Анатомия прозрачности: из чего сделано стекло

Предисловие.

Я часто пишу о работе в Ergohaus, наших больших и красивых окнах и объектах строительства, которые попадают в поле нашего зрения, но не задумывался ранее о том, что начинать можно было с самого простого — материалов, из которых все производится и строится. Любое окно упрощенно состоит из профиля, фурнитуры и стеклопакета. В премиальном сегменте сейчас господствует мода на минимализм: заказчик хочет максимальной прозрачности и невесомости конструкции, прячет под отделку все то что режет глаз и утяжеляет визуально конструктив. Для всех подрядчиков по остеклению данная задача читается как: "больше стекла, меньше профиля".

О стекле и пойдет речь в ближайших нескольких статьях. Даже пока не о стеклопакетах, с которыми мы имеем дело в современном остеклении. Начнем с основ.

Оно окружает нас повсюду. Мы смотрим сквозь него на улицу, пьем из него утренний кофе, перелистываем ленту новостей, касаясь его на экране смартфона и доверяем ему свою безопасность в автомобиле. Этот материал кажется нам привычным и простым. Но задумывались ли вы когда-нибудь, почему хрупкий бокал красиво звенит, экран телефона гнется и не царапается, а лобовое стекло машины при аварии не разлетается на опасные кинжалы?

Усаживайтесь поудобней, я попробую без лишней воды емко и интересно начать знакомить вас с миром материалов, которые нас окружают. Читайте до конца, потому что в конце каждой статьи я буду помещать интересный факт или необычный вариант применения того материала, о котором будет идти мой рассказ.

Легенда о стекле.

Бывший солдат римской армии, а впоследствии писатель-эрудит и автор «Естественной истории» Плиний Старший совместно с Исидором Севильским дали нам миф о стекле и озвучили его в «Этимологии» (творении Исидора) следующим образом:

«В части Левантийского побережья, называемого Финикией, есть низменный берег, близко к району, проживания иудеев. Место это около подножия горы Кармель, где течёт река Белус… Быстрое течение водного потока в её устье очищает пески на побережье от загрязнений. Сохранилась история, как на этот берег был выброшен корабль, который вёз соду из Египта в Финикию. Когда купцы занялись приготовлением пищи, то не нашли поблизости никаких камней для того, чтобы сложить очаг. Поэтому, чтобы сложить печь, они принесли куски спрессовавшейся соды с корабля. Песок на берегу смешался при высокой температуре с содой, и полупрозрачными потоками новой жидкости стал вытекать из печи, застывая снаружи. Таково происхождение стекла.»

Красивая сказка, но современная наука её опровергла: обычный костер не даст температуры выше 1000 градусов Цельсия. Скорее всего, первое рукотворное стекло появилось как побочный продукт гончарного ремесла или выплавки меди в древней Месопотамии и Египте около 4-3 тысяч лет до н.э.

А первое остекленное окно в привычном для нас формате появилось в бане города Помпеи.

Состав.

Базовый состав стекла за всю его историю существования остается неизменным.

В основе троица из следующих компонентов:

1. Кварцевый песок— основа и главный скелет (около 70–75% массы).
2. Сода или поташ — «плавень», который снижает температуру плавления песка с недостижимых 1700 градусов до рабочих 1400.
3. Известняк (мел) — стабилизатор. Без него стекло получилось бы «жидким» и просто растворилось бы от первого же дождя.

Дополнительно можно ввести в состав:

• Стеклобой: битое стекло, которое добавляют в сырьевую смесь для ускорения плавления.
• Оксиды металлов: вводятся для придания цвета в массе. Например, оксид железа окрашивает стекло в зеленый или красный цвет, кобальт — в синий, а соединения хрома — в насыщенный зеленый оттенок

На молекулярном уровне любое стекло является физическим парадоксом. Стекло только кажется твердым материалом. С точки зрения физики это жидкость, молекулы которой при охлаждении не успели выстроиться в правильную кристаллическую решетку и хаотично застыли.

В термодинамике это состояние считается неравновесным, а значит система внутренне нестабильна. С точки зрения законов физики, любое классическое стекло стремится стать кристаллом, потому что кристаллическая форма тратит меньше энергии для поддержания своего существования. Долгие десятилетия в материаловедении существовал незыблемый постулат: любое стекловидное, неупорядоченное состояние вещества по своей природе является ошибкой процесса формирования и существует вне термодинамического равновесия. Ошибка, материал «вне закона»…а с виду и не скажешь!

Обещанная «пасхалка».

Пока я не сильно углубился в физику, а вы не заскучали, держите обещанный сюрприз для тех, кто героически дочитал до конца.

Все мы часто сталкиваемся с бутылочным (тарным) стеклом.Самое дешевое и экологичное. В него добавляют оксиды металлов для цвета (зеленый или коричневый), чтобы защитить напитки от ультрафиолета. Бьется легко и раскалывается на опасные острые фрагменты (помните «розочки» у уличных хулиганов?)

А задумывались ли вы о том, что из бутылок можно строить стены домов?

Необычно, но реально. Впервые подобное я узнал через историю Фредди Хайнекена, того самого, чья фамилия пишется на одноименной марке пива. Путешествуя по миру в 1960-х годах, и пребывая на острове Кюрасао Фредди столкнулся с ужасными жилищными условиями у местного населения, а еще…..с горами мусора и пустых пивных бутылок, в том числе и тех, что выпускал его завод. Идея пришла немедленно, была разработана специальная форма бутылки– «Heineken World Bottle» (WOBO). Квадратная бутылка нового поколения, предназначенные для использования в строительстве. Условно говоря: выпиваешь — собираешь — строишь.

Хайнекен даже изготовил более 100 тысяч таких бутылок и построил прототип дома, демонстрируя возможности своего изобретения. Однако идея так и осталась нереализованной: маркетологи не были столь смелыми и завернули проект, посчитав, что потребители не примут столь радикальный отход от традиционного дизайна бутылок.

Однако Фредди не был первым в этом направлении. Владелец похоронной конторы Дэвид Х.Браун из местечка Босуэлл в Канаде после выхода на пенсию обратил внимание, как много народ выбрасывает стеклянных бутылок, и решил найти им умное применение — взял и построил небольшой замок на берегу озера, с тремя большими комнатами округлой формы — гостиной, спальней и кухней.

Кстати, у нас в России тоже есть примеры бутылочных домов. В южно-уральском поселке стоит домик из бутылок шампанского. Для жилища площадью почти в 100 квадратных метров понадобилось 12 тысяч бутылок. А в Смоленской области из 35 тысяч бутылок собрано двухэтажное жилище.

На этом завершу первую часть цикла прозрачных историй и пойду собирать материал для следующих статей. До новых встреч!