Лекція "Скло як будівельний матеріал"

 

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД

«ПРИАЗОВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ»

    МАРІУПОЛЬСЬКИЙ МЕХАНІКО-МЕТАЛУРГІЙНИЙ КОЛЕДЖ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

МЕТОДИЧНА РОЗРОБКА

відкритого заняття

 

Скло як будівельний матеріал. Виробництво скла, його властивості. Листове скло, склоблоки,склопакети, склопрофіліт.

 

                з дисципліни  Будівельні матеріали і роботи

Спеціальність 5.06010301 Обслуговування  устаткування  систем водопостачання і водовідводу

 

 

 

 

 

                                                                2018 р.

 

 

 

 

Методична розробка відкритого заняття   з дисципліни « Будівельні матеріали і роботи».

Підготувала Поліщук В. М. – викладач  викладач кваліфікаційної категорії «спеціаліст першої категорії» Маріупольського механіко-металургійного коледжу– 2018.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Зміст та хід заняття:

1.Організаційна  частина

1.1.Привітання студентів

1.2. Інформація про відсутніх

1.3. Перевірка підготовки студентів до заняття, аудиторії, обладнання.

 

2. Актуалізація опорних знань

3. Вивчення нового матеріалу

 

Вступ

Співаю перед тобою
в захваті похвалу
ні дорогим каменям,
ні злату, але Склу!
М. В. Ломоносов

Михайло Васильович Ломоносов - унікальна особистість, виходець із селян - перший російський вчений-натураліст світового значення, енциклопедист, хімік і фізик; заклав основи науки про скло. Астроном, приладобудівник, географ, металург, геолог, поет, затвердив основи сучасної російської літературної мови, художник, історик, поборник розвитку вітчизняної освіти, науки та економіки. Розробив проект Московського університету, згодом названого в його честь. Відкрив наявність атмосфери у планети Венера; статський радник, професор хімії,  дійсний член Санкт-Петербурзької Імператорської і почесний член Королівської Шведської академії наук.

Наука про скло - один з найбільш важливих розділів в природознавчий спадщині Михайла Васильовича Ломоносова. Вченим проведено величезну кількість досліджень стекол, він заклав основи виробництва кольорових різновидів цих матеріалів, їм вироблена методика варіння смальт (кольорове непрозоре або напівпрозоре скло, відлите за спеціальною технологією), які отримали застосування в створенні відроджених ним мозаїк

М. В. Ломоносов, шукаючи підтримки та субсидій для розвитку досліджень скла, написав безпрецедентний поетичний твір - поему речовини та матеріалу - скла - цю своєрідну «рекламу» склу (майже 3 тисячі слів,близько 15 тисяч знаків) «Лист про
користь Скла» у 1752 році.

 

Скло - найперспективніший будівельний матеріал нового, ХХІ століття. Воно поступово замінює навіть стіни і є відмітною ознакою високих технологій в будівництві, а енергозберігаюче скло економить людині ресурси. Зараз винайшли скляні цвяхи. Міцні, не іржавіють і не гнуться!

Запаси кварцового піску, з якого скло роблять, не вичерпаються практично ніколи! А можливостей - безліч.
 

3.3 План вивчення нового матеріалу

1. Скло, склад скла, його властивості.
2. Виробництво скла.
3. Будівельні вироби зі скла.

 

                                     

Скло, як будівельний матеріал. Виробництво скла, його властивості. Листове скло, склоблоки,склопакети, склопрофіліт.

 

1. Скло, склад скла, його властивості
Скло - неорганічна ізотропна (ізотропність - однаковість фізичних властивостей у всіх напрямках) речовина, матеріал, відомий і використовується з найдавніших часів. Існує в природній формі, у вигляді мінералів (обсидіан - вулканічне скло). У практиці найчастіше, як продукт склоробства - однієї з найдавніших технологій в матеріальній культурі. Склоробство виникло близько 6 тисяч років тому, а скляне виробництво - близько 3 тисяч років.

Склом називають твердий аморфний  (аморфний - не має кристалічної будови) матеріал, одержуваний при переохолодженні мінеральних розплавів. У будівництві використовують майже виключно силікатне скло, основним компонентом якого є діоксид кремнію (кремнезем) SiO2.
Скло, завдяки різноманітності своїх властивостей, матеріал універсальний в практиці людини, можна сказати, унікальний. Лише скло забезпечує одночасне світлопропускання і герметичність приміщення без значних теплових втрат.

