Строительные материалы и изделия

Материалы и изделия из стекольных расплавов

Наибольшее распространение получили материалы и изделия из стекольных расплавленных масс. Эти материалы в виде стекла со всеми его разновидностями, а также в виде стеклянных изде­

лИй нашли широкое применение в строительстве, архитектуре, санитарной технике, пищевой, химической и других отраслях промышленности.

Ф Стекло — материал, обладающий комплексом разнообразных, не присущих другим видам строительных материалов свойств, характерными из которых можно считать светопропускание и хрупкость. Свойства стекла зависят от многих факторов: состава, режима теплообработки, состояния поверхности, размеров образ­ца и др. Прочность стекла на сжатие достигает 700... 1000 МПа, на растяжение — 30...80 МПа, прочность на растяжение стекло­волокна диаметром 1(Г4 см составляет 200...500 МПа, т. е. в 10 раз больше. На прочность стекла оказывают влияние внут­ренние дефекты, инородные включения (непровар, частицы огне - упора от футеровки печи и т. п.) и свиль (химически неоднород­ные участки).

Основным недостатком стекла является хрупкость, опреде­ляемая рядом факторов. Основной из них — отношение модуля упругости материала к прочности при растяжении E/R чем больше это отношение, тем при меньшей деформации напряже­ние в материале достигает предела прочности. Модуль упругости стекла составляет 4,5 • 104...9,8 • 104 МПа.

Обычное силикатное стекло хорошо пропускает всю видимую часть спектра и практически не пропускает ультрафиолетовые (длина волны менее 300 мкм) и инфракрасные (длина волны бо­лее 3000 мкм) лучи. Изменяя химический состав стекла и его окраску, можно регулировать светопропускание стекла в этих областях.

Показатель преломления строительного стекла (1,50...1,52) определяет силу отраженного света и светопропускаемость стек­ла при разных углах падения света. Так, при изменении угла падения света с 0 (перпендикулярно плоскости стекла) до 75° светопропускание стекла уменьшается с 92 до 50%. Светопре­ломление оконного стекла принимают равным 1,5, а светопропус­каемость стекла в зависимости от длины волны видимого спектра достигает 97%. По оптическим свойствам различают прозрачное, окрашенное, бесцветное и рассеивающее свет стекло. Силикатное стекло обладает высокой стойкостью к большинству агентов, за исключением плавиковой и фосфорной кислот.

Оконное листовое стекло является наиболее распространен­ным видом плоского стекла. Светопропускаемость оконного стек­ла в зависимости от толщины, которая составляет 2...6 мм, равна

85.. .90%. Исходным сырьем для получения строительного листо­вого стекла служат кварцевые пески, сульфат натрия или каль­цинированная сода, известняк, доломит, уголь и некоторые дру­гие вещества.

Производство строительного стекла (рис. 4.1) состоит из сле­дующих основных операций. Подготовка составляющих материа­лов заключается в сушке и очистке песка от посторонних приме­сей, дроблении и сушке мела, доломита и помоле угля. Состав-

ляющие материалы дозируют и перемешивают. Подготовленная шихта расплавляется в специальных печах непрерывного (ван­ные печи) или периодического (горшковые печи) действия. Вар­ку сырьевой шихты производят при температуре 1100...1200°С до полного отделения всех примесей, которые собираются на поверх­ности в виде пены. В этот период происходит и обесцвечивание стекла путем введения специальных добавок, а также удаление пузырьков воздуха и газа. Затем из расплавленной массы с по­мощью машин вертикального или горизонтального типа вытяги­вают ленту стекла, которая проходит между валками машины, охлаждается и отжигается для снижения хрупкости.

На рис. 4.2 приведен безлодочный способ вытягивания стекла.

Листовое стекло можно получить также способом литья с по-

Рис. 4.2. Схема поперечного разреза подмашинной камеры для безлодочного

вытягивания стекла:

/ — блок; 2— шамотное тело (поплавок); 3 — противосвильный мост; 4 — холодильник; 5 — машина ВВС; 6 — коробка для улавливания боя стекла

следующей прокаткой. Для этого стеклянную массу выливают на гладкую поверхность и прокатывают гладкими или узорчатыми валками.

• Орнаментное стекло является разновидностью листового оконного стекла, получаемого способом литья. Это стекло имеет одну сторону гладкую, а другую — тисненую, узорчатую.

