Задача 7.4

Кубик из газосиликата с ребром a в абсолютно сухом состоянии имеет массу m₁, а после нахождения в воде m₂. Определить степень заполнения пор образца водой при истинной плотности газосиликата ρ_ист.

8. СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ ИЗ СТЕКЛА

Стеклом называют аморфные вещества, получаемые в результате переохлаждения расплава и обладающие в результате постепенного увеличения вязкости свойствами твёрдых тел. Переход от жидкого состояния в стеклообразное должен быть обратимым.

Стекла являются неорганическими аморфными термопластичными материалами (микроконгломератами), обладающими рядом специфических свойств. По своему строению и составу они представляют собой системы типа истинного затвердевшего раствора из химических соединений кислотных и основных оксидов. Имеется условное деление оксидов, входящих в стекло, на стеклообразователи и модификаторы. Оксиды SiО₂, В₂О₃, Р₂О₅ относятся к стеклообразующим, поскольку каждый из них в чистом виде может самостоятельно образовать стекло.

В зависимости от стеклообразующего оксида, на основе ко­торого изготовляют стекло, различают следующие его виды:

– силикатное, получаемое на основе SiО₂;

– боратное – на основе оксида бора В₂О₃;

– боросиликатное – на основе В₂О₃ и SiО₂;

– фосфатное – на основе фосфорного ангидрида Р₂О₅.

Стеклообразователи являются основной составной частью стекла и создают структурный скелет материала. Стеклообразо­ватели – неорганические полимеры, имеющие сетчатую струк­туру. Поэтому стекла обладают чертами полимерных структур и соответствующими физико-механическими свойствами, харак­терными для полимерных материалов.

Сырьём для производства стекла служат кварцевый песок, кальцинированная сода, доломит, мел, известняк, полевой шпат, нефелиновый концентрат. Иногда для удаления воздушных пу­зырей в стекломассу вводят осветлители (хлорид или сульфат натрия), для придания светорассеивающих свойств – глушители (соединения фтора или фосфора) и для окрашивания - красите­ли (оксиды цветных металлов, хлорное золото АuСl₃, соединения серебра AgNО₃ и др.).

Производство стекла состоит из подготовки сырьевых мате­риалов (сушка, дробление, фракционирование), приготовления шихты, варки стекломассы, изготовления стеклянных материа­лов и изделий. Варку подготовленной шихты производят в ван­ных печах непрерывного или периодического действия при тем­пературе 1400…1500 ºС. В процессе нагрева шихты вначале происходит разложение, затем – плавление составляющих ком­понентов. Потом идут сложные реакции силикато- и стеклообразования, осветление и гомогенизация расплава. Стекловарение завершается охлаждением стекломассы до температуры, позво­ляющей формовать из неё изделия. Формование изделий из стекломассы производят прессовани­ем, выдуванием, прокатом, вытягиванием, центробежным спосо­бом, на расплаве металла.

Свойства стёкол зависят не только от химического состава, технологических режимов варки, но и от термической обработки. Важным условием формирования свойств является характер технологии закалки при быстром охлаждении и отжига – при медленном охлаждении.

Средняя плотность стекла зависит от химического состава и составляет 2,4…2,6 г/см³, а пористость и водопоглощение практически равны нулю.

Прочность при растяжении 30…60 МПа. Прочность стекла при сжатии составляет 900…100 МПа. Сильно снижают прочность стекла царапины. Прочность стекла не меняется в диапазоне температур от -50 до +70 ºС.

Хрупкость – главный недостаток стекла. Его гомогенность способствует беспрепятственному развитию трещин.

Твёрдость стекла составляет 5 – 7 по шкале Мооса.

Оптические свойства: светопропускание (прозрачность) – 88…92 %, не пропускают только ультрафиолетовые и инфракрасные лучи; светопреломление n = 1,5…1,52 определяет силу отражённого света и светопропускание стекла при различных углах падения света.

