Тема 4 «Стекло»

46. Стекло. Специфические свойства и конструктивные возможности. Сырьевые материалы для производства стекла.

Стекло – группа аморфных изотропных тел, получаемых переохлаждением силикатных расплавов.

• Прочность обычного оконного стекла 2500кг/м3.

• Пористость у стеклянных материалов отсутствует.

• Материалы из стекла могут обладать высоким пределом прочности при сжатии, но предел прочности при изгибе и растяжении часто меньше в 6-10 раз в результате микротрещин, внутренних напряжений, инородных включений и других микродефектов.

• Материалы из стекла относятся к хрупким, у них отсутствуют пластические деформации.

• Заметно повышается ударная прочность стекла после дополнительной тепловой обработки или нанесения на поверхность тонких плёнок различного состава, в том числе полимерных.

• Звукоизолирующая способность стекла относительно высока.

• Важнейшими специфическими свойствами стекол являются их оптические свойства светопрозрачность, отражение, рассеяние, поглощение и преломление света.

Конструкционные материалы из стекла (пеностекло, стекловатные для теплоизоляции) используются в сравнительно ограниченном объёме, но практически в любом современном здании, сооружении применяются конструкционно-отделочные стеклянные материалы. Объёмно-конструктивные изделия: Стеклоблок, стеклотрубы, стеклопакет, стеклопрофилит.

Сырьевые смеси для производства стекла состоят из различных минеральных компонентов, которые можно подразделить на основные и вспомогательные.

Основные состовляющие сырьевых смесей подбираются по необходимому химическому составу стекол, в котором различаются кислотные, щелочные и щелоче-земельные компоненты:

• Кварцевый песок

• Полевой шпат или каолит

• Борный ангидрид

• Известняк, магнезит и доломит

Вспомогательные материалы используются для придания стеклам специальных свойств и улучшения их качества: красители, обесцвечиватели, окислители, восстановители, глущители и др.

47. Основы технологического процесса производства стекла.

Основные технологические операции :

1. Подготовка сырьевых компонентов

2. Получение шихты (расчет состава шихты; взвешивание отдельных компонентов; смешивание компонентов)

3. Варка стекла производится в печах различного типа. (5 стадий стекловарения: силикатообразование, стеклообразование, осветление и гомогенизация, студка.)

4. формование стекломассы. При производстве материалов из стекла применяют следующие способы формования: прессование, прокат, вытягивание, на расплаве металла.

5. После формования материал подвергают отжигу. Отделку лицевой поверхности стекла производят механическим, химическим способами и путем нанесения различных покрытий.

Механическая обработка- резка, шлифование, гравирование, пескоструйная обработка, ультразвуковая обработка.

Химическая обработка- травление и матирование, хим полировка, выщелачивание(для повышения светопроницания и получения ''радужного'' эффекта), декорирование цветными протравами(диффузия) и др.

Покрытия на поверхности стекла наносят в виде слоев керамических и других красок, эмалей, фактурных посыпок, люстров, силиконовых растворов, солей и оксидов металлов и др.ия цементного теста нормальной густоты.

48. Листовое светопрозрачное стекло. Основные виды. Свойства. Применение

Листовое стекло — основной вид стекла, используемый для остек­ления оконных и дверных проемов, витрин и внутренней отделки зданий.

Основные виды:

● Оконное стекло разделяют в зависимости от толщины марка от 2-6 мм, в зависимости от наличия дефектов на сорта. светопропуск 85%. Производится трех марок; полированное, непо­лированное улучшенное, неполированное.

● Витринное 6-10 мм, меньше дефектов. Витринное стекло производится двух марок: М7 — полирован­ное и М8 — неполированное, толщиной 6,5-12 мм и максимальных размеров 3000x6000 мм. Применяется для остекления витрин, вит­ражей и окон общественных зданий. Светопропускание витринных стекол 75-83%.