 

Скло характеризується основними властивостями:
Оптичні властивості скла характеризуються світлопропусканням (прозорістю), светопреломлением, відображенням, розсіюванням і ін. Звичайні силікатні скла, крім спеціальних, пропускають всю видиму частину спектра і практично не пропускають ультрафіолетові промені.
Теплопровідні властивості (перенесення теплоти від більш нагрітих частин тіла до менш нагрітих, що приводить до вирівнювання температури) скла 4 мм становить 0,5 .Стеклопакет (4 - 16-4) - 0,36, Цегла - 0,81, залізобетон - 2, 04
Звукоізолююча здатність скла відносно висока. За цим показником скло товщиною 1 см відповідає цегляній стіні в півцеглини - 12 см.
Хімічна стійкість скла , тобто здатність протистояти впливу вологи і хімічних реагентів. Руйнівну дію на скло надає лише плавикова кислота. Виключно висока хімічна стійкість скла до впливу дощів, морозів, сонячних променів, які протягом мільйонів років руйнують гірські породи, дала можливість дійти до нас виробам, виготовленим за часів глибокої давнини, в цілості й схоронності поряд з кам'яними та глиняними виробами.
Це пояснюється хімічним складом скла, його високою щільністю і здатністю при дії водних розчинів утворювати на поверхні захисний шар.
Крихкість - головний недолік скла. Для того, щоб розширити сферу застосування скла, його піддають загартуванню, створюють багатошарові композити (триплекс) і зміцнюють методом низькотемпературної іонообмінної дифузії.

 

Сировина та хімічний склад скла
Кремнезем SiO2 (70%)- основний стеклоутворюючий оксид, вводять в шихту (шихта - суміш вихідних матеріалів у певній пропорції, що підлягає переробці) у вигляді кварцового піску з мінімальним вмістом домішок (заліза, хрому, титану), що знижують світлопропускання скла.
Кальцинована сода - карбонат натрію Na2CO3.). (14%) (?) харчова сода,- гідрокарбонат натрію NaHCO3 )
Вапно (9%) (Вапняк - гірська порода, що складається в основному з карбонату кальцію CaCO3)
При виробництві скла карбонат натрію і карбонат кальцію розкладаються згідно з рівняннями:
Na2CO3 = Na2O + CO2 ; СаСО3 = СаО + СО2
Процес отримання звичайного скла виражається хімічним рівнянням:
Na2CO3 + CaCO3 + 6SiO2 = 2CO2 + Na2O* CaO *6SiO2
Скло, вихідними компонентами шихти якого є кварцовий пісок, сода і вапно, називають натрій-кальцієвим. Це звичайне віконне стекло.Воно становить близько 90 % одержуваного у світі скла.
Склад звичайного віконного скла можна виразити формулою: Na2O * CaO * 6SiO2.
Допоміжні сировинні матеріали (освітлювачі, глушники, барвники та ін) вводять в шихту для прискорення варіння скла і надання йому бажаних властивостей. Освітлювачі (сульфати натрію і амонію та ін) сприяють видаленню зі скломаси газових бульбашок. Глушники (сполуки фтору, фосфору та ін) роблять скло непрозорим. До барвників відносять сполуки кобальту (синій колір), хрому (зелений), марганцю (фіолетовий), заліза (коричневі і синьо-зелені тони) і ін.

  2. Виробництво скла.

Історія виробництва скла

Півтораста років тому скло варили лише у вогнетривких судинах. У них засипали вручну шихту, що складається з кварцового піску, соди, крейди, доломіту та інших матеріалів. Шихта при високій температурі перетворювалася в прозору масу. З рідкої скломаси склодуви видували різні судини, пляшки, посуд або циліндри, з яких потім отримували листи скла. Це був важкий труд. В 30 рр. минулого століття в Росії з'явилися перші ванні печі для промислового виробництва скла. Потреба в ньому зростала дуже швидко. Стали робити скловиробні  заводи. І на кожному - одна або кілька ванних печей, випускаючих  за добу тонни скла.

Сучасні ванні печі - великі споруди. Довжина печі для виробництва віконного скла - кілька десятків метрів. Шихту в піч завантажують безперервно  по 10-15 т в годину з допомогою механічних пристроїв. Піч вміщує понад 2500 т скломаси і дає на добу 350т скла і більше.
Виробництво скла включає в основному такі технологічні операції: підготовку сировинних матеріалів (сушіння, подрібнення); приготування скляної шихти (дозування і змішування компонентів); варіння скломаси; вироблення (формування) з неї матеріалів і виробів; термічну, механічну або хімічну обробку виробів для покращення властивостей

 