В строительстве стекло применяют главным образом для ос­текления световых проёмов (листовое оконное, витринное, зака­лённое, армированное и др.), как отделочный материал (цветные листы, крупные и мелкие плитки), а из стеклянного волокна получают стеклопластики и стекловолокнистые теплоизоляционные изделия. Штучные стеклянные изделия (стеклянные пусто­телые блоки и стеклопрофилит) используют для устройства светопрозрачных ограждающих конструкций.

Листовое оконное стекло предназначено для остекления световых проёмов жилых, промышленных и общественных зданий. Оно выпускается трёх марок: полированное, неполированное улучшенное, неполированное (толщиной 2; 2,5; 3; 4,5; 6 мм). В зависимости от толщины размеры листов от 400×500 мм до 1600×2500 мм. Стекло выпускают бесцветным, хотя возможен слабый зеленоватый или голубоватый оттенок, если при этом не снижается допускаемая свето-пропускная способность стекла. Коэффициент светопрозрачности оконных стёкол 0,84…0,87.

Витринное стекло имеет высокую прочность (R_сж до 1200 МПа); выпускается полированное и неполированное. Листы имеют стандартные размеры (до 3000×6000 мм) толщиной 6,5…12 мм. Это стекло применяют для остекления витрин, витражей и окон общественных зданий, а также для заполнения световых проёмов ограждающих конструкций зданий и сооружений различного назначения. Коэффициент светопрозрачности 0,75…0,83.

Стекло листовое узорчатое имеет по всей поверхности на одной или обеих сторонах чёткий рельефный узор; изготовляется способом проката. Узорчатое стекло может быть бесцветным и цветным, окрашенным в массе или посредством нанесения на его поверхность плёнок оксидов различных металлов. Оно рассеивает падающий на него свет, поэтому его применяют в помещениях, где необходимо равномерное и мягкое освещение: для декоративного остекления оконных и дверных проёмов, внутренних перегородок, крытых веранд, мебели и т. д. Толщина 3,5…7 мм; размеры в зависимости от толщины: 600×375 – 2500×1600 мм. Коэффициент общего светопропускания бесцветного стекла, имеющего узор на одной стороне листа, не менее 0,75; стекла, имеющего узор на обеих сторонах листа, – не менее 0,7.

Армированное листовое бесцветное и цветное стекло имеет внутри листа параллельно его поверхностям сварную или кручёную сетку из стальной проволоки со светлой поверхностью или с защитным алюминиевым покрытием. Изготовляется оно способом проката. Применяется для остекления фонарей промышленных и общественных зданий, лестничных клеток, оконных и дверных проёмов, устройства перегородок. Армирование увеличивает прочность стекла и не позволяет ему рассыпаться при ударах и пожаре. Армированное стекло может иметь одну или обе поверхности гладкими, рифлёными или узорчатыми. Коэффициент светопропускания бесцветного армированного стекла 0,60…0,75. Размеры листов стекла: длина от 800 до 2000 мм, ширина от 400 до 1600 мм, толщина 5,5…6 мм.

Теплопоглощающее стекло применяют для остекления музеев, выставочных залов и транспорта с целью уменьшения солнечной и тепловой радиации. При его изготовлении в стекломассу вводят оксиды кобальта, железа или селена. Стекло выпускают обычно голу­бого, серого и бронзового оттенков.

Теплоотражающее стекло изготовляют нанесением на поверхность тонких (0,3 – 1 мкм) плёнок металлов или их оксидов, за счёт чего отражается большая часть инфракрасных лучей и само стекло нагревается незначительно. Такие стекла пропускают 40…60 % теп­лоты и повышают теплозащиту в холодную погоду. Стекла имеют голубой, золотистый, оранжевый и другой цвет, а их светопропускание составляет 30…70 %.

Увиолевое стекло изготовляют из стекольной шихты с минимальным содержанием оксидов железа, титана и хрома. Оно пропускает 25…75 % ультрафиолетовых лучей и используется для остекления в лечебных, детских учреждениях, оранжереях и т. п.

Закалённое стекло выпускают в виде стандартных листов. Оно применяется для устройства дверей, перегородок, потолков. При разрушении такое стекло распадается на мелкие осколки с тупыми нережущими краями.

