Stavební sklo – materiály, výrobky a konstrukce

Tabulové sklo plavené (float) se vyrábí roztavením směsi základních surovin a recyklovaného skla při teplotě kolem 1 550 °C, tavenina se při teplotě okolo 1 000 °C plaví po hladině roztaveného cínu, čímž se dosáhne dokonalé rovinnosti. Roztahováním nebo stahováním válci se upravuje tloušťka finálního skla. Kontinuální pás plastické skloviny je oddělován od hladiny cínu a prochází chladící pecí, kde se teplota sníží z teploty 620 °C na teplotu 250 °C a dále se kontrolovaně ochlazuje, aby se sklo zbavilo vnitřního pnutí. Vychlazený pás skla se řeže na základní formát 6 000 mm x 3 210 mm (tzv. Jumbo). Vlastnosti plaveného skla jsou definovány normou ČSN EN 572-2.

Tabulové sklo foukané nebo tažené se vyrábí historickými postupy, nemá dokonalou rovinnost, je mírně strukturované a používá se při rekonstrukcích historických objektů, nebo jako designový prvek.

Foukané sklo se vyrábí tak, že se píšťalou vyfoukne dutý válec o požadované tloušťce stěny, ten se podélně rozřízne, a sklo se potom natáhne do roviny.

Tažené sklo se vyrábí vertikálním taháním skloviny přes válce. Tyto technologie umožňují vyrábět pouze malé formáty tabulí (podle výrobce přibližně 1 m x 1 m u foukaného skla a 1,6 m x 2 m u taženého skla).

Fyzikální a mechanické vlastnosti

• Hustota skla je 2 500 kg/m³ , 1 mm tloušťky tabule o ploše 1 m² má hmotnost 2,5 kg.
• Pevnost v tlaku je 750 MPa až 1 000 MPa.
• Pevnost v tahu za ohybu 40 MPa pro tepelně neupravené sklo, 80 MPa až 90 MPa pro tepelně zpevněné a 120 MPa až 200 MPa pro tepelně tvrzené sklo.
• Modul pružnosti skla je 70 GPa.
• Koeficient tepelné roztažnosti je 9x10^-6 K^-1 při teplotách 0 °C až 300 °C (ocel: 12x10^-6 K^-1, hliník: 23x10^-6 K^-1)

Název	Zkratka	Označení	Jednotka
Světelný činitel prostupu	LT	τV	%
Světelná činitel odrazu vnější tabule	LREXT	ρV ext	%
Světelný činitel odrazu vnitřní tabule	LRINT	ρV int	%
Činitel prostupu přímého slunečního záření	DET	τe	%
Činitel odrazu přímého slunečního záření	ER	ρe ext	%
Činitel pohlcení přímého slunečního záření	EA	αe	%
Celkový činitel prostupu sluneční energie	g	SF	– / %
Stínící koeficient	SC		–
Součinitel prostupu tepla		U	W/m2.K
Vážená vzduchová neprůzvučnost		Rw	dB

Tabulka č. 2 – Světelné a energetické charakteristiky skla

Čiré sklo

Základní sklářský kmen obsahuje oxid železitý, který způsobuje zelené zabarvení skleněné hmoty a projevuje se zejména u silnějších tabulí. Snížením obsahu oxidu železitého se získá velmi čiré sklo vhodné do transparentních fasád, pro vrstvení do bezpečnostních skel, apod.

Extračiré sklo je dodáváno pod různými obchodními názvy, např. Diamant, Eurowhite, Clearvision, Ultraclear.

Absorbční sklo

Sklo je probarvené ve hmotě příměsí oxidů kovů pro zvýšení ochrany proti slunečnímu záření. Zabarvení skla je možné do různých odstínů (zelený, šedý, modrý, hnědý). Sklo značnou část slunečního záření pohlcuje do své hmoty, a proto je tepelně velmi namáhané. Z toho důvodu se obvykle doporučuje tato skla tepelně upravit. Ve dvojsklech se používá zásadně jako vnější tabule, přičemž je potřeba mít na zřeteli, že až 1/3 pohlcené energie bývá sekundárně vyzářena.

