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

Стекло.

Стекло – аморфное тело, полученное методом расплава.

Основным компонентом стекла является кварцевый песок (70-75 %). Обязательными являются различные добавки:

• Сода – для снижения температуры плавления кварцевого песка;
• Оксид кальция (гашеная известь) – увеличивает прочность стекла;
• Красители – оксиды железа, никеля, урана и др.;
• Глушители – добавки, изменяющие рассеивание света в стекле.

Свойства и виды стекла.

Каждый материал обладает определенными свойствами. Особенностью стекла является отсутствие кристаллической решетки при переходе из жидкого в твердое состояние. К положительным свойствам материала относятся:

• Твердость;
• Термостойкость;
• Прозрачность;
• Низкие теплопроводность и температура расширения.

Но есть и отрицательное свойство – высокая хрупкость. Разработки ученых в направлении ее снижения, к сожалению, ожидаемого 100 %-го результата не дали.

По виду стекла подразделяются на обычные – состоящие из содовых, поташных и комбинированных материалов. Отличаются устойчивостью к химическому воздействию, высокой прозрачностью. Используются в производстве окон и зеркал.

Кварцевое стекло производят из диоксида кремния высокой степени очистки. Обладает высокой устойчивостью к механическим повреждениям, воздействию кислот. Применяется при изготовлении различных колб, ртутных ламп, посуды для химических опытов.

Боросиликатное стекло содержит оксид бора и щелочные металлы. Применяется при изготовлении посуды, зеркал, элементов электротехники.

Свинцовое стекло. Относится к самым дорогостоящим, обладает повышенным блеском, отличный электрический изолятор. Служит для изготовления микросхем, хрустальных изделий.

Классификация стекла.

Стекла классифицируют по назначению и по составу.

По назначению стекла подразделяются:

• Листовое строительное и декоративное;
• Облицовочное;
• Для осветительной арматуры;
• Для санитарно-технических устройств;
• Для строительных и звукоизоляционных элементов.

По составу стекла делятся на три основных группы – элементарные, оксидные и галогенидные.

Группа элементарных стекол нашла широкое применение в промышленности. Характеризуется способностью сохранять твердое состояние при температуре 3700 °С, обладает высокой прочностью, отличным электросопротивлением и низкой плотностью.

Группа оксидных стекол чаще всего применяется в строительстве и при производстве техники.

Галогенидные стекла используются в агрессивных средах, стойкие к рентгеновским лучам и др. видам излучений.

Для определения качества стекла применяются различные виды испытаний. Для примера рассмотрим проверку прочности на изгиб.

Определение прочности стекла на изгиб.

Данный вид испытания регламентируется ГОСТ 32281.1-2013. Стандарт определяет факторы, которые должны учитываться при проведении испытаний:

• Влияние состояния поверхности;
• Влияние скорости нагружения;
• Влияние площади испытываемой поверхности;
• Влияние окружающей среды;
• Влияние старения;
• Влияние температуры.

Изгибающее напряжение и прочность на изгиб.

Детальные указания по методам испытания прочности стекла на изгиб определены ГОСТ 32281.2 2013, ГОСТ 32281.3-2013 и ГОСТ 32281.5-2013. Изгибающие напряжения во всех этих документах принято считать однородными, а прочность на изгиб подразделяют на эквивалентную и профильную.

Эти же стандарты определяют методику испытаний плоского стекла. К этому виду относятся флоат-стекло, тянутое листовое, узорчатое, узорчатое армированное и закаленное. Испытание многослойного стекла настоящим стандартом исключено.

Пояснения к методам испытаний.

Прочность стекла на изгиб проверяется тремя основными методами.

Испытания методом двух коаксиальных колец для поверхностей большой площади.

Этот метод описан в ГОСТ 32281.2-2013. Особенностью метода является приложение максимального напряжения на ограниченную круговой формой площадь поверхности образца. Таким образом влияние кромки образца на конечный результат испытания исключен.

Схема зависимости радиального и тангенциального напряжений от радиуса образца.

Испытание образца, закрепленного на двух точках.

Применяется в ГОСТ 32281.3-2013. Применяется в определении прочности на изгиб с учетом влияния кромок. Образец представляет собой широкую полосу стекла. В результате испытания получают диаграмму изменения напряжений (см. рис. 1).

Изменения напряжений здесь выглядят следующим образом:

• 1 напряжение, полученное из упрощенной теории, составляет 60,3 Н/мм², растяжения или сжатия;
• 2 напряжение, полученное из упрощенной теории, составляет 43,5 Н/мм², растяжения или сжатия;
• 3 напряжение, полученное из упрощенной теории, составляет 38,6 Н/мм², растяжения или сжатия;
• 4 напряжение, полученное из упрощенной теории, составляет 33,7 Н/мм², растяжения или сжатия;
• 5 напряжение, полученное из упрощенной теории, составляет 28,9 Н/мм², растяжения или сжатия;
• 6 напряжение, полученное из упрощенной теории, составляет 24,0 Н/мм², растяжения или сжатия;
• 7 напряжение, полученное из упрощенной теории, составляет 19,1 Н/мм², растяжения или сжатия;
• 8 напряжение, полученное из упрощенной теории, составляет 14,2 Н/мм², растяжения или сжатия;
• 9 напряжение, полученное из упрощенной теории, составляет 12,5 Н/мм², растяжения или сжатия;
• 10 напряжение, полученное из упрощенной теории, составляет 2,2 Н/мм², растяжения или сжатия;

Испытание методом двух коаксиальных колец для малых испытываемых площадей поверхности.

Методика испытания описана в ГОСТ 32281.5-2013. Особенностью метода является то, что максимальному напряжению подвергается ограниченная область поверхности образца круглой формы, без ее кромки. Полученные числовые значения при испытании обрабатываются посредством математических формул. Конечный результат сводится в таблицу (см. табл. 1).

Таблица 1.

Дополнительно ГОСТ 32281.1-2013 уточняет область применения методов испытаний, определяет периодичность калибровки испытательного оборудования и выставляет требования по его безопасному использованию.