Тема 3.2 Строительные материалы из стекла и других минеральных расплавов

Общие сведения

Стекло и другие плавленые материалы и изделия получают из минеральных силикатных расплавов, сырьем для которых служат распространенные горные породы и некоторые побочные продукты промышленности. Стеклом называют все аморфные тела, получаемые в результате переохлаждения расплава независимо от их химического состава и температурной области затвердения и обладающие в результате постепенного увеличения вязкости свойствами твердых тел. Переход от жидкого состояния в стеклообразное должен быть обратимым.

Минеральные расплавы в зависимости от исходного сырья разделяются на следующие группы: стеклянные, каменные, шлаковые, ситаллы и шлакоситаллы. Материалы из расплавов обладают высокими показателями долговечности, химической стойкости к воздействию агрессивных сред, отличными декоративными свойствами, а некоторые из них и прозрачностью.

Из минеральных расплавов, получают изделия самого различного назначения: листовые светопрозрачные, конструкционные, отделочные, облицовочные, трубы специальные, тепло- и звукоизоляционные.

Технология

Охлажденные силикатные и шлаковые расплавы обладают аморфной абсолютно плотной структурой, высокой прочностью на сжатие, кислотостойкостью, хрупкостью и низкой термостойкостью.

Силикатные расплавы получают плавлением специально подобранной шихты, основным компонентом которой является кремнезем (Si0₂). Из них методом вытягивания, литья, проката, прессования, центрифугирования изготавливают соответственно листовые стекла и длинномерные нити, облицовочные плитки, профилированное стекло, стеклоблоки, стекловату.

Из шлаковых расплавов путем резкого охлаждения производят шлаковую пемзу (термозит), шлаковату, облицовочные плитки. Кроме того, шлаковые отходы используют как активные гидравлические компоненты при получении смешанных минеральных вяжущих и отощающие добавки при изготовлении керамических изделий.

С целью повышения ударной прочности, износостойкости, термостойкости и кислотостойкости в шихту или шлак вводят кристаллические соединения металлов, а полученные изделия подвергают дополнительной термообработке. В этих условиях происходит частичная кристаллизация стекол с образованием стеклокристаллической структуры (ситаллы, шлакоситаллы). Таким способом изготавливают балконные экраны, антикоррозионные плиты для пола в химических цехах, облицовочные материалы и трубы.

Наибольший объем производства изделий из минеральных расплавов приходится на листовые стекла. К листовым стеклам относят: оконное, цветное, витринное, армированное, узорчатое, солнцезащитное, закаленное.

Оконное стекло — листовое бесцветное, прозрачное с гладкими поверхностями. Его выпускают толщиной 2; 2,5; 3; 4; 5 и 6 мм. Применяют его для остекления окон, витражей, дверей, фонарей и других светопрозрачных конструкций зданий и сооружений.

Цветное листовое стекло получают из окрашенной стекломассы. Оно может быть однослойным — окрашенным полностью в массе или изготовленным из двух слоев, соединенных при формовании, — основного, более толстого, бесцветного и тонкого, цветного. Выпускают его красного, синего, зеленого, лунно-белого, голубого, серого, молочного, желтого, лимонного и темно-синего цветов. Применяют для декоративного остекления световых проемов помещений, художественного оформления фасадов и интерьеров и других целей.

Витринное стекло — листовое, крупногабаритное, бесцветное, прозрачное, с гладкими поверхностями. Оно выпускается неполированным толщиною 3–6 мм и полированным толщиною 5,5–10 мм. Применяют для остекления витрин и витражей общественных торговых, административных, спортивных зданий.

Армированное листовое стекло — это стекло с закатанной металлической сеткой. Сетка при механических повреждениях задерживает осколки. Получают его способом горизонтального проката. Одна из поверхностей может быть узорчатой. Стекло выпускают бесцветным или цветным, толщиной 5,5 и 6 мм. Применяют его для остекления окон, фонарей, перегородок, когда требуется обеспечить безопасность людей.

Рис.30 Армированное стекло

Узорчатое стекло — листовое, с четким рельефным узором на одной или обеих поверхностях. Получают его методом горизонтального проката. Выпускают толщиной 3, 4, 5 и 6 мм. Применяют для остекления окон, дверей, устройства перегородок. Оно уменьшает слепящее действие солнечного света, создает в помещении равномерную освещенность, улучшает архитектурно-художественное качество интерьеров. Не рекомендуют его применять в производственных зданиях с выделением пыли, копоти.

Рис.31 Узорчатое стекло

Солнцезащитные стекла — это листовые стекла, задерживающие инфракрасные и другие тепловые солнечные лучи. Их выпускают теплопоглощающими, окрашенными в массе оксидами металлов, и солнцезащитными с покрытиями из оксидов металлов, прозрачными для видимых лучей и поглощающими часть инфракрасного солнечного излучения.

Солнцезащитные теплопоглощающие стекла получают введением в стекломассу добавок оксида железа, оксидов меди, кобальта, которые окрашивают ее в зеленовато-голубоватые или серые тона. Их светопропускание составляет 65–75%, пропускание инфракрасных лучей — 30–35%.