Sklo s povlakem

Povlak skla vrstvami oxidů kovů upravuje optické a reflexivní vlastnosti tabulového skla.

Povlak se nanáší dvěma technologickými postupy:

• Pyrolytickou technologií přímo v lince na výrobu plaveného skla (tzv. tvrdé pokovení). Tato vrstva je odolná proti klimatickým vlivům, zlepšuje protisluneční vlastnosti skla, zvyšuje reflexi. Sklo je možné použít v izolačním dvojskle jako vnější tabuli s pokovenou vrstvou na pozici 1 nebo 2. Pokovení na pozici 1 má větší reflexi, na pozici 2 způsobuje větší tepelné namáhání skla a doporučuje se sklo tepelně upravit. Sklo se vyrábí v základním formátu, a je ho možné je dále běžně opracovávat (řezat, vrtat, kalit, ohýbat).
• Metodou katodového rozprašování ve vakuu (tzv. měkké pokovení), čímž sklo získá nízkoemisivní vlastnosti. Pokovení se nanáší jak na sklo v základním formátu, tak na kompletně obrobenou tabuli (naformátovaná, obroušená, tepelně zpracovaná). Tento kovový povlak není obecně odolný vůči technologickým a klimatickým vlivům, protože je náchylný k oxidaci. Proto se sklo používá výhradně do izolačních skel (dvojskel a trojskel) pokovenou vrstvou do meziskelní dutiny. Pozice povlaku může mít vliv na tepelně technické parametry izolačního skla (u tzv. selektivních skel má pozice povlaku na parametry zásadní vliv), a současně ovlivňuje některé z jeho optických vlastností.
  Většina výrobců nízkoemisivních skel v současné době vyrábí i tzv. „kalitelné“ vrstvy – to znamená, že takové sklo lze tepelně upravit bez rizika poškození nízkoemisivního pokovení.

Designová skla

Dekorativní a ornamentální skla se strukturovaným povrchem se vyrábějí válcováním plaveného skla válci s požadovaným vzorem a mohou být probarvena ve hmotě. Jinou alternativou jsou ornamentální skla s drátěnou vložkou. Další technologií je leptání nebo pískování (otryskání povrchu křemičitým pískem).

Smaltovaná skla jsou vyráběna nanesením barvy na jednu stranu tabule běžného nebo čirého skla (stříkáním, barvícím válcem nebo přes síto), a následným vypálením. Tím se sklo tepelně vytvrdí. Tato skla je možné použít jako lepené obklady provětrávaných fasád (lakovaná vrstva je pevně spojena se sklovinou), bodově uchycené obklady, výplně parapetních panelů, nebo je slepit do dvojskla.

Izolační skla

Proces výroby izolačních skel je definován evropskou normou ČSN EN 1279. Požadavky na snížení energetické náročnosti budov, zvýšení izolačních vlastností průhledných výplní stavebních otvorů, a maximální prosvětlení vnitřních pobytových prostorů bez značného přehřívání interiéru, je možné splnit pouze izolačními skly složenými ze dvou, nebo tří tabulí, s jednou či dvěma komorami vyplněnými vzduchem, nebo inertními plyny.

Jinou možností řešení je použití izolačních skel s nízkou hodnotou U_g a současně s vysokou hodnotou SF – uplatnění zejména v pasivních a nízkoenergetických domech.

Do izolačního skla lze slepit většinu výše uvedených typů skel a samozřejmě skla vrstvená, či tepelně upravená (viz níže). Mezi jednotlivé tabule se po obvodu vkládá distanční rámeček o tloušťce 8 mm až 24 mm. Rámečky jsou yrobeny z profilů hliníkových, nerezových, plastových s kovovou fólií, nebo z profilovaných provazců silikonových, či butylkaučukových. Meziskelní dutina se plní vysušeným vzduchem nebo inertním plynem (Ar, Kr, Xe). Na trhu je i technologie izolačního skla s meziskelní fólií Heat Mirror.