Варіння скломаси (скловаріння) - найголовніша і найскладніша операція всього скляного виробництва, проводиться частіше всього в варильних печах безперервної дії, що представляють собою басейни, складені з вогнетривких матеріалів. При варінні спеціальних стекол (оптичних, кольорових і т. п.) використовують горшкові печі. При нагріванні шихти до 1100... 1150 °С відбувається утворення силікатів (силикатообразование) спочатку в твердому вигляді, а потім у розплаві. При подальшому підвищенні температури в цьому розплаві повністю розчиняються найбільш тугоплавкі компоненти SiO2 і А12О3 - утворюється скломаса. Ця скломаса насичена газовими бульбашками і неоднорідна за складом. Для освітлення та гомогенізації скломаси її температуру підвищують до 1500...1600 °С. При цьому в'язкість розплаву знижується і відповідно полегшується видалення газових включень і отримання однорідного розплаву.
Скловаріння завершується охолодженням скломаси до температури, при якій вона набуває в'язкість, необхідну для вироблення скловиробів прийнятим методом (витягуванням, прокатом, пресуванням, литтям, видуванням та ін).
Закріплення форми виробу здійснюють швидким охолодженням. При цьому внаслідок низької теплопровідності скла виникають великі перепади температур, що викликають внутрішні напруги в стеклоизделии. Тому обов'язкова операція після формування - відпал, тобто охолодження виробів за спеціальним ступінчастому режиму: швидке - до початку затвердіння скломаси, дуже повільне - в момент переходу скла від пластичного стану до крихкого (власне відпал) і знову швидке - до нормальної температури. Відпал може проводитися відразу при формуванні виробів або після повторного нагрівання до температури початку розм'якшення.

Виробництво найбільш поширеного в будівництві листового скла здійснюють 2 способами:
Метод витягування або прокатки застосовують для одержання скла товщиною 2...6 мм, для чого використовують машини вертикального або горизонтального витягування стрічки з в'язкою розплавленої скломаси Стрічка скла витягується з скломаси обертовими валками машини через човник (вогнетривкий брус з прорізом) або з вільної поверхні скломаси (безлодочный спосіб), охолоджується і віджигається в камері цієї машини. При виробництві скла методом безперервного прокату скломаса зливається на гладку поверхню і її прокочують валками з гладкою або візерунчастою поверхнею.
Процес формування стрічки скла флоат-способом протікає на поверхні розплавленого металу. Площину скла, що стикається з поверхнею металу, виходить рівною і гладкою і не вимагає подальшого полірування.

 

3. Будівельні вироби зі скла.

Різновиди скла

Листове скло є найбільш поширеним склом для будівельних цілей:
Звичайне віконне скло випускають товщиною 2; 2,5; 3; 4; 5 і 6 мм у вигляді листів 1600X2200 мм або за специфікацією споживача. Скло повинно бути безбарвним і прозорим