Многослойное стекло (армированное или неармированное) состоит их нескольких листов стекла, прочно склеенных между собой прозрачной эластичной прокладкой. Наибольшее распространение получило стекло плоское безопасное трёхслойное на поливинилбутиральной плёнке (триплекс), получаемое склеиванием двух листов стекла с поливинилбутиральной плёнкой между ними. При разрушении оно не даёт осколков; предназначается для остекления транспорта, тракторов и других сельскохозяйственных машин.

Электропроводящее стекло используется в строительстве для изготовления стеклопакетов в качестве источников теплоты. Их изготовляют напылением на поверхность стекла тонкой (0,5 мкм) плёнки солей металлического серебра, которые образуют электропроводящие прозрачные покрытия с целью обогрева стекла и предотвра­щения запотевания.

Стекло устойчивое к радиоактивным излучениям выпускают с высоким содержанием свинца и бора. Например, тяжёлое свинцовое стекло, содержащее 80 % оксида свинца, эквивалентно стали по защитной способности от радиоактивных излучений.

Блоки стеклянные пустотелые представляют собой закрытые полые стеклянные коробки с гладкими наружными и ребристыми внутренними поверхностями. Ребра или призмы на внутренней поверхности препятствуют прямой видимости через блок. Их применяют для устройства наружных и внутренних светопрозрачных ограждений в зданиях и сооружениях, где требуется большая освещённость и ограниченная видимость (лестничные шахты, санузлы). Ограждения из стеклоблоков обладают высокой огнестойкостью, тепло- и звукоизоляционной способностью, гигиеничны. Они имеют квадратную или прямоугольную форму, бывают неокрашенные и цветные. Коэффициент светопропускания 0,33…0,55, термостойкость (перепад температур) более 30 ºС, прочность при сжатии, более 1,5 МПа. Длина блоков 194…244 мм, ширина 194…244 мм, толщина 75…98 мм, масса 2,8…4,3 кг.

Профильное стекло представляет собой длинномерные элементы, имеющие в сечении разнообразный профиль. Наибольшее применение имеет стеклопрофилит швеллерного и коробчатого сечения (всего 9 марок). При использовании профильного стекла в качестве стенового материала создаётся декоративный эффект, сокращаются стоимость строительства и расходы по текущему ремонту и уходу. Его применяют также при устройстве перегородок и прозрачных плоских кровель. Профильное стекло выпускается неармированным и армированным, бесцветным и цветным, с аэрозольным оксидно­металлическим покрытием. Коэффициент светопропускания профильного стекла 0,5…0,65, теплопроводность 0,76 Вт/(м׺С).

Стеклопакеты изготовляют из герметически соединённых двух и более листов. Между стёклами оставляется воздушная прослойка толщиной от 9 до 20 мм. Соединение листов в стек­лопакет осуществляется склейкой, пайкой или сваркой. Стеклопакеты имеют повышенные тепло- и звукоизоляционные свойства. Применяют их для остекления окон и других световых проёмов.

Облицовочные (отделочные) материалы и изделия из стекла по структуре подразделяются на три группы: аморфные (цветное листовое стекло, стемалит, марблит, стеклянные плитки, смальта и др.), гетерогенные аморфные на основе стекла и газовоздушной смеси (пенодекор, порокремнезит, коврово-мозаичная плитка и др.), гетерогенные стеклокристаллические материалы (стеклокристаллит, стеклокерамит, стеклокремнезит н др.). Цветное листовое стекло изготовляют путём окраски электрохимическим способом поверхности обычного или термоупрочненного стекла, В основном выпускают листы бронзового цвета, коэффициент светопропускания которых 0,15…0,2 Их применяют для декоративного остекления окон, дверей, перегородок, мебели, для изготовления витражей.

Марблит – плоское цветное глушёное стекло толщиной 5…25 мм в виде листов с полированной лицевой поверхностью и рифлёной с тыльной стороны. Его применяют для облицовки наружных и внутренних стен лечебных помещений, магазинов, общественных зданий, витражей, вместо природных каменных материалов (гранита чёрного цвета, габбро и др.).