● Теплопоглощающее Получают, добавляя в стекломассу добавки (хром, кобальт), которые снижает светопропускание и придает определенный оттенок. Остекленение музеев, транспорта д/защиты от солнечной радиации

● Армированное – стандартное квадратное. Более термостойкое безопасное. сварная или крученая сетка из стальной проволоки; производится способом проката; не рассыпается при ударах и пожаре; КС бесцветного= 60-75%; может быть гладким, цветным, рифленым, узорчатым)

● Теплоотражающее (пленки металлов или их оксидов; пропускают 40-60% тепла и повышают теплозащиту в холодную погоду; цветное; КС= 30-70%)

● Увиолевое (изгот. из стекольной шихты с минимальным содержанием оксида железа, титана и хрома; пропускает 25-75% ультрафиолетовых лучей; темного сине-фиолетового цвета; исп. д/остекленения лечебных, детских учреждений, оранжерей)

● Матовое (обработанное пескоструйкой)

● Кварцевое (термостойкое; выдерживает перепады t до 200 градусов; изгот. химпосуды)

● Закаленное «сталинит» (Стекло очень прочное на сжатие, растяжение и изгиб.. Является безопасным. выпускается стандартными листами; при разрушении распадается на мелкие осколки с тупыми не режущими краями; применяется д/устройства перегородок, потолков, дверей)

● Многослойное (состоит из нескольких листов стекла, прочно склеенных прозрачной эластичной прокладкой; наибольшее распространение получил триплекс – трехслойное плоское безопасное стекло на поливинилбутиральной пленке; при разрушении нет осколков; исп. д/остекленения транспорта, тракторов и др. с/х машин)

● Электропроводящее исветопропускающее. Наносится на магнетронных установках. ( изгот напылением на поверхность стекла тонкой (0,5 мкм) пленки солей металлического серебра, которые образуют электропроводящее прозрачное покрытие с целью обогрева стекла и предотвращения запотевания; исп. д/изготовления стеклопакетов в качестве источников теплоты)

● Рентгенустойчивое. Для повышения средней плотности вводят оксид свинца 9до 80%). При этом оптические показания не уменьшаются. Вводят литий, кадмий, бор для уменьшения ионного излучения.

49. Облицовочные стекла. Виды. Области применения.

При производстве облицовочного стекла используется технология, которая включает в себя нанесение стеклоэмали - это специальная водорастворимая краска, на стеклянную основу, которую после прекращения высушивания, помещают в печь.

Под воздействием высоких температур происходит спекание материала с образованием цельной конструкции.

Современными особенностями этой технологии является использование новейшего оборудования, что позволяет получать не только стекло различных цветовых оттенков ну и с повышенной прочностью — закаленное стекло. А также имеется возможность изготавливать стекло с рисунком под натуральный камень.

Облицовочное стекло выпускается прозрачным или окрашенным в массе (глушенное стекло) С целью применения для отделки: атмосферостойкие, твердые, прочные, невозгоарающие, водонепроницаемые, светостойкие, разнообразных цветов, форм, характеристики поверхности.

Виды облицвочных стекол:

Стемалит – листы плоского стекла, внутренняя сторона которых окрашена керамической краской.Применяется для отделки фасадов, интерьеров общественных и промышленных зданий, ограждений балконов и лоджий.

Марблит – материал в виде плоских прямоугольных или квадратных плит с полированной лицевой и рифлёной внутренней поверхностью. Марблит обладает высокой прочностью, поэтому служит для наружной и внутренней облицовки зданий различного функционального назначения.

Смальта – куски глушёного стекла неправильной формы толщиной 10мм, полученные из стекломассы отливкой или прессованием.

Стеклоплитка (крупноразмерная и мелкоразмерная - мозаичная) позволяет создавать оригинальную отделку интерьеров.

Стеклокрошка Получают из окрашенной или прозрачной шихты, а также из отходов стекла, для отделки бетонных фасадов.

Витражи. – декоративное стекло, прозрачное или глушенное, которое закрепляется в металлическом каркасе.

Рельефное или узорчатое стекло. Получают на основе листового стекла, нанося рельеф или узор специальными способами. Сохраняется освещенность, но ограничивается видимость.