Po obvodu jsou izolační skla utěsněna primárním butylovým tmelem a sekundárním polyuretanovým nebo polysulfidovým tmelem, případně silikonovým tmelem pro použití ve strukturálním zasklení.

Selektivní skla

Selektivní izolační skla jsou taková, která dokážou díky účinnému nízkoemisivnímu povlaku významně snížit prostup tepelné energie ze slunečního záření, a zároveň propustit maximum světla.

Většina výrobců nízkoemisivních skel vyrábí několik základních parametrových řad selektivních vrstev; parametry těchto skel jsou přibližně následující:

LT [%]	g [%]
70	40
60	30
50	25
40	20

Uvedené hodnoty se obvykle liší v řádu jednotek %; opticky mohou skla se stejnými parametry od různých výrobců vykazovat různé barevné odstíny. Hodnoty se stanovují podle normy ČSN EN 410.

Oba hodnocené parametry, světelná propustnost L_T a celková energetická propustnost g, jsou vzájemně v přímé fyzikální souvislosti. K hodnocení míry protisluneční ochrany ve vztahu k propuštěnému světlu se pro selektivní skla zavádí další pomocný parametr – koeficient selektivity: selektivita = L_T / g

U výše uvedených řad selektivních skel se hodnota selektivity pohybuje v rozmezí přibližně 1,7 < S < 1,82; obecně platí: čím více se hodnota selektivity blíží hodnotě 2, tím lépe.

S použitím nejmodernějších technologií nanášení selektivních vrstev jsou v současné době vyráběna skla s koeficientem selektivity > 2. Jedná se o sklo s parametry L_T = 60 % a g = 28 % (Selektivita = 2,14), které aktuálně nabízejí již minimálně 2 výrobci základního plaveného skla.

Selektivitu nelze v žádném případě posuzovat jako samostatný parametr.

Izolační sklad pro strukturální zasklení

Strukturální zasklení je takové uložení skla, kdy tabule není osazena po obvodu do zasklívací drážky nebo připevněna přítlačnou lištou, ale je přilepena strukturálním lepeným spojem na nosnou konstrukci, nebo je mechanicky připevněna příponkami v prostoru distančního rámečku, případně přichycena bodovými příponkami. Jedná se i o případy, kdy je tabule po dvou stranách připevněna přítlačnými lištami, a dvě strany jsou pouze zatmeleny (tzv. polostrukturální fasáda nebo řešení světlíků a skleněných střech).

Ve všech případech je lepený spoj izolačního skla namáhán zatížením vnější tabule tlakem a sáním větru, vlastní hmotností vnější tabule, je vystaven působení UV záření prostupujícího vnější tabuli, a je v kontaktu s těsnícím tmelem vyplňujícím spáru mezi skly. Z těchto důvodů nemůže být pro slepení izolačního skla použit běžný polyuretanový nebo polysulfidový tmel, protože není odolný vůči UV záření, není kompatibilní s těsnícími silikonovými tmely, a není schopen přenést zatížení působící na vnější tabuli. Proto se používají pro výrobu izolačních skel pro strukturální zasklení výhradně silikonové tmely. Při návrhu strukturální konstrukce je nutné dodržet kompatibilitu všech komponentů použitých při kompletaci – tmelu pro izolační sklo, tmelu pro přilepení skla na nosnou konstrukci, tmelu těsnícího spáru mezi skly, a distančních a výplňových pásek.

V současnosti jsou na trhu systémy pro strukturální lepení skel od firem DowCorning, Sika a Tremco illbruck. Izolační skla pro strukturální fasády musí být vyrobena nejen podle normy ČSN EN 1279, ale také podle směrnice ETAG 002. Návrh lepeného spoje izolačního skla by měl provést dodavatel tmelů, a provedení lepeného spoje musí garantovat dodavatel izolačního skla.

