Стекло прочность на растяжение изгиб

Область применения стекол определяется их свойствами. Так, для листовых строительных стекол важны прочность на сжатие и растяжение, термические свойства, химическая устойчивость, светопрозрачность. Ниже рассмотрены важнейшие свойства стекла, характеризующие его в твердом состоянии.

Плотность. Плотностью называется отношение массы тела к его объему. Определяется она по формуле p = m/V, где р — плотность; г/см3; m — масса, г; V — объем, см3.

Стекло имеет плотность от 2,2 до 7,5 г/см3. Она определяется химическим составом. В состав тяжелых стекол (флинтов) входит много свинца, в состав легких — окислы элементов с малой атомной массой — лития, бериллия, бора. Большинство промышленных строительных стекол (оконное, полированное, профильное) имеет плотность 2,5—2,7 г/см3 в частности оконное — стекло 2,55 г/см3. Плотность стекол в некоторой степени зависит и от температуры. Так, с повышением температуры плотность стекол уменьшается.

Прочность. Прочностью называется способность материала сопротивляться внутренним напряжениям, возникающим в результате действия внешних нагрузок. Прочность характеризуется пределом прочности. В зависимости от направления действия нагрузки определяют предел прочности при сжатии, растяжении, изгибе и т. д.

Предел прочности стекол при сжатии R (кгс/мм2, Па) измеряют величиной разрушающей силы F (кгс), действующей на поперечное сечение S (мм2) образца перпендикулярно действующей силе: R = F/S.

Предел прочности на сжатие для различных видов стекла колеблется от 50 до 200 кгс/мм2, например прочность оконного стекла 90—100 кгс/мм2. Для сравнения можно указать, что прочность на сжатие чугуна 60—120, стали 200 кгс/мм2.

На прочность стекла оказывает влияние его химический состав. Так, окислы СаО и B2O3 значительно повышают прочность, РbО и Al2O3 в меньшей степени, MgO, ZnO и Fe2O3 почти не изменяют ее.

Предел прочности при растяжении определяют по формуле R = P/S, где R — предел прочности при растяжении, кгс/мм2 (Па); Р — средняя величина разрушающего усилия, кгс; S —площадь шейки образца в момент разрыва, мм2.

Из механических свойств стекол прочность на растяжение является одним из важнейших. Объясняется это тем, что стекло работает на растяжение хуже, чем на сжатие. Обычно прочность стекла на растяжение составляет 3,5—10 кгс/мм2, т. е. в 15—20 раз меньше, чем на сжатие.

Прочность стекла на растяжение зависит от состояния поверхности стекла. Наличие на ней каких-либо повреждений (трещин, царапин) снижает прочность стекла в 4—5 раз. Поэтому для сохранения заданной прочности стекла необходимо оберегать его поверхность от повреждений, например покрывать кремний органическими пленками. Химический состав влияет на прочность стекла при растяжении примерно так же, как и на прочность при сжатии.

Твердость. Твердость — это способность материала оказывать сопротивление проникновению в него более твердого материала. От твердости зависит продолжительность всех видов механической обработки (в производстве полированного автомобильного и технического стекла).

К твердым сортам относят боросиликатные малощелочные стекла с содержанием B2O3 до 10—12%, твердость которых по шкале Мооса равна 7. Стекла с большим содержанием щелочных окислов имеют меньшую твердость. Наиболее мягкие — многосвинцовые силикатные стекла, твердость которых по шкале Мооса равна 5—6.

Хрупкость. Хрупкость стекол определяется способностью противостоять удару. Большая хрупкость стекол ограничивает их применение. В лабораторных условиях вместо хрупкости определяют микрохрупкость стекла, которая измеряется числом микротрещин, образовавшихся на поверхности стекла при вдавливании в него алмазной пирамидки.

На хрупкость, стекол влияют однородность, конфигурация и толщина изделий: чем меньше посторонних включений в стекле, чем более оно однородно, тем выше его хрупкость. Хрупкость стекол практически не зависит от состава. При увеличении в составе стекол B2O3,
SiO2, Al2O3, ZrO2, MgO хрупкость незначительно понижается.

