Il vetro: storia, composizione e applicazioni in edilizia

Il vetro nella storia

Circa 5000 anni fa gli abitanti della Mesopotamia scoprirono che a temperature elevate (circa 1400℃) silicio, calcio e carbonato di sodio, potassa e ossidi di metallo potevano essere trasformati in una massa vetrosa Le prime lastre di vetro piane vennero prodotte con le tecniche della fusione già in epoca romana, oltre alla produzione per soffiaggio. Nel XVIII secolo venne migliorato il procedimento del soffiaggio ed allo stesso si unì la laminazione dei cilindri ottenendo in questo modo per la prima volta lastre di grandi dimensioni

Il vetro nei grandi centri espositivi dell'800

La natura chimica del vetro

Il vetro è una sostanza solida amorfa, le cui molecole sono disordinate e non formano alcun reticolo cristallino (sostanza vetrosa). Questa è la ragione per cui il vetro è un materiale trasparente. Il vetro si ottiene dalla fusione (1200-1500 gradi) di tre elementi fondamentali: VETRIFICANTE FONDENTE SILICE sotto forma di sabbia cristallina e/o rocce quarzifere Ossido di Silicio (SiO2) OSSIDO DI SODIO con funzione di riduzione della temperatura di fusione della silice STABILIZZANTE CARBONATO DI CALCIO rende inalterabile e resistente agli agenti atmosferici e chimici il vetro

La prestazione del vetro

Il vetro è un materiale fragile Il vetro è un materiale omogeneo e isotropo, sotto carico ha un comportamento elastico-lineare, sia a trazione sia a compressione, prima di arrivare a rottura. La resistenza meccanica del vetro a compressione è superiore rispetto alla resistenza meccanica a trazione.

Le tecniche di formature delle lastre

La tecnica usata in passato della soffiatura, seguita dall'appiattimento della massa vetrosa, è stata sostituita dalla tiratura, dalla laminazione ed infine dalla tecnica Float

• Lastre tirate( tecnica ormai scarsamente impiegata, messa a punto a fine 800' inizio 900') si ottengono tirando verticalmente la massa vetrosa fusa.
• Lastre laminate si ottengono facendo passare la massa vetrosa attraverso un laminatoio a rulli
• Lastre float si ottengono per galleggiamento della massa di vetro fusa su un letto di Stagno fuso

I vetri temprati sono vetri che hanno subito un processo termico o chimico che ne aumenta la resistenza meccanica.

• La tempra termica consiste nel riscaldamento e brusco raffreddamento della lastra.
• La tempra chimica (per vetri di ridotto spessore)consiste nell'immersione delle lastre in soluzioni di Sali di Potass

La produzione del vetro float

Dal nome del più diffuso procedimento di produzione industriale del vetro, messo a punto da Sir A. Pilkington (UK) alla fine degli anni '50 del Novecento. Il nome float viene dal verbo Inglese "to float" che significa "galleggiare" e deriva dal fatto che, ad un certo punto del processo, il nastro di vetro in formazione si trova a galleggiare su uno strato di stagno fuso (liquido). Oggi più del 90% del vetro viene prodotto con il metodo FLOAT

Il float

Il vetro fuso cola dal forno su di un bagno di stagno fuso. Il vetro galleggia sulla superficie liquida e piana e viene tirato sino a divenire un nastro a facce parallele. Sui bordi del nastro le ruote dentate (top rolls) distendono o retraggono il vetro lateralmente, per ottenere lo spessore desiderato. Gli spessori ottenuti sono compresi tra 1,1 e 19 mm.

La ricottura

Avviene a 600℃; il nastro di vetro viene fatto correre sui rulli di un tunnel di raffreddamento, il nastro di vetro si raffredda, sotto controllo, fino alla temperatura ambiente. Il nastro di vetro acquista, intorno ai 500℃, le proprietà di un solido perfettamente elastico.

