Проведение испытаний строительного стекла маятниковым методом

Прочность стекла при сжатии высока — 900 - 1000 МПа, т. е. почти как у стали и чугуна. В диапазоне температур от — 50 до + 70° С прочность стекла практически не изменяется.

Стекло при  нормальных температурах отличается тем, что у него отсутствуют пластические деформации. При нагружении оно подчиняется закону Гука вплоть до хрупкого разрушения. Модуль упругости стекла Е= (7 - 7,5) • 10⁴ МПа.

Определение прочности  стекла при растяжении и прочности  стекла при сжатии проводится по СТБ 1288-3-2007

Хрупкость — главный недостаток стекла. Основной показатель хрупкости — отношение модуля упругости к прочности при растяжении E/R_p. У стекла оно составляет 1300 - 1500 (у стали 400 - 460, каучука 0,4 - 0,6). Кроме того, однородность строения (гомогенность) стекла способствует беспрепятственному развитию трещин, что является необходимым условием для проявления хрупкости.

Твердость стекла, представляющего собой по химическому составу вещество, близкое к полевым шпатам, такая же, как у этих минералов, и в зависимости от химического состава находится в пределах 5 – 7 ГПа по шкале Кнупа.

Оптические  свойства стекла характеризуются светопропусканием (прозрачностью), светопреломлением, отражением, рассеиванием и др. Показатель преломления строительного стекла (п = 1,50 - 1,52) определяет силу отраженного света и светопропускание стекла при разных углах падения света. При изменении угла падения света с 0 до 75 светопропускание стекла уменьшается с 90 до 50 %.

Теплопроводность различных видов стекла мало зависит от их состава и составляет 0,6 - 1,5 Вт/(м•К), что почти в 10 раз ниже, чем у аналогичных кристаллических минералов. Например, теплопроводность кристалла кварца — 7,2 Вт/(м•К).

Коэффициент линейного температурного расширения (КЛТР) стекла относительно невелик (для обычного стекла 9•10^-6 К^-1). Но из-за низкой теплопроводности и высокого модуля упругости напряжения, развивающиеся в стекле при резком одностороннем нагреве (или охлаждении), могут достигать значений, приводящих к разрушению стекла. Это объясняет относительно малую термостойкость (способность выдерживать резкие перепады температур) обычного стекла. Она составляет 70 - 90° С.

Звукоизолирующая  способность стекла довольно высока. Стекло толщиной 1 см по звукоизоляции приблизительно соответствует кирпичной стене в полкирпича — 12 см.

 

1.5 Обоснование  целесообразности применения конкретного  метода

 

Выбор метода проведения испытаний  зависит, прежде всего, от  целей преследуемых в ходе испытаний.

Существует несколько  методов проведения испытаний строительного  стекла: стендовые испытания без  нагрузки и ускоренные стендовые  испытания с нагрузкой.

Стендовые испытания  без нагрузки проводятся для определения основных физико-химических свойств строительного стекла перед установкой его в оконную раму.

Благодаря данному виду испытаний, происходит уменьшение трудозатрат  рабочего времени при изготовлении изделия. Даёт возможность заранее  определить состояние строительного  стекла без его установки в оконную раму.

Ускоренные испытания проводятся заводом изготовителем после выпуска определенного количества единиц готовой продукции. Эти испытания включают в себя создание условий максимально приближенных к эксплуатационным, в результате чего происходит ухудшение основных физико-механических свойств оконного стекла. Ускоренные испытания проводятся на готовой продукции, что не позволяет заранее определить состояние строительного стекла.

 

2. Теоретические  основы метода контроля

 

Сущность метода маятникового испытания отдельных плоских оконных стекол, применяемых в строительстве, заключается в проведении испытания на ударную прочность и установлении классификации листового стекла по трем типам: по результатам оценки состояния стекла после удара и по видам нарушения целостности стекла.

Каждый испытываемый образец  должен быть помещен в зажимную раму. Ударное тело поднимают на минимальную  высоту падения и фиксируют. На высоте падения подъемный трос должен быть натянут, ось подъемного троса и  ось ударного тела должны находиться на одной линии.

