شیشه؛ عنصر درخشان معماری که مرزهای طراحی را شکست

شیشه یک ماده جامد غیرآلی است که معمولاً شفاف یا نیمه شفاف، سخت، شکننده و مقاوم در برابر عوامل طبیعی است. شیشه از زمان‌های قدیم برای ساخت اشیاء کاربردی و تزئینی مورد استفاده قرار گرفته. هنوز در صنایع مختلفی همچون ساخت و ساز، لوازم خانگی و ارتباطات از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.

 

فرایند تولید

با استفاده از مواد ذوب‌شده‌ای مانند شن سیلیکا و با سرعت کافی جهت جلوگیری از تشکیل کریستال‌های قابل مشاهده تولید می‌شود. این فرآیند باعث ایجاد یک ماده بی‌کریستالی و شفاف می‌شود که ویژگی‌های منحصر به فردی دارد.

 

انواع کاربرد

نواع کاربردها و مصارف شیشه بسیار گسترده و متنوع است و این ماده از زمان‌های باستان تا به امروز به‌عنوان یکی از پرکاربردترین مواد در زندگی انسان شناخته می‌شود.

ساخت‌وساز و معماری

در صنعت ساختمان‌سازی جایگاه ویژه‌ای دارد. از جمله کاربردهای آن می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• پنجره‌ها و درها: در انواع پنجره‌های معمولی، دوجداره و سه‌جداره برای بهبود عایق حرارتی و صوتی به کار می‌رود.
• نماهای ساختمان: استفاده از آن در نمای ساختمان‌ها (مانند شیشه‌های رفلکس و شیشه‌های فتوولتائیک) باعث زیبایی، بازتاب نور و افزایش بهره‌وری انرژی می‌شود.
• مصالح ساختمانی دیگر: انواع سکوریت، لمینت، و مقاوم در برابر ضربه در پله‌های شیشه‌ای، دیوارهای جداکننده، سقف‌های شفاف و حتی در کف‌سازی به کار می‌روند.

لوازم خانگی و تزئینی

در تولید لوازم خانگی و تزئینی نقشی بسیار مهم دارد:

• ظروف شیشه‌ای: از شیشه برای ساخت انواع لیوان‌ها، بشقاب‌ها، کاسه‌ها و ظروف مقاوم در برابر حرارت (مانند پیرکس) استفاده می‌شود.
• وسایل تزئینی: تولید گلدان‌ها، آینه‌ها، چراغ‌های لوکس و مجسمه‌های شیشه‌ای نمونه‌هایی از کاربرد شیشه در هنر و دکوراسیون است.
• لوازم آشپزخانه: اجاق‌های شیشه‌ای، درب‌های فر، مخلوط‌کن‌ها و وسایلی که نیاز به سطح صاف، مقاوم و زیبا دارند از شیشه ساخته می‌شوند.

ارتباطات و فناوری اطلاعات

شیشه در فناوری‌های مدرن و ارتباطی کاربرد حیاتی دارد:

• فیبر نوری: شیشه‌های بسیار شفاف در ساخت فیبرهای نوری استفاده می‌شوند که برای انتقال اطلاعات با سرعت بالا در شبکه‌های اینترنت و تلفن ضروری هستند.
• تجهیزات نوری: لنزهای شیشه‌ای در دوربین‌ها، میکروسکوپ‌ها، تلسکوپ‌ها و عینک‌ها استفاده می‌شوند.
• صفحات نمایشگر: شیشه در تولید صفحه‌نمایش‌های لمسی، نمایشگرهای LCD و OLED نقش کلیدی ایفا می‌کند.

صنعت خودرو

شیشه در ساخت قطعات مختلف خودرو بسیار حائز اهمیت است:

• شیشه جلو و عقب خودرو: این شیشه‌ها معمولاً از نوع لمینت و مقاوم در برابر ضربه هستند.
• آینه‌ها و پنجره‌ها: شیشه‌های الکتروکرومیک که می‌توانند میزان نور عبوری را تنظیم کنند، در خودروهای مدرن استفاده می‌شوند.

صنایع پزشکی و علمی

شیشه به دلیل ویژگی‌های شیمیایی و فیزیکی خاص خود در این حوزه‌ها پرکاربرد است:

• ظروف آزمایشگاهی: لوله‌های آزمایش، بشرها، ارلن‌ها و تجهیزات مقاوم در برابر مواد شیمیایی از شیشه ساخته می‌شوند.
• شیشه‌های دارویی: از شیشه برای تولید ویال‌ها، سرنگ‌ها و بسته‌بندی‌های مقاوم در برابر آلودگی استفاده می‌شود.