U vnější tabule izolačního skla určeného pro strukturální zasklení se doporučuje provedení s broušenou hranou – jednak proto, aby nedocházelo ke zranění při tmelení, instalaci a údržbě, a také pro zvýšení odolnosti proti poškození. Při použití tabulí s „měkkým“ povlakem obvykle musí být tento odbroušen, aby byla zajištěna dostatečná adheze a koheze materiálů lepeného spoje. Okraj vnější tabule je možné v potřebné šířce krýt keramickou barvou a následně sklo tepelně upravit, čímž se zvýší pevnost skla, odolnost proti nerovnoměrnému tepelnému namáhání (termickému šoku), vlivem rozdílné absorpce slunečního záření, a zakryje se lepený spoj, který při průhledu vnější tabulí působí nehomogenně v důsledku různých odstínů primárního a sekundárního tmelu, případně distanční pásky (až 5 odstínů černé nebo šedočerné barvy).

Tepelně tvrzené sklo

Tepelně tvrzené bezpečnostní sklo (Thermally toughened glass, Thermisch vorgespanntes Einscheibensicherheitsglas – ESG) nesprávně označované jako „kalené“, je popsáno normou ČSN EN 12150. Tepelně ztvrzené sklo je možné vyrobit z jakéhokoliv monolitického skla bez drátěné vložky řízeným zahřátím na teplotu přibližně 620 °C a následným ochlazením, čímž se vyvolá trvalé povrchové tlakové napětí a zvýší se odolnost skla proti mechanickému a tepelnému namáhání. Každé sklo, které má být tepelně upraveno musí mít opracovány hrany (sraženy), protože by jinak došlo při tepelném procesu k destrukci. Taktéž musí být na skle provedeny veškeré mechanické úpravy – řezání, opracování hran, broušení, vrtání – před provedením tepelného zpevnění. Po tepelném zpevnění lze na sklo nanést povlak metodou katodového rozprašování ve vakuu (tzv. měkké pokovení), a použít je do izolačních skel.

Tepelně tvrzené sklo je považováno za bezpečné, protože v případě rozbití se láme na množství drobných úlomků, jejichž hrany jsou obecně tupé. Díky tomu není obecně vhodné použít tepelně tvrzené sklo pro vrstvená bezpečnostní skla bránící propadnutí, protože při destrukci obou slepených skel ztrácí tabule stabilitu.

Každé tepelně tvrzené bezpečnostní sklo musí být viditelně označeno značkou obsahující číslo výrobkové normy, třídu bezpečnosti, a identifikaci výrobce.

Ve sklovině se vyskytují inkluze sulfidu nikelnatého (NiS), jehož krystaly mají jinou tepelnou roztažnost než sklovina, a při procesu tepelného zpevnění způsobí výrazně zvýšené napětí v povrchové vrstvě skla. Toto zvýšené lokální napětí způsobuje samovolný lom (samoexplozi), kdy tepelně tvrzené sklo samovolně bez dalších vlivů praskne. Toto riziko se výrazně sníží procesem prohřátí tepelně zpevněného skla (HST – Heat Soak Test) podle ČSN EN 14179-1, kdy je sklo ohřáto na teplotu okolo 300 °C a na této teplotě se udržuje po dobu 2 hodin. Většina tabulí, které obsahují kritické inkluze NiS, praskne. Zbytkové riziko takto zpracovaných skel je jeden lom na více než 400 tun tepelně tvrzeného skla.

Tepelně zpevněné sklo

Tepelně zpevněné sklo (Heat strengthened glass, Teilvorgespanntesglas – TVG) nesprávně označované jako „polokalené“, je popsáno normou ČSN EN 1863-1. Tepelně zpevněné sklo je možné vyrobit z jakéhokoliv monolitického skla bez drátěné vložky řízeným zahřátím na teplotu přibližně 620 °C s postupným ochlazením, čímž se vyvolá trvalé povrchové tlakové napětí a zvýší se odolnost skla proti mechanickému a tepelnému namáhání. Každé sklo, které má být tepelně zpevněno musí mít opracovány hrany (sraženy), protože by jinak došlo při tepelném procesu k destrukci. Taktéž musí být na skle provedeny veškeré mechanické úpravy – řezání, opracování hran, broušení, vrtání – před provedením tepelného zpevnění.

