Строительство

Стекло — неорганический аморфный термопластический материал, обладающий рядом специфических свойств. По своему составу и строению стекла представляют сложные системы типа истинного затвердевшего раствора из неопределенных химических соединений кислотных и основных оксидов. Оксиды, входящие в состав стекла, условно делятся на стеклообразователи (Si02i B203, Р205) и модификаторы . Стеклообразователи в чистом виде могут самостоятельно образовать стекло, в частности, при 100 %-м содержании кремнезема Si02 можно получить кварцевое стекло с температурой размягчения около 1250° С (при этой температуре абсолютная вязкость стекла составляет 107-108 Па с).
Введение различных добавочных оксидов-модификаторов существенно снижает температуру размягчения стекла и придает ему необходимые потребительские свойства. Так, введение щелочных оксидов (Na20, K20), щелочно-земельных (CaO, BaO, MgO) и оксидов металлов PbO, A1203, Fe203, Sb203, ZnO и др. позволяет получать алюмосиликатные, бороалюмосиликатные, борофторалюмосиликат-ные, алюмофосфатные стекла, обладающие рядом уникальных свойств. Подбором химического состава стекла предопределяют смесь оксидов, называемую шихтой.
Строительное стекло содержит до 80 % Si02, 10-15 % СаО, около 15 % Na20 и ряд других оксидов. Его плотность составляет 2500 кг/м3 и растет с повышением содержания оксидов свинца и оксидов других металлов. Его прочность на сжатие от 700-1000 МПа, а на растяжение лишь 35-85 МПа. Существенно (в 3-4 раза, а иногда и в 10-15 раз) возрастает прочность закаленного стекла.
Твердость обычного силикатного стекла 5-7 по шкале Мооса и увеличивается для кварцевого и боросиликатного стекол.
Стекло обладает хрупкостью, его прочность при ударном изгибе составляет лишь 0,2 МПа. Присутствие оксида магния и борного ангидрита увеличивает сопротивление стекла удару.
Теплоемкость стекла определяется его химическим составом и находится в пределах от 0,63 до 1,05 кДж/(кг°С). Наиболее низкий коэффициент термического расширения у кварцевого стекла и составляет 5,8-10~7 °С ', а у обычных от 9- Ю-6 до 15-10* "С"1.
Теплопроводность обычного стекла составляет 0,40-0,82 Вт/(м- °С). Наибольшей теплопроводностью обладают кварцевые стекла, а наименьшей — стекла, содержащие наибольшее количество щелочных оксидов.
Основными оптическими свойствами стекла являются: светопропускание (прозрачность), светопреломление, отражение, рассеивание и др. Обычные силикатные стекла хорошо пропускают ультрафиолетовые и инфракрасные лучи. Изменяя химический состав стекла и его окраску, можно регулировать светопропускание стекла (увиолевое, отражательное, теплозащитное и др.).Показатель преломления строительного стекла (1,46-1,53) определяет светопропускание при различных углах падения света. Так, при изменении угла падения света с 0° (перпендикулярно плоскости стекла) до 75° светопропускание стекла уменьшается от 92 до 50 %.
Стекло поддается механической обработке: его можно пилить циркулярными пилами с алмазной набивкой, обтачивать победитовыми резцами, резать алмазом, шлифовать, полировать. В пластичном состоянии (при температуре 800-1000°С) стекло поддается формованию: его можно выдувать, вытягивать в листы, трубки, волокна, а также сваривать.
Для изготовления стекла используют кварцевый песок, известняк, соду или сульфат натрия и различные добавки и присадки. Варка строительного силикатного стекла производится в стекловаренных печах при температуре до 1500°С.
При температуре 800-900°С активно протекает стадия силикато-образования, а при 1150-1200°С масса становится прозрачной, но в ней еще содержится много газовых пузырей. Дегазация заканчивается при температуре 1400-1500° С и к ее концу стекловидная масса освобождается от газовых пузырей, свилей и становится однородной. Для достижения рабочей вязкости, зависящей от химического состава стекломассы, ее температуру снижают на 200-300°С.
Производство стеклянных изделий осуществляют различными способами. Листовое стекло, стеклянные трубы и стекловолокно получают вытягиванием. Ленту листового стекла формуют лодочным или без лодочным способами.
Суть лодочного способа заключается в выдавливании расплавленной стекломассы через прямоугольный шамотный брус (лодочку) со сквозным прямоугольным вырезом, переходящим в верхней части в узкую щель. На выдавленную из щели стекломассу опускают горизонтально подвешенную стальную рамку («приманку»), а затем оттягивают ее вверх с помощью валиков специальной машины вертикально вытягиваемого шнека (ВВС). За приманкой тянется лента стекла, которую затем охлаждают и обжигают в шахте машины, а после выхода из шахты от ленты отрезают листы нужного размера.
При безлодочном вертикальном способе в стекломассу погружают огнеупорный поплавок со сквозной щелью. Поплавок способствует созданию направленного потока стекломассы. Лента стекла поднимается непосредственно со свободной поверхности стекломассы с помощью бортоформующих роликов.
Крупноразмерное листовое стекло, гладкое и узорчатое, стекло с металлической сеткой, коврово-мозаичные плитки изготавливают методом непрерывного проката, при котором стекломасса сливается на гладкую поверхность и прокатывается валками с гладкой или узорчатой поверхностью.Профильное стекло получают методом прокатки и загиба краев ленты. Одним из видов прокатки является вальцовка, используемая в производстве труб.
Стекло можно прессовать с помощью формы и пуансона (керна), создающего давление на стекло и оформовывающего его внутреннюю поверхность. Таким образом, прессуют изделия крупных размеров и большой толщины (стеклоблоки).
Для изготовления крупноразмерных изделий, имеющих форму тел вращения (цилиндры, трубы и др.), используют центробежный способ. Массу помещают на дно формы и вращают со скоростью 13-20 с '. Развиваемое центробежное усилие заставляет стекломассу растекаться по дну формы и подниматься по ее стенкам до верхнего края, плотно к ним прижиматься и точно принимать требуемую форму.
Большие внутренние напряжения при резком охлаждении стекломассы в формуемом изделии могут вызвать коробление и разрушение стекла. Поэтому стеклоизделия подвергают отжигу в специальных отжигательных печах или в шахте.
Существует и операция закалки стекла для получения повышенной прочности при ударе и изгибе. Ее суть заключается в резком охлаждении поверхности стекла, нагретого до пластичного состояния. Для закалки используют электрические или шахтные закалочные агрегаты. Высокопрочные стекла получают только путем химического или термохимического упрочнения его поверхности.