Ударное тело, зафиксированное  в точке падения, отпускают, и  оно падает по маятниковой траектории без дополнительно добавляемого ускорения. Удар должен приходиться  точно по центру испытываемого образца, а маятник — коснуться образца  только 1 раз.

Испытание асимметричных  материалов, которые применяются  в условиях, когда существует опасность  повреждения с обеих сторон, проводят с двух сторон образца. Для асимметричных  материалов, при необходимости классификации  только для одной стороны, испытание  также проводят только для одной  стороны, о чем делают запись в  протоколе испытания.

При испытании строительного  стекла маятниковым методом разрушение каждого образца или не допускается, или допускается один из следующих  видов нарушений целостности  стекла.

а) Образуются многочисленные трещины. Однако в образце не допускается  образование смещения или отверстия, через которое может пройти шар  диаметром 76 мм при применении максимального  усилия 25 Н. Кроме этого, общая масса  падающих осколков стекла через 3 мин  после проведения маятникового испытания  не должна превышать эквивалентную  массу первоначального испытываемого  образца площадью 10 000 мм². Масса самого большого осколка не должна превышать эквивалентную массу первоначального образца площадью 4400 мм².

b) Происходит разрушение образца. Однако масса 10 самых больших осколков, не имеющих трещин, собранных в течение 3 мин после удара и взвешенных вместе в течение 5 мин, не должна превышать эквивалентную массу оригинального испытываемого образца площадью 6500 мм². Осколки допустимо собирать только из той части первоначального испытываемого образца, которая подвергалась удару маятника. Для определения эквивалентной массы допускается учитывать осколки, которые остались в испытательной раме.

 

3. Аппаратурное  оснащение для осуществления  метода контроля.

Испытательное оборудование для проведения испытания строительного стекла маятниковым методом состоит из:

— устойчивой основной рамы;

— зажимной рамы, которая  крепится на основной раме и служит для фиксации испытываемого образца во время испытания;

— маятника, состоящего из двух шин с приспособлением для  подвешивания и пускового механизма.

Основная  рама (Приложение А)

Основная рама изготовлена  из горячекатаных стальных профилей с закругленными кромками, которые  болтами или сваркой соединяются  в жесткую и ровную опорную  поверхность для размещения зажимной рамы. Нижние несущие профили крепятся на бетонное основание.

Линейные размеры основной рамы (см. рисунок 3) должны быть, мм:

— ширина в свету — 847±5;

— высота в свету — 1910±5.

Зажимная  рама (Приложение Б)

Зажимную раму используют для фиксации испытываемого образца  на испытательном оборудовании. Она  состоит из двух прямоугольных частей, которые фиксируют испытываемый образец по краям. Внутренняя часть  зажимной рамы крепится к основной раме.

Обе рамы соединены с помощью  зажимного приспособления. Зажимная рама должна быть достаточно жесткой, чтобы выдерживать давление зажимного  приспособления.

Линейные размеры зажимной рамы должны быть, мм:

— ширина в свету — 847±5;

— высота в свету — 1910±5.

Каждая часть зажимной рамы должна быть оборудована полосой  из эластомера. Эти полосы — единственный элемент, с которым вступает в  соприкосновение испытываемый образец. Они должны

иметь размеры: ширина — (20±2) мм, толщина — (10±1) мм и иметь твердость А по Шору (60±5) ГПа.

Ударное тело

Ударное тело состоит из двух шин, согласно ИСO 4251-1, с круглым поперечным сечением и плоским продольным профилем. Шины натягивают на ободы, имеющие два стальных груза одинаковой массы. Массу грузов определяют таким образом, чтобы общая масса ударного тела составляла (50±1) кг.

 

Приспособление для подвешивания (Приложение А, рис.2)

Ударное тело подвешивают  на стальном тросе, согласно ИСO 2408, диаметром 5 мм на консоли, размещенной вверху основной рамы. Консоль должна быть достаточно жесткой, чтобы обеспечивать неподвижность точки подвеса, и должна располагаться так, чтобы ударное тело попадало в центр

испытываемого образца.

