokładnie dzieje się w HST?
Problemy w procesie produkcji są często ważnym źródłem naukowej percepcji (naukowych odkryć). W 1999 roku miała miejsce pewna sytuacja związana z przygotowaniem szklanych tafli i ich zastosowaniem w budynku Peter-Merian w Bazylei w Szwajcarii1. Dziś, choć od czasu skomplikowanej produkcji minęło już 20 lat, nie pękła / „nie zawiodła” ani jedna szyba na przedmiotowej elewacji.

 

Plany budowy przedmiotowego obiektu wymagały wyprodukowania kilku tysięcy metrów kwadratowych zielonego szkła – w celu użycia ich jako okładziny ścian zewnętrznych budynku. Okładzina ta miała wyglądać kolorystycznie podobnie, jak zielone szkło float używane do szklenia okien. Aby spełnić te wymagania firma Saint-Gobain zdecydowała się na zabarwienie masy szklanej – całej zawartości jednego ze swoich pieców szklarskich. Szkło zostało wyprodukowane, zahartowane (30% pęknięć) i przetestowane w badaniach HST (kolejne 30% pęknięć).

 

Pierwotnie naturalnie uważano, że przyczyną tych awarii była obecność wtrąceń siarczku niklu, ale na podstawie próbek pobranych metodą wygrzewania poziomego (pojedyncze szyby spoczywają na metalowym podłożu, aby można było łatwo odnaleźć i zebrać źródła pęknięć) okazało się, że takie przeświadczenie jest zasadniczo nieprawdziwe.

 

Większość próbek zawierała różne rodzaje SiO2 i zidentyfikowano je jako pozostałości po wytopieniu zabarwionej masy szklanej, ponieważ piec nie był tak naprawdę zaprojektowany do tego rodzaju ciemnego szkła. Dwie były „egzotyczne”, a tylko jedna z jedenastu próbek rzeczywiście zawierała siarczek niklu. To wydarzyło się właśnie tym w okresie, gdy zbieraliśmy dane do wdrożenia nowego standardu HST, a produkcja tego szkła właśnie odbywała się w tej samej przetwórni.


Dane dotyczące relacji czasu do pęknięcia były zatem rejestrowane, początkowo, ponieważ uważano je za pęknięcia spowodowane wtrąceniem siarczku niklu, a później, po analizach, po prostu „przy okazji”. W tamtym czasie nikt nie wiedział, że ta seria będzie miała jakiekolwiek znaczenie dla interpretacji tego, co dzieje się w piecu HST. Dane trafiły do archiwum i zostały ponownie odkryte i ocenione statystycznie przez autora podczas pracy nad niniejszym projektem. Na rys. 6 przedstawiono wnioski z porównania z wynikami dla inkluzji siarczku niklu zebranymi w badaniach związanymi z aktualizacją normy EN.

 

 2021 06 20 7

Rys. 7. Szczególny przypadek pęknięć, spowodowanych inkluzją siarczku niklu, zarejestrowanych w holu/lobby w stałej temperaturze

 2021 06 20 8

Rys. 8. Porównanie wyników (a; b) badań laboratoryjnych; (L) pęknięć w holu/lobby; (c) zapisu relacji czasu do pęknięcia w piecu HST, (e) czas, w którym tafle szklane osiągną w większości temperaturę przetrzymywania (w badaniu HST)

 

Oczywiście (i udowodnione matematycznie, patrz wspomniane artykuły) obie krzywe wyglądają „bliźniaczo”. Jedyną widoczną różnicą jest liczba, a zatem rozrzut statystyczny. To oraz fakt, że przyczyny pękania są zasadniczo różne, prowadzi do wniosku, że kinetyka przemiany α do β wtrąceń siarczku niklu nie może być podstawową przyczyną tego kształtu krzywej.

