Материалы и изделия из минеральных расплавов

 

29.Способы получения стеклорасплавов.

Современное стекольное производство включает в себя три этапа: подготовка сырья, стекловарение и формование стеклоизделий.

Кремнезем (Si02) вводят в виде кварцевого песка, молотых кварци­тов или песчаников. Основное требование к кремнеземистому сырью — минимальное количество примесей, особенно оксидов железа. Это основной стеклообразующий оксид, повышающий тугоплавкость и химическую стойкость стекла.

Глинозем (А1203) поступает в сырьевую шихту в виде полевых шпатов и каолина. Его влияние на свойства стекла аналогично действию Si02.

Оксид натрия (Na20) вводят в стекло в виде соды и сульфата натрия. Na20 понижает температуру плавления стекла, повышает коэффициент термического расширения и уменьшает химическую стойкость.

Оксид кальция (СаО) и магния (MgO) вводят в стекольную шихту в виде мела, мрамора, известняка, доломита и магнезита. Эти оксиды повышают химическую стойкость стекла.

В специальные стекла вводят оксиды бора, свинца, бария и др.

Вспомогательные сырьевые материалы делят по своему назначению на следующие группы: осветлители — вещества, способствующие уда­лению из стекломассы газовых пузырей; обесцвечиватели — вещества, обецвечивающие стекольную массу; глушители — вещества, делающие стекло непрозрачным.

Перед варкой стекла сырьевые материалы измельчают, тщательно смешивают в требуемых соотношениях, брикетируют и подают в стекловаренную печь.

Стекловарение, Обычное стекло получают в непрерывно действу­ющих ванных печах с полезным объемом до 600 м3 и суточной производительностью более 300 т. Для варки специальных (оптических, цветных и др.) стекол применяют периодически действующие ванные, а также го'ршковые печи.

Стекловарение — главнейшая операция стекольного производства. На первой стадии этого процесса — силикатообразовании — щелочные компоненты образуют с частью кремнезема силикаты, плавящиеся уже при 1000...1200° С. В этом расплаве при дальнейшем нагревании рас - творяются наиболее тугоплавкие компоненты Si02 и А1203. Образую­щаяся при этом масса неоднородная по составу и насыщена газовыми пузырьками.

Удаление пузырьков и полная гомогенизация расплава осуществ­ляется на второй наиболее длительной стадии стекловарения — стек - лообразовании — при температуре 1400... 1600° С. Третья заключитель­ная стадия — студка — охлаждение стекломассы до температуры, при которой она приобретает оптимальную для данного метода формования стеклоизделий вязкость.

Формование. Метод выработки (формования) зависит от вида из­делия. Для получения строительного стекла используют вытяжку, прокат, прессование.

При охлаждении стекла вследствие низкой его теплопроводности в нем возникают большие градиенты температур, вызывающие внут­
ренние напряжения. Наиболее опас­ным моментом с этой точки зрения является переход стекла от вязкопла­стического состояния к хрупкому, по­этому для снятия внутренних нап­ряжений после формования произво­дят отжиг — охлаждение по специ­альному режиму: быстрое до начала затвердевания стекломассы, очень медленное в опасном интервале тем­ператур (600..300° С) и вновь быстрое до нормальной температуры.

 

30.Способы получения материалов и изделий из стеклорасплавов

???????

31.Свойства стекол, способы их улучшения.

Химический состав стекол в значительной степени влияет на их свойства. Строительное стекло содержит 71,5 – 72,5 % SiO2, 1,5 – 2 % Al2O3, 13 – 15 % Na2O, 6,5 – 9 % CaO, 3,8 – 4,3 % MgO и незначительное количество других оксидов (Fe2O3, K2O, SO3). Увеличение содержания оксидов Al2O3, CaO, ZnO, B2O3, BaO повышает прочность, твердость, модуль упругости стекла и снижает его хрупкость. Повышенное содержание SiO2,Al2O3, B2O3, Fe2O3 увеличивает теплопроводность. Оксиды щелочных металлов, а так же CaO, BaO повышают температурный коэффициент линейного расширения, а SiO2, Al2O3, ZnO, B2O3, ZrO2 уменьшают его. Введение в состав стекла оксида свинца взамен части SiO2 и Na2O вместо K2O приводит к повышению блеска и световой игры, что позволяет получать хрустальные изделия. Добавки фторидов и пятиокиси фосфора уменьшают светопрозрачность стекол, позволяют получать «глушенные», непрозрачные стеклоизделия. Таким образом, варьирование химического состава стекол позволяет изменить их свойства в нужном направлении в соответствии с областью их использования.