Источник

Свойства стекла

Силикатные стекла отличаются необычным сочетанием свойств, прозрачностью, абсолютной водонепроницаемостью и универсальной химической стойкостью. Все это объясняется спецификой состава и строения стекла.

Плотность стекла зависит от химического состава и для обычных строительных стекол составляет 2400…2600 кг/м3. Плотность оконного стекла — 2550 кг/м’. Высокой плотностью отличаются стекла, содержащие оксид свинца («богемский хрусталь») — более 3000 кг/м3. Пористость и водопоглощение стекла практически равны 0 %.

Механические свойства. Стекло в строительных конструкциях чаще подвергается изгибу, растяжению и удару и реже сжатию, поэтому главными показателями, определяющими его механические свойства, следует считать прочность при растяжении и хрупкость.

Теоретическая прочность стекла при растяжении — (10…12)•103 МПа. Практически же эта величина ниже в 200…300 раз и составляет от 30 до 60 МПа. Это объясняется тем, что в стекле имеются ослабленные участки (микронеоднородности, дефекты поверхности, внутренние напряжения). Чем больше размер стеклоизделий, тем вероятнее наличие таких участков. Примером зависимости прочности стекла от размера испытуемого изделия служит стеклянное волокно. У стекловолокна диаметром 1…10 мкм прочность при растяжении 300…500 МПа, т. е. почти в 10 раз выше, чем у листового стекла. Сильно снижают прочность стекла на растяжение царапины; на этом основана резка стекла алмазом.

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.

Хрупкость — главный недостаток стекла. Основной показатель хрупкости — отношение модуля упругости к прочности при растяжении E/Rp. 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 по шкале Мооса.

Оптические свойства стекла характеризуются светопропусканием прозрачностью), светопреломлением, отражением, рассеиванием и др. Обычные силикатные стекла, кроме специальных (см. ниже), пропускают всю видимую часть спектра (до 88…92 %) и практически не пропускает ультрафиолетовые и инфракрасные лучи. 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…0,8 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.

Химическая стойкость силикатного стекла — одно из самых уникальных его свойств. Стекло хорошо противостоит действию воды, щелочей и кислот (за исключением плавиковой и фосфорной). Объясняется это тем, что при действии воды и водных растворов из наружного слоя стекла вымываются ионы Na+ и Са++ и образуется химически стойкая пленка, обогащенная SiO2. Эта пленка защищает стекло от дальнейшего разрушения.

Источник

ГОСТ 32281.3-2013
(EN 1288-3:2000)

МКС 81.040.01*

_____________________

* По данным официального сайта Росстандарта ОКС 81.040.20,

здесь и далее. — Примечание изготовителя базы данных.

Дата введения 2015-01-01

Предисловие

Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0-92 «Межгосударственная система стандартизации. Основные положения» и ГОСТ 1.2-2009 «Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Порядок разработки, принятия, применения, обновления и отмены»

Сведения о стандарте

1 РАЗРАБОТАН Открытым акционерным обществом «Институт стекла» на основе собственного аутентичного перевода на русский язык стандарта, указанного в пункте 5

2 ВНЕСЕН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии

3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации, (протокол N 58-П от 28 августа 2013)

За принятие стандарта проголосовали:

Краткое наименование страны по МК (ИСО 3166) 004-97	Код страны по МК (ИСО 3166) 004-97	Сокращенное наименование национального органа по стандартизации
Армения	AM	Минэкономики Республики Армения
Кыргызстан	KG	Кыргызстандарт
Молдова	MD	Молдова-Стандарт
Российская Федерация	RU	Росстандарт
Таджикистан	TJ	Таджикстандарт
Узбекистан	UZ	Узстандарт

4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 08 ноября 2013 N 1509-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 32281.3-2013 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 01.01.2015.