La squadratura

Raffreddato a temperatura ambiente, il nastro di vetro viene controllato e, successivamente, tagliato in lastre della dimensione massima di 6x3,21 m, con taglio dei bordi longitudinali. 3 IL FLOAT 5 LA SQUADRATURA 4 LA RICOTTURA

Le prestazioni del vetro

Proprietà meccaniche del vetro sodo-calcico

(il più diffuso per applicazioni in edilizia) Resistenza a compressione: Il carico ammissibile è dell'ordine di 1000 N/mm2 (MPa); tale valore è di difficile misurazione perché il contatto non uniforme tra superfici del provino e piastre di prova induce concentrazioni di sforzi che forniscono valori della tensione di rottura molto dispersi.

• resistenza a trazione: trascurabile, rispetto alla resistenza a compressione. Minima quindi anche la resistenza a flessione.
• Modulo elastico: Elevato e variabile a seconda del tipo di vetro.
• Durezza: 6-7 sulla scala di Mohs
• Resistenza all'attacco chimico: elevata
• Densità: Il vetro ha una densità pari a circa 2500 kg/m3, che corrisponde, nel caso dei vetri piani, ad una massa di 2,5 kg per m2 e per ogni mm di spessore

Il comportamento termico del vetro

Il coefficiente di dilatazione lineare del vetro è pari a 9 x 10-6 (K-1) La dilatazione lineare è espressa da un coefficiente che misura l'allungamento dell'unità di lunghezza per una variazione di temperatura pari a 1°C. Il riscaldamento o il raffreddamento parziale di una vetrata può determinare tensioni interne tali da provocare la rottura della lastra. L'esempio più comune di rischio di rottura termica è quello rappresentato dai bordi coperti di una lastra di vetro che, in presenza di forte irraggiamento solare, si riscalderanno più lentamente rispetto alla superficie direttamente esposta alla radiazione solare. Il vetro deve essere lasciato libero di dilatarsi, pertanto le strutture di supporto e i sistemi di bloccaggio devono lasciare spazio sufficiente per assecondare le dilatazioni del vetro.

La sicurezza nell'impiego del vetro

Requisiti di sicurezza

PROTEZIONE DAL RISCHIO DI FERITE IN CASO DI URTI ACCIDENTALI Di norma, i vetri adatti allo scopo sono quelli la cui definizione normativa è completata dal termine "sicurezza". PROTEZIONE DAL RISCHIO DI CADUTA DI OGGETTI SULLE COPERTURE VETRATE I vetri stratificati evitano il passaggio attraverso la parete vetrata di un oggetto in caduta accidentale e garantiscono una stabilità residua del vetro dopo l'urto per la protezione delle zone di attività e di passaggio. PROTEZIONE DAGLI ATTI VANDALICI E ALL'EFFRAZIONE PROTEZIONE DAI PROIETTILI DI FUCILI A PALLA PROTEZIONE DAI PROIETTILI DI ARMI DA SPALLA E DA PUGNO

Il vetro stratificato di sicurezza

Vetro stratificato (laminated glass) Elemento strutturale in vetro composto da una lastra di vetro accoppiata con una o più lastre in vetro e/o in materiale plastico tramite l'utilizzo di intercalari come definito dalla norma europea UNI EN 12543-1 Vetro stratificato di sicurezza (laminated safety glass) Vetro stratificato che, grazie alle caratteristiche meccaniche e di adesione dell'interstrato utilizzato, permette di raggiungere maggiori livelli di sicurezza (UNI EN 12543-1). A rottura presenta una resistenza residua poiché l'interstrato trattiene i frammenti di vetro solidali tra loro riducendo quindi i possibili danni provocati dalla caduta di frammenti (ferite da taglio o penetrazione).