(світлопропускання в залежності від товщини не менше 84...90 %).
Увіолеве скло пропускає не менше 25 % ультрафіолетових променів. Це досягається за рахунок застосування скляної шихти з мінімальним вмістом домішок оксидів заліза, титану і хрому. Таке скло використовують для скління отворів у лікувальних, дитячих установах, оранжереях і інших спеціальних спорудах.
Теплозахисне скло здатне поглинати до 75 % інфрачервоних променів. Його виготовляють із скломаси, в яку вводять оксиди кобальту, нікелю і заліза, або шляхом обробки поверхні скла спеціальними розчинами при витягуванні його. Застосовують таке скло для засклення будинків і засобів транспорту з метою зменшення сонячної та теплової радіації, особливо в південних районах.
Світлорозсіювальне скло  характеризується декоративністю і світлорозсіювальною здатністю. Воно може бути візерунчастим і матовим.
Візерункове скло отримують методом безперервного прокату на гравірувальних вальцях з безбарвної або кольорової скломаси.
Матове скло виготовляють піскострумною обробкою поверхні віконного скла, при цьому за допомогою трафарету можна отримати матово-візерунковий малюнок. (Щоб зробити матове скло прозорим, потрібно просто наклеїти на нього прозорий скотч, клей скотчу згладжує нерівності, в результаті світло не розсіюється, а проходить як через звичайне скло.)
Світлорозсіювальне скло застосовують для засклення віконних і дверних отворів, перегородок, коли потрібно освітлення без наскрізної видимості або розсіяне світло.
Армоване скло отримують методом прокату з одночасною запресовуванням в звичайну чи кольорову скломасу металевої сітки. Таке скло може бути у вигляді плоских або хвилястих листів. Армоване скло володіє підвищеною міцністю і вогнестійкістю. Його застосовують для скління дверей, огорожі сходових клітин та балконів, влаштування перегородок, покрівлі.
Вітринне скло неполироване і поліроване випускають збільшеної товщини 5.. 12 мм. Скло товщиною 5...6 мм отримують, як і звичайне віконне, методом вертикального витягування, як правило, без подальшої поліровки. Більш товсте вітринне скло виготовляють прокатом з наступним шліфуванням і поліруванням. Використовують вітринне скло для скління вітрин в нижніх поверхах будівель, а також для суцільного скління виставкових залів, аеропортів і т. п.
Загартоване скло отримують шляхом термічної обробки скла за спеціальним режимом, в результаті чого воно набуває напружений стан, що характеризується невеликим розтягуванням всієї товщі скла, крім тонких поверхневих шарів, які є дуже стислими. Загартоване скло має вище міцність на удар в 4...6 разів, а межа міцності при вигині в 5...8 разів у порівнянні зі звичайним склом. Таке скло є безпечним, так як при руйнуванні розпадається на дрібні осколки з тупими краями. Основний споживач загартованого скла - транспорт. У будівельній практиці товсте загартоване скло застосовують для влаштування дверей, перегородок, стель. Листи загартованого скла товщиною близько 6 мм, покриті з тильного боку кольоровими керамічними фарбами, називають стемалитом і застосовують для внутрішнього і зовнішнього облицювання будівель.
Броньоване скло являє собою багатошарове скло, шари якого склеєні між собою полімерними плівками Товщина броньованого скла (складова від 10 до 80 мм і більше) визначає ступінь захисту). Велика товщина скла надає йому характерну зелену непрозорість.
Броньоване скло може виготовлятися з скла з застосуванням хімічних добавок (просвітлене скло). При цьому, незважаючи на товщину броньованого скла воно залишається прозорим і практично не відрізняється від звичайного.
Для створення броньованого (куленепробивного) скла накладають кілька шарів скла один на одного, пов'язуючи полімерною плівкою, потім вийшов «бутерброд» нагрівають

в печі і під високим тиском прокочують верстатом.
Перше куленепробивне скло було встановлено в 1941 році у вікна Овального кабінету Білого дому США.
Пожежобезпечне скло - особливий вид скла. Його технологія виробництва складна. По суті, це камера з двох або більше стекол. В якості прошарку - спеціальний полімер, що при нагріванні він каламутніє і темніє, запобігаючи поширення вогню. При ще більшому нагріванні полімер піниться, закупорюючи утворилися тріщини і не пропускаючи повітря. Пожежобезпечний скло вже врятувало життя не одній людині.

Плоске кольорове скло отримують шляхом введення барвників у скломасу або заподіяння в процесі прокату на безбарвну стекломасу кольорового шару. Використовують кольорове скло при будівництві громадських будівель в декоративних цілях (у світлових прорізах, перегородках, вітражах).
Фарбують скло з допомогою оксидів металів, наприклад, щоб надати склу блакитнуватий або темно-червоний відтінок використовують окис заліза, світло-жовтого відтінку домагаються за допомогою окису урану, а фіолетового і коричневого з допомогою нікелю.

 

Оздоблювальні вироби зі скла

Кольорові плити «марбліт» виготовляють з кольорової непрозорої скломаси методом прокату або лиття з поліруванням лицьової поверхні і рифленням тильної. Такі плити (товщиною 6...12 мм і розміром до 2100X1400 мм) використовують для облицювання фасадів і внутрішніх приміщень громадських будівель, а також для підвіконь, кришок столів, прилавків. При прокаті марбліт може бути розділений на плитки розміром 200X200 мм і менше. Такі плитки називають стекломрамор.
Плити «стеклокремнезит» -кольорові непрозорі плити, одержувані плавленням з подальшою кристалізацією кольорових скляних гранул. Стеклокремнезит відтворює структуру твердих гірських порід; може бути отриманий різноманітних кольорів.
Скляна емальована плитка вироблється  з відходів листового віконного скла шляхом нарізання на необхідні розміри (150X150 і 10X75 мм) і нанесення шару скляної емалі та закріплюється нагріванням в печі. Застосовують таку плитку для облицювання приміщень з підвищеними санітарно-гігієнічними вимогами та спорудах, піддаються агресивному дії кислот і лугів.
Скляну мозаїку випускають двох видів - килимова мозаїка і смальта. Килимова мозаїка - це дрібні квадратні плитки (наприклад, 20X20X4 мм) з непрозорого прокатного скла різних кольорів з глянцевою або матовою поверхнею. Плитки по малюнку наклеюють на крафт-папір і у вигляді килимків застосовують для облицювання стінових панелей і внутрішньої обробки стін і колон. Смальта - невеликі шматочки різної форми з непрозорого литого або пресованого скла різного кольору. Із шматочків смальти набирають мозаїчні картини або окремі вставки при оздобленні громадських будівель і споруд.
Дзеркала виготовляють з полірованого скла з нанесенням на нього з одного боку тонкого шару алюмінію або срібла, що закріплюється шаром асфальтового лаку або скляною емаллю.