5 Настоящий стандарт модифицирован по отношению к европейскому региональному стандарту EN 1288-3:2000* Glass in building — Determination of the bending strength of glass — Part 3: Test with specimen supported at two points (four points bending) «Стекло в зданиях. Определение прочности стекла на изгиб. Часть 3. Испытание с использованием образца, закрепленного в двух точках (четырехточечный изгиб)» путем изменения и дополнения отдельных фраз, слов, которые выделены полужирным курсивом**.
________________
* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей;
** В оригинале номера стандартов, отмеченные по тексту документа знаком «**» выделены полужирным курсивом. — Примечания изготовителя базы данных.

Ссылки на европейские стандарты, которые не приняты в качестве межгосударственных стандартов, заменены в разделе «Нормативные ссылки» и тексте стандарта ссылками на соответствующие межгосударственные стандарты.

Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования европейского стандарта в связи с особенностями построения межгосударственной системы стандартизации.

Европейский стандарт разработан Европейским комитетом по стандартизации (CEN) ТК 129 «Стекло в строительстве».

Европейский стандарт, на основе которого подготовлен настоящий стандарт, реализует существенные требования безопасности Директивы ЕС (89/106/ЕЕС) по строительным материалам.

Перевод с английского языка (en).

Степень соответствия — модифицированная (MOD)

6 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты», а текст изменений и поправок — в ежемесячно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет

1 Область применения

Данный стандарт устанавливает метод определения прочности на изгиб, включая влияние кромок, плоского стекла для использования в зданиях. Указанный метод также может использоваться для отдельного определения прочности на изгиб кромок стекла.

Ограничения данного стандарта описаны в ГОСТ 32281.1-2013**.

Настоящий стандарт должен применяться с учетом положений ГОСТ 32281.1-2013**.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие нормативные документы:

ГОСТ 111-2001* Стекло листовое. Технические условия
_______________
* В Российской Федерации действует ГОСТ Р 54170-2010.

ГОСТ 20403-75 Резина. Метод определения твердости в международных единицах (от 30 IRHD до 100 IRHD)

ГОСТ 32281.1-2013**. Стекло и изделия из него. Определение прочности на изгиб. Основные принципы проведения испытаний

Примечание — При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты» за текущий год. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины и определения:

3.1 напряжение изгиба (bending stress): Растягивающее напряжение изгиба, вызванное в поверхности образца.

Примечание — В целях испытания напряжение изгиба должно быть однородным на указанной части поверхности.

3.2 эффективное напряжение изгиба (effective bending stress): Средневзвешенное от растягивающих напряжений изгиба, рассчитанное с применением коэффициента, учитывающего неоднородность поля напряжений.

3.3 прочность на изгиб (bending strength): Напряжение изгиба или эффективное напряжение изгиба, которое приводит к поломке образца.

3.4 эквивалентная прочность на изгиб (equivalent bending strength): Наблюдаемая прочность на изгиб узорчатого стекла, для которого неоднородности толщины не позволяют точно рассчитать прочность на изгиб.

4 Обозначения

В настоящем стандарте применены следующие обозначения:

— толщина образца;

— модуль упругости (модуль Юнга) образца.

Примечание — для натрий-кальциевого силикатного стекла (см. ГОСТ 111) используется значение 70х10 Н/мм.

— максимальное усилие.

Примечание — Когда изгибающие ролики не закрепляются жестко на испытательной установке, а лежат на образце, усилие, создаваемое их весом, добавляется к максимальному измеренному усилию.

— ускорение свободного падения;

— толщина образца;

— безразмерный коэффициент (пояснения см. в п.6.2 ГОСТ 32281.1-2013);

— длина образца;

— расстояние между центральными линиями опорных роликов;

— расстояние между центральными линиями изгибающих роликов;

— изгибающий момент;

— центральный прогиб образца относительно опорных роликов;

— момент сопротивления сечения;

— напряжение изгиба в поверхностной зоне, создаваемое изгибающими роликами;

— эффективное напряжение изгиба;

— прочность на изгиб;

— напряжение изгиба, вызванное собственным весом образца;

— плотность образца.