Tepelně zpevněné sklo nelze použít jako sklo bezpečnostní, protože v případě rozbití se láme stejně jako sklo chlazené (základní sklo), na velké ostré střepy.

Tepelně zpevněné sklo se používá do vrstvených bezpečnostních skel a terčově uchycených skel, kde se uplatní jeho vyšší mechanická odolnost (nižší než u ESG), a současně vyšší zbytková pevnost po destrukci (výrazně vyšší než u ESG), a na zasklení, kde je riziko tepelného šoku.

Vrstvené bezpečnostní sklo

Vrstvené bezpečnostní sklo (nesprávně označované jako lepené, laminované nebo Connex^®) je popsáno normou ČSN EN ISO 12543.

Jedná se o kompozici dvou a více tabulí spojených v celé ploše mezivrstvou, která je z polyvinylbutyralové (PVB) nebo etylenvinylacetátové (EVA) fólie, nebo z pryskyřice. Takto slepené mohou být nejen tabule skleněné, ale mohou být pro určité specifické aplikace použity i tabule akrylátové, nebo polykarbonátové, (např. pro skla odolná proti průstřelu nebo výbuchu).

Vrstvené bezpečnostní sklo se používá jako ochrana proti poranění střepy, kdy úlomky skla drží fólie pohromadě, jako ochrana proti propadnutí, kdy silnější fólie při spolupůsobení velkých střepů zabrání proražení tabule a jejímu uvolnění ze zasklívacího systému (výplně zábradlí), jako ochrana osob a majetku proti násilí od běžného vandalismu, až po útoky střelnými zbraněmi a výbuchem.

Při použití vrstvených bezpečnostních skel s PVB fólií v exteriéru, nebo ve vlhkém prostředí, je nutné dbát na správný způsob zasklení a ochranu „volných“ hran před trvalým zatížením vlhkostí. PVB folie je hygroskopická, a vlivem působení vlhkosti může dojít na okrajích vrstveného bezpečnostního skla k delaminaci.

V případech strukturálního zasklení nebo tmelení skla po jeho obvodu musí být použity speciální tmely chemicky kompatibilní s použitým typem bezpečností fólie.

Klasifikace bezpečnostních skel

Bezpečnostní skla z hlediska ochrany osob se zkouší podle normy ČSN EN 12600.

Zkušební těleso o hmotnosti 50 kg (kovový válec opatřený dvěma pneumatikami) se pouští na kyvadlovém závěsu proti svisle osazenému sklu z výšky 190 mm (3), 450 mm (2) a 1200 mm (1). U skla se posuzuje charakter lomu:

• A – vznik četných prasklin tvořících oddělené úlomky s ostrými hranami (sklo chlazené, tepelně zpevněné);
• B – vznik četných prasklin, ale úlomky drží pohromadě (sklo vrstvené, sklo s nalepenou fólií);
• C – vznik značného množství malých úlomků bez ostrých hran (sklo tepelně tvrzené).

Za bezpečnostní sklo se považuje sklo s charakterem lomu B nebo C.

Sklo s požární odolností

Základními požadavky na skla s požární odolností jsou:

• celistvost (kategorie E) je taková vlastnost, která zajistí, že sklo po stanovenou dobu požáru nevypadne z konstrukce, z jeho povrchu nebudou šlehat plameny a nebude mít takové praskliny, kudy by prošlehl oheň (při zkouškách se pro ověření prasklin používají měrky).
  Celistvé sklo typu E se může rozžhavit, a tepelný tok (radiace) může růst nade všechny meze;
• omezená radiace (kategorie EW) je vlastnost, která zajistí, že tepelný tok z rozžhaveného celistvého skla během stanovené doby trvání požáru nepřesáhne hranici danou normou;
• izolace (kategorie EI) je vlastnost, která zajistí, že se během stanovené doby na neohřívaném povrchu skla teplota lokálně nezvýší o teplotu 180 °K, a v průměru se teplota na neohřívaném povrchu skla nezvýší o 140 °K.

