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V.M. Sglavo – UNITN – 2008 Vetro in edilizia Caratteristiche tecniche fondamentali - sicurezza - resistenza meccanica - trasmissione luminosa - prestazioni termiche - assorbimento energetico - isolamento acustico - resistenza al fuoco - montaggio - manutenzione progettazione prescrizione normative
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V.M. Sglavo – UNITN – 2008
Vetro in edilizia
Caratteristiche tecniche fondamentali
- sicurezza - resistenza meccanica - trasmissione luminosa - prestazioni termiche - assorbimento energetico - isolamento acustico - resistenza al fuoco - montaggio - manutenzione
progettazione
prescrizione
normative
V.M. Sglavo – UNITN – 2008
Resistenza chimica del vetro
Attacco chimico da parte di H2O:
- scambio ionico
- leaching
- dissoluzione
(Si-O- Na+)vetro + H2O (Si-OH)vetro + NaOH ( ambiente basico)
Si-O-Si + OH- Si-OH + Si-O- (reazione efficace @ pH ≥ 8)
Si(OH)4 in soluzione (satura @ 100 ppm per la silice)
i vetri silicatici non resistono in ambiente basico (pH > 9)
“alcali”
(Si-O- Na+)vetro + (Si-OH)vetro (O-Si-O)vetro + NaOH
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i vetri silicatici non resistono in soluzioni di HF ( SiF4)
(Si-O- Na+)vetro + H+ H4SiO4 + Na+ (dissoluzione) se pH < 1:
scambio ionico e leaching
Fundamentals of inorganic glasses, A.K. Varshneya , Society of glass technology, 2006
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pH = 7
dissoluzione in H2O
A B C D E F
A
B
C D
E F
+5% K2O
Glass science, 2nd edition, R.H. Doremus, J. Wiley and Sons, 1994
Vetro naturale
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Weathering (resistenza agli agenti atmosferici)
• (Si-O- Na+)vetro + H2O (Si-OH)vetro + NaOH
• 2NaOH + CO2 NaHCO3, Na2CO3 + H2O (Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O)
incrostazioni solide sulla superficie
sforzi residui piccoli crateri o difetti
Necessità di periodica pulizia delle vetrate
Evitare ristagni d’acqua
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Il vetro dal punto di vista meccanico
• Fragile • Facilmente danneggiabile in superficie • Limitatamente resistente (σf ≈ 100 MPa) • Si rompe senza preavviso • Mostra evidenti fenomeni di fatica • I valori di resistenza sono molto dispersi (±30%) • I bordi delle superfici di frattura sono taglienti
Processi di rinforzo e vetri di sicurezza
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PVB – polivinilbutirrale o polivinilacetale - PVA che trattiene le schegge
vetro
PC - policarbonato che aumenta la tenacità
Vetri stratificati di sicurezza = vetri stratificati che resistono a specifiche prove di impatto e urto (UNI EN 356, UNI EN 12600)
Vetri stratificati (UNI EN ISO 12543-1/6)
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T, -p vetro
PVB / PC adesivo
Lastre piane o poco curve, anche temprate
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rete metallica che trattiene le schegge
fuso
rete
Manuale tecnico del vetro, Saint Gobain Italia, 1997
Vetri armati – retinati (UNI EN 572-3/6)
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• Tempra termica (fisica) raffreddamento veloce
• Tempra chimica (scambio ionico) modifica della composizione chimica superficiale
sforzo residuo di compressione in superficie
Processi di tempra
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ΔV
aria compressa
Schema di impianto industriale
T = 650-700 °C
compressione trazione
s
s/5
100-150 MPa
Lastre piane o poco curve
raffreddamento differenziale tra cuore e superficie
Tempra termica
norme UNI-EN 12150, UNI-EN 1863
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Ceramics and Glasses, Engineered Materials Handbook, vol. 4, ASM international, USA, 2000
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Genesi dello sforzo residuo
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vetro sodico-calcico
Ceramics and Glasses, Engineered Materials Handbook, vol. 4, ASM international, USA, 2000
solido
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Vetro indurito (UNI EN 1863) e temprato (UNI EN 12150)
Frammentazione (UNI EN 1863-1, UNI EN 12150-1)
indurito
temprato
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Resistenza meccanica (UNI EN 12150-1)
Sforzo superficiale (ASTM 1048)
Resistenza per una probabilità di rottura del 5% di vetro temprato
indurito temprato 24 – 52 MPa > 67 MPa
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Frattura del vetro temprato
σ
tempra
carico esterno (momento flettente) σf
+
=
σf più elevato (200-300 MPa) frammentazione alla frattura
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Tempra chimica
Processo di scambio ionico a T<Tg
compressione
B+
A+
B+ B+
A+ A+ A+
A+
vetro
sale fuso
raffreddamento
Glass: science and technology, Vol. 5, D.R. Uhlmann and N.J. Kreidl, Academis Press, New York, 1980
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oggetti in vetro
bagno di sale fuso (KNO3) lavaggio con acqua
T = 400 - 500°C; t = 2 - 120 h
Schema del processo industriale
Lastre di forma varia
compressione trazione
50-100 µm
200-400 MPa
σf = 300-500 MPa