Il vetro camera

Il vetrocamera è un sistema di vetratura composto da almeno 2 lastre singole o stratificate separate ai bordi da un distanziatore . L'intercapedine tra le due lastre riempita di aria secca o di gas speciali che riducono lo scambio termico per convezione (Argon). La tecnica del vetrocamera ha rappresentato il primo passo per il miglioramento delle prestazioni termiche delle vetrate. due o più lastre di vetro intercapedine con aria o gas profilo distanziatore sigillante butilico sali disidratanti sigillante butilico

I vetri basso emissivi

I vetri basso emissivi (LOW-E) sono vetri permeabili alle radiazioni termiche solari in entrata ma che trattengono il calore in uscita (riducono gli scambi termici radiativi) In questo modo, attraverso una drastica riduzione delle dispersioni termiche per irraggiamento, i vetri basso emissivi garantiscono elevate prestazioni di isolamento termico. I vetri basso emissivi sono rivestiti di ossidi metallici che, una volta depositati sul vetro, ne rafforzano le proprietà di isolamento termico e di controllo solare.

I vetri selettivi

Il vetro selettivo, grazie ad alcuni depositi metallici presenti su una faccia di una lastra (normalmente la faccia interna della lastra esterna) permette la trasmissione della radiazione luminosa ma respinge quella termica o infrarossa che provoca il surriscaldamento dell'ambiente.

Il fattore solare g

Il fattore solare g è il rapporto tra il flusso totale di energia che attraversa un componente trasparente e il flusso incidente sullo stesso; è quindi una grandezza adimensionale variabile tra 0 ed 1 (0 - 100%)

L'evoluzione tecnologica dei sistemi di vetratura

1. Vetri semplici
2. Uso di doppi vetri uniti al perimetro (vetrocamera);
3. Uso di vetri stratificati ai fini acustici;
4. Incremento dell'isolamento termico dell'intercapedine vetrata (gas speciali);
5. Trattamento superficiale dei vetri per ridurre l'irraggiamento (vetri basso emissivi);
6. Trattamento superficiale dei vetri per aumentare la schermatura solare (vetri selettivi)

Le nuove frontiere delle lastre di vetro in edilizia

I vetrocamera sotto vuoto

Grazie a questa tecnologia i vetrocamera sottovuoto riesco a ridurre la trasmissione del calore (trasmittanza termica) fino 0,7 W/m2K con soli 6 mm di spessore (pari a quella di una muratura di mattoni pieni spessa oltre 70 cm). Ciò grazie all'eliminazione degli scambi termici convettivi all'interno dell'intercapedine.

I vetri elettrocromici

Sono vetri rivestiti da un film sottile dotato di proprietà fotocromiche. Passaggio reversibile da uno stato di alta trasparenza a uno stato colorato per mezzo di un impulso elettrico. Iniezione o estrazione di piccoli ioni ed elettroni con un impulso di tensione.

I vetri a cristalli liquidi

I vetri a cristalli liquidi Le finestre intelligenti (smart windows) possono essere realizzate con dispositivi a cristalli liquidi detti PDLC (Polymer Dispersed Liquid Crystal). Nel PDLC le molecole di cristalli liquidi sono incapsulate in ordine sparso in una matrice polimerica. Nello stato non attivato la luce viene diffusa ed il materiale assume una colorazione lattea. Nello stato attivato le molecole vengono orientate in direzione del campo elettrico applicato ed il materiale diviene trasparente. Conductive layers Conductive layers Light 50% Light 75% 00 Glass Glass O OFF ON

I vetri fotovoltaici

CORNICE VETRO ULTRASOTTILE 2mm FILM TERMOPLASTICO CELLE CIGS FILM TERMOPLASTICO VETRO ULTRASOTTILE 2mm SCATOLA DI GIUNZIONE

Le nuove frontiere del vetro in edilizia

I blocchi di vetro fotovoltaici

Le fibre di vetro

Fibre ottiche Sono composte da un filamento flessibile a sezione circolare di pochi micron in vetro, quarzo fuso o PMMA rivestito da un materiale ad indice di rifrazione più basso Glass Glass - 0 00