Размещено на http://www.allbest.ru/

1. ПОЛУЧЕНИЕ СТЕКЛА

Основное сырьё

Основным сырьем для изготовления стекла являются кварцевый песок, известняк, сода и сульфат натрия. Высококачественные стекольные белые пески содержат немного примесей, в частности оксида железа, придающего стеклу зеленоватую окраску.

В стекольную шихту вводят соду, сульфат натрия, поташ, которые понижают температуру варки стекла и ускоряют процесс стеклообразования. При варке смеси чистого песка SiO2 и соды Nа2СО3 образуется полупрозрачная стеклообразная масса Nа2SiO3, растворяющаяся в воде («растворимое стекло»). Благодаря введению в шихту СаО в виде известняка СаСО3 или доломита стекло становится нерастворимым в воде.

Варка

Варка строительного силикатного стекла производится в стекловаренных печах при температуре до 1500 °С. В процессе стекловарения, начиная с температур 800--900 °С протекает стадия силикатообразования. К концу следующей стадии стеклообразования (1150--1200 °С) масса становится прозрачной, но в ней еще содержится много газовых пузырей. Дегазация заканчивается при 1408--1500 °С; к ее концу стекломасса освобождается от газовых включений, свилей и становится однородной.

Для достижения необходимой для формования рабочей вязкости температуру массы снижают на 200--300 °С. Вязкость стекломассы зависит от химического состава: оксиды SiO2, А12O3, ZrO2 повышают вязкость, Nа2O, СаО, Li2О, наоборот, понижают её.

Переход от жидкого состояния в стеклообразное является обратимым. При длительном нахождении на воздухе и нагревании некоторых стекол обычная для них аморфная структура может переходить в кристаллическую; это явление называют расстекловыванием («заруханием»).

В процессе изготовления в стекло вводят соединения, придающие ему специальные свойства. Глинозем А12O3, вводимый в шихту в виде каолина и полевого шпата, повышает механическую прочность, а также термическую и химическую стойкость стекла. При замене части диоксида кремния борным ангидридом В2О3 повышается скорость стекловарения, улучшается осветление и уменьшается склонность к кристаллизации. Оксид свинца РЬО, вводимый, главным образом, при изготовлении оптического стекла и хрусталя, повышает показатель светопреломления. Оксид цинка ZnO понижает температурный коэффициент линейного расширения стекла, благодаря чему повышается его термическая стойкость. Вспомогательные сырьевые материалы делят по своему назначению на следующие группы: осветлители --вещества, способствующие удалению из стекломассы газовых пузырей (сульфат натрия, плавиковый шпат); обесцвечиватели -- вещества, обесцвечивающие стекольную массу; глушители-- вещества, делающие стекло непрозрачным.

2. СТРУКТУРА И СВОЙСТВА СТЕКЛА

Стеклом называют все аморфные тела, получаемые путем переохлаждения расплава, независимо от их химического состава и температурной области затвердевания, обладающие в результате постепенного увеличения вязкости механическими свойствами твердых тел, причём процесс перехода из жидкого состояния в стеклообразноедолжен быть обратимым. Для стекловидного состояния характерно наличие небольших участков правильной упорядоченной структуры, отсутствие правильной пространственной решетки, изотропность свойств, отсутствие определенной температуры плавления.

Этот материал непроницаем для воды и воздуха, обладает низкой электропроводностью.

Светопропускание измеряют коэффициентом пропускания =I/I , где I--световая энергия, прошедшая через данный материал; I-- световая энергия, вошедишая в материал, лм*с. Светопропускание оконного стекла 90--92%, профильного 84--86%, стеклоблоков 82--85%.

Светопропусканне зависит не только от вида стекла, но и от угла падения световых лучей. Поскольку стекло поглощает всего лишь около 2 % световых лучей, то основной причиной снижения светопропускания является отражение лучей.

Плотность листового стекла составляет 2,5 г/см, армированного до 2,6 г/см.

Обладая значительной плотностью, стекло хорошо проводит звук. Окно считается самым слабым конструктивным элементом стены здания в отношении воздействия внешней шумовой нагрузки. Усредненный коэффициент звукоизоляции стеклопакетов зависит как от расстояния между стеклами, так и от толщины стекла. Стремясь улучшить звукоизоляцию, используют стекла разной толщины, уделяя особое внимание качеству выполнения швов.

Теплопроводность обычного стекла при температуре до 100 °С составляет 0,4--0,82 Вт/(м*°С). Малой теплопроводностью обладают стекла, содержащие большое количество щелочных оксидов. Пеностекло, являющееся и теплоизоляционным материалом, имеет теплопроводность 0,045--0,058 Вт/(м*°С).