Стекло как строительный материал обладает целым рядом ценных качеств, не свойственных другим материалам, и прежде всего, светопрозрачностью при высокой плотности и прочности, в связи с чем оно является незаменимым материалом для светопроемов.

Плотность обычного строительного стекла составляет 2,5 т/м3. С увеличением содержания оксидов металлов с низкой молекулярной массой (B2O3, LiO2) плотность стекла понижается до 2,2 т/м3, с увеличением содержания оксидов тяжелых металлов (свинца, висмута и др.) плотность повышается до 6 т/м3 и более.

Прочность при сжатии стекла достигает 700 – 1000 МПа, прочность при растяжении значительно ниже – 30 – 80 МПа. Прочностные показатели изделий из стекла зависят не только от состава, но и от целого ряда других факторов: способа получения, режима тепловой обработки, состояния поверхности, размеров изделия. Низкая прочность стекла при растяжении и изгибе обусловлена наличием на его поверхности микротрещин, микронеоднородностей и других дефектов. Теоретическая прочность стекла при растяжении, рассчитанная различными способами, достигает 10000 МПа.

Для повышения прочности стекол применяют различные технологические приемы: повышение температуры отжига, закалку, травление и комбинированные методы, покрытие поверхности различными пленками, микрокристаллизация, армирование, триплексование и др. При травлении стекла плавиковой кислотой происходит растворение поверхностного слоя и удаление наиболее опасных дефектов, в результате чего прочность стекла повышается в 3 – 4 раза и более. Закаливание отожженных стекол увеличивает прочность в 4 – 5 раз. Комбинированные способы закалки и травления позволяют значительно повысить прочность стекла (до 800 – 900 МПа). Упрочнение стекла после травления путем нанесения силиконовой пленки приводит к повышению прочности стекла в 5 – 10 раз.

Термохимический способ упрочнения стекол заключается в закалке с последующей обработкой кремнийорганической жидкостью, что позволяет получить закаленное стекло с защитной кремнекислородной пленкой и прочностью при изгибе до 550 – 570 МПа.

Стекла являются типично хрупкими материалами. Они практически не испытывают пластической деформации и разрушаются, как только напряжение достигает предела упругой деформации. Хрупкость стекла – величина обратная ударной прочности. Ударная прочность при изгибе обычного стекла составляет 0,2 МПа, закаленного – 1 – 1,5 МПа. Хрупкость можно снизить увеличением содержания в стекле оксидов B2O3, Al2O3, MgO, а так же закалкой стекол, травлением кислотой и другими способами его упрочнения. Твердость обычных силикатных стекол составляет 5 – 7 по шкале Мооса. Кварцевое стекло и борсодержащие малощелочные стекла имеют большую твердость.

Температурный коэффициент линейного расширения обычных строительных стекол сравнительно невысок, он лежит в пределах (9 – 15)*10-6 0С-1, увеличиваясь с повышением содержания в стекле щелочных металлов. Наименьший температурный коэффициент линейного расширения у кварцевого стекла: 5*10-7 0С-1.

Термостойкость стекол определяется совокупностью термических свойств (теплоемкостью, теплопроводностью, температурным коэффициентом линейного расширения), а так же размерами и формой изделия. Кварцевые и боросиликатные стекла имеют наибольшую термостойкость. Тонкостенные изделия более термостойки, чем толстостенные.

Электрические свойства стекла оцениваются объемной и поверхностной электропроводностью. Электропроводность определяет возможность применения стекол в качестве изоляторов и учитывается при расчете режимов работы стекловарных электропечей. При нормальной температуре объемная электрическая проводимость стекол мала. С возрастанием температуры она повышается. Увеличение содержания в составе щелочных оксидов, особенно оксида лития, повышает электропроводность стекол. Закалка стекол приводит к увеличению их электропроводности, кристаллизация – к ее уменьшению.

Стекло обладает просто уникальными оптическими свойствами: светопропусканием (прозрачностью), светопреломлением, отражением, рассеиванием. Светопропускание стекла достигает 92%. Оно находится в прямой зависимости от его отражающей и поглощающей способности. Показатель преломления для обычных строительных стекол составляет 1,46 – 1,51. Он определяет светопропускание стекол при разных углах падения света. При изменении угла падения света с 00 (перпендикулярно плоскости стекла) до 750 светопропускание уменьшается с 92 до 50%. Коэффициент отражения может быть снижен или увеличен путем нанесения на поверхность стекла специальных прозрачных пленок определенной толщины и с меньшим или большим показателем преломления, избирательно отражающих лучи с определенной длиной волны.