انرژی و محیط‌زیست

شیشه به‌طور گسترده در تولید و ذخیره انرژی‌های پاک به کار می‌رود:

• صفحات خورشیدی: شیشه‌های مخصوص در سلول‌های فتوولتائیک برای جمع‌آوری انرژی خورشیدی استفاده می‌شوند.
• توربین‌های بادی: در ساخت برخی از پره‌ها و اجزای محافظتی توربین‌ها از شیشه‌های مقاوم استفاده می‌شود.

صنایع فرهنگی و هنری

شیشه به‌عنوان یک ماده هنری در تاریخ بشر شناخته شده است:

• شیشه‌های رنگی: در ساخت پنجره‌های کلیساها و آثار هنری قدیمی استفاده می‌شده است.
• حکاکی و تراشکاری: صنایع دستی و تزئینات شیشه‌ای شامل حکاکی روی شیشه و ساخت جواهرات شیشه‌ای است.

امنیت و حفاظت

شیشه‌های مقاوم در برابر ضربه و گلوله در ساختمان‌های حساس و وسایل نقلیه خاص به کار می‌روند:

• شیشه‌های ضدگلوله: در بانک‌ها، سفارتخانه‌ها و خودروهای امنیتی استفاده می‌شوند.
• شیشه‌های ضدحریق: این شیشه‌ها مانع از گسترش آتش‌سوزی می‌شوند و در درهای اضطراری و دیوارهای آتش‌گیر استفاده می‌شوند.

انواع شیشه‌های معماری در ساخت و ساز

شیشه یکی از مواد پرکاربرد در معماری و ساخت و ساز است که ویژگی‌های ساختاری خاص خود را دارد. انواع مختلفی از آن‌ها در ساخت و ساز استفاده می‌شوند. که بسته به کاربردهای مختلف، از نظر ایمنی، عملکرد حرارتی، شرایط اقلیمی و ظاهر ساختمان تفاوت دارند.

1. پایه (Base Glass)

   • پایه شامل شناور آنیل شده و شیشه‌های تزئینی است.
   • شناور (Float Glass) رایج‌ترین نوع است که در فرایند تولید از مذاب شیشه‌ای که روی حمام مذاب قلع شناور می‌شود، به دست می‌آید.
   • شناور دارای ابعاد حداکثر ۶.۰X۳.۲ متر و ضخامت‌های مختلف (۴، ۵، ۶، ۸، ۱۰، ۱۲، ۱۵، ۱۹ میلی‌متر) است.
   • مقاومت شناور در برابر شکست حدود ۴۵ نیوتن بر میلی‌متر مربع است.

2. حرارت دیده (Tempered/Toughened Glass)

   • تحت فرایند حرارتی قرار می‌گیرد تا مقاومت بیشتری در برابر فشار و شوک حرارتی داشته باشد.

3. مقاوم در برابر حرارت (Heat Strengthened Glass)

   • با استحکام بالا که در معرض دمای بالا قرار می‌گیرند تا در برابر تغییرات دمایی مقاوم باشند.

4. لمینت (Laminated Glass)

   • لایه‌ای از پلاستیک بین دو یا چند لایه شیشه قرار داده می‌شود. این نوع شیشه مقاوم در برابر شکستن و خطرات احتمالی است.

5. با پوشش سرامیکی (Glass with Ceramic Frit)

   • پوششی از ذرات سرامیکی دارند که به افزایش مقاومت و عملکرد حرارتی کمک می‌کند.

6. با آهن کم (Low Iron Glass)

   • با مقدار بسیار کم آهن که شفافیت بالاتری دارد و برای نماهای شفاف و طراحی‌های مدرن استفاده می‌شود.

7. رنگی (Body Tinted Glass)

   • در طی فرآیند تولید رنگ‌دهی می‌شوند تا ویژگی‌های زیبایی‌شناسی و عملکرد حرارتی بهتری داشته باشند.

8. عایق (Insulated Glass)

   • دو یا چند لایه شیشه را با یک لایه هوا یا گاز عایق جدا می‌کنند تا عملکرد حرارتی و صوتی بهتری داشته باشند.

-(فرآیند شیشه شناور (Float Glass Process) شیشه‌ای با کیفیت بالا و ساختاری برای مقاصد ساختمانی تولید می‌کند.)