Pro zajištění celistvosti (E) lze použít k tomu určené dva druhy skel:

• skla s nízkým podílem jiných prvků než křemíku (křemík taje při teplotě kolem 2 300 °C), která jsou tepelně tvrzená a zpravidla se neporuší po celou dobu požáru;
• skla s drátěnou vložkou, která sice během požáru popraskají, ale neotevře se v nich spára taková, že by porušila celistvost.

Pro omezení radiace (EW) nebo zajištění izolace (EI) se používají skla vrstvená s jednou nebo více speciálními mezivrstvami, které jsou tvořeny roztoky solí, nebo polymery, a jsou čiré. V případě zatížení požárem reagují na vysoké teploty, zvětšují svůj objem, a tepelně izolují další vrstvy skla a prostor na chráněné straně.

Požárně odolná skla je možné vyrobit také ze skel probarvených nebo dekorativních, a je možné mezi jednotlivé tabule skel vkládat i bezpečnostní fólie.

Požárně odolná skla kategorie EW a EI je možné slepit do dvojskel, tím mohou získat charakteristiky skel tepelně a zvukově izolačních, případně i bezpečnostních, nebo neprůstřelných.

Doplňkové materiály

Prvky z nerezové oceli

Nerezová ocel má díky svým vlastnostem široké použití při konstrukci lehkých obvodových plášťů. Kromě uplatnění, především své vysoké pevnosti na některých nejvíce namáhaných uzlových bodech konstrukce, používá se hlavně na spojovací materiál, jako jsou samořezné a metrické šrouby. Z nerezové oceli jsou vyráběny i vnější doplňkové prvky nebo kování, případně profily.

Prvky z oceli a železa

Z běžné oceli, ať už upravené pozinkováním nebo jinak ochráněné proti korozi, se vyrábí převážně kotevní prvky, popřípadě i některé profily. Použití je především v interiéru z důvodu nižší ochrany proti korozi.

Izolátory

Na izolátory, resp. přerušení tepelných mostů, se používají různě tvarované profily či pásky z tepelně izolujících plastů (polyamidu, polythermidu nebo polyuretanu vyztužených skelným vláknem, PVC, laminátů, apod.). Izolátory, které nemají pevnostní funkci, mohou být v systémech bez požární odolnosti vyrobeny z materiálů na bázi polystyrenu, polyuretanu, a pěnového polyetylénu.

Těsnění

Na osazení zasklení, jeho utěsnění, pružné či dilatační spoje a těsnění mezi rámy a křídly, se používají profily z tvárného materiálu na bázi EPDM (elastomer z EtylenPropylenDienu třídy M – syntetický kaučuk), nebo ze silikonu.

Spojovací prvky

Převážnou část spojovacích prvků systémů ocelových a hliníkových lehkých obvodových plášťů tvoří šrouby z nerezové oceli. Použití pozinkovaného ocelového spojovacího materiálu zpravidla není vhodné pro exteriérovou část konstrukce.

Prvky z plastů

Pro zakončující díly konstrukcí nebo součásti kování se používají součástky z plastů. Výhodou těchto dílů je možnost zjednodušení výroby.

Prefabrikované díly mají často velmi složité tvary, které by se běžným obráběním komplikovaně vyráběly. Nevýhodou je velmi omezená barevná škála těchto dílů a nižší odolnost na stárnutí, či odolnost proti UV záření.

Lepidla a tmely

Různé druhy lepidel a tmelů našly široké uplatnění při výrobě i montáži rámových konstrukcí i lehkých obvodových plášťů. Při jejich aplikaci je vždy nutno respektovat doporučení výrobce, podmínky aplikace, a zásady kompatibility lepených materiálů.

Tento článek je součástí obsahu kapitoly č. 2 Sborníku ČKLOP 2017. Více informací k publikaci zde.