5 Аппаратура

5.1 Установка для испытания на изгиб

Испытание на изгиб должно выполняться с использованием подходящей установки испытания на изгиб, которая включает следующие элементы:

а) нагружение образца должно обеспечиваться в диапазоне от нуля до максимального значения таким способом, который минимизирует удары и неравномерность нагружения;

b) устройство нагружения должно быть рассчитано на указанный диапазон нагружения;

c) испытательная установка должна включать устройство измерения нагрузки с предельной ошибкой ±2,0% во всем диапазоне измерения;

d) опорные ролики и изгибающие ролики (см. рисунок 2) должны иметь диаметр 50 мм и длину не менее 365 мм. Все ролики должны свободно вращаться.

5.2 Измерительные приборы

Требуются следующие измерительные приборы:

— прибор, позволяющий измерить ширину образца с точностью до 1 мм;

— прибор, позволяющий измерить толщину образца с точностью до 0,01 мм.

6 Образец

6.1 Количество образцов

Количество испытываемых образцов должно определяться в зависимости от требуемого уровня достоверности, особенно в отношении оценки пределов распределения прочности (обсуждение количества образцов см. в ГОСТ 32281.1-2013).

6.2 Размеры образцов

Длина образца — 1100 мм ±5 мм;

ширина образца — 360 мм ±5 мм;

толщина образца — толщина стекла в рамках допуска, указанного для условия испытания.

6.3 Состояние и обработка образца

Образцы должны быть плоскими, а их кромки типичными для обработки испытываемых кромок. Если кромка несимметрична относительно средней линии образца, обе нагружаемые кромки должны иметь одинаковую ориентацию (см. рисунок 1) и все образцы в партии необходимо испытывать одинаково.

1 — Кромки после роликового стеклореза

Примечание — Кромки срезанного стекла неодинаковы на обоих углах, поскольку ролик стеклореза прикладывается только к одной поверхности стекла. В этом случае кромка является несимметричной относительно центральной линии образца.

Рисунок 1 — Несимметричные кромки

Любые преднамеренные изменения состояния испытываемого образца при помощи обработки кромок перед механическим разрушением, травлением и т.д. должны завершаться не позднее чем за 24 часа перед испытанием прочности на изгиб (см. ГОСТ 32281.1-2013**). Подобным образом защитные покрытия должны удаляться не позднее чем за 24 часа до испытания. Образцы должны выдерживаться при условиях проведения испытаний (см. 7.2) не менее четырех часов перед испытанием.

6.4 Клейкая пленка

Для удержания фрагментов вместе клейкая пленка должна накладываться по сторонам образцов лицевой стороной к изгибающим роликам (см. рисунок 2). Это облегчает обнаружение начала разрушения и измерение толщины образца.

1 — образец;

2 — изгибающий ролик; 3 — опорный ролик; 4 — резиновые полоски; 200 мм ±1 мм; 1000 мм ±2 мм

Рисунок 2 — Установка испытываемого образца

7 Процедура

7.1 Измерение ширины и толщины каждого образца

Ширина определяется как среднее арифметическое из не менее чем трех отдельных измерений.

Толщина определяется как среднее арифметическое из не менее чем четырех отдельных измерений с точностью до 0,05 мм. Позиции измерения должны лежать вне двух изгибающих роликов, чтобы избежать повреждения испытываемой поверхности, и должны браться с двух концов образца. В случае образцов с одной или двумя узорчатыми поверхностями должны быть измерены и толщина листа, и толщина по узору. Берется среднее от этих измеренных значений.

Толщина может также определяться из не менее чем четырех фрагментов, взятых из зоны между изгибающими роликами после разрушения, если характер разрушения делает это возможным.

7.2 Испытание на изгиб

Образец необходимо установить, как указано на рисунке 2. Полоски резины толщиной 3 мм и твердостью (40±10) IRHD (согласно ГОСТ 20403) должны быть помещены между образцом и изгибающими и опорными роликами.

Испытание на изгиб проводится при (23±5)°С с относительной влажностью от 40% до 70%. Во время испытания температура должна поддерживаться постоянной в пределах 1°С, чтобы предотвратить появление тепловых напряжений.