 

پروژه 727 West Madison

 

حرارت دیده (Tempered Glass) / تقویت شده (Toughened Glass)

شیشه حرارت دیده حدود ۲.۵ برابر قوی‌تر از شیشه استاندارد با همان ضخامت است.

در برابر شوک‌های فیزیکی و حرارتی مقاوم‌تر است و عمدتاً برای ایمنی و استحکام استفاده می‌شود.

• فرآیند تولید: به دمای یکنواختی حرارت داده شده و سپس به سرعت خنک می‌شود تا تقویت شود. در این فرایند، هسته داخلی آن به مدت طولانی‌تری مایع باقی می‌ماند. تا تنش کششی مشابهی در هسته و تنش فشاری در لایه سطحی ایجاد شود. این تنش فشاری مانع از رشد ترک‌های میکروسکوپی موجود می‌شود. بنابراین حرارت دیده از شیشه معمولی قوی‌تر است.
• ابعاد و ضخامت: حداکثر ابعاد معمولی ۴.۰ x ۲.۴ متر و ضخامت‌های رایج ۴، ۵، ۶، ۸، ۱۰، ۱۲، ۱۵ یا ۱۹ میلی‌متر است.
• مقاومت در برابر شکست: حرارت دیده معمولاً دارای مقاومت شکستی ۱۲۰ نیوتن بر میلی‌متر مربع است. زمانی که شیشه حرارت دیده می‌شکند، به تکه‌های ریز و بدون لبه‌های تیز می‌شکند. که خطر آسیب را کاهش می‌دهد.
• کاربردها:
  • در کاربردهای ساختاری مانند پنل‌های کنار پله برقی، نرده‌ها، حفاظ‌ها و درهای مقاوم در برابر آتش که نیاز به حمایت قوی دارند.
  • همچنین در مناطق دید فرودگاه‌ها و جایی که نیاز به استحکام بالا باشد استفاده می‌شود.
  • شیشه حرارت دیده در برابر بارهای باد، برف، حرارتی یا لرزه‌ای مقاوم است و معمولاً در پروژه‌های تجاری و ساختمانی استفاده می‌شود.

 

پروژه فرودگاه بین‌المللی سی-تاک

 

مقاوم در برابر حرارت (Heat Strengthened Glass)

مقاوم در برابر حرارت حدود ۱.۵ برابر قوی‌تر از شناور است. این شیشه مشابه نوع حرارت دیده فرآوری می‌شود، اما فرآیند خنک‌سازی آن نسبت به حرارت دیده کمتر سریع است.

• ضخامت و ابعاد: ضخامت‌های معمول آن‌ها ۶، ۸، ۱۰ و ۱۲ میلی‌متر است و ابعاد حداکثر معمول آن ۴.۰ x ۲.۴ متر می‌باشد.
• مقاومت در برابر شکست: نوع مقاوم در برابر حرارت معمولاً دارای مقاومت شکست حدود ۷۰ نیوتن بر میلی‌متر مربع است. زمانی که می‌شکند، قطعات بزرگتری به وجود می‌آید که برای برخی از کاربردهای آن لمینت مناسب است.
• کاربردها: در کاربردهای ساختاری در ساختمان‌ها استفاده می‌شود که نیاز به استحکام اضافی برای مقاومت در برابر بارهای باد، برف، حرارتی و لرزه‌ای دارند. اما شیشه مقاوم در برابر حرارت به عنوان شیشه ایمنی در نظر گرفته نمی‌شود. مگر اینکه جزو واحد شیشه لمینت باشد.

لمینت (Laminated Glass)

لمینت از دو یا چند لایه تشکیل شده که توسط لایه‌های میان‌دستی پلی وینیل بوتیرال(PVB) یا مواد ایونوپلاست به هم متصل می‌شوند. استفاده از لایه‌های متعدد باعث می‌شود که پنل‌های شیشه‌ای مقاوم‌تر و ایمن‌تر شوند.

• ضخامت و ابعاد: ضخامت‌های استاندارد PVB شامل ۰.۳۸، ۰.۷۶ و ۱.۵۲ میلی‌متر است. ابعاد حداکثر معمول آن ۳.۶ x ۲.۴ متر می‌باشد.
• ایمنی: این نوع شیشه به دلیل استفاده از لایه‌های متعدد و افزایش ایمنی در برابر شکست، برای کاربردهایی که ایمنی پس از شکست مهم است، مناسب است.

 

پروژه Gilman Hall در دانشگاه جانز هاپکینز