 

Ale inne przyczyny, które są nierozerwalnie związane z samym HST muszą być przeważające. Testy laboratoryjne z różnymi kombinacjami syntetycznego NiSx były przeprowadzane od dawna w wielu różnych laboratoriach, ale zmierzone współczynniki transformacji nigdy nie pasowały idealnie do analiz teoretycznych. Wyjaśnienie często proponowane (ale nigdy nie zostało udowodnione eksperymentalnie) jest takie, że ciśnienie/naprężenie wytworzone w ramach inkluzji powinno przyspieszyć jego transformację.

 

Przynajmniej tak długo, jak nie ma fizycznego kontaktu między inkluzją a jej otoczeniem (patrz wyjaśnienie powyżej), ta hipoteza jest zdecydowanie błędna i byliśmy na tyle szczęśliwi, że znaleźliśmy dowód, że nie jest ona prawdziwa również po kontakcie. Dokładniej, byliśmy w stanie udowodnić, że ten wpływ nie powoduje przeważającej transformacji. Ponownie, problem poprodukcyjny, w którym my, jako dział badawczo-rozwojowy, byliśmy zaangażowani w rozwiązanie, przynieśliśmy najpierw dostęp do odpowiednich danych, a później wgląd/intuicja/wnikliwa analiza.

 

2 Jeśli w szczegółach jest inaczej dla poszczególnych wtrąceń, to zakładane ogólne podstawowe zachowanie zgodnie z prawem kinetycznym pierwszego rzędu zapewnia, że w tej podsumowującej ocenie pojawi się średni współczynnik transformacji.

 

Zasadniczo powinno być możliwe modelowanie wpływu wtrąceń siarczku niklu powodujących pęknięcia (szkła niebadanego w teście HST) na budynku przy użyciu równania ARRHENIUS’a bazującego na prawach kinetyki chemicznej, przy założeniu, że wszystkie wtrącenia działają porównywalnie, tj. ich transformacja na ogół przebiega według tej samej kinetyki 1-go rzędu2. Jednak bezwzględnym warunkiem powodzenia modelowania jest informacja na temat temperatury, ponieważ odgrywa ona główną rolę w obliczeniach kinetycznych.

 

Jednak wartość temperatury bywa przypadkowa – dla danej elewacji może wynosić od -30°C zimą, + 20°C w zacienionych miejscach latem i ponad + 60°C w pełnym słońcu. Powoduje to losowy wpływ na relację czasu do pęknięcia, niemożliwy do kompensacji matematycznej. To sprawia, że zamiast funkcji ARRENIUS’a, lepiej sprawdza się funkcja WEIBULL’a – zwykle najlepiej dostosowana do prognozowania potencjalnych pęknięć/awarii. Ale jest jeden wyjątek, który znamy, a który związany jest warunkami specjalnymi/sytuacją wyjątkową.

 

Takie warunki pojawiają się, gdy rozpatrujemy budynek składający się z dwóch oddzielnych wież z zamkniętym holem pomiędzy nimi, w którym znajduje się kilka pomostów z balustradą ze szkła hartowanego. Pomosty te łączą obie wieże, a balustrady wewnętrzne są w całości wykonane ze szkła hartowanego. Szkło to nie zostało przebadane pod kątem testu HST (w 1999 r.) i wystąpił problem z serią spontanicznych pęknięć, patrz rys. 7.

 

W tej szczególnej sytuacji temperatura jest znana, ponieważ lobby obiektu jest klimatyzowane – dzięki temu jej wartość utrzymywana jest przez całą dobę na mniej więcej stałym poziomie. W tym przypadku wykorzystanie funkcji ARRHENIUS’a jest jak najbardziej uzasadnione. Uzyskane wyniki okazały się znacznie lepsze niż przy podejściu WEIBULL’a. Parametry funkcji kinetyki chemicznej, w odniesieniu do pustki wokół wtrącenia w warunkach początkowych, zostały wyprowadzone z tego podejścia i okazały się porównywalne z parametrami uzyskanymi w badaniach laboratoryjnych wykonanych przed laty.

