Литература / Комар_строймат

ный блеск; введение в расплав фторидов позволяет получить глушеное стекло и т. д.

Разнообразие свойств изготовляемых стекол обусловливает и разнообразие используемого сырья. Все сырьевые материалы, применяемые для варки стекла, делят на главные и вспомогательные. Первые вводят в состав шихты необходимые для данного стекла основные и кислотные оксиды, вторые придают стекломассе специфические свойства, облегчают ее варку и выработку.

Главные стеклообразующие оксиды вводят в состав шихты со следующими видами сырья: SiO2 — с кварцевыми песками или песчаниками: СаО и MgO — с известняками и доломитами; Аl2О3 — с пегматитом или полевым шпатом; Na2О — с содой;

К2О — с поташом; В2О3 — с бурой; РbО — с суриком и т. д. Основное требование, предъявляемое ко всем видам сырья, —

чистота и однородность по составу. Особенно жесткие требования предъявляют к чистоте кремнеземсодержащего сырья, составляющего до 70% шихты.

К вспомогательным материалам относят вещества, создающие восстановительную или окислительную среду в стекольной шихте и печной атмосфере, ускоряющие процессы стеклообразо-вания и обесцвечивания стекломассы, и красители. В качестве восстановителей применяют антрацит и кокс, окислителей — нитраты натрия или калия, оксиды мышьяка и сурьмы. Ускоряют процесс стекловарения добавкой сульфата натрия, кремнефтористого и хлористого натрия. Красителями стекла являются соединения металлов, растворимые в стекломассе или образующие в ней взвешенные микрочастицы металлов и их соединений. Обязательным компонентом шихты является стекольный бой. Перед обработкой стекольный бой должен быть отсортирован, измельчен, вымыт и подвергнут магнитной сепарации для удаления металлических включений.

Стекольную шихту готовят путем дозирования по заданному рецепту сырьевых материалов и тщательного их перемешивания. Смешение шихты производят в смесителях периодического действия: тарельчатых, барабанных, а также конусных. В последнее время за рубежом широко применяют скоростные турбинные смесители, позволяющие сократить время перемешивания до 1 мин. Важнейшими стадиями процесса варки стекла являются: силикатообразование, осветление, гомогенизация и студка стекломассы. Сущность каждой стадии сводится к следующему. На

первой стадии силикатообразования по мере нагревания шихты из нее испаряется влага, обезвоживаются гидраты, термически разлагаются некоторые соли (например, нитраты). При .300...400°С в промышленных шихтах начинается взаимодействие карбонатов и сульфатов с образованием двойных солей и легкоплавких эвтектик. При дальнейшем повышении температуры в реакции вступают песок и глиноземные материалы с образованием различных силикатов. Одновременно вследствие плавления

— 101 —

некоторых солей и эвтектик в шихте появляется расплав, интенсифицирующий взаимодействие компонентов. Уже при температуре порядка 800°С взаимодействие компонентов шихты заканчивается, выделение газов прекращается. За счет жидкой фазы, образующейся при плавлении соды и эвтектических примесей, происходит спекание шихты. Однако значительная часть кремне*- зема (до 25%) остается в свободном состоянии. Для обычных натриево-кальциевых стекол стадия силикатообразования завер-

шаетсяпри800...900°С.

На второй стадии стеклообразования при повышенных тем пературах происходит плавление массы, избыточные зерна квар ца и возникшие ранее силикаты растворяются в расплаве. К кон цу второй стадии при температуре 1100...1200°С шихта представ лена прозрачной, но неоднородной по составу стекломассой, пронизанной множеством газовых пузырей.

На стадии осветления происходит удаление газов из рас плава; крупные пузыри поднимаются на поверхность и лопаются, а мелкие растворяются в расплаве. Для обычных стекол осветле ние заканчивается при температуре 1400...1500°С.

Структура стекломассы в процессе варки очень неоднородна. Для выравнивания ее химического состава, ликвидации свили и гетерогенных слоев стекломасса проходит стадию гомогенизации. В печах периодического действия она осуществляется переме шиванием стекломассы, в печах непрерывного действия — дли тельным выдерживанием ее в зоне высоких температур, а также бурлением стекломассы сжатым воздухом. Процессу гомогениза ции способствует также перемешивание массы газовыми пузыря ми в процессе осветления. Осветление и гомогенизация — самые длительные стадии варки стекла.

Завершающая стадия процесса стекловарения — студка —

заключается в повышении вязкости стекломассы до пределов, допускающих формование изделий, за счет снижения темпера туры до 1100...1200°С. Если на стадии осветления и гомогениза ции вязкость стекломассы составляет около 10 Па•с, то при вы работке она должна быть не менее 100 Па•с.

Разделение процесса варки стекла на отдельные стадии достаточно условно, поскольку некоторые из них протекают одновременно. В то же время любой ограниченно малый объем шихты обязательно проходит все пять стадий процесса стекловарения.

Для промышленных стекол, вырабатываемых механическими способами, стекломассу получают в непрерывно действующих стекловаренных ванных печах, а для некоторых специальных видов стекол — в печах периодического действия (горшковых или ванных).

§ 4.2. 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-

— 102 —

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

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 10-4 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 • 1О4...9,8 • 104 МПа.

