Какими свойствами обладает силикатное стекло

Плотность стекла зависит от химического состава и для обычных строительных стекол составляет 2400…2600 кг/м2. Плотность оконного стекла – 2550 кг/м3. Высокой плотностью отличаются стекла, содержащие оксид свинца («богемский хрусталь») – более 3000 кг/ м3. Пористость и водопоглощение стекла практически равны 0%.

Механические свойства

Стекло в строительных конструкциях чаще подвергаются изгибу, растяжению и удару и реже сжатию, поэтому главными показателями, определяющими его механические свойства, следует считать прочность при растяжении и хрупкость.

Теоретическая прочность стекла при растяжении – (10…12)×103 МПа. Практически же эта величина ниже в 200…300 раз и составляет от 30 до 60 МПа. Это объясняется тем, что в стекле имеются ослабленные участки (микронеоднородности, дефекты поверхности, внутренние напряжения). Чем больше размер стеклоизделий, тем вероятнее наличие таких участков. Примером зависимости прочности стекла от размера испытуемого изделия служит стеклянное волокно.

Прочность стекла при сжатии высока – 900…1000 МПа, т.е. почти как у стали и чугуна. В диапазоне температур от -50 до +70ºС прочность стекла практически не изменяется.

Хрупкость – главный недостаток стекла. Основной показатель хрупкости – отношение модуля упругости к прочности при растяжении Е/Rp. У стекла оно составляет 1300…1500 (у стали 400…460, каучука 0,4…0,6). Кроме того, однородность строения (гомогенность) стекла способствует беспрепятственному развитию трещин, что является необходимым условием для проявления хрупкости.

Твердость— стеклопредставляет собой по химическому составу вещество, близкое к полевым шпатам, такая же твердость, как у этих минералов, и в зависимости от химического состава находится в пределах 5…7 по шкале Мооса.

Оптические свойства стекла характеризуются светопропусканием (прозрачностью), светопреломлением, отражением , рассеиванием и др. Обычные силикатные стекла, кроме специальных (см. ниже), пропускают всю видимую часть спектра (до 88…92%) и практически не пропускает ультрафиолетовые и инфракрасные лучи. Показатель преломления строительного стекла (n =1,50…1,52) определяет силу отраженного света и светопропускание стекла при разных углах падения светаПри изменении угла падения света с 0 до 75º светопропускание стекла уменьшается с 90 до 50%.

Теплопроводность различных видов стекла мало зависит от их состава и составляет 0,6…0,8Вт/(м∙К), что почти в 10 раз ниже, чем у аналогичных кристаллических минералов. Например, теплопроводность кристалла кварца – 7,2 Вт/(м∙К).

Звукоизолирующая способность стекла довольно высока. Стекло толщиной 1 см по звукоизоляции приблизительно соответствует кирпичной стене в полкирпича – 12 см.

Химическая стойкость силикатного стекла – одно из самых уникальных его свойств. Стекло хорошо противостоит действию воды, щелочей и кислот (за исключением плавиковой и фосфорной). Объясняется это тем, что при действии воды и водных растворов из наружного слоя стекла вымываются ионы Na+ и Ca++ и образуется химически стойкая пленка, обогащенная SiO2. Эта пленка защищает стекло от дальнейшего разрушения.

Стекло листовое

Основной вид стекла, применяемый в строительстве– лстовое стекло, используемое для остекления оконных и дверных проемов, витрин и т.п. наряду с этим все шире развивается выпуск листового стекла со специальными свойствами, например, теплопоглощающего, светоотражающего, увиолевого, защитного, декоративного и др.

Листовое оконное стекло вырабатывается шести марок толщиной 2; 2,5; 3; 4; 5 и 6 мм. Ширина листов – 250…1600 мм, длина до 2200 мм.

Масса 1 м2 –2…5 кг. Светопропускание – не менее 87%. К дефектам оконного стекла относятся газовые включения (пузырьки), свиль и «полосность» (неровность поверхности).

Витринное стекло – листовое стекло толщиной 6…10 мм и размером до 3500×6000 мм. Витринное стекло, как правило, делают полированным.

Светорассеивающее стекло пропускает свет, но не дает сквозной видимости. Оно может быть матовое или узорчатое. Матовое получают пескоструйной обработкой или обработкой в парах плавиковой кислоты (HF). Узорчатое получают методом горизонтального проката на фигурных вальцах. Оригинальный метод используется для получения стекла под названием «мороз». Узор получается при помощи столярного клея, наносимого на поверхность стекла.