Конструктивні вироби зі скла.

Склопакети являють собою елементи з двох або трьох плоских стекол (віконного, вітринного та інших видів), сполучених по периметру так, що між ними утворюється герметично замкнута повітряна порожнина шириною 15...20 мм. Склопакети не замерзають при температурі -25 °С (одинарний) і -40 °С (подвійний), не запотівають, витримують велике вітрове навантаження, ніж окремі скла тієї ж товщини, володіють достатньою звукоізолюючою здатністю. Їх використання замість звичайного подвійного скління спрощує і здешевлює процес скління будівель різного призначення і знижує витрату деревини на виготовлення віконних плетінь у 1,5...2 рази.
Склопрофіліт являє собою вироби з прокатного скла, що мають профільний і коробчатий перетин довжиною до 6000 мм Конструкції з стеклопрофіліта дають м'яке розсіюче світло (світопропускання 40...70 %). Теплопроводність.стіни з коробчатого (в один ряд) або швелерного (у два ряди) профілів приблизно така ж, як вікон з подвійним склінням, а акустичні властивості не поступаються глухим міжкімнатним оштукатуреним перегородкам з цегли. Склопрофіліт застосовують для влаштування ненесучих стін, внутрішніх перегородок, інших цілей, зазвичай у поєднанні з металевими, бетонними, цегляними і дерев'яними елементами будівель.
Скляні блоки - порожнисті вироби квадратної або прямокутної форми розмірами до 294X X 294X98 мм, складаються з двох пресованих напівблоків із звичайної або кольорової скломаси і зварених або склеєних один з одним. Блоки мають невелику щільність - 800 кг/м3, відносно низьку теплопровідність-в середньому 0,46 Вт/(м-°С), достатнє світло-пропускання -50...65 % і світлорозсіювання - до 25 %. Склоблоки застосовують для спорудження світопрозорих елементів стін, перегородок, скління сходових клітин, ліфтових шахт і т.п. Використання склоблоків дозволяє більш ніж у 2 рази знизити втрати теплоти в порівнянні з одинарним склінням, покращує звукоізоляцію.
Скляні труби різних діаметрів (до 150 мм і більше) добре пручаються корозії, володіють достатньою механічною міцністю, гігієнічні, прозорі, мають гладку поверхню, внаслідок чого їх пропускна здатність на 22 % вище, ніж чавунних, та на 6,5 % - сталевих труб однакового діаметру. Недоліком скляних труб є малий опір вигину та удару і значна крихкість. Труби нашлн широке застосування для самих різних цілей як у будівництві, так і в інших галузях промисловості - харчовій, хімічній, фармацевтичній і т. п.

Вироби з склопластика та скловолокна
Склопластик - це унікальний композитний матеріал, до складу якого входять скляний наповнювач і сполучний синтетичний полімер. Завдяки цим компонентам склопластик набуває чудові технологічні та експлуатаційні властивості:
*висока міцність;
*відмінні діелектричні характеристики;
*низька щільність і теплопровідність;
*чудова стійкість до агресивних проявів зовнішнього середовища - механічних ударів, дії вологи, хімічних речовин, перепадів температури;
*легкість.
Унікальні механічні властивості склопластику досягаються за рахунок відмінних характеристик склонаповнювача, а також міцності і стабільності його взаємодії зі зв'язуючим компонентом. А універсальні експлуатаційні якості склопластиків посилюються завдяки високим технологічним показникам різних смол, присутніх в структурі матеріалу.
Скловолокно - волокно або комплексна нитка, формовані зі скла. У такій формі скло демонструє незвичайні для скла властивості: не б'ється і не ламається, а замість цього легко гнеться без руйнування. Це дозволяє ткати з нього - склотканину. Зі скла можна зробити нитки, гнучкості яких буде достатньо для пошиття тканини.

 

4. Підсумки заняття.

 

      Література: Воробйов В. А., Будівельні матеріали, стор. 22-24, 25-27 (слайд 18).

Матеріали  з інтернету: http://www.bibliotekar.ru/spravochnik-32/, http://www.bibliotekar.ru/spravochnik-33/.