• Армированное стекло получают методом непрерывного прока­та с одновременным закатыванием внутрь листа металлической сетки. Поточная линия состоит из ванной печи, прокатной маши­ны, печи отжига и устройства для резки ленты стекла. Стекло­масса из ванной печи поступает в прокатную машину, куда по­дается стальная термически обработанная сварная или крученая сетка; проходя между валками одновременно со стекломассой, сетка закатывается внутрь листа. Армированное стекло может иметь гладкую, кованую или узорчатую поверхность, быть бес­цветным или цветным. Оно обладает повышенной огнестойко­стью (до 1,3 ч). При его разрушении осколки удерживаются армирующей металлической сеткой. Светопропускаемость состав­ляет не менее 60%. Армированное стекло выпускают длиной

1200.. .2000 мм, шириной 400... 1500 мм и толщиной 5,5 (±7) мм. Предел прочности при сжатии 600 МПа и при изгибе 30... 40 МПа. Армированное стекло применяют для остекления фона­рей верхнего света, оконных переплетов, устройства перегородок, ограждения балконов, лестничных маршей и др. Установку арми­рованного стекла производят на лестничных площадках из моро­зостойкой резины или на нетвердеющих мастиках.

• Цветное армированное стекло получают из стекломассы, окрашенной в процессе варки оксидами металлов. Основные цвета — золотисто-желтый, зеленый, лилово-розовый, голубой.

Применяют его для ограждения балконов, лоджий, лестниц, лиф­товых шахт, для устройства декоративных светопрозрачных пла­фонов и перегородки в жилых домах и санаториях, пансионатах, на предприятиях общественного питания и торговли, а также в других общественных и промышленных зданиях. Максимальные размеры цветного армированного стекла 800X1500 мм при тол­щине (6±1) мм.

• Защитное стекло получают специальной термической обра­боткой (для повышения прочности и упругости); предназначено оно для остекления автотранспорта.

• Солнце - и теплозащитное стекло изготовляют на машинах вертикального вытягивания путем аэрозольной обработки по­верхности стекла специальными растворами. В зависимости от состава растворов и условий обработки можно получить стекла с неодинаковой степенью пропускания и отражения в различных частях спектра. Солнце - и теплозащитное стекло применяют для остекления зданий и средств транспорта с целью уменьшения солнечной и тепловой радиации. Размеры стекла 1600X2000 мм, толщина 3...6 мм. Пропускание видимого света 30...70%, тепло­вых лучей 40...60%. Цена 1 м2 солнцезащитного стекла в завод­ском ассортименте в 1,5 и мерного в 1,7 раза выше цены окон­ного стекла соответствующих размеров и толщины.

• «Витрасил» — стекло, обладающее способностью рассеивать свет по всему помещению. Оно не оказывает слепящего действия и не вызывает утомления у человека. Это стекло является также хорошим тепло - и звукоизолятором.

• Теплопоглощашщее стекло, окрашенное в массе, содержит в своем составе специальные добавки, обесцвечивающие преиму­щественное поглощение инфракрасных лучей солнечного спект­ра. Теплопоглощающее листовое стекло имеет легкую голубую или голубовато-зеленую окраску, почти не искажающую про­сматриваемый через него предмет. Оно предназначено для за­полнения оконных проемов с целью уменьшения солнечной ра­диации в музеях, выставочных залах и др. Пропускная способ­ность видимого света не менее 65%, инфракрасных лучей — не более 35%. Размеры стекла до 1600X2000 мм, толщина

3.. .4 мм.

• Облицовочное стекло применяют для. облицовки панелей стен жилых и общественных зданий. Это стекло устойчиво против атмосферных влияний и гигиенично.

За рубежом выпускают новые виды строительного стекла, уменьшающие нагрев помещений от солнечных лучей. В США производят серое и бледно-голубое теплопоглощающее стекло, а также звукопоглощающее стекло с промежуточным слоем, поглощающим звук до 66%. Широкое распространение в США получило стекло, покрытое тонкими оксидометаллическими плен­ками, отражающими до 30% и более солнечных лучей.

• Профильное строительное стекло представляет собой элемен­ты швеллерного и коробчатого сечения, формуемые на горизон­

тальных прокатных установках, в виде бесконечной ленты, разрезаемой затем на отрезки длиной до 6000 мм. Профильное стекло может быть бесцветным или окрашенным. Для получе­ния швеллерного профиля борта ленты стекла отгибаются под углом 90°С. Профильное стекло коробчатого сечения носит на­звание «сектор». При его изготовлении борта лентьг стекла, пройдя через формующее устройство, отгибаются до получения коробчатого профиля. В месте соединения бортов образуется шов на лицевой поверхности изделия. Профильное стекло обыч­но монтируется поштучно. Возможно изготовление укрупненных сборных светопрозрачных конструкций из профильного стекла на домостроительных комбинатах или полигонах. При изготовле­нии конструкций из стеклодеталей между ними необходимо про­кладывать различные герметики — мастики или специально из­готовленные профилированные детали из губчатой резины или синтетических материалов.