Увиолевое стекло – стекло, пропускающее большую долю ультрафиолетовых лучей (45…75%), получают из сырья с минимальными примесями оксидов железа, хрома и титана. Такие стекла применяют в лечебных учреждениях, для остекления оранжерей и т.п.

Специальное листовое стекло или функциональное стекло не только пропускает свет, но и выполняет другие важные функции:

· теплоизоляция зимой и теплозащита летом;

· звукоизоляция и защита от утечки информации;

· защита от механического разрушения;

· создание декоративного эффекта.

Теплоизоляционные стекла отличаются от обычных тем, что благодаря специальному тонкому покрытию на внутренней стороне стекла, они снижают долю теряемого через стекло тепла путем отражения инфракрасной части спектра («тепловых лучей») обратно вовнутрь помещения. Светопропускание таких стекол немного ниже, чем у обычных, – 72…79%.

Теплозащитные (солнцезащитные) стекла выполняют обратную функцию: они отражают часть падающей на них лучистой энергии, не пропуская ее в помещение. Это достигается двумя методами:

· на поверхность стекла наносится тончайший металлический слой, работающий как зеркало;

· на поверхности стекла создается слой из оксидов металла, задерживающий часть солнечных лучей и придающий стеклу серый, зеленоватый или бронзовый оттенок.

Защитные стекла – стекла с повышенными прочностными свойствами, не раскалывающиеся на опасные остроугольные осколки. Для получения стекол, более прочных и безопасных по сравнению с обычным листовым стеклом, существует несколько способов.

Закаленное стекло получают специальной термической обработкой стекла. При этом в нем создаются сжимающие напряжения, за счет чего повышается прочность на изгиб в 5…8 раз и прочность на удар в 4…6 раз. При разрушении такое стекло распадается на мелкие (5…10 мм) кусочки кубической формы, безопасные для человека. В строительстве такие стекла применяют для устройства прозрачных дверей, перегородок и т.п.

Армированное стекло получают путем запрессовки в расплавленную стекломассу во время ее проката чистой сетки из хромированной стальной проволоки. Эта сетка удерживает осколки стекла при его повреждении.

Ламинированное стекло (от лат. lamina-слой) реализует парадоксальную идею упрочнения стекла с помощью эластичной полимерной пленки, запрессованной между слоями стекла. При уларе по стеклу в нем возникает трещина, идущая в глубь стекла. Когда трещина встречает на своем пути полимерную пленку, последняя, деформируясь, поглощает энергию развития трещины и останавливает ее. При этом внутренняя часть стекла остается целой. Такие стекла получили название «триплекс».

Подобный композиционный листовой материал из трех слоев стекла и двух слоев полимерной пленки делает стекло пуленепробиваемым.

Самые современные варианты специальных стекол изготовляют таким образом, что функциональные слои (светоотражающие, теплозащитные и т.п.) наносятся на полимерную пленку, и они оказываются внутри слоистой конструкции, защищающей их от повреждения. Такой метод более технологичен, так как напыление слоев металла или оксидов проще производить на полимерную пленку, чем на лист стекла.

Стекло облицовочное

Стекло обладает исключительно высокой стойкостью к действию химически агрессивных сред, высокой твердостью, нулевым водопоглощением (т.е. абсолютной морозостойкостью) и при этом способно окрашиваться в различные цвета красками, не теряющими яркости от атмосферных воздействий. Благодаря гладкости поверхности загрязнения практически не задерживаются на стекле и легко смываются водой. Такая совокупность позволяет получать из стекла высококачественные отделочные материалы.

Листовое декоративное стекло в последние годы широко применяется при возведении общественных зданий. Особенной популярностью пользуются металлизированные зеркальные стекла различных оттенков (золотистые, голубые, серые и т.п.). Они позволяют решить одновременно и архитектурно-декоративную задачу и обеспечить освещение помещений здания (светопропускание таких стекол 0,15…0,2). Здания, облицованные такими стеклами, благодаря их высокой отражающей способности, зрительно становятся «легче»; при этом пространство как бы расширяется. Этот прием многократно использован при постройке небоскребов в США, Канаде и других странах. В Москве комплекс подобных зданий построен у станции метро «Юго-Западная».

Стемалит – листы витринного стекла, покрытые с внутренней стороны керамической краской, закрепленной термообработкой. Стемалит имеет богатую гамму оттенков (более 25 цветов). Размер листов 400×900 и 1100×1500 мм. Примером отделки стемалитом может служить здание Московской мэрии (бывшее здание СЭВ) и гостиницы «Аэрофлот».

Марблит – листы, отформованные из цветного глушенного стекла толщиной 6…12 мм. Лицевая поверхность марблита – полированная, тыльная – рифленