Вся электронная библиотека >>>

 Стройматериалы >>>

  

 

 Технология производства строительных материалов, изделий и конструкций


Раздел: Строительство

 

6.1. Изделия из стекольных расплавов

  

6.1.1. Составы и основные свойства стекла

 

В строительстве применяются различные виды листового и строительно-архитектурного стекла, в промышленности и других отраслях народного хозяйства широко используются разнообразные виды технического стекла: оптическое, кварцевое, светотехническое, закаленное листовое, триплекс — трехслойное, гнутое — моллированное, химико-лабораторное, медицинское, электродное, специальные стекла для атомной техники и др. Основным видом стекла, используемым в строительстве, является оконное листовое, по объему производства которого наша страна занимает первое место в мире, выпуская ежегодно около 250 млн. м2.

Свойства стекла определяются прежде всего составом входящих в него оксидов. Главными стеклообразую- щими оксидами являются оксиды кремния, фосфора и бора, в соответствии с чем стекла называют силикатными, фосфатными или боратными. Подавляющее большинство промышленных стекол является силикатными. Фосфатные стекольные расплавы применяют в основном для производства оптических, электровакуумных стекол, боратные — для специальных видов стекол (рент- генопрозрачных, реакторных и др.). Смешанные боро- силикатные стекла применяют для изготовления оптических и термически устойчивых стеклоизделий.

Химический состав стекол в значительной степени влияет на их свойства. Строительное стекло содержит 71,5—72,5% Si02, 1,5—2% А1203, 13—15 % Na20, 6,5— 9 % СаО, 3,8—4,3 % MgO и незначительное количество других оксидов (Fe203, К2О, S03). Увеличение содержания оксидов А120З, СаО, ZnO, В20з, ВаО повышает прочность, твердость, модуль упругости стекла и снижает его хрупкость. Повышенное содержание Si02, А120з, В20з, Fe203 увеличивает теплопроводность. Окси-ды щелочных металлов, а также СаО, ВаО повышают температурный коэффициент линейного расширения, a Si02, Al203, ZnO, В203, Zr02 уменьшают его. Введение в состав стекла оксида свинца взамен части Si02 и Na20 вместо К20 приводит к повышению блеска и световой игры, что позволяет получать хрустальные изделия. Добавки фторидов и пятиокиси фосфора уменьшают свето- прозрачиость стекол, позволяют получать «глушеные», непрозрачные стеклоизделия. Таким образом, варьирование химического состава стекол позволяет изменять их свойства в нужном направлении в соответствии с областью их использования.

Стекло как строительный материал обладает целым рядом ценных качеств, не свойственных другим материалам, и прежде всего, светопрозрачностью при высокой плотности и прочности, в связи с чем оно является незаменимым материалом для светопроемов.

Плотность обычного строительного стекла составляет 2,5 т/м3. С увеличением содержания оксидов металлов с низкой молекулярной массой (В20з, 1Л0г) плотность стекла понижается до 2,2 т/м3, с увеличением содержания оксидов тяжелых металлов (свинца, висмута и др.) плотность повышается до 6 т/м3 и более.

Прочность при сжатии стекла достигает 700—1000 МПа, прочность при растяжении значительно ниже — 30—80 МПа. Прочностные показатели изделий из стекла зависят не только от состава, но и от целого ряда других факторов: способа получения, режима тепловой обработки, состояния поверхности, размеров изделия. Низкая прочность стекла при растяжении и изгибе обусловлена наличием на его поверхности микротрещин, микронеоднородностей и других дефектов. Теоретическая прочность стекла при растяжении, рассчитанная различными способами, достигает 10000 МПа.

Для повышения прочности стекол применяют различные технологические приемы: повышение температуры отжига, закалку, травление и комбинированные методы, покрытие поверхности различными пленками, микрокрн- сталлизация, армирование, триплексование и др. При травлении стекла плавиковой кислотой происходит растворение поверхностного слоя и удаление наиболее опасных дефектов, в результате чего прочность стекла повышается в 3—4 раза и более. Закаливание отожженных стекол увеличивает прочность в 4—5 раз. Комби

нированные способы закалки и травления позволяют значительно повысить прочность стекла (до 800—900 МПа). Упрочнение стекла после травления путем нанесения силиконовой пленки приводит к повышению прочности стекла в 5—10 раз.

Термохимический способ упрочнения стекол заключается в закалке с последующей обработкой кремнийорга- пической жидкостью, что позволяет получить закаленное стекло с защитной кремнекислородной пленкой и прочностью при изгибе до 550—570 МПа.

На прочность стекла при растяжении и изгибе в значительной мере влияет размер изделия. Так, прочность на растяжение стеклянного волокна диаметром Ю-3 мм достигает 200—500 МПа, что значительно выше показателей для массивного стекла. Воздействие длительных нагрузок снижает прочность стекла примерно в 3 раза, после чего значение этого показателя стабилизируется. Наступает так называемое явление усталости стекла, которое обусловлено влиянием окружающей среды, и прежде всего воды. Прочность стекла изменяется с изменением температуры. Стекло имеет минимальную прочность при +200 °С, максимальную при —200 °С и +500 °С. Увеличение прочности при понижении температуры объясняют уменьшением действия поверхностно- активных веществ (влаги), а при высоких температурах (до 500 °С) возможностью появления пластических деформаций.

Модуль упругости стекол лежит в пределах 45000— 98000 МПа. Отношение модуля упругости к прочности при растяжении (Е/Rp) — так называемый показатель хрупкости стекла — достигает 1300—1500 (у стали он составляет 400—450, у резины — 0,4—0,6). Чем больше показатель хрупкости материала, тем при меньшей деформации напряжение в материале достигает предела прочности.

Стекла являются типично хрупкими материалами. Они практически не испытывают пластической деформации и разрушаются, как только напряжение достигает предела упругой деформации. Хрупкость стекла — величина обратная ударной прочности. Ударная прочность при изгибе обычного стекла составляет 0,2 МПа, закаленного — 1—1,5 МПа. Хрупкость можно снизить увеличением содержания в стекле оксидов В203, А1203, MgO, а также закалкой стекол, травлением кислотой и другп-

ми способами его упрочнения. Твердость обычных силикатных стекол составляет 5—7 по шкале Мооса. Кварцевое стекло и боросодержащие малощелочные стекла имеют большую твердость.

Теплоемкость промышленных стекол колеблется в пределах 0,3—1,1 кДж/(кг-°С), увеличиваясь с повышением температуры и содержания оксидов легких металлов.

Теплопроводность обычных стекол невысока, при температуре до 100 °С она составляет 0,4—0,88 Вт/(м-°С). Наибольшая теплопроводность у кварцевых стекол — 1,34 Вт/(м-°С), а наименьшая — у стекол с большим содержанием щелочи.

Температурный коэффициент линейного расширения обычных строительных стекол сравнительно невысок, он лежит в пределах (9—15) • Ю-6 °С-1, увеличиваясь с повышением содержания в стекле щелочных металлов. Наименьший температурный коэффициент линейного расширения у кварцевого стекла: 5- 10^7°С-1.

Термостойкость стекол определяется совокупностью термических свойств (теплоемкостью, теплопроводностью, температурным коэффициентом линейного расширения), а также размерами и формой изделия. Кварцевые и боросиликатные стекла имеют наибольшую термостойкость. Тонкостенные изделия более термостойки, чем толстостенные.

Электрические свойства стекла оцениваются объемной и поверхностной электропроводностью. Электропроводность определяет возможность применения стекол в качестве изоляторов и учитывается при расчете режимов работы стекловаренных электропечей. При нормальной температуре объемная электрическая проводимость стекол мала (Ю-13—Ю-15) Ом_1-см-1. С возрастанием температуры она повышается. Увеличение содержания в составе щелочных оксидов, особенно оксида лития, повышает электропроводность стекол. Закалка стекол приводит к увеличению их электропроводности, кристаллизация — к ее уменьшению.

Стекло обладает уникальными оптическими свойствами: светопропусканием (прозрачностью), светопреломлением, отражением, рассеиванием. Светопропускание стекла достигает 92 %. Оно находится в прямой зависимости от его отражающей и поглощающей способности. Показатель преломления для обычных строительных стекол составляет 1,46—1,51. Он определяет светопро- пусканне стекол при разных углах падения света. При изменении угла падения света с 0° (перпендикулярно плоскости стекла) до 75° светопропускание уменьшается с 92 до 50 %. Коэффициент отражения может быть снижен или увеличен путем нанесения на поверхность стекла специальных прозрачных пленок определенной толщины и с меньшим или большим показателем преломления, избирательно отражающих лучи с определенной длиной волны.

Поглощающая способность стекла в значительной степени зависит от его химического состава, увеличиваясь с повышением содержания оксидов тяжелых металлов, и от толщины изделий. Многие специальные виды стекол (например, солнцезащитные) отличаются значительным светопоглощением—до 40 %.

Обычные силикатные стекла хорошо пропускают всю видимую часть спектра и незначительную часть ультрафиолетовых и инфракрасных лучей.

Поглощение ультрафиолетовой области спектра достигается увеличением содержания в стекле оксидов титана, свинца, хрома, сурьмы, трехвалентного железа и сульфидов тяжелых металлов. Поглощение инфракрасной области спектра достигается при окраске стекла Fe2+ и Сг2+. Кварцевые стекла хорошо пропускают коротковолновую инфракрасную и ультрафиолетовую области спектра, а сернистомышьяковые стекла — длинноволновые инфракрасные излучения. Для пропускания ультрафиолетовых лучей содержание оксидов железа, титана и хрома в стекольной шихте должно быть минимальным. Стекла, пропускающие рентгеновские лучи, содержат оксиды легких металлов — L20, ВеО, В20з. Таким образом, изменяя химический состав стекол и применяя различные технологические приемы, можно получать специальные виды стекол с солнце- и теплозащитными свойствами, предопределяющими теплотехнические и светотехнические показатели светопрозрачных ограждений.

Химическая устойчивость стекол характеризует их сопротивляемость разрушающему действию водных растворов, атмосферных воздействий и других агрессивных сред. Силикатные стекла отличаются высокой стойкостью к большинству химических реагентов, за исключением плавиковой и фосфорной кислот. Химическая устойчивость силикатных стекол объясняется образованием при воздействии воды, кислот и солей защитного нерастворимого поверхностного слоя из гелеобразной крем- некислоты — продукта разложения силикатов.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ КНИГИ: Технология производства строительных материалов, изделий и конструкций

 

Смотрите также:

 

§ 4.2. Материалы и изделия из стекольных расплавов

Наибольшее распространение получили материалы и изделия из стекольных расплавленных масс.
• Пеностекло и газостекло получают путем вспучивания расплава размолотого стекла, смешанного с веществом (известняком, углем), которое при температуре 750...850°С способно...

 

...основы получения изделий из стекольных расплавов

Обязательным компонентом шихты является стекольный бой. Перед обработкой стекольный бой должен быть отсортирован, измельчен, вымыт и подвергнут магнитной
Материалы и изделия из силикатных расплавов. Стекло и изделия из стекла. Сырье.

 

СТЕКЛЯННЫЕ РАБОТЫ. Применение стекла, изделий из стекла...

Для кладки стеклоблоков применяют жесткие (В/Ц=0,48-0,5) строительные растворы: цементно-песчаные на цементе М400 состава 1:(4+5) и известково-цементные
Материалы и изделия из стекольных расплавов. Стекло и его применение в строительстве. Понятие о стекле.

 

МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ ИЗ МИНЕРАЛЬНЫХ РАСПЛАВОВ - ситаллы...

1. материалы и изделия на основе стеклянных Расплавов.
Стекло выпускается толщиной от 2 до 6 мм, свето-пропускаемость его з зависимости от толщины колеблется от 90 до 85% и понижается с увеличением толщины.

 

Стекло и изделия из минеральных расплавов

Стекло и изделия из минеральных расплавов. § 13. Общие сведения. Свойства стекла. Стекло — аморфный прозрачный материал, получаемый переохлаждением
Стекло имеет низкую теплопроводность 0,069..Л ,34 Вт/(м»°С) и высокие звукоизоляционные свойства.

 

СТЕМАЛИТ - плоское стекло покрытое эмалевой краской Стекло...

Стекло закаленное эмалированное— стемалит (ГОСТ 22279). Стемалит — плоское стекло, покрытое с одной стороны эмалевой краской и подвергнутое термообработке с целью
Материалы и изделия из стекольных расплавов. Стекло и его применение в строительстве.

 

Стеклянное волокно и стекловолокнистые изделия. Штапельное...

Материалы и изделия из силикатных расплавов. Стекло и изделия из стекла.
§ 1. Назначение стекольных работ. § 2. Виды остекляемых переплетов. § 3. Свойства и виды стекла.