Зеркала-получают на основе листового стекла (закаленного). Это полированное стекло, на кот с обратной стороны наносят тонкий слой алюминия или серебра, который защищен слоем прозрачной эмали или лака.

50. Стеклоблоки, стеклопакеты, стеклопрофилит. Способы производства, свойства, область применения.

Стеклоблоки.

Стеклоблоки – это две стеклянные пластины, толщиной до 6-7 мм, спаянные между собой. Блоки стеклянные пустотелые получают сваркой по периметру двух прессованных полублоков, стекломасса которых может быть бесцветной или цветной. Внутренняя поверхность гладкая или с рельефным рисунком. В процессе герметической сварки в блоке создается частичное разрежение воздуха, повышающее теплоизоляционные свойства. Блоки имеют квадратную или прямоугольную форму, но могут быть и другой формы, в том числе криволинейной угловой. Масса блоков обычно 2,4 и 4,3 кг. Применяется в основном для строительства ненесущих стен (внешних и внутренних), как отделочный материал в обустройстве интерьера предназначены для кладки наружных ограждений, перегородок, заполнения светопроемов в жилых, общественных и промышленных зданиях.. Из стеклоблоков возводят стены ванных комнат, межкомнатные перегородки, делают вставки в стены как декоративный элемент

Стеклопакеты

Стеклопаке́т — светопрозрачная конструкция строительного назначения из двух и более стёкол, скреплённых (склеенных) между собой по контуру с помощью дистанционных рамок и герметиков. Изделия для стекления.тБывают склеенные, спаянные или сварные. Толщина прослойки может быть 9, 12, 15 мм.

Стеклопакеты получают при соединении по контуру с определенным зазором двух или более листов стекла. Между листами стекла образуется герметически замкнутые прослойки, заполненные воздухом или для улучшения характеристик сопротивления теплопередаче газом, например, аргоном.По конструктивным особенностям и способам изготовления выделяют стеклопакеты клееные, паянные и сварные.В зависимости от назначения для стеклопакетов используют оконное, витринное, закаленное, теплопоглощающее и другие стекла. Площадь стеклопакета до 5 м2, расстояние между стеклами 15-20 мм и др. Стеклопакеты отличаются пониженной теплопроводностью, хорошей звукоизолирующей способностью, не замерзают и не запотевают. Иногда полости заполняют войлоком или холстом из стеклянного или синтетического волокна. Активно применяются в строительстве, для устройства светопрозрачных фасадов и светопрозрачных конструкций зданий

Стеклопрофилит

Стекло строительное профильное формуют на прокатных установках из бесцветного или цветного стекла в виде непрерывного профильно-погонажного материала коробчатого или швеллерного сечения, с гладкой, рифленой или узорчатой поверхностью. Предназначено для внутренней и наружной отделки зданий, для устройства светопрозрачных ограждающих конструкций в промышленном и гражданском строительстве. Представляет собой стеклянное изделие П-образной формы, которое изготавливается методом непрерывного вытяжения из щелочно-силикатного стекла. Далее происходит формирование стеклянного профиля.

Производится множество различных серий стеклопрофилита, которые отличаются по видам поверхности, по геометрическим характеристикам, по наличию специальных покрытий (теплоизоляционное, солнцезащитное, цветное). Это обуславливает его широкую область применения в проектировании различных архитектурных и дизайнерских решений. П-образная форма сечения стеклопрофилита придает материалу прочность и жесткость, а также наделяет его некоторыми другими свойствами:

● возможность устройства ограждающих светопрозрачных конструкций длиной до 7 метров без дополнительного крепления;

● возможность радиусного остекления;

● легкость монтажа;

● высокие показатели теплоизоляции при двойном монтаже;

● множество различных вариантов установки.

Применяется в качестве ограждающих светопрозрачных конструкций зданий и сооружений; качестве облицовочного материала стен ; в качестве внутренних перегородок; в качестве декоративных элементов фасадов и интерьеров

51. Теплоизоляционные и акустические материалы. Изделия из стекломасс (ячеистые и волокнистые).