Профильное стекло коробчатого сечения производят марок КП-250 и КП-300, длиной до 6,0 м, шириной 244...294 (±5) мм, высотой 50...55 (±2,5) мм и толщиной стенки 5,5 мм. Профиль­ное стекло швеллерного сечения производят марок ШП-250 и ШП-300, длиной до 4,2 м, шириной 244...294 (±5) мм, высотой

35.. .50 (±2,5) мм. Масса 1 м швеллерного сечения 5...6 кг, а коробчатого 9... 10,5 кг.

Конструкция из профильного стекла в виде остекленных поверхностей дают мягкий рассеивающий свет, светопропускание

43.. .53%. Стена из коробчатых (в один ряд) или швеллерных (в два ряда) стеклодеталей по своим акустическим свойствам не уступает глухим межкомнатным оштукатуренным перегород­кам из кирпича и других материалов. Звукоизоляция таких кон­струкций составляет 27... 18 дБ, коэффициент теплопередачи 2,5... 5,2 Вт/(м-°С). Предел прочности при изгибе конструкций из профильного стекла швеллерного сечения составляет 17,5 МПа, а коробчатого сечения — 10,5 МПа, огнестойкость конструкции 15 мин.

Профильное стекло используют для светопрозрачных ограж­дений и самонесущих стен в промышленном, гражданском и сельскохозяйственном строительстве, для устройства внутренних перегородок и прозрачных плоских кровель в различных типах зданий. Профильное стекло можно применять в виде крупно­размерных панелей. Такое стекло устойчиво против воздействия концентрированных кислот, щелочей и влаги. Профильное стекло можно применять в сочетании с металлическими, бетонными, кирпичными или деревянными элементами зданий. Профильное стекло швеллерного сечения выпускают бесцветным и цветным, неармированным и армированным стальной проволокой. Оно ха­рактеризуется повышенной огнестойкостью и безопасностью при разрушении.

• Стеклянные блоки представляют собой полые, пропускающие свет изделия с разнообразной фактурой внутренней или наруж­ной поверхности. В зависимости от профиля и размера стенок блока изменяются интенсивность и направленность световых лучей, а также создается равномерное освещение отдельных участков и больших площадей в зданиях. В зависимости от требований к естественному освещению через светопроемы могут использоваться стеклоблоки светорассеивающие, прозрачные и светонаправляющие.

Стеклянные блоки получают свариванием в нагретом состо­янии двух полублоков. Оставшийся внутри блока воздух (при некотором его разрежении) значительно уменьшает коэффициент теплопроводности стеклянных блоков, который равен в среднем 0,4 Вт/(м-°С). Стеклянные блоки создают мягкое рассеянное освещение, увеличивают глубину естественной освещенности, исключают сквозную видимость. Ограждения из стеклоблоков обладают высокой огнестойкостью (до 2,4 ч) и звукоизолирую­щей способностью (38...40 дБ). Светопропускание бесцветных блоков составляет 50...56%, а цветных — 35...40%. Стеклянные блоки долговечны и гигиеничны. Стеклянные блоки используют в фасадах промышленных зданий, для освещения лестничных клеток гражданских зданий и разного рода складских помеще­ний, требующих верхнего света, а также в архитектурно-деко­ративных целях. Стеклянные блоки с успехом применяют в цехах с агрессивной средой, а также в цехах, где характер произ­водства требует создания постоянных климатических ус­ловий.

• Стеклопакеты представляют собой два или несколько листов стекла, герметично соединенных между собой по периметру. Между стеклами имеется полость, заполненная сухим воздухом. Стеклопакеты изготовляют из оконного, витринного, армирован­ного, узорчатого и других стекол толщиной 2...8 мм, площадью до 5 м2, расстояние между стеклами 15...20 мм, максимальный размер стеклопакетов 2300 X 1900 мм, минимальный 300X300 мм. Стеклопакеты выдерживают большую ветровую нагрузку, чем отдельные стекла той же толщины. При остеклении стеклопаке­тами упрощается конструкция оконных проемов, увеличивается световая площадь и снижаются теплопотери. Коэффициент теп­лопередачи стеклопакетов составляет 2,4...1,7 Вт(м2-°С). Свето­пропускание в зависимости от применяемого вида стекол ме­няется в больших пределах: от 30 до 80%. Стеклопакеты облада­ют достаточной звукоизолирующей способностью — 29...32 дБ. Применяют их для остекления промышленных, гражданских и общественных зданий.