 

Rys. 8 porównuje różne wyniki, w tym krzywą relacji czasu do pęknięcia z zapisów HST. Oczywiście wszystkie krzywe kinetyczne, w tym krzywa pochodząca z danych „z holu/lobby”, są zbyt strome i zbyt wczesne, aby wyjaśnić dopasowaną krzywą HST WEIBULL. Zgodnie z którąkolwiek z krzywych kinetycznych, można by oczekiwać, że pęknięcia ustąpią na długo przed osiągnięciem przez szkło temperatury przetrzymywania (w badaniu HST). I naturalnie krzywa „lobby” obejmuje potencjalny wpływ wzrostu ciśnienia/naprężeń w obrębie wtrąceń w wyniku ich postępującej transformacji. Być może jest to powód dla którego transformacja siarczku niklu jest rzeczywiście wolniejsza niż krzywe otrzymane z wyników laboratoryjnych, ale oczywiście jego forma jest nadal podobna.

 

W konsekwencji wiemy teraz co w głównej mierze nie ma wpływu na kształt krzywej czasu do pęknięcia w HST. Kolejny argument pochodzi z oceny względnej liczby wtrąceń i pęknięć. Nie można tego w pełni pokazać, ale jako przykład przyjrzyjmy się liczbie „małych wtrąceń” występujących w szkle odprężonym, w pęknięciach z badań HST i na fasadach budynków – rys. 9.

 

W tych histogramach rozmiary wtrąceń są łączone w klasach po 50 μm każda. Ponieważ nie mamy odniesienia łączącego3, jako odniesienie do porównania wybieramy klasę (175 ± 25) μm. Bez wchodzenia w szczegóły, to porównanie pokazuje, że w HST znacznie więcej małych wtrąceń prowadzi do pęknięcia niż podczas eksploatacji na fasadzie budynku. Bardziej ilościowa ocena pokazuje, że granica krytyczna wynosi ok. 50 μm dla HST oraz ok. 75 μm dla sytuacji na fasadzie w budynku.

 


Różnica (25 μm) jest znacznie większa niż ta, którą można przypisać rozszerzaniu termicznemu (0,8 μm/współczynnik 31). Innymi słowy, nawet rozszerzanie termiczna omówione powyżej, powoduje o wiele więcej pęknięć w HST niż na fasadzie w budynku, ma tylko niewielki wpływ w porównaniu z tym, co dodaje sam HST.

 

Wyjaśnieniem tej kwestii wydaje się być to, że sam proces HST powoduje pewien rodzaj wysokich naprężeń, który „zmusza” mniejsze wtrącenia do tego, aby osiągnęły stan krytyczny; to samo dotyczy pęknięć spowodowanych wtrąceniami innymi niż NiS.

 

Szkło hartowane jest układane w stosy prawie pionowo; pomiędzy nimi są umieszczane przekładki o takiej samej grubości co samo szkło. Stos spoczywa na stojaku wykonanym ze stali i często waży ponad pięć ton. Po umieszczeniu stosu w piecu HST, gorące powietrze jest nadmuchiwane (prostopadle) na jego dolną krawędź.

 

Można założyć, że ta krawędź dość szybko osiąga temperaturę końcową, ale inne części stosu, głównie środkowe zakresy tafli wewnętrznej, podgrzewają się znacznie wolniej. Dodatkowo stalowe pręty stojaków i elementy dystansowe przesłaniają przepływ powietrza, dzięki czemu szybkość ogrzewania zmienia się.

 

Powszechnie wiadomo, że różnice temperatur w szybie powodują proporcjonalne naprężenie termiczne. Prowadzi to do wniosku, że szkło odprężone nie jest w stanie przetrwać testu HST; indukowane naprężenie termiczne może przetrwać tylko szkło przynajmniej wzmocnione termicznie. Pamiętać należy, iż temperatura szkła nie jest jednorodna, gdyż niektóre termopary – rozłożone w stosie szkła (patrz norma EN 14179-1) – pokazują wahania ± 10° w jej wartościach.