32.Виды листовых стекол, их применение в строительстве

Листовое оконное стекло изготавливается в виде плоских листов, размер которых колеблется от 400х400 мм до 1600х2200 мм при толщине от 2 до 6 мм. Плотность от 2470 до 2500 кг/м3. Средняя прочность при изгибе составляет 400 кгс/см². Качественные листы оконного стекла прозрачны и бесцветны.

К-Стекло (низкоэмиссионное энергосберегающее стекло) Высококачественное флоат-стекло со стойким, прозрачным покрытием и с низкой эмиссией. Покрытие пропускает солнечную коротковолновую энергию в помещение, но не пропускает наружу длинноволновое тепловое излучение, например, от отопительного прибора. Применяется обычно в качестве внутреннего стекла в стеклопакетах, причем покрытие обращено в сторону межстекольного пространства. К-стекло может быть закалено и ламинировано.

Полированное стекло. Прозрачное стекло, обе поверхности которого отшлифованы и отполированы для придания им плоскостности и параллельности, с целью обеспечения четкого неискаженного изображения, востребовано в производстве светопрозрачных конструкций (окон, витрин, в производстве зеркал). Из полированного закалённого стекла толщиной 10-20 мм изготовляют стеклянные полотна для дверей.

Витринное стекло Полированное прозрачное листовое стекло толщиной 6-10 мм. Используется для оформления витрин и витражей.

Армированное стекло Плоское стекло с вмонтированной металлической сеткой сквадратными или шестиугольными ячейками, оно может быть полированным (полированноеармированное стекло) или полупрозрачным с шестиугольнойсеткой (узорчатое прокатное армированное стекло).Армирование не увеличивает механическую прочность стекла и даже снижает егопримерно в 1,5 раза. Зато наличие сеткине позволит в результате удара осколкамразлетаться и выпадать из переплетов.

Узорчатое стекло Листовое стекло, которое имеет с одной стороны рифлёнуюповерхность, предназначается для рассеяния света. Рисунокрельефа может быть выполнен как в процессе изготовления,так и в момент доработки. Узорчатое строительное стекло используют для остекления лестничных клеток, внутренних перегородок. Выпускается размерами от 400х400 до 1200х1800 мм при толщине 3-6,5 мм.

Цветное(тонированное) стекло. Это стекло получают путем внесения специальныхдобавок в процессе изготовления, в результате чегостекло окрашивается по всей толщине. Другой вариантцветного стекла состоит из 2 слоев – основного бесцветного и тонкого цветного. Такое стекло применяют для витражей, декорирования мебели, остекления зданий.

Профилированное строительное стекло Прозрачные или цветные стеклянные пластины с профилем швеллерного или коробчатого типа. Толщина профилированного стекла 6 мм; На поверхности профилированного стекла, как правило, нанесен какой-либо рисунок, рассеивающий свет. Кроме того профилированное стекло может быть прозрачным или селективным (с нанесенным солнцезащитным покрытием). Профилированные стекла находят применение в стеновых конструкциях в виде одно- или двухслойных конструкций.

Стеклоблоки изделия с герметически закрытой полостью, образованной в результате соединения двух отпрессованных стеклянных пластин. Каждая половинка сделана из стекла толщиной 6-9 мм. Поверхность стеклоблока может быть рифленой, прозрачной, глянцевой и матовой, однотонной и разноцветной.

Стеклопакеты Элементы, в которых два стекла или более соединены герметично друг с другом с помощью рамки средника, огибающей края стекол, или с помощью эластичных масс, при этом теплоизолирующая способность элемента улучшается.

Многослойное стекло Состоит из двух и более стекол, которые склеены прочной промежуточной пленкой при высокой температуре и высоком давлении, образуя при этом монолитный лист. Многослойное стекло может быть изготовлено из обычного строительного стекла, а также закаленного или полузакаленного стекла.
При разбивании кусочки стекла удерживаются на промежуточной пленке, что снижает возможность травм. Многослойное стекло можно сверлить и вырезать. Невидимая промежуточная пленка повышает звукоизоляцию и снижает воздействие ультрафиолетовых лучей.

Марблит утолщенное плоское глушеное стекло от черного до зеленого цвета с блестящими переливающимися вкраплениями преимущественно с полированной поверхностью, выпускаемое в виде плиток различных размеров. Лицевая сторона марблита может быть гладкой, кованой, рифленой или мелкоузорчатой, тыльная - рифленая. Его применяют для облицовки наружных и внутренних стен лечебных помещений, магазинов, производственных помещений с повышенной влажностью, общественных зданий, мемориальных комплексов, витражей, взамен естественных каменных материалов.

Стемалит - стекло закаленное эмалированное покрыто с одной стороны эмалевой краской и подвергнуто термообработке с целью упрочнения стекла и закрепления краски на его поверхности, применяется для наружной и внутренней отделки стен и перегородок зданий и сооружений. Имеет высокую термостойкость, устойчивость против атмосферных воздействий, сохраняет постоянный цвет.

