Tema 13: Vidrio y productos de vidrio. 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Materias primas y estructura del vidrio Propiedades del vidrio. Procesos de fabricación. Tipos y Productos de vidrio para construcción. Aplicaciones del vidrio en construcción. Normativa y Marcado CE de productos de vidrio. 7. Glosario de Conceptos. MATERIALES I Curso 2014-2015. Ciencia y Tecnología de la Edificación. C. Guadalajara Profesor Ana Mª Marín Palma
El vidrio • Material cerámico no cristalino, procedente de la fusión de materiales inorgánicos y enfriamiento rápido a una condición rígida (estructura amorfa e isótropa). • Se obtiene a partir de la sílice, al incluir otros óxidos en su estructura. • Una vez fundido, el vidrio se conforma fácilmente en caliente, pudiendo obtenerse diferentes productos. • Los vidrios permiten el paso de la radiación solar hasta un 90 %, por lo que son transparentes a la luz visible y a las radiaciones infrarrojas de onda corta.
A) ESTRUCTURA CRISTALINA B) ESTRUCTURA AMORFA (VÍTREA)
Materias primas • Óxidos formadores: El óxido de silíceo o sílice (SiO4) es el principal componente de los vidrios. En la naturaleza se encuentra en forma cristalina (tetraedros unidos por vértice). • Óxidos modificadores: Rompen la red de tetraedros de sílice (alcalinos – Na, K – y alcalinotérreos – Ca, Mg ). • Óxidos intermediarios: No pueden formar vidrios por si mismos. Se incorporan a los vidrios de sílice para modificar sus características.
Tipos de Vidrio • Por su composición, existen cuatro tipos de vidrio: Componentes (%) Sódico-cálcico
Plomo
Borosilicato
Sílice 96
Sílice Sodio Potasio
70-75 12-18 0-1
53-68 5-10 1-10
73-82 3-10 0,4-1
Calcio
5-14
0-6
0-1
15-40
0-10 5-20
Plomo Boro Aluminio Magnesio
0,5-3 0-4
0-2
2-3
3-4
Vidrio para construcción • Los productos de vidrio para construcción están hechos, principalmente, con vidrios sódico-cálcicos. • La sílice constituye la estructura básica, el sodio facilita la fusión y el calcio provee de estabilidad química. • Tiene el punto de fusión más bajo (es el más barato). • Fácilmente moldeable. • Transmite la radiación solar: dejan pasar la luz pero producen efecto invernadero. • Se puede colorear añadiendo óxidos metálicos. • Aplicación constructiva: cerramientos.
Propiedades del vidrio • Dependen de la temperatura (viscosidad). • Propiedades físicas: Alta densidad (2-4 g/cm3), impermeables Trasparentes (factor solar variable). Baja reacción al fuego y resistencia a choque térmico. • Propiedades químicas: Estables e inertes (salvo frente a ácidos fuertes y álcalis) • Propiedades mecánicas: Duro, Resistente a compresión y a la abrasión. Fractura frágil por propagación de defectos (quebradizo)
Energía incidente
Energía reflejada
Energía transmitida
Energía absorbida
Energía remitida
Fabricación de productos de vidrio • Consta de varias fases: Fusión de las materias primas (hornos continuos). Conformación en caliente: Estirado y laminado (láminas, barras, fibras) Moldeado (colado, soplado o prensado) Tratamiento superficial: flotado (reducción de defectos) impresiones y decoraciones. Recocido: recalentamiento (alivia las tensiones). Templado (opcional): aumenta las tensiones superficiales Enfriamiento controlado: evita la aparición de tensiones.
VIDRIO “float” (Pilkington, 1952)
VIDRIO “float” (Pilkington, 1952)
Tipos de vidrio para Construcción • Plano: obtenido por laminado o flotado • Templado: Tratado térmicamente. • Laminado: Compuesto de láminas de vidrio y adhesivo. • Tintado: Coloreado en masa (óxidos metálicos). • Impreso y Decorado: tratado superficialmente • Termo-crómico y electro-óptico: dopados componentes termosensibles o piezoeléctricos. • Armado: armado con malla metálica. • Moldeado: fabricado por moldeo.
con
Productos de vidrio para Construcción • En función de su aplicación, se pueden clasificar en: • Cerramientos: ventanas y huecos acristalados (simple y doble) fábricas de bloques muros cortina carpintería vista u oculta vidrio “estructural” • Paramentos pisables: Suelos de vidrio. • Vidrio celular: Vidrio muy poroso, con baja absorción y conductividad térmica (Alta RF). • Fibra de vidrio: Mantas para aislamiento térmico Refuerzo de plásticos y conglomerados • Fibra óptica: conducción de luz (hormigón translúcido) y sensores de deformación (materiales “inteligentes”).