Теплоизоляционные материалы и изделия обладают высокой пористостью и низкой тепло­проводностью. Они предназначены для тепловой защиты зданий, сооружений, а также для изо­ляции различных тепловых установок во избе­жание потерь тепла (холода).

Теплоизоляционные материалы классифицируют

● по форме — плоские (плиты, маты, войлок и др.), фасонные (цилиндры, полуцилиндры, сегменты), шнуро­вые, рыхлые (вата, перлит и др.);

● по струк­туре — волокнистые, ячеистые и зернистые;

● по зиду исходного сырья — неорганические и органические;

● по содержанию связующего вещества — содержащие и не содержащие такое вешество;

● по возгораемости — несгораемые, трудносгораемые, сгораемые.

Акустические материалы.

Акустические материалы и изделия, применяемые в конструкциях жилых, общественных и производственных зданий, предназначены для защиты от шума. По назначению их подраз­деляют на звукопоглощающие и звукоизоляционные прокладочные мате­риалы и изделия. Первые используют в звукопоглощающих конструкциях (подвесные потол­ки, облицовки стен помещений и объемные звукопоглотители) с целью уменьшения интен­сивности отраженного звука в производствен­ных и общественных помещениях. Вторые при­меняют в качестве упругих прокладок в кон­струкциях междуэтажных перекрытий с «пла­вающим» полом с целью снижения уровня шума, передаваемого в нижележащее помещение.

Издеия из стеклянных масс:

Стекловолокно— волокно или комплексная нить, формируемые из стекла. В такой форме стекло демонстрирует необычные для себя свойства: не бьётся и не ломается, а вместо этого легко гнётся без разрушения.. Получают из стекломассы различными способом: фильерным, дутьевым, центробежным, штабиковым. Фильерный способ – из расплава стекла через отверстия (фильеры) в платиновой пластине вытягивают тонкие прочные нити, которые, охлаждаясь, затвердевают и наматываются на вращающийся барабан. Получаются длинные нити, которые применяют для выработки стеклотканей, стеклопластиков и гидроизоляционных изделий. При дутьевом и центробежном способах получают стекловолокно диаметром 5-15 мкм и небольшой длины 5-50 см. Такое стекловолокно называют стекловатой. Она отличается от минеральной ваты большей химической стойкостью, хотя коэффициент теплопроводности у них примерно одинаковый. Основное применение стекловолоконных материалов – это получение различного вида стеклопластиков.

Пеностекло (вспененное стекло, ячеистое стекло) — теплоизоляционный материал, представляющий собой вспененную стекломассу. Для изготовления пеностекла используется способность силикатных стёкол размягчаться и (в случае наличия газообразователя) пениться при температурах около 1000°С. По мере нарастания вязкости при охлаждении вспененной стекломассы до комнатной температуры получившаяся пена приобретает существенную механическую прочность. Выпускают в виде блоков и гранул. Пеностекло хорошо подвергается механической обработке – пилится, гвоздится и склеивается. Коэффициент теплопроводности = 0,04 – 0,15 Вт/м*С, Rсж=0,1-0,15 МПа, pm = 100-700 кг/ м3 . Применяют д/тепло- и звукоизоляции в строительных конструкциях, холодильниках, промышленном оборудовании. Гранулированное пеностекло используется в качестве легкого заполнителя для легких бетонов. Его изготавливают вспениванием во вращающихся печах сырцовых гранул из стеклянного порошка с пенообразователем.

52. Основные виды стеклокристаллических материалов. Особенности получения. Свойства. Применение.

Ситаллы – стеклокристаллические материалы. Степень кристаллизации стекла составляет 90-95%. Тонкозернистость закристаллизованного стекла придаёт ему повышенные механические свойства, хотя она зависит и от фазового состава кристалла и стеклофазы.