Обычное силикатное стекло хорошо пропускает всю видимую часть спектра и практически не пропускает ультрафиолетовые (длина волны менее З00 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-

— 103 —

Рис. 4.1. Технологическая схема производства строительного стекла: 1 —

сушильный барабан; 2 — циклон; 3— вентилятор; 4— элеватор; 5 — сито; 6 — бункер; 7 — транспортер; 8 — секционный бункер (склад мела, угля, соды и пр.); 9 — дезинтегратор; 10 — бегуны; 11 — шековая дробилка; 12 — молотковая дробилка; 13—вагонетка-весы; 14— смешение шихты; 15 — стекловаренная печь; 16—машина

для вытягивания стекла

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-

— 104 —

Рис. 4.2. Схема поперечного разреза подмашинной камеры для безлодочного вытягивания стекла:

1 — 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 прока та с одновременным закатыванием внутрь листа металлической сетки. Поточная линия состоит из ванной печи, прокатной маши ны, печи отжига и устройства для резки ленты стекла. Стекло масса из ванной печи поступает в прокатную машину, куда по дается 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 бес цветным или цветным. Оно обладает повышенной огнестойко стью (до 1,3 ч). При его разрушении осколки удерживаются армирующей металлической сеткой. Светопропускаемость состав ляет 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 фона рей верхнего света, оконных переплетов, устройства перегородок, ограждения балконов, лестничных маршей и др. Установку арми рованного стекла производят на лестничных площадках из моро зостойкой 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.

— 105 —

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 800×1500 мм при толщине (6±1) мм.

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

Солнце- и теплозащитное стекло изготовляют на машинах вертикального вытягивания путем аэрозольной обработки по верхности 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 1600×2000 мм, толщина 3...6 мм. Пропускание видимого света 30...70%, тепло вых лучей 40...60%. Цена 1 м2 солнцезащитного стекла в завод ском ассортименте в 1,5 и мерного в 1,7 раза выше цены окон ного 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.

Теплопоглощающее стекло, окрашенное в массе, содержит в своем составе специальные добавки, обесцвечивающие преиму щественное поглощение инфракрасных лучей солнечного спект ра. Теплопоглощающее листовое стекло имеет легкую голубую или голубовато-зеленую окраску, почти не искажающую про сматриваемый через него предмет. Оно предназначено для за полнения оконных проемов с целью уменьшения солнечной ра диации в музеях, выставочных залах и др. Пропускная способ ность видимого света не менее 65%, инфракрасных лучей — не более 35%. Размеры стекла до 1600×2000 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 элемен ты швеллерного и коробчатого сечения, формуемые на горизон-

— 106 —

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 ленты 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 наруж-

— 107 —

ной 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 звукоизолируощей 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-деко- ративных 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, армирован ного, узорчатого и других стекол толщиной 2...8 мм, площадью до 5 м2, расстояние между стеклами 15...20 мм, максимальный размер стеклопакетов 2300 × 1900 мм, минимальный 300×300 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 теп лопередачи стеклопакетов составляет 2,4...1,7 Вт(м2·°С). Свето пропускание в зависимости от применяемого вида стекол ме няется в больших пределах: от 30 до 80%. Стеклопакеты облада ют 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 кера мическими красками различных цветов (желтого, синего, красно го, серого, черного и др.). Стемалит изготовляют из неполиро ванного 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. Тем-

— 108 —

пературный 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

иокантованных водостойкой эластичной лентой, между которыми заключена светорассеивающая прокладка из стекловолокнистого нетканого холста. Максимальные размеры стевита 1200...2000 мм; общая толщина в зависимости от толщины стеклохолста 7...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

ирезки.

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 2400×1040 мм и узорчатого 2400×900 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

инеполированного стекла не менее 84%, а прокатного узорчато-

—109 —

го 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 неполиро ванного стекла толщиной 6...12 мм, площадью полотен 4...12 м2. Его получают способом горизонтального проката с последующей шлифовкой и полировкой поверхностей. В настоящее время внед ряется новый метод получения витринного полированного стекла по методу плавающей ленты. По этому методу исключена не обходимость 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 на ружных витрин и проемов в магазинах, ресторанах, аэропортах и т. д.

Стеклянную коврово-мозаичную плитку изготовляют вформе квадратов из непрозрачного прессованного или прокатного стек ла различного цвета с глянцевой или матовой поверхностью размерами 18 × 18 × 4; 22 × 22 × 4; 23 × 23 × 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 железобе тонных панелей.

Стеклянные трубы получили широкое распространение в пи щевой, фармацевтической, химической и других отраслях про мышленности для транспортирования агрессивных жидкостей. Трубопроводы из стекла прозрачны, гигиеничны и имеют гладкую поверхность, что уменьшает сопротивление перемещаемых в них жидкостям. Стеклянные трубы изготовляют способом вертикаль ного или горизонтального вытягивания и центробежным спо собом. Соединение стеклянных труб осуществляют с помощью соединительных и уплотняющих устройств — муфт, резиновых манжет с затяжкой металлическими поясами. Коррозионно-ус- тойчивые трубы выпускают диаметром 15...65 мм и длиной 100...

З00 мм для жидкости с температурой до 120°С и давлением

0,3 МПа.

Стеклобетонные конструкции в зависимости от несущей спо собности, свето- и звукоизоляции, а также других свойств под разделяют 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 культур но-бытовых помещений, вокзалов, выставочных павильонов. Сте новые конструкции (панели, блоки и др.) обладают необходимы ми тепло- и звукоизоляционными свойствами, хорошо осве-

— 110 —