Образец должен изгибаться под равномерно нарастающей изгибающей нагрузкой со скоростью (2±0,4) Н/(мм·с) до разрушения. Необходимо измерить максимальную нагрузку, , и зафиксировать время, которое потребовалось для достижения такой нагрузки.

8 Оценка

8.1 Общие сведения

Для оценки необходимо рассматривать только те образцы, у которых начало разрушения лежит между изгибающими роликами.

Прочность на изгиб, , рассчитывается в соответствии с уравнением (1) следующим образом.

Для прямоугольного сечения, где , и при приложении нагрузки, как показано на рисунке 2, прочность на изгиб составляет:

. (1)

Напряжение изгиба, , вызванное собственным весом образца, следует рассчитывать согласно уравнению (2):

. (2)

8.2 Прочность на изгиб площади поверхности, включая кромки

Для расчета полной прочности на изгиб или эквивалентной прочности на изгиб площади поверхности, включая кромки, определяемой изгибающими роликами, должно использоваться значение 1 (см. ГОСТ 32281.1-2013).

8.3 Прочность кромок на изгиб

Для расчета прочности на изгиб или эквивалентной прочности на изгиб свободных кромок стекла, должны учитываться только те образцы, разлом у которых начинался от кромки.

Примечание — Когда некоторые из образцов не разрушаются от кромки, набор результатов прочностей кромок не является истинным представлением распределения прочностей кромок. Прочности кромок таких образцов, которые разрушаются с испытываемой поверхности, не могут быть определены, но они безусловно выше измеренных значений прочности таких образцов на изгиб. Однако имеются статистические методики, которые позволяют учесть неизмеренную прочность кромок таких образцов.

Коэффициент для использования в уравнении (1) зависит от прогиба образца в его центре. Центральный прогиб, , может быть определен непосредственным измерением или рассчитан с достаточной точностью из уравнения (3):

(3)

Соответствующее значение для использования в уравнении (1) необходимо получить из рисунка 3, который содержит значения в виде функции от значения (см. ГОСТ 32281.1-2013**).

Рисунок 3 — Безразмерный коэффициент как функция от

9 Протокол испытаний

Согласно настоящему стандарту протокол испытаний должен содержать следующую информацию:

а) тип и название стекла;

b) предварительная обработка и состояние поверхности испытываемого образца, включая последовательность этапов обработки. В случае образцов с одной рельефной поверхностью должна быть указана поверхность, которая находится под растягивающей нагрузкой (плоская или рельефная сторона);

c) описание обработки кромки и способа, каким она была испытана;

d) собственное напряжение образца, отожженного или закаленного стекла, включая характер и, если возможно, степень предварительного напряжения;

e) количество образцов;

f) для каждого образца необходима следующая информация:

1) толщина, , в мм, с точностью до 0,05 мм в случае образцов с плоскими поверхностями; максимальная толщина (толщина листа), минимальная толщина (толщина сердцевины) и средняя толщина, , в мм, с точностью до 0,05 мм в случае образцов с одной или двумя узорчатыми поверхностями;

2) ширина в миллиметрах с точностью до 1 мм;

3) общая прочность на изгиб, , или эквивалентная прочность на изгиб, в Н/мм, с точностью до 0,1 Н/мм;

4) если требуется, прочность кромки на изгиб, , или эквивалентная прочность на изгиб, , в Н/мм, с точностью до 0,1 Н/мм;

5) время до разрушения в секундах с точностью до 1 с;

6) разрушен ли образец начиная с кромки или же с центральной части (тела) образца;

Средние значения измеренных результатов не указывают.

g) количество образцов, не разрушенных в соответствии с параграфом 8;

h) любые отклонения от данного стандарта, которые могут повлиять на результаты.

__________________________________________________________________________
УДК 666.151:006.354 МКС 81.040.01 MOD

Ключевые слова: прочность на изгиб, четырехточечный изгиб
__________________________________________________________________________

Электронный текст документа
подготовлен АО «Кодекс» и сверен по:
официальное издание
М.: Стандартинформ, 2014

Источник