1. Allgemeines

Einer der ersten in der Glasforschung tätigen Wissenschaftler, GUSTAV TAMMANN (1861-1938), definierte Glas wie folgt: „Der Glaszustand ist der eingefrorene Zustand einer unterkühlten Flüssigkeit, die ohne zu kristallieren erstarrt ist.“ [1, Abschnitt 4.1.1] Im Bauwesen kommen fast ausschließlich Silicatgläser zur Anwendung.

Für die Herstellung von Flachgläsern wird i.d.R. Kalk-Natron-Silicatglas eingesetzt. Die chemischen und physikalischen Eigenschaften sind für das Bauwesen in der DIN 1249-10 [15] bzw. aktuell in der DIN EN 572-1 [16] geregelt. Kalk-Natron-Silicatglas besitzt die folgende chemische Zusammensetzung [1, Tab. 4.1], wobei die Dichte etwa 2500 kg/m³ beträgt:

  • ca. 70 % Quarzsand (SiO2),
  • ca. 10 % Kalk (CaO),
  • ca. 15 % Soda (Na2O),
  • Nebenbestandteile, u.a.: Fe2+... grüne Färbung, Fe3+... braune Färbung, Co2+... blaue Färbung.

Im erstarrten Zustand bildet sich eine unregelmäßige Netzwerkstruktur aus Silizium- und Sauerstoffatomen (siehe Abb. 1b), in welche sich die Alkalien einlagern. Anders als bei kristallinen Strukturen verläuft der Übergang zwischen festem und flüssigem Aggregatzustand bei einer Erwärmung nicht sprunghaft, sondern kontinuierlich. In diesem Transformationsbereich bildet sich eine unterkühlte Schmelze mit einem metastabilen (d.h. schwach stabilen) thermodynamischen Gleichgewicht aus. Die Umwandlungstemperatur vom glasigen Zustand zur metastabilen Schmelze beträgt ca. 500°C. Die endgültige Schmelztemperatur wird durch die Alkalien gesenkt. Sie beträgt für Kalk-Natron-Silicatglas ca. 1300 – 1600°C. Die Alkalien steigern jedoch die Wärmedehnung des Glases. Der Wärmeausdehnungskoeffizient aT beträgt etwa 0,9 •10-5 K-1. Die Wärmedehnung ist somit geringer als bei Stahl oder Aluminium (aT, Stahl = 1,3 •10-5 K-1, aT, Alu = 2,3 •10-5 K-1).