Увиолевое стекло, стекло, пропускающее ультрафиолетовое излучение с длиной волны менее 400 нм (в биологической области спектра). Используется для остекления школ, детсадов, лечебных учреждений, парников, для оболочек бактерицидных и люминесцентных ламп и т.д.

Плитки облицовочные, часто используются в виде мозайки сложенное в ковер, они применяются для наружной и внутренней облицовки зданий, изготовления декоративно-художественных панно. Плитки могут быть непрозрачными, белого или другого цвета, с гладкой или рифленой, матовой или блестящей поверхностью. Ситаллы представляют собой стеклокристаллические материалы, получаемые из стекла в результате его полной или частичной кристаллизации.

33. Теплоизоляционные материалы из минеральных расплавов.

Стекловолокно представляет собой искусственное волокно, получаемое различными способами из расплавленного стекла. Оно обладает ценными свойствами: высокой прочностью волокон при растяжении, негорючестью, внбро- и биостопкостью, коррозионной стойкостью, малой гигроскопичностью, высокими теплофизическими и диэлектрическими свойствами.

Различают два вида стекловолокна: непрерывное и штапельное. Непрерывное волокно отличается неограниченно большой длиной. Применяют непрерывное волокно для изготовления стеклотканей, стеклопластиков, электроизоляциикоррозионно-стойких трубопроводов и емкостей, используемых в химической промышленности, строительстве, судостроении, космической технике. Штапельное волокно имеет длину от 1 до 50 см, диаметр до 30 мкм.

Минеральная вата представляет собой рыхлый материал из тонких искусственных волокон, получаемых различными способами из силикатного расплава. Минеральная вата отличается высокой температуростойкостью (600—700°С), коррозионной стойкостью, биостойкостыо, незначительной плотностью (75—150 кг/м3) и теплопроводностью [0,045 Вт/(м-°С)], низкой себестоимостью, в связи с чем минеральная вата и изделия на ее основе нашли широкое применение в качестве теплоизоляционного материала для строительной и монтажной изоляции.

Для получения минеральной ваты используют различные горные породы, минеральные промышленные отходы

и попутные продукты производства (металлургические и топливные шлаки, золы, бой глиняного и силикатного кирпича, горелые породы, пыль-унос цементного и керамзитового производства и др.). Сы/,ье для производства минеральной ваты значительно дешевле п менее дефицитно, чем для изготовления стекловолокна, поэтому минеральная вата и изделия из нее применяются в значительно большем объеме.

В производстве минераловатных изделий применяют синтетические, битумные и крахмальные связующие. Наносят связующие распылением в камеру волокноосаждения, поливом на минераловатный ковер с отжимом и ва-куумированием или окунанием его. Формуют изделия непрерывным прессованием на конвейерных линиях, прессованием заготовок на горячих прессах, подпрессовкой плит из гидромассы с последующим вакуумированием и отливкой изделий из пульпы. Отформованные изделия подвергают тепловой обработке в специальных камерах и упаковывают.

Пеностекло — тепло- и звукоизоляционный материал ячеистой структуры с истинной пористостью, достигающей 85—95 %. От большинства теплоизоляционных материалов такой же плотности пеностекло отличается высокими прочностными показателями. В качестве теплоизоляционного материала применяют пеностекло с замкнутыми порами, звукоизоляционного — с сообщающимися порами. Характер пористости определяется видом газо- образователя.

Получают пеностекло порошковым способом, спеканием смеси стекольного порошка с газообразующими добавками. Стеклопорошок получают либо из специально сваренных стекломасс, либо из боя оконного, тарного и других стекол. Для вспенивания стекломассы в состав стекольной шихты вводят в количестве 1—5 % газооб-разователи — углеродистые (кокс, антрацит, сажу, карбиды кальция и кремния), обеспечивающие получение материала с замкнутой пористостью, либо карбонатные {известняк, мел, мраморную крошку), а также пиролюзит и селитру, обеспечивающие получение материала с сообщающейся пористостью.

34.Использование шлака при производстве строительных материалов.

Шлакоситалл - это стеклокристаллический материал, на основе металлургического шлака, кварцевого песка и некоторых добавок и характеризуемый мелкозернистой кристаллической структурой. Листовой шлакоситалл производят белого и серого цветов с гладкой или рифленой поверхностью. При необходимости поверхность шлакоситалла шлифуют, полируют и фрезеруют; обладает высокой химической стойкостью, износостоек, водонепроницаем, отличается повышенной механической прочностью и твердостью по сравнению со стеклом.