| Силикатные стекла отличаются
необычным сочетанием свойств, высокой прочностью и ярко выраженной
хрупкостью, свето- и радиопрозрачностью, абсолютной водонепроницаемостью и
универсальной химической стойкостью. Все это объясняется спецификой состава и
строения стекла.
Плотность стекла зависит от химического состава и для
обычных строительных стекол составляет 2400...2600 кг/м3. Плотность оконного
стекла — 2550 кг/м3. Высокой плотностью отличаются стекла, содержащие оксид
свинца («богемский хрусталь») — более 3000 кг/м3. Пористость и водопоглощение
стекла практически равны 0 %.
Механические свойства. Стекло в строительных конструкциях
чаще подвергается изгибу, растяжению и удару и реже сжатию, поэтому главными
показателями, определяющими его механические свойства, следует считать
прочность при растяжении и хрупкость.
Теоретическая прочность стекла при растяжении — (10.. .12)
• 103 МПа. Практически же эта величина ниже в 200...300 раз и составляет от
30 до 60 МПа. Это объясняется тем, что в стекле имеются ослабленные участки
(микронеоднородности, дефекты поверхности, внутренние напряжения). Чем больше
размер стеклоизделий, тем вероятнее наличие таких участков. Примером
зависимости прочности стекла от размера испытуемого изделия служит стеклянное
волокно. У стекловолокна диаметром 1...10 мкм прочность при растяжении
300...500 МПа, т. е. почти j 10 раз выше, чем у листового стекла. Сильно
снижают прочность стекла на растяжение царапины; на этом основана резка
стекла алмазом.
Прочность стекла при сжатии высока — 900... 1000 МПа, т.
е. почти как у стали и чугуна. В диапазоне температур от — 50 до + 70° С
прочность стекла практически не изменяется.
Стекло при нормальных температурах отличается тезц что у
него отсутствуют пластические деформации. При нагружении оно подчиняется
закону Гука вплоть до хрупкого разрушения. Модуль упругости стекла Е =
(7...7,5) - 104 МПа.
Хрупкость — главный недостаток стекла. Основной показатель
хрупкости — отношение модуля упругости к прочности при растяжении E/Rp, У
стекла оно составляет 1300...1500 (у стали 400...460, каучука 0,4...0,6).
Кроме того, однородность строения (гомогенность) стекла способствует
беспрепятственному развитию трещин, что является необходимым условием для
проявления хрупкости.
Твердость стекла, представляющего собой по химическому
составу вещество, близкое к полевым шпатам, такая же, как у этих минералов, и
в зависимости от химического состава находится в пределах 5...7 по шкале
Мооса.
Оптические свойства стекла характеризуются
светопропусканием (прозрачностью), светопреломлением, отражением,
рассеиванием и др. Обычные силикатные стекла, кроме специальных (см. ниже),
пропускают всю видимую часть спектра (до 88...92 %) и практически не
пропускает ультрафиолетовые и инфракрасные лучи. Показатель преломления
строительного стекла (п = 1,50... 1,52) определяет силу отраженного света и
светопропускание стекла при разных углах падения света. При изменении угла
падения света с 0 до 75° светопропускание стекла уменьшается с 90 до 50 %.
Теплопроводность различных видов стекла мало зависит от их
состава и составляет 0,6...0,8 Вт/(м • К), 1гго почти в 10 раз ниже, чем у
аналогичных кристаллических минералов. Например, теплопроводность кристалла
кварца — 7,2 Вт/(м • К).
Коэффициент линейного температурного расширения (KJTP)
стекла относительно невелик (для обычного стекла 9 • 10~6 К"*). Но из-за
низкой теплопроводности и высокого модуля упругости напряжения, развивающиеся
в стекле при резком одностороннем нагреве (или охлаждении), могут достигать
значений, приводящих к разрушению стекла. Это объясняет относительно малую
термостойкость (способность выдерживать резкие перепады температур) обычного
стекла. Она составляет 70...90° С.
Звукоизолирующая способность стекла довольно высока.
Стекло толщиной 1 см по звукоизоляции приблизительно соответствует кирпичной
стене в полкирпича — 12 см.
Химическая стойкость силикатного стекла — одно из самых
уникальных его свойств. Стекло хорошо противостоит действию воды, щелочей и
кислот (за исключением плавиковой и фосфорной). Объясняется это тем, что при
действии воды и водных растворов из наружного слоя стекла вымываются ионы Na+
и Са++ и образуется химически стойкая пленка, обогащенная S02. Эта пленка
защищает стекло от дальнейшего разрушения.
|