Стекла толщиной 2...10 мм используют для остекления окон, дверей, витрин, изготовления стеклопрофилита и стеклопакетов. Один из путей регулирования свойств стекол — применение добавок. Таким образом получают теплозащитное стекло, поглощающее до 75 % инфракрасных лучей, и увиолевое, пропускающее до 70 % ультра­фиолетового излучения. Для обеспечения безопасной эксплуатации светопрозрачных кровель, перегородок в стекло во время проката стекломассы вводят проволочную металлическую арматуру в виде сеток и получают армированное стекло. С целью создания эффекта светорассеивания, исключения прозрачности и повышения декоративности используют пигменты и рельефный рисунок поверхности — декоративное стекло. Ударную прочность повышают несколькими способами: склеиванием определенного количества слоев стекол прозрачной полимерной пленкой (многослойное стекло), увеличением толщины изделия до 10 мм (витринное стекло) и закалкой, включающей повторный нагрев и резкое охлаждение отформованных изделий.

При выполнении подвесных потолков листовые стекла с рельефной поверхностью или декоративным светопропускающим покрытием обеспечивают равномерное освещение помещения. Стекла с зеркальным покрытием применяют в ресторанах, кафе, магазинах.

Применение

Такие строительные конструкционные изделия, как длинномерный стеклопрофилит, имеющий треугольное, овальное, коробчатое или швеллерное сечение, пустотелые мелкоштучные стеклоблоки, крупноразмерные, многослойные, герметичные стеклопакеты используют для частичного заполнения стеновых проемов и выполнения внутренних перегородок. Их основное назначение — повышение освещенности помещения, облегчение стеновых конструкций и улучшение их теплозащитных свойств.

К крупноразмерным светопропускающим конструкциям относятся стекложелезобетонные с заформованными в определенном порядке стеклоблоками на толщину изделия.

Облицовочные изделия из минеральных расплавов используют для отделки фасадов (за исключением поверхности из ячеистых блоков и кирпича), внутренней облицовки стен, потолков, полов. Размер изделий колеблется от 500x500x12 мм (крупноразмерные плиты цветного глушеного полированного стекла — марблита) или 1500x1100x7 мм (обычное строительное стекло с декоративным цветным покрытием — стемалит) до 21x21x4,5 мм (коврово-мозаичная плитка).

Рис.35 Изделия из стемалита : перегородка и ограждение балкона

Путём сплавления одноцветных или многоцветных тонко измельчённых отходов получают стекломрамор и стеклокристаллит. Для увеличения ударной прочности материалов и утилизации больших объёмов стеклоотходов их спекают в виде гранул с песком и глиной (стеклокерамит) или только с песком (стеклокремнезит). Эти облицовочные изделия выпускают с полированной лицевой поверхностью и шероховатой тыльной (для повышения прочности сцепления со строительным раствором).

К материалам специального назначения относятся теплоизоляционные и акустические на основе ячеистого стекла, стеклянных и шлаковых волокон.

Ячеистое стекло изготавливают, как правило, из смеси тонкомолотых отходов и порообразующих добавок: выгорающих (каменного угля) или газообразующих (известняка). В результате спекания подготовленной массы получают изделия в виде гранул, а также блоков, которые затем разрезают на плиты заданных размеров. Полученный материал хорошо подвергается шлифованию и сверлению, обладает водостойкостью, низкой плотностью (140...350 кг/м3), высокой замкнутой пористостью (86...95 %), широким интервалом рабочих температур (-180... +400 °С), огнестойкостью. Гранулированное ячеистое стекло применяют в качестве засыпок при утеплении потолка, стен, пола, а также как лёгкий заполнитель в бетонах. Плитный утеплитель используют для теплоизоляции стен, покрытий, технологического оборудования. Акустические плиты выпускают с дополнительной перфорацией. Дроблёная шлаковая пемза также относится к рыхлым зернистым пористым материалам, применяется аналогично гранулированному ячеистому стеклу.

Стеклянные волокна диаметром 5...12 мкм выпускают непрерывными и короткими (штапельными), шлаковые — только штапельными. Длинные нити получают протягиванием стекломассы через фильеры (насадка с мелкими отверстиями) с последующим наматыванием на бобины. Их используют для производства стеклосетки и стеклоткани, которые затем применяют как основу при изготовлении кровельных, гидроизоляционных, напольных (линолеумы), отделочных (стеклообои) рулонных основных материалов.

Штапельные нити получают дутьевым и центробежным методами, основанными на разбивке стеклорасплава (шлакорасплава) на мельчайшие капли струёй воздуха (пара) под давлением или центрифугой с последующим осаждением их под действием собственной массы и вытягиванием в волокна. Из штапельного шлако- и стекловолокна путём дополнительного введения связующего (смолы, цемента, гипса) методом вытягивания, подпрессовки и проката получают шнуры, жгуты, рулонные маты и плиты разной степени жёсткости. Эти изделия применяют для звукоизоляции в конструкции пола, а также для теплоизоляции при изготовлении многослойных стеновых панелей, блоков и тепловой реабилитации фасадов. Полужёсткие, жёсткие и твердые плиты с пластиковым, плёночным и тканевым покрытием или с рельефным декоративным поверхностным слоем и перфорацией используют как отделочные и звукопоглощающие материалы.

Вопросы для самоконтроля

1.Из каких сырьевых материалов изготавливают стекло?

2.Каковы основные технические свойства стекла?

3.Перечислите виды листового стекла.

4.Что такое ситаллы и шлакоситаллы, каковы их свойства?