Теплоемкость стекол определяется их химическим составом. При комнатной температуре их теплоемкость составляет 0,63--1,05 кДж/(кг*°С).

На термическое расширение стекол также влияет химический состав. Наиболее низкий температурный коэффициент линейного расширения, кварцевого стекла 5,8*10 С , обычных строительных стекол (9*10 --15*10 ) С

Термостойкость стекла зависит от температурного коэффициента линейного расширения.

Стекло поддается механической обработке: его можно пилить циркулярными пилами с алмазной набивкой, обтачивать победитовыми резцами, резать алмазом, шлифовать, полировать. В пластичном состоянии при 800--1000 °С стекло поддается формованию. Его можно выдувать, вытягивать в листы, трубки, волокна, можно сваривать.

Теоретическая прочность при растяжении, весьма велика, и составляет для обычного оконного стекла 6500--8000 МПа. Однако фактическая прочность оконного стекла при растяжении и изгибе значительно меньше теоретической вследствие микродефектов в структуре и на поверхности стекла и составляет всего 30--90 МПа. Стекло обладает высокой прочностью на сжатие (700--1000 МПа), иногда до 1250 МПа. Стекло плохо сопротивляется удару, т.е. оно хрупко; прочность при ударном изгибе составляет всего около 0,2 МПа. Твердость его равна 5--7 по шкале твердости.

Отличительны деформативные свойства стекла. У стекла отсутствуют пластические деформации, стекло подчиняется закону Гука вплоть до момента хрупкого разрушений. Модуль упругости 70 000--75 000 МПа, модуль сдвига 20 000--30 000 МПа, коэффициент Пуассона 0,25.

3. ВИДЫ СТЕКЛА

стекло варка силикатный

Листовое стекло--основной вид стекла, используемый для остекленения оконных и дверных проемов, витрин, наружной и внутренней отделки зданий. Наряду с обычными видами промышленностью вырабатываются специальные виды листового стекла: теплопоглощающее, увиолевое, армированное, закаленное, архитектурно-строительное и др. Листовое оконное стекло вырабатывают трех сортов и в зависимости от толщины -- шести размеров (марок): 2; 2,5; 3; 4; 5 и 6 мм. Ширина листов стекла 250--1600 мм, длина 250-- 2200 мм. Масса 1 м2 стекла 2--5 кг. Листы стекла должны быть бесцветными, допускается лишь слабый голубоватый или зеленоватый оттенки. Светопропускание стекла должно быть не менее 87 %.

С увеличением толщины стекла несколько снижается светопропускание. Сорт листового стекла определяется наличием дефектов, к которым относятся: полосность--неровности на поверхности; свиль--узкие нитевидные полоски; пузыри--газовые включения и др.

Витринное стекло--широко применяют для остекления больших поверхностей фасадов торговых помещений, административных зданий и т. п. Витринное стекло, как правило, выпускают полированным (во избежание оптических искажений), его толщина 6--10 мм, наибольший размер 3500Х6000 мм.

Стекла, отражающие тепловые лучи, покрыты тончайшими (0,3--1 мкм) пленками металлов или оксидов. Такие стекла обладают повышенной отражающей способностью поверхности, обращенной на улицу, и имеют с этой стороны самую различную окраску: золотистую, голубую, оранжевую и др. При этом свет, проникающий в помещение, остается естественным.

В качестве материала покрытия используют очень тонкие пленки золота и меди, никель-хромовые покрытия (под серебро), металлы группы железа и платины и др. Светопропускание стекла с такими пленками можно изменять в широких пределах (от 30 до 70 %). Благодаря тому, что в таких стеклах большая часть инфракрасных лучей не поглощается, а отражается, само стекло почти не нагревается. Металлическое покрытие стекла вместе с тем повышает теплозащиту зимой вследствие уменьшения излучения из помещения.

Отражающее стекло предназначено для уменьшения нагрева солнечными лучами.

Стекла, поглощающие тепловые лучи, также уменьшают нагрев помещений. Теплопоглощающее стекло по своему составу отличается от обычных стекол содержанием оксидов железа, кобальта и никеля, благодаря чему приобретает слабый сине-зеленый оттенок. Теплопоглощающее стекло задерживает 70--75% инфракрасных лучей, т. е. в 2--3 раза больше, чем обычное оконное стекло. Интенсивное поглощение лучистой энергии приводит к сильному нагреванию и значительным температурным деформациям стекла. Поэтому при остеклении следует предусматривать достаточный зазор между рамой и стеклом. При двойном остеклении теплозащитное стекло помещают с внешней стороны, чтобы оно охлаждалось наружным воздухом, а обычно стекло--изнутри.