• Стемалит представляет собой закаленное листовое стекло различной фактуры, покрытое с одной стороны глухими кера­мическими красками различных цветов (желтого, синего, красно­го, серого, черного и др.). Стемалит изготовляют из неполиро­ванного витринного или прокатного стекла толщиной 6... 12 мм, площадью до 3 м2. Плотность стемалита 2450...2500 кг/м3, предел прочности при сжатии 800 МПа, а при изгибе— 180 МПа. Тем­пературный коэффициент линейного расширения составляет 90-10_7оС. Этот материал отличается высокой устойчивостью против атмосферных воздействий, постоянством цвета, проч­ностью, термической стойкостью. Стемалит предназначен для наружной и внутренней облицовки зданий, для изготовления многослойных панелей, устройства перегородок, а также ограж­дения лестничных маршей и балконов.

• Стевит представляет собой изделие, состоящее из двух гер­метически соединенных по периметру с помощью герметика и окантованных водостойкой эластичной лентой, между которы­ми заключена светорассеивающая прокладка из стекловолок­нистого нетканого холста. Максимальные размеры стевита

1200.. .2000 мм; общая толщина в зависимости от толщины стек - лохолста 1... 15 мм. Коэффициент светопропускания в зависи­мости от толщины (1...4 мм) стекловолокнистой прокладки 26... 58%; коэффициент светорассеивания 32...67; коэффициент тепло­передачи 2,4...3,87 Вт/(м2-°С). Стевит применяют для заполне­ния оконных проемов, остекления фонарей верхнего света, а также для устройства светопропускающих перегородок в про­мышленных и общественных зданиях, на предприятиях торгов­ли, общественного питания, в лечебных и учебных заведениях, библиотеках, музеях и других сооружениях, где требуется све­торассеивающее остекление, исключающее сквозную видимость и уменьшающее солнечную радиацию. Стевит поставляют полной заводской готовности, не требующей механической обработки и резки.

ф Дверные полотна изготовляют из листового подвергнутого специальной термической обработке (закалке) стекла. Стеклян­ные полотна для дверей представляют собой листы утолщенного полированного, неполированного, прокатного узорчатого стекла с обработанными кромками, отверстиями и вырезками для креп­ления дверных приборов. Стеклянные полотна выпускают бес­цветные, прозрачные, с полированной и неполированной по­верхностью, а также цветные и бесцветные светорассеивающие с узорчатой или кованой поверхностью. Цветные полотна могут быть желтыми, голубыми и зелеными. Стеклянные бесцветные полотна применяют для наружных и внутренних дверей в жилых, общественных и промышленных зданиях. Цветные полотна ис­пользуют только для внутренних дверей. Двери из полирован­ного и неполированного стекла зрительно расширяют объем по­мещений и связывают их с внешней средой. Цветные и бесцвет­ные полотна из прокатного и узорчатого стекла применяют в помещениях, где необходимо исключить сквозную видимость. Максимальные размеры полотен из полированного стекла 2400ХЮ40 мм и узорчатого 2400X900 мм, толщина стекла

10.. . 15 мм. Масса 1 м2 полотна 25...28 кг (в зависимости от тол­щины), термическая стойкость (резкий перепад температур)

80.. .90°С, светопропускание на 10 мм толщины полированного и неполированного стекла не менее 84%, а прокатного узорчато­го 80...90%. Предел прочности при сжатии 800...900 МПа и при изгибе 250 МПа. Дверные полотна обладают повышенной проч­ностью и выдерживают, не разрушаясь, удар свободно падающе­го с высоты 1500 мм стального шара массой 800 г.

• Витринное стекло изготовляют из полированного и неполиро­ванного стекла толщиной 6... 12 мм, площадью полотен 4... 12 м2. Его получают способом горизонтального проката с последующей шлифовкой и полировкой поверхностей. В настоящее время внед­ряется новый метод получения витринного полированного стекла по методу плавающей ленты. По этому методу исключена не­обходимость шлифовки и полировки поверхностей; стеклянная лента после расплава приобретает полированную поверхность. Витринное стекло характеризуется высоким пределом прочности на сжатие — до 1200 МПа. Оно может быть плоским и гнутым. Применяют витринное стекло для остекления внутренних и на­ружных витрин и проемов в магазинах, ресторанах, аэропортах и т. д.