 

Jeśli termopary są umieszczone zbyt blisko krawędzi, pokazują temperaturę powietrza grzewczego. Ta ostatnia – jak pokazały badania – jest wyższa niż temperatura szkła. W przeciwnym razie nie doszłoby do jego nagrzewania.

 

To wyraźnie pokazuje, że różnice temperatur mogą pojawić się na powierzchni szkła powodując duże naprężenia membranowe. Z praktycznego punktu widzenia są to istotne informacje – pokazują, że naprężenie to prowadzi do widocznego wygięcia całych tafli (wygięcie „miskowe”). Natomiast szyba wykonana ze szkła hartowanego, niemająca wad wewnętrznych, jest odporna na tego typu działania.

 

 2021 06 20 9

Rys. 9. Porównanie rozkładu wielkości wtrąceń siarczku niklu w odprężonym szkle surowym, prowadzących do pękania w HST i na fasadach budynków. Relacja mniejszych wtrąceń w porównaniu z ich klasą (175 ± 25) μm wynosi 12: 7: 3, pokazując obrazowo, że HST wymusza znacznie mocniejsze oddziaływanie w szkle niż otoczenie (warunki atmosferyczne) fasady budynku

 

Zrozumiano, że ta ostatnia jest wyższa niż temperatura szkła, w przeciwnym razie nie byłoby nagrzewania, ale krawędzie szkła są w tej temperaturze. To wystarczające powody, aby mocno wierzyć, że różnice temperatur na powierzchni szkła powodują duże naprężenia membranowe. Z praktycznego punktu widzenia, autor został zawiadomiony przez wiarygodnych przetwórców szkła, że to naprężenie prowadzi do widocznego „miskowego” wygięcia całych tafli. Natomiast, jeśli szyba ze szkła hartowanego nie ma wad wewnętrznych, przetrwa ten „atak”.

 

Jeśli jednak występuje krytyczna wada wewnętrzna, czy to transformowany siarczek niklu o wystarczającej wielkości i w odpowiednim położeniu w polu naprężeń, czy to kawałek/odłamek materiału ogniotrwałego kurczy się podczas nagrzewania, ale wcześniej spowodował pierwotne pęknięcie, które okazuje się aby mieć krytyczne znaczenie w zewnętrznych warunkach naprężeń, szyby te nie przetrwają.

 

Można powiedzieć, że HST „potrząsa” szybą i eliminuje każdą potencjalnie wadliwą sztukę, w tym te szyby, które przy normalnym użytkowaniu na elewacji nigdy by nie pękły. Żadne obciążenie budynku wiatrem nie może być tak silne, jak „potrząsające” naprężenie w HST.

 

Z tego płyną wnioski następujące: „prosta” ekstrapolacja wyników HST prowadzi do niedoszacowania bezpieczeństwa szkła badanego w HST, ale jeśli ma być ono oszacowane prawidłowo, trzeba wziąć pod uwagę (w analizach matematycznych) silny wpływ termo-mechaniczny samego HST.

 

3 tj. nie wiemy, ile z całkowitej liczby wtrąceń obecnych w szkle odprężonym prowadzi do pęknięć w HST lub na fasadzie budynku. Jesteśmy natomiast pewni, że małe inkluzje (<50 μm w HST; <75 μm na fasadach budynków) są nieszkodliwe. W związku z tym - przy wyborze klasy (175 ± 25) μm jako klasy odniesienia – przyjęliśmy założenie, że w tej i w większych klasach liczba pęknięć w HST i na budynku była taka sama. Relatywnie rzecz ujmując, nie do końca jest to zgodne z rzeczywistością, niemniej jednak prowadzi do pewnych wniosków. - Odkryliśmy, że ogólnie (tj. dla wszystkich klas łącznie) 25% wtrąceń zidentyfikowanych w szkle odprężonym prowadzi do pęknięcia szkła w uproszczonym HST. Powyższe oszacowanie to 7/12 = 58%. To pokazuje, że również w klasie odniesienia nie każde wtrącenie powoduje pękniecie w HST. To samo dotyczy pęknięć szkła na fasadach budynków, ale ponieważ widzimy, że znacznie mniej mniejszych wtrąceń doprowadziło tutaj do pęknięć, możemy wykluczyć, że współczynnik pękania w klasie odniesienia jest wyższy niż w HST.