Увиолевое стекло получают из шихты с минимальными примесями оксидов железа, титана, хрома. Увиолевое стекло пропускает 25--75% ультрафиолетовых лучей, т. е. гораздо больше, чем обычное оконное стекло, поэтому его используют для остекления оранжерей, а также оконных проемов в детских учреждениях и лечебных зданиях.

Светорассеивающие стекла. Для остекления оконных проемов, перегородок и дверей, когда требуется освещение без сквозной видимости или рассеянный свет, применяют матовые или узорчатые стекла. Узорчатые стекла получают методом горизонтального проката на гравировальных вальцах. Матовое стекло получают из обычного листового стекла с помощью пескоструйной обработки.

Армированное стекло. Стекло армируют металлической сеткой из отожженной, хромированной или никелированной стальной проволоки. Будучи запрессованной в стекло, металлическая сетка служит каркасом, удерживающим мелкие осколки стекла при его повреждении. Армированное стекло выпускают плоским и волнистым. Волнистое армированное стекло используют, например, в кровельных конструкциях, когда не требуется сквозной видимости, но необходимо освещение, и кроме того к остеклению предъявляются повышенные требования в отношении механической прочности и огнестойкости. Армированное стекло выпускают плоским и волнистым; его размеры по длине 1200--2000 мм, по ширине 400-1500мм.

К «безопасным стеклам» относят закаленное и многослойное стекло.

Закаленное стекло получают путем нагрева стекла до температуры закалки (540--650 °С) и последующего строго равномерного охлаждения. Этим добиваются однородного распределения внутренних напряжений в стекле. Прочность при ударе и предел прочности при изгибе закаленного стекла в несколько раз выше, чем обычного. В строительстве закаленное стекло применяют для остекления витрин, изготовления стеклянных дверей, балконных и лестничных ограждений, перегородок. Основным же потребителем закаленного стекла является транспорт.

Многослойные стекла (триплекс), армированные или неармированные, состоят из основных и промежуточных (амортизирующих) слоев. Благодаря этому они являются безосколочными, т. е. при ударе стекла оно хотя и разрушается, но осколки остаются прочно сцепленными с промежуточным слоем.

Стекло, устойчивое к радиоактивным излучениям, получают из шихты специального состава. Для поглощения рентгеновских и -лучей используют оптические стекла с высоким содержанием свинца и бора. Чтобы улучшить устойчивость стекла к излучению, в шихту добавляют 0,25--1,5% оксида церия.

Защитные свойства стекла можно приближенно оценивать по их плотности. Например, тяжелое свинцовое стекло плотностью 6200 кг/м3, содержащее 80 % оксида свинца, по своей защитной способности эквивалентно стали. Стекла, поглощающие медленные нейтроны, должны содержать один из оксидов: бора, лития или кадмия. Стекло, устойчивое к действию радиоактивных излучений, применяют при сооружении атомных электростанций (например, для устройства защитных смотровых окон) и предприятий по изготовлению изотопов.

Термостойкое стекло (боросиликатное) содержит оксиды бора, рубидия, лития. Термостойкие стекла имеют температурный коэффициент линейного расширения около 2--4*10 С , т.е. в 2--3 раза меньше, чем обычное стекло. Изделия из таких стекол выдерживают перепады температур до 200 °С. Их используют для изготовления термостойких деталей, аппаратуры : (например, водомерных трубок).

Электропроводящие прозрачные покрытия наносят на стекло в основном с целью обогрева стекла и предотвращения запотевания. Электропроводящая пленка (толщиной 6,5 мкм) может быть получена напылением солей металлического серебра и нагревом стекла до 500--200 °С. После покрытия пленки тонким слоем люминофора стекло можно использовать в качестве светящегося элемента (с голубым, желтым, зеленым свечением). Кроме того, в качестве источника тепла используют стеклопакеты с внутренним слоем из электропроводящего стекла.

Облицовочное стекло

Такое стекло широко применяют для отделки фасадов и внутренних помещений здания. Для стеклянных отделочных материалов характерны высокая декоративность (яркие цвета, блестящая поверхность), большая атмосферостойкость и долговечность. Кроме специальных отделочных стекол, описанных ниже, функции отделочного материала в современной архитектуре выполняет листовое стекло с пленочными покрытиями, витринное стекло и др.

Стекло для облицовочных панелей (стемалит) в виде горизонтальных конструктивных элементов располагают между рядами окон многоэтажного здания. На внутреннюю поверхность толстого полированного стекла наносят при нагревании непрозрачное покрытие из керамической эмали различного цвета, составляющей единое целое со стеклом. Покрытие защищается со стороны помещения тонким слоем алюминия, наносимым в вакууме.