При максимальной высоте падения  угол между натяжным подвесным тросом и консолью должен быть не менее 14° по отношению к горизонтальной плоскости. В свободном состоянии расстояние между накачанными шинами и поверхностью испытываемого образца при любом давлении воздуха в шинах должно быть не более 15 мм и не менее 5 мм и должно находиться в пределах радиуса 50 мм от центра испытываемого образца.

Натяжной  и пусковой механизм (Приложение А, рис.2)

Натяжной и пусковой механизм служит для того, чтобы поднимать  ударное тело, приводить его в исходное положение для любой высоты падения и затем отпускать, чтобы оно, свободно раскачиваясь, попадало в испытываемый образец. Пусковой трос должен быть соединен с верхним и нижним концами ударного тела при помощи специального соединения таким образом, чтобы сила подъема испытываемого образца действовала перпендикулярно оси ударного тела. Пусковой механизм должен обеспечивать правильное ориентирование троса для каждой высоты падения ударного тела.

Подготовка испытательного оборудования к работе

Испытательное оборудование должно быть откалибровано в соответствии с приложением Г, чтобы гарантировать, что во время испытания энергия, переносимая ударным телом, была одинакова

во всех направлениях.

 

4. Методика контроля

Строительное  стекло. Маятниковый метод определения  ударной прочности оконного стекла.

 

1. Сущность метода

 

Метод маятникового испытания  отдельных плоских оконных стекол, применяемых в строительстве  позволяет установить классификацию листового стекла по трем типам: по результатам оценки состояния стекла после удара и по видам нарушения целостности стекла.

 

2. Аппаратура, материалы

1) Испытательное оборудование

2) Испытываемые образцы  представляют собой одинарные  стекла, характерные для массового  производства испытываемого изделия.

Испытываемые образцы  должны иметь следующие размеры, мм:

— ширина — 876±2;

— высота — 1938±2.

Результаты, получаемые при  испытании образцов данного размера, применяются для классификации  всей продукции из стекла, независимо от эксплуатационных размеров. Испытание  проводят для каждой высоты падения  на четырех образцах, имеющих одинаковые свойства и номинальную толщину. При испытании образцов из асимметричных  материалов их количество удваивают, за исключением случаев, когда они  предназначены для применения в  условиях с вероятностью разрушения только с одной стороны.

3. Требования к испытанию

При испытании по методу разрушение каждого образца или  не допускается, или допускается  один из следующих видов нарушений  целостности стекла:

а) Образуются многочисленные трещины. Однако в образце не допускается  образование смещения или отверстия, через которое может пройти шар  диаметром 76 мм при применении максимального  усилия 25 Н, согласно приложению В. Кроме этого, общая масса падающих осколков стекла через 3 мин после проведения маятникового испытания не должна превышать эквивалентную массу первоначального испытываемого образца площадью 10 000 мм2. Масса самого большого осколка не должна превышать эквивалентную массу первоначального образца площадью 4400 мм2.

 

b) Происходит разрушение образца. Однако масса 10 самых больших осколков, не имеющих трещин, собранных в течение 3 мин после удара и взвешенных вместе в течение 5 мин, не должна превышать эквивалентную массу оригинального испытываемого образца площадью 6500 мм2. Осколки допустимо собирать только из той части первоначального испытываемого образца, которая подвергалась удару маятника. Для определения эквивалентной массы допускается учитывать осколки, которые остались в испытательной раме.

 

4. Подготовка испытываемых образцов

С поверхностей испытываемых образцов удаляют все защитные покрытия и материалы и кондиционируют не менее 12 ч при температуре (20±5) °С.

 

5. Проведение испытания

Испытание начинают с минимальной  высоты падения ударного тела (таблица  4.1). Затем высоту падения ударного тела увеличивают до того предела, пока для изделия не будет подтвержден необходимый класс.

 

Таблица 4.1 — Высота падения ударного тела

Классификация	Высота падения, мм
3	190
2	450
1	1200