 


Szkło wygrzewane w Saint-Gobain (SG) Germany
Większość oszacowań przedstawionych powyżej to kalkulacje minimalne oparte na konserwatywnych (bardziej bezpiecznych) założeniach lub uwzględniające tylko jeden z wielu aspektów mających wpływ na bezpieczeństwo szkła. To jest powód dla którego niemożliwe jest poznanie dokładnej liczby „przesadnie odrzuconych” szklanych płyt we wszystkich pracujących piecach HST.

 

Sposób, w jaki łączą się różne czynniki wpływu, jest w rzeczywistości nieznany; wydaje się jednak, że stosunek pęknięć między fasadami na budynkach a HST jest niski. Obliczenia teoretyczne są trudne. Do tej pory nie zostały wykonane z należytą dokładnością i są – jeśli w ogóle – możliwe do przeprowadzenia tylko przy użyciu „wyrafinowanych” narzędzi do symulacji elementów skończonych i uwzględnieniu każdej z właściwości omawianych wcześniej w różnych częściach tego artykułu.

 

Ostateczne stwierdzenie można uzyskać w sposób pragmatyczny, oceniając wskaźniki pęknięć zaobserwowane w budynkach po pewnie udowodnionej próbie HST. Nie jest to jednak łatwe, jeśli policzalne zdarzenia (np. uszkodzenia budynków) nie występują przez lata. Dlatego praktyczne doświadczenie Saint-Gobain z ostatnich lat należy opisać jako przykład; przykład; na marginesie dodajmy, iż współpraca ze strony innych producentów szkła jest bardzo pożądana.

 

Wszyscy producenci tafli szkła są zobowiązani – zgodnie z normą EN 14179-1- do udostępniania danych statystycznych dotyczących produkcji szkła HST (sprawdzanego w teście HST). W Niemczech jest to obligatoryjne od 2002 r., kiedy to faktycznie wprowadzono nowy standard HST poprzez opracowanie projektu odpowiedniej normy europejskiej (EN 14179-1).

 

Liczby, rozmiary, masy, rodzaje szkła (przezroczyste, barwione, powlekane itp.) i związane z nimi liczby pęknięć w piecach HST są systematycznie rejestrowane w odpowiednich fabrykach. Dziś cztery filie Saint-Gobain w Niemczech mają od 2011 roku jeden system jakości i od tego czasu między zakładami przekazywane są odpowiednie dane informacyjno-technicznie w celu optymalizacji produkcji.

 

Tak więc produkcja 17209 ton szkła HST została konkretnie zarejestrowana między 2011 a połową 2017 r. i uwzględniono w niej 2793 stłuczenia tafli szklanych (plus niektóre szkody dodatkowe) [(5) RUBBERT-2018]. Odnosi się to do 1 spontanicznego pęknięcia na 6,2 tony szkła, ogólny wskaźnik pęknięć również opublikowany np. [(3) KASPER-SERRUYS 2002]. Ekstrapolowano na cały okres, w którym nowy test HST był faktycznie stosowany (w tym od 2002 do 2017 roku).

 

W tych czterech zakładach wyprodukowano ok. 42 000 ton szkła HST, w tym ok. 6900 pęknięć w piecach. Pomimo udowodnionej, zbyt wysokiej temperatury utrzymywania, tylko cztery pęknięcia na elewacjach zostały zgłoszone z całej tej 16-letniej produkcji.