Марблит представляет собой листы толщиной 12 мм, из цветного глушеного стекла с полированной лицевой поверхностью и рифленой тыльной. Стекло может быть однотонным, но может также имитировать мрамор; его применяют для облицовки фасадов и внутренней отделки общественных зданий, а также для устройства подоконников, крышек столов, прилавков.

Стеклянную эмалированную плитку толщиной 3--5 мм изготовляют из отходов листового оконного стекла. Нарезанное на требуемые размеры (150Х150, 150Х75 мм) стекло покрывают стеклянной эмалью. После сушки плитки направляют в печь, где эмаль оплавляетеи спекается с поверхностью стекла. Тыльная сторона плиток может покрываться песком, спекающимся с ней при оплавлении эмали. Применяют эмалированную плитку для отделки стен.

Стеклянная мозаика. Ковровая мозаика -- в виде мелких квадратных плиток (20Х20 или 25Х25 мм) из глушеного цветного стекла, набираемых в однотонные или мозаичные ковры; смальта--кусочки цветного стекла различной формы, используемые для художественных мозаичных работ. Ковровую мозаику получают прокатом стекломассы в ленту, имеющую рифления, соответствующие размерам плитки. После ленту разламывают на плитки, которые наклеивают лицевой стороной на крафт-бумагу.

Смальту изготовляют из цветной глушеной стекломассы отливкой или прессованием крупных плиток толщиной около 10 мм. Из смальты набирают мозаичные картины и орнаментальные панно.

Зеркала изготовляют из полированного стекла толщиной 4--10мм. На стекло наносят тонкий слой алюминия или серебра, защищенный слоем стеклянной эмали или лака. Применяют зеркала для внутренней отделки.

Пустотелые стеклянные блоки обладают хорошей светорассеивающей способностью, а выполненные из них световые проемы и перегородки имеют хорошие теплоизоляционные и звукоизоляционные свойства. Блоки состоят из двух отпресованных половинок, которые свариваются между собой. Наиболее распространенные виды стеклянных блоков имеют на внутренней стороне рифления, придающие блокам светорассеивающую способность. Светопропускание не менее 65%, светорассеивание около 25%, теплопроводность 0,4 Вт/(м*°С).

Помимо обычных блоков изготавливают цветные, двухкамерные (теплозащитные) и светонаправленные блоки.

Стеклобетонные конструкции представляют собой бетонную обойму внутри которой на растворе, уложены стеклянные блоки. Эти конструкции несгораемы и препятствуют распространению огня, В промышленном строительстве стеклянные блоки применяют для устройства окон. В жилых и общественных зданиях пустотелые стеклянные блоки используют для заполнения наружных световых проемов, остекления лестничных клеток, а также для устройства светопрозрачных перекрытий и перегородок.

Стеклопакеты в индустриальном строительстве находят все большее применение. Они состоят из двух или трех листов стекла, между которыми образуется герметически замкнутая воздушная полость. Стеклопакетное остекление обладает хорошей тепло и звукозащитной способностью, оно не запотевает и не нуждается в протирке внутренних поверхностей. В зависимости от назначения стеклопакеты могут быть выполнены с применением оконного, закаленного, отражающего или других видов стекла.

Стеклянные трубы в ряде случаев (например, в условиях химической агрессии) могут оказаться эффективнее металлических. Они обладают высокой химической стойкостью, гладкой поверхностью, прозрачны и гигиеничны. Благодаря этим высоким качествам их широко используют в пищевой и химической промышленности. Основными недостатками стеклянных труб следует считать их хрупкость, т. е. слабое сопротивление изгибу и ударам, а также невысокую термостойкость (около 40 °С).

Панели из профильного стекла (стеклопрофилит). Эти изделия имеют каробчатый, тавровый, ребристый, швеллерный, полукруглый профили и используются для монтажа светопропускающих стен, перегородок, покрытий, а также для остекления фонарей промышленных зданий. Элементами коробчатого профиля можно заполнять световые проемы высотой до 4,8 м. Ширина швеллерного стеклопрофилита 250--500 мм, коробчатого 250--300 мм.

Стеклопрофилит изготовляет армированным и неармированным, бесцветным и цветным. Соединения профилированных стеклянных изделий герметизируют эластичными морозостойкими и влагостойкими прокладками.

Его применяют для устройства светопрозрачных ограждений выставочных залов, спортивных сооружений, промышленных зданий.

Размещено на Allbest.ru