Festigkeit von thermisch entspanntem Floatglas aus Kalk-Natron-Silikatglas bei hohen Temperaturen bis zum Transformationsbereich
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen des Forschungsprojekts wurde die Festigkeit von Kalk-Natron-Silikatglas und Borosilikatglas bei Temperaturen bis 550 °C experimentell im Doppelringbiegeversuch ermittelt. Die Festigkeit von Glas hängt, bedingt durch sein sprödes Materialverhalten, insbesondere vom Grad der Vorschädigung ab. Daher wurden die Gläser mit einem Kratzer, welcher mit einem Diamanten in die Glasoberfläche eingebracht wurde, reproduzierbar vorgeschädigt und bei 200 °C für 4 Stunden mit Wärme behandelt. Im Anschluss wurden diese Proben im Doppelringbiegeversuch bei Temperaturen bis 550 °C bis zum Bruch belastet. Anhand der gemessenen Kraft und der Geometrie wurden, über ein geschlossen-analytisches Modell des Versuchsaufbaus, die Festigkeiten der Gläser berechnet. Während des Versuchs wurde zusätzlich die Verformung in der Mitte der kreisrunden Gläser aufgezeichnet. Mit Hilfe der gemessenen Kraft und Verformung wurde die Steifigkeit des Materials für die verschiedenen Prüftemperaturen bestimmt. Die Art und Weise der lokalen Verformungsmessung an Glasproben stellt einen bisher einzigartigen Versuchsaufbau dar, welcher keine Berücksichtigung der Nachgiebigkeit der Prüfmaschine erfordert. Die Festigkeitsprüfung der vorgeschädigten Gläser zeigt, dass die Bruchfestigkeit mit steigender Prüftemperatur zunächst nur leicht und schließlich im Bereich hoher Temperaturen (550 °C) stark ansteigt. Es wird vermutet, dass der Festigkeitsanstieg der Gläser im Transformationsbereich (550 °C) durch Effekte aus Rissheilung und Rissspitzenausrundung resultieren. Hier sind jedoch weitere Forschungsaktivitäten notwendig, um statistische gesicherte Aussagen bzgl. der Bruchfestigkeit der Gläser tätigen zu können. Die Beobachtungen bzgl. des Elastizitätsmoduls zeigen für Kalk-Natron-Silikatglas eine stetig leicht sinkende Steifigkeit mit steigender Temperatur, bis schließlich bei 500 °C ein starker Steifigkeitsabfall zu erkennen ist. Beim Borosilikatglas lässt sich zunächst eine Versteifung des Materials bis 450 °C erkennen, wohingegen bei 500 °C nahezu die gleiche Steifigkeit wie bei 20 °C resultiert. Momentan fehlen jedoch noch Erkenntnisse, warum sich das Borosilikatglas in diesen Temperaturbereichen derart verhält. Für die Forschungsaktivitäten bzgl. der additiven Fertigung von Glas (Glas-3D-Druck) und den in der Wirtschaft eingesetzten thermischen Vorspannprozess von Gläsern liegen nun weitere und vor allem aktuelle Forschungsergebnisse bzgl. Festigkeit, Steifigkeit und Bruchverhalten von Kalk-Natron-Silikatglas und Borosilikatglas vor. Im Bereich der statischen Berechnung von Lasten tragenden Verglasungen, welche in Zukunft, den aktuellen Trends aus Architektur und Bauingenieurwesen folgend, vermehrt im Bauwesen eingesetzt werden, liefern die ermittelten Daten relevante Ergebnisse. Insbesondere können Impulse bzgl. der Temperaturabhängigkeit der Glasfestigkeit in der aktuellen Glasbaunormung gegeben werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Double ring bending tests on heat pretreated soda–lime silicate glass. Glass Struct Eng (2020)
Schwind, G., von Blücher, F., Drass, M. et al.
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Experimental investigations on the fracture strength of sodalime silica glass at elevated temperatures. Postponed Engineered Transparency Conference 2020. Conference Book
Schwind, G., von Blücher, F., Drass, M., Schneider, J.