Vidrio aislante, doble acristalamiento Láminas separadas (por aire deshidratado, gas inerte, vacío) y cerradas herméticamente
Acristalamiento simple
Doble acristalamiento
Vidrio Templado • • • •
Calentamiento a 600ºC y enfriamiento rápido Incremento de resistencia a flexión (200MPa) Rotura en trozos pequeños poco cortantes Imposibilidad de manipulación posterior
Vidrio Laminado • Compuesto por dos o más láminas de vidrio unidas por materiales adhesivos (butiral de polivinilo (PVB), etilvinil-acetato (EVA)). • La rotura de un vidrio no provoca el colapso del material. • Buen comportamiento frente a impacto (Vidrio de seguridad).
Vidrios tintados (coloreados) • Adición de óxidos durante el moldeado Fe: verde Se: bronce Co, Ni: Gris • Reducen la transmisión de radiación solar (aumento de la absorción térmica) • Excesivo calentamiento • Necesidad de templado • Difícil de reponer (variaciones cromáticas)
Vidrios tintados (coloreados)
VIDRIO con capa electro-óptica
Variación de las propiedades ópticas al pasar una corriente eléctrica.
VIDRIO con capa termocrómica Variación de las propiedades cromáticas al transmitirle calor.
Vidrio impreso • En una de sus caras tiene un dibujo grabado. • Vidrios templados, laminados, armados.
Vidrio armado • Se incrusta en su interior una malla metálica en forma de retícula. • Si se rompe, los pedazos de vidrio quedan unidos al alambre evitando su caída • Diferencia de comportamiento ante el calor o el frío del vidrio y el metal
Vidrio moldeado • Prensado de una masa fundida de vidrio en moldes de los que toman su forma. - Sencillos: Un solo elemento macizo. - Doble: Dos elementos independientes que, soldados entre si, dan lugar a una sola pieza con cámara de aire.
Vidrio moldeado Bloque de vidrio (“Pavés”)
VIDRIO MOLDEADO “u-GLASS”
VIDRIO MOLDEADO “Curvado”
Vidrio “estructural”
Vidrio “estructural”
Marcado CE de Productos de vidrio • Productos de vidrio con Marcado CE (2006-2007): Productos básicos de vidrio sódico-cálcico, borosilicato y vitrocerámicas: flotado, armado, impreso (UNE-EN 572-9) Vidrio templado y de seguridad (UNE-EN 1863-2) Productos de vidrio recubierto y espejos (UNE-EN 1096-4) Vidrio laminado (PNE-EN 14449) Vidrio aislante (UNE-EN 1279-5)
Bloques y paveses (UNE-EN 1051-1) U-glass (UNE-EN 572-1) Vidrio celular (UNE-EN 13167)
Evaluación de la Conformidad (CE) • Dependiendo del uso constructivo, se aplican diferentes sistemas de evaluación: Sistema1: Resistencia a fuego, balas o explosiones. (Certificación de producto) Sistema 3: Reacción al fuego, eficiencia energética o aislamiento acústico. (Ensayo inicial de tipo) Sistema 4: Resto de casos. (Declaración del fabricante)
Glosario de conceptos del Tema 13 • Estructura vítrea
• Vidrio templado
• Componentes del vidrio
• Vidrio laminado
• Tipos de vidrio según composición
• Vidrios decorativos y dopados
• Vidrios para construcción
• Vidrio reforzado
• Propiedades de los vidrios
• Vidrio moldeado
• Procesos de fabricación de productos
• Vidrio “estructural”
• Tipos de vidrio para construcción
• Productos de vidrio para construcción
• Vidrio plano
• Marcado CE de productos de vidrio
• Vidrio aislante
• SEC según aplicaciones
Tema 13: Vidrio y productos de vidrio. 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Materias primas y estructura del vidrio Propiedades del vidrio. Procesos de fabricación. Tipos y Productos de vidrio para construcción. Aplicaciones del vidrio en construcción. Normativa y Marcado CE de productos de vidrio. 7. Glosario de Conceptos.
Bibliografía de consulta recomendada. • Smith, W.; Fundamentos de ciencia e ingeniería de los materiales, Ed. McGraw-Hill, 1998. • CITAV; Manual del vidrio, CITAV, 2001. • Vasquez, C; El vidrio: Arquitectura y Técnica, Ed. ARQ, Chile, 2006. • Amstock, J. S.; Manual del vidrio en la Construcción, McGraw-Hill, 1999 • www.saint-gobain-glass.com/es/ (antigua Cristalería Española)