Стемалит – листовое плоское стекло, покрытое с одной стороны керамической эмалевой краской. Для закрепления краски и упрочнения стекла его подвергают термообработке. Покрытие может быть защищено тонким слоем алюминия. Стемалит применяют для наружной н внутренней отделки стен, он имеет высокую термостойкость, устойчивость против атмосферных воздействий, сохраняет цвет (жёлтый, синий, красный, серый, чёрный и др.).

Стекломрамор – разновидность марблита разных цветов, имитирующая мрамор. Его применяют для декоративной облицовки стен, полов, оформления интерьеров, футеровки резервуаров.

Облицовочная плитка из неокрашенного или цветного глушёного стекла имеет размеры от 50×50 до 150×150 мм. Их толщина 4…9 мм. Лицевая поверхность плиток гладкая или рельефная, тыльная сторона должна быть рифлёной или шероховатой.

Плитки стеклянные облицовочные коврово-мозаичные и ковры из них применяют для наружной и внутренней облицовки зданий, изготовления декоративно-художественных панно. Размеры плиток 21×21×5 и 46×46×5 мм. Они выпускаются непрозрачными, разных цветов с матовой или блестящей поверхностью, которая может быть гладкой или рифлёной. Коврово-мозаичные плитки выпускают в виде ковров из одного (простой набор) или более цветов (сложный набор). Плитки долговечны, гигиеничны и получили широкое применение.

Эмалированную плитку изготовляют из цветного оконного или узорчатого стекла путём его резки, окрашивания с лицевой стороны непрозрачной эмалью и её сплавления. Эти плитки применяют для внутренней облицовки Их размеры от 100×100 до 200×200 мм, толщина 4…6 мм.

Смальта – мелкие кусочки цветного стекла (от 1 до 2 см²), применяемые для создания различных мозаичных картин или панно. Смальту изготовляют литьём из стекломассы или прессованием из стеклянного порошка. Смальты выпускают 200 цветов и оттенков.

Ситаллы – стеклокристаллические материалы. Степень кристаллизации стекла составляет до 90…95 %, размер кристаллических зёрен ситаллов обычно менее 1 мкм. Именно тонкозернистость закристаллизованного стекла придаёт ему повышенные механические свойства, хотя она зависит и от фазового состава кристаллов и стеклофазы.

Стеклокристаллит – плиты размером 300×300 и 300×150 мм, применяемые для облицовки стен и устройства полов. Их изготовляют сплавлением гранул из бесцветного или окрашенного стекла.

Стеклокремнезит выпускается в виде облицовочных плит. Его изготовляют спеканием массы из стеклянных гранул с наполнителем (песком, шамотом и др.).

Стеклянное волокно получают из стекломассы разными способами: фильерным, дутьевым, центробежным, штабиковым. Из стекловолокна (стекловаты) изготовляют теплоизоляционные изделия: маты, полосы, плиты.

Пеностекло – эффективный теплоизоляционный материал. Его получают из вспученного в момент нахождения в расплавленном состоянии стекла. В затвердевшем виде оно напоминает вулканическую пемзу. В промышленных масштабах его выпускают в виде блоков и в виде гранул.

Вопросы для проверки

1. Какие материалы называют стёклами?

2. Какие бывают стекла в зависимости от стеклообразующего оксида?

3. Из каких сырьевых материалов изготавливают стекло?

4. Назовите характерные свойства стекла.

5. Основы технологии изготовления стекла.

6. Какими способами производят из стекломассы изделия?

7. Какие существуют разновидности листового стекла?

8. Что собой представляют теплопоглощающие стекла?

9. Перечислите изделия из стекла. В чем преимущества применения стеклопакетов?

10. Назовите отделочные материалы из стекла и их свойства.

11. В чем заключаются особенности строения и свойства стеклокристаллических материалов?

12. Опишите свойства и области применения пеностекла.

Номер варианта задачи выбирается в соответствии с порядковым номером в журнале.