Der Baustoff Glas

Das Glas, das wir heute als Baumaterial verwenden, wird auf Grund seiner Zusammensetzung Kalk-Natron-Silikat- glas genannt. Bei der Herstellung werden die Rohstoffe erhitzt. Durch den nachfolgenden Kühlprozess haben die Ionen und Moleküle keine Möglichkeit, sich zu ordnen. Silizium und Sauerstoff können sich nicht zu Kristallen zusammenschliessen, der ungeordnete Molekülzustand wird „eingefroren". Glas besteht daher aus einem unregelmässig räumlich verketteten Netzwerk aus Silizium (Si) und Sauerstoff (0) in dessen Lücken Kationen eingelagert sind. Wird Glas auf etwa 1000 °C erhitzt und diese Temperatur eine gewisse Zeit gehalten, beginnt eine so genannte Entglasung. Dabei entstehen Siliziumkristalle, die von der eigentlichen Glasmasse abgesondert werden. Dieser Vorgang führt zu milchig opakem Glas.

Glas ist kein Festkörper im chemisch- physikalischen Sinne, eher eine erstarrte Flüssigkeit. Die Moleküle sind ungeordnet und bilden kein Kristallgitter. Oft wird dieser Umstand als Grund für die Transparenz des Stoffes genannt. Daneben gibt es aber noch weitere Theorien. Eine führt zum Beispiel die Transparenz auf die Tatsache zurück, dass Siliziumoxid eine sehr stabile Verbindung ist, die keine freien Elektronen aufweist, die mit der Lichtstrahlung wechselwirken können.

Der Umstand, dass Glas zu Recht als eingefrorene Flüssigkeit bezeichnet wird, führt oft zur Meinung, Glas würde auch im erstarrten Zustand stetig, wenn auch nur sehr langsam fliessen. Eine senkrecht stehende Glasscheibe würde nach einem genügend grossen Zeitraum (nach Jahrzehnten oder Jahrhunderten) am unteren Ende messbar dicker werden. Dem ist aber nicht so. Es gilt heute als wissenschaftlich erwiesen, dass ein Glaskörper bei Gebrauchstemperaturen seine Form durch die eigene Schwergewichtsbelastung nicht verändert, es sei denn es handelt sich um eine Durchbiegung im statischen Sinn.

Im Vergleich zu vielen Kristallen, hat Glas eine amorphe Isotropie, d. h. die Eigenschaften sind unabhängig davon, in welcher Richtung sie gemessen werden.

Zug- und Druckfestigkeit

Die silikatische Grundmasse verleiht dem Glas Härte und Festigkeit, aber auch die bekannte und unerwünschte Sprödigkeit. Eine Eigenschaft, der man in jedem Anwendungsfall gebührende Beachtung schenken muss. Glas kennt, im Gegensatz etwa zu Metallen, keinen plastischen Bereich. Es ist elastisch bis zur Bruchgrenze. Der Bruch erfolgt daher plötzlich, ohne vorherige sichtbare Anzeichen.

Die Druckfestigkeit von Glas ist sehr hoch. Sie übertrifft diejenige von anderen Baumaterialien bei weitem. Daher stellt sie bei der praktischen Anwendung von Glas am Bau kaum Probleme dar. Entscheidend ist die Zugfestigkeit, insbesondere die Biegezugfestigkeit. Es ist bekannt, dass Glasfasern eine sehr hohe Zugfestigkeit aufweisen. Es besteht jedoch ein grosser Unterschied zwischen der Tragfähigkeit einer Glasfaser und einer Glasscheibe. Die Tragfestigkeit der Glasscheibe hängt praktisch nicht mehr vom Zusammenhalt in der chemischen Struktur ab, sondern von anderen Einflüssen. Glas ist in Wirklichkeit kein völlig kompakter Körper, sondern verfügt über zahlreiche Diskontinuitäten, als Oberflächenfehler in Form von Mikrorissen und Kerbstellen. Letztendlich bestimmen diese die praktische Festigkeit. Bemerkenswert ist zudem, dass die Festigkeit mit der Belastungsdauer abnimmt, daher gelten in der Praxis oft unterschiedliche zulässige Spannungen, je nach Art der Belastungsdauer. Eine typische Kurzzeitbelastung ist z. B. Windlast, während Schneelasten längerfristig einwirken.

Für verschiedene Glasarten zum Beispiel Geländer aus Glas sind anwendungsbezogene Spannungen zulässig (SIA 331, 329).

Kratzer sind ab einer Tiefe von etwa 100 nm (0,0001 mm) sichtbar, ab etwa 2000 nm (0,002 mm) spürbar. Bei beschichteten Gläsern sind Kratzer bereits ab einer Tiefe von ca. 10 nm sichtbar!

Wärmeausdehnungskoeffizient

Verglichen mit anderen Werkstoffen besitzt Glas eine geringe Wärmeausdehnung, die zudem von der Zusammensetzung abhängt. Glaskeramik z. B. weist praktisch keine Wärmeausdehnung auf. Daher entfallen Spannungen, die sich aus unterschiedlich erwärmten Zonen ergeben können. Der Ausdehnungskoeffizient von 9,0 x 10^–6/K bedeutet, dass sich eine 1 Meter lange Floatglasscheibe bei einer Erwärmung um 100 °K um 0,9 mm ausdehnt. Für Aluminium läge der analoge Wert bei 2,4 mm.

Im Vergleich zu Metallen, ist die Fähigkeit von Glas, Wärme zu leiten, zwar sehr gering, gegenüber gebräuchlichen Isolationsmaterialien jedoch hoch. Sie spielt aber in der praktischen Anwendung am Bau nur eine unbedeutende Rolle, da die ausserordentlich gute Wärmedämmung von Isoliergläsern insbesondere auf der Wirkung von Wärmedämmbeschichtungen beruht.

Unter Temperatuwechselbeständigkeit versteht man die Fähigkeit, einem schroffen Temperaturwechsel zu widerstehen. Sie wird in Kelvin angegeben und stellt ein Mass für die Wahrscheinlichkeit eines so genannten Thermoschocks dar, d. h. eines Bruches infolge themischer Überbelastung. Je höher die Temperaturwechselbeständigkeit eines Glases ist, desto geringer ist die Gefahr für einen Thermoschock. Ein direkter Schluss aus der Temperaturwechselbeständigkeit auf maximal zulässige Oberflächentemperaturen einer Verglasung ist jedoch nicht möglich, da insbesondere die Temperaturverteilung im Bauteil massgebend ist.

Floatglas weist eine hohe Resistenz gegenüber fast allen Chemikalien auf. Eine Ausnahme bildet Flusssäure (HF), die zum Glasätzen verwendet wird. Auch gegen viele wässrige Lösungen ist Glas jedoch nicht absolut stabil. Sowohl saure als auch insbesondere basische Lösungen können die Oberfläche angreifen.

Eine hervorragende Eigenschaft von Glas ist seine Durchlässigkeit für Sonnenstrahlung, insbesondere für Licht. Dieses Merkmal, verbunden mit seiner hohen Festigkeit, seiner harten Oberfläche und seiner ausserordentlich hohen Beständigkeit macht Glas zu einem einzigartigen, praktisch nicht ersetzbaren, Baustoff.

Schalldämmung

Auf Grund seiner Dichte eignet sich Glas ausgezeichnet zur Schalldämmung. Glas wird jedoch im Vergleich zu anderen Baustoffen (Backstein, Beton, Holz, usw.) in der Regel nur in sehr geringen Dicken eingebaut, damit relativiert sich diese Aussage. Optimale Schalldämmwerte erreicht man mit entsprechend aufgebauten Isolierglas- oder mit speziellen Verbundsicherheitsglaselementen, deren Elementdicken vergleichsweise immer noch sehr gering sind.

Glas ist einer der beständigsten Baustoffe, den man sich vorstellen kann.

• Glas rostet nicht
• Glas fault nicht
• Glas wird nicht von Pilzen befallen
• Glas verwittert nicht
• Glas verfärbt sich nicht
• Glas nimmt keine Feuchte auf
• Glas gibt keine Feuchte ab
• Glas quillt nicht
• Glas schwindet nicht
• Glas verwindet sich nicht
• Glas widersteht Kälte und Wärme
• Glas wird weder spröde noch weich
• Glas ist UV- und lichtbeständig