• Стеклянную коврово-мозаичную плитку изготовляют в форме квадратов из непрозрачного прессованного или прокатного стек­ла различного цвета с глянцевой или матовой поверхностью размерами 18X18X4; 22 X 22 X 4; 23 X 23 X 4 мм. Плитки характеризуются высокой долговечностью и постоянством цвета. Стеклянную коврово-узорчатую плитку применяют для наружной облицовки стеновых панелей и внутренней отделки помещений. Она позволяет обеспечить индустриальную отделку железобе­тонных панелей.

• Стеклянные трубы получили широкое распространение в пи­щевой, фармацевтической, химической и других отраслях про­мышленности для транспортирования агрессивных жидкостей. Трубопроводы из стекла прозрачны, гигиеничны и имеют гладкую поверхность, что уменьшает сопротивление перемещаемых в них жидкостям. Стеклянные трубы изготовляют способом вертикаль­ного или горизонтального вытягивания и центробежным спо­собом. Соединение стеклянных труб осуществляют с помощью соединительных и уплотняющих устройств — муфт, резиновых манжет с затяжкой металлическими поясами. Коррозионно-ус­тойчивые трубы выпускают диаметром 15...65 мм и длиной 100... 300 мм для жидкости с температурой до 120°С и давлением 0,3 МПа.

• Стеклобетонные конструкции в зависимости от несущей спо­собности, свето - и звукоизоляции, а также других свойств под­разделяют на стеновые, конструкции покрытий и конструкции сводов и куполов. В этих конструкциях несущей частью является железобетонный каркас, а стеклянные блоки заполняют световое пространство каркаса. Стеклобетонные стеновые конструкции могут успешно использоваться для производственных и культур­но-бытовых помещений, вокзалов, выставочных павильонов. Сте­новые конструкции (панели, блоки и др.) обладают необходимы­ми тепло - и звукоизоляционными свойствами, . хорошо осве­

щают помещение, гигиеничны, не нуждаются в специальной от­делке.

Ф Стеклянная вата представляет собой материал, состоящий йз тонких (5...6 мкм) гибких нитей. Стеклянная вата обладает высокой прочностью на разрыв, химической стойкостью, низкой звуко - и теплопроводностью. Стеклянную вату получают спосо­бом механического вытягивания, центробежным и дутьевым (га­зоструйным) способами. При центробежном способе сырьем служит стекольный бутылочный бой, который моют и загружают в специальный ковш, где он расплавляется и при температуре

1300.. .1400 °С стекает в чашу. Далее стеклянная масса тонкой струей направляется на быстро вращающийся диск. Центробеж­ной силой расплавленная масса отрывается от диска и вытягива­ется в тонкие нити. При дутьевом способе формование воло­кон производят путем раздувки расплавленной стеклянной массы струей газа (рис. 4.3). Струя газа, выходящая с большой ско­ростью, вытягивает стеклянную массу в тонкие волокна, кото­рые затем подхватываются транспортером из тонкой сетки и подаются для последующей обработки.

Стеклянную массу используют в качестве тепло - и звуко­изоляционного материала в промышленности и строительстве. Она эластична, устойчива к температурным изменениям, химиче­ски стойка, не поддается гниению и горе­нию. Стеклянную вату можно применять в качестве наполнителя (вместо асбеста) при изготовлении асбоцементных изде­лий, а также в качестве тонкого запол­нителя для штукатурных и отделочных растворов. В смеси с полимерами полу­чают материал — стеклопластик. За рубе­жом (в Японии и других странах) стек­лянную вату используют для изготовле­ния антикоррозионных стекломатов на фенольной смоле. Стекломаты обладают высокими диэлектрическими свойствами, стойки против коррозии в агрессивных химических средах. Стекломаты выпуска­ют в виде рулонного материала и ис­пользуют для изоляции газовых и водя­ных трубопроводов.

• Пеностекло и газостекло получают путем вспучивания расплава размолотого стекла, смешанного с веществом (извест­няком, углем), которое при температуре

750.. .850°С способно выделять газ. Пено­стекло является хорошим тепло - и звуко­изоляционным материалом, обладает ма­лой плотностью (200...600 кг/м3) и низ­ким коэффициентом теплопроводности
[0,06...0,2 Вт/ (м-°С)]. Водопоглощение не более 2%, предел прочности при сжатии 4,0...6,5 МПа, а при изгибе 0,5...3,5 МПа. Пеностекло применяют в народном хозяйстве для теплоизоляции тепловых и холодильных установок, звукоизоляции общественных и коммунально-бытовых помещений и т. д.