Ситаллы можно получать как по керамической технологии (по порошковому методу) по схеме: получение шихты, варка стекла, гранулирование, измельчение стекла в порошок, получение пластичной композиции - шликера (стекло со связкой), формование изделий, спекание и кристаллизация. Этот технологический прием является менее совершенным, так как получаемые изделия всегда имеют некоторую, хотя и небольшую пористость.), так и по технологии стекла, дополненной кристаллизационными устройствами для дополнительной термообработки, чтобы получить мелкие, равномерно выделяющиеся по всему объёму стекломассы кристаллы. В процессе кристаллизации создают условия для распределения в массе стекла множества микроскопических зародышей кристаллизации, которыми служат добавки-катализаторы благородных металлов: Ag, Pt, Au, Pd и др; оксиды: TiO2, ZnO2, ZrO2 и др.; летучие кристаллизаторы: хлор, фтор, сульфидная сера и др. или мельчайшие капельки других расплавов, не смешивающихся с основным стеклом.

Средняя плотность ситаллов 2,5 – 2,6 г/см3, Rсж до 600 МПа,Rи – до 250 МПа, температура размягчения 1000 – 13500С, их твёрдость больше, чем у стекла, и приближается к твёрдости закалённой стали. Ситаллы обладают высокой стойкостью к кислотам (кроме плавиковой) и щелочам. Цвет ситаллов: серый, коричневый, кремовый, белый (глухой и прозрачный) и др.

Их применяют в электронике, машиностроении, строительстве, быту, ракетостроении, астрозеркалах и др. В строительстве из ситалловых плит устраивают полы промышленных цехов, где имеются агрессивные среды, возможен разлив расплава металллов, большие нагрузки от движущегося тяжёлого оборудования.

Ситаллопласты изготовляют на основе фторопластов и ситаллов. Они имеют высокую химическую стойкость и износостойкость по сравнению с ситаллами и фторопластами.

53. Роль стекла в архитектуре.

Во второй половине 19в наступил принципиально новый этап в истории применения строительных материалов из стекла, которые стали оказывать огромное влияние на конструктивные особенности и архитектурный образ зданий. В это время коренным образом совершенствуется технология производства листового стекла.

В 20 в широкое использование стекла, стали и железобетона позволило отказаться от традиционных форм, соотношений и размеров элементов архитектурных конструкций зданий. Оптические, тепло- и солнцезащитные свойства. высокие прочностные и эстетические характеристики строительных материалов из стекла представляют огромные возможности для выражения творческих замыслов архитектора.

В современной архитектуре стекло - поистине незаменимый материал. Стекло хорошо сочетается с нержавеющей сталью. кирпич, бетон и дерево постепенно уступают место такому, казалось бы, хрупкому материалу.

Стекло - универсальный строительный материал, обладая кажущейся хрупкостью, тем не менее, чрезвычайно прочен, экологически чист и химически стоек. Но главное достоинство стекла - это то, что оно дает неограниченные возможности полету архитектурной фантазии. Сегодня трудно переоценить роль стекла в архитектурном строительстве. Начав победоносное шествие с обычного заполнения светопроемов в здании, стекло стало незаменимым конструкционным материалом. К его области применения стоит отнести остекление фасадов зданий, создание светопрозрачных конструкций, стеклянных потолков, стен, перегородок, многих элементов декора от лестниц, фонтанов, зенитных фонарей до стеклянных козырьков и ограждений.

Современное стекло очень безопасное и прочное. Это достигается при помощи специальных технологий его обработки, таких как триплекс и закалка стекла.

● контролирует расход тепловой энергии, используемой для отопления помещений;

● регулирует поступление солнечной энергии и света;

● обеспечивает безопасность людей и сохранность собственности;

● защищает от шума;

● предоставляет новые творческие возможности и альтернативы для инновационных решений проектировщикам.

За последние годы освоено получение полированного стекла путем формования непрерывной ленты на расплаве металла; химической обработкой поверхностей получают сверхпрочное листовое стекло, которое примерно в 20 раз прочнее обычного и в несколько раз прочнее закаленного. В химической и пищевой промышленности широко применяют стеклянные трубы, двери из закаленного стекла. Вспениванием стекла получают пеностекло- эффективный теплоизоляционный материал, который хорошо поддается механической обработке. Из стекла вырабатывают прочные нити, из которых изготавливают ткани, а из последних в сочетании с полимерами- стеклопластики.