 

Co ciekawe, wszystkie pochodzą z tej samej fabryki, z tego samego okresu produkcyjnego (2009) i co interesujące z identyczną sytuacją montażową, w której HST nie jest wymuszane przez prawo, ponieważ nie ma żadnego zagrożenia dla życia. Wiele zbiegów okoliczności w tym samym czasie; Jednak niewielkiej liczby niezgłoszonych pojedynczych przypadków awarii nie można całkowicie wykluczyć, nawet jeśli jest to mało prawdopodobne ze względu na dużą wrażliwość zarówno klientów, jak i mediów publicznych. „Szklany deszcz w budynku” (czyli duża ilość spadających z fasady odłamków szkła) jest zawsze „ciekawym” tematem przewodnim, często opisywanym przed 2002 rokiem i krótko po nim.

 

Zawarte tam treści (dotyczące między innymi szkła hartowanego) były podstawą do opracowania normy EN 14179-1. Rzeczywiście, każda skarga klienta w Saint-Gobain dotycząca spontanicznego pękania (z wyjątkiem małych serii wspomnianych powyżej) pochodzi sprzed faktycznego wprowadzenia jej zapisów. Pamiętajmy, że spontaniczne pękanie niewygrzewanego szkła mogą mieć miejsce nawet do 30 lat po hartowaniu. Z perspektywy czasu faktyczne wprowadzenie normy EN 14179-1 było punktem zwrotnym w historii szkła sprawdzanego w teście HST.

 

Zakładając, że cztery zgłoszone pęknięcia są rzeczywiście pęknięciami po HST i, że może pojawić się liczba trzech kolejnych4), a pęknięcia po teście HST nie pokazują normalnego okresu utajenia przez około rok, oszacowanie statystycznego resztkowego ryzyka pęknięcia ustala się na poziomie jednego na 6000 t szkła HST. Oznacza to, że poprzednio zakładany cel, jakim jest jedno pęknięcie na 400 t (patrz np. [(3) KASPERSERRUYS-2002]), jest w rzeczywistości przewyższany/przekraczany piętnastokrotnie.

 

W związku z tym, zakładając hipotezę, że cztery zgłoszone pęknięcia są rzeczywiście pęknięciami po HST, że może pojawić się ciemna liczba trzech kolejnych4, a pęknięcia po teście HST nie pokazują normalnego okresu utajenia przez ok. jeden rok, prowadzi do oszacowania statystycznego ryzyka resztkowego pęknięcia na poziomie jednego na 6000 t szkła HST. Oznacza to, że poprzednio zakładany cel, jakim jest jedno pęknięcie na 400 t (patrz np. [(3) KASPERSERRUYS-2002]), jest w rzeczywistości przewyższany piętnastokrotnie.

 

Szereg 6900 pęknięć w testach HST towarzyszy tylko (szacunkowo) siedem na budowie, tj. stosunek ten wynosi tylko 0,1%, w przeciwieństwie do 1,5% prognozowanego we wspomnianej publikacji poprzez ekstrapolację pęknięć zarejestrowanych w czasie utrzymywania HST.

 

Wspomniane 1,5% odnosi się do ok. 100 pęknięć; dotyczy to jednak tylko produktów Saint-Gobain w Niemczech; do tego należałoby dodać odpowiednią liczbę od konkurencyjnych producentów szkła HST, abyśmy oczekiwali znacznie więcej, ostatecznie do 500 pęknięć tylko w Niemczech. Tak duża liczba z pewnością nie uszłaby uwagi klientów i mediów publicznych.

 

Podsumowując, w oparciu o praktyczne ustalenia w Saint-Gobain, skuteczność HST szacuje się na 99,9% zamiast prognozowanego (ekstrapolowanego) współczynnika 98,5%, a statystyczne pozostałe ryzyko pęknięcia hartowanego termicznie szkła bezpiecznego (wygrzewanego w stałej temperaturze) to jedno pęknięcie na 6000 ton szkła HST.

 

4 Nie ma konkretnego powodu, aby dodać liczbę trzech; zostały one po prostu wybrane arbitralnie, aby uzyskać „okrągłą partię” w poniższych obliczeniach.

 


Wniosek
Pokazujemy bardzo wyraźnie, że w HST zawsze występuje więcej pęknięć/stłuczeń szkła niż na fasadach w budynkach. Do tej pory uważano, że za ten efekt jest odpowiedzialna jedynie różnica w rozszerzalności cieplnej między szkłem a siarczkiem niklu i w związku z tym uznano, że jest bardzo mały. Dane dotyczące relacji czasu do pęknięcia uzyskane z badań HST zostały zatem wykorzystane i ekstrapolowane do oszacowania pozostałego prawdopodobieństwa pęknięcia szkła bezpiecznego hartowanego termicznie po teście HST (wygrzewanego).

 

Opracowano obliczenia wpływu składu wtrąceń siarczku niklu na różnicę prawdopodobieństwa pęknięcia między szkłem po HST, a szklanymi fasadami. Krótko mówiąc, wynikiem tego jest to, że HST eliminuje wszelkie wtrącenia, które mogłyby prowadzić do pęknięć w szkle na fasadzie w budynkach i dodatkowo więcej niż tę samą liczbę jako „margines bezpieczeństwa”.

 

Zbiór danych do oceny szkła katedralnego (szkła walcowanego) ujawnia, że szkło wygrzewane w teście HST jest również bezpieczne, jeśli współczynnik pękania podczas produkcji jest bardzo wysoki.

 

Nie tylko wtrącenia siarczku niklu, ale także inne wtrącenia są odpowiedzialne za pękanie w HST. Ogólna postać krzywej pokazującej relację czasu do pęknięcia i inne ustalenia (położenie w przekroju szkła, naprężenie niszczące w przypadku uszkodzenia wstępnego wynikające z promienia pęknięcia zwierciadlanego) są prawie identyczne, jak w przypadku wtrąceń siarczku niklu.

 

Wniosek z tego jest taki, że natura wtrąceń powodujących pękanie w HST nie jest decydującym czynnikiem dla relacji czasu do pęknięcia; szybkość przemiany wtrąceń siarczku niklu z fazy α do β nie jest procesem determinującym szybkość tej dewolucji/rozpadu. Ta obserwacja rozwiązuje od dawna istniejące pytanie – dlaczego krzywej obrazującej relację czasu do pęknięcia w HST nie można wyjaśnić zmierzoną prędkością przemiany fazowej różnych istotnych rodzajów NiSx. Biorąc pod uwagę wyprowadzoną tutaj częstotliwość występowania, ta ostatnia jest znacznie szybsza.

 

Rozważania te prowadzą do kolejnego wniosku – w HST ważną rolę odgrywają również inne czynniki niż różnica w rozszerzalności cieplnej. Zakładamy, że głównym czynnikiem mającym wpływ na szkło są silne siły termo-mechaniczne (chwilowe naprężenia), które występują podczas jego nagrzewania. Decyduje on o ostatecznym bezpieczeństwie szkła testowanego metodą HST – można je określić ilościowo za pomocą pomiaru naprężeń lub wykorzystując symulacje komputerowe i analizy metodą elementów skończonych.

 

Ogólnie rzecz biorąc, nowe ustalenia to ważne argumenty w dyskusji na temat tego, istniejące szacunki prawdopodobieństwa pęknięcia szkła hartowanego badanego zgodnie z normą EN 14179-1 nie uwzględniają rzeczywistego bezpieczeństwa. Domniemanie, że zachowanie podczas pękania w HST i na budynkach będzie takie samo, jest oczywiście nieprawidłowe. W związku z tym naszym zaleceniem jest przyjrzenie się obecnej ocenie bezpieczeństwa. Na razie należy to traktować jako oszacowanie minimalne, z dużym marginesem bezpieczeństwa.

 

Przykład z praktyki Saint-Gobain pokazuje dodatkowo bardzo wysokie rzeczywiste bezpieczeństwo szkła bezpiecznego hartowanego termicznie po teście HST. Należy pamiętać, że obecne prace badawczo-rozwojowe nie mają na celu zmiany istniejących warunków HST zgodnie z normą EN 14170-1. 

 

Artykuł został oparty na wykładzie zaprezentowanym na Konferencji GLASS PERFORMANCE DAYS 2019, która odbyła się w dniach 26-28 czerwca 2019 r. Tampere w Finlandii

 

Andreas Kasper, Saint-Gobain Germany


Literatura
Więcej cytatów z literatury znajduje się w artykułach autora dostępnych bezpłatnie w wersji online: Spontaniczne pękanie szkła hartowanego termicznie.
Część 1: Właściwości wtrąceń siarczku niklu (sierpień): https://rdcu.be/5uiz
Część 2: Wtrącenia NiSx zidentyfikowane w szkle odprężonym (listopad): https://rdcu.be/bdQM6
Część 3: Rzeczywiste uszkodzenia w HST / na budynkach (grudzień): https://rdcu.be/bdQNa


1) BALLANTYNE-1957: Ballantyne, E.R .: Pękanie kolorowego szkła używanego jako okładzina ścienna. Architecture in Australia 46 (1957) 72
2) BALLANTYNE-1961: Ballantyne, E.R .: Pęknięcie okładziny ściennej ze szkła hartowanego, ICI house, Melbourne. Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation (CSIRO), Div. Build. Res. Melbourne (Australia). Raport 06 1-5. 1961.
3) KASPER-SERRUYS-2002: KASPER, A., Serruys, F .: Ocena bezpieczeństwa szkła hartowanego po teście wygrzewania. Publikacja internetowa: www.glassonweb.com/publications/safetyoftoughenedglass/index.php, lipiec 2002
4) LAFFITTE-1956: Laffitte, M., Crousier, J.-P .: Granice stabilności domeny sześciokątnych NiS. c. R.Acad.Sc. 242(1956) pp.518-521 Laffitte, M.: Origine des variations de composition du NiS hexagonal. c. R.Acad.Sc. 243 (1956) pp. 58-61
5) RUBBERT-2018: F.Rubbert, dyrektor ds. jakości w Saint-Gobain Glass Solutions w Niemczech i Austrii, Komunikat na podstawie wewnętrznego raportu technicznego Saint-Gobain dotyczącego pęknięć spowodowanych NiS w HST, end 2017 r.
6) SCHNEIDER-HILCKEN-2012: Schneider, J., Hilcken, J., Kasper, A .: Model do określania prawdopodobieństwa pęknięcia hartowanego szkła ESG. W: Glasbau 2012 (ISBN978-3-433-03021-9), pp. 171-184
7) SWAIN-1980: Swain, M.V .: Opis mechaniki pękania mikropęknięć związanych z wtrąceniami NiS w szkle. J. Non-Cryst. Solids 38 & 39 (1980) str. 451-456
8) SWAIN-1981: Swain, M.V .: Wtrącenia NiS w szkle: Przykład mikropęknięć indukowanych przez fazę wolumetrycznego/objętościowego rozszerzania. J. Mat. Science 16 (1981) pp. 151-158
9) YOUSFI-2010: Yousfi, O., Kasper, A., Serruys, F .: Propozycja poprawy wydajności HST zgodnie z EN 14179-1. Verre 16 (2010) nr 1 pp. 38-44
10) YOUSFI-2010: Yousfi, O., P. Donnadieu, Y. Brechet, A. Crisci, A. Kasper, F. Serruys: Skład i mikrostruktura wtrąceń siarczku niklu występujących w szkle hartowanym. Verre, 2010, 16, pp. 30–35
11) YOUSFI-2011: Yousfi, O. i wsp .: Przemiany fazowe w NiS: mikrostruktura, mechanizmy i modelowanie za pomocą mikroskopii in situ. Solid state phenomena 172-174 (2011), pp. 402-407 13-07-2011

 

2020 10 48 11 

 

 

Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym 

Inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne 
Więcej informacji:  
Świat Szkła 6/2021  

 

Czytaj także --

Czytaj także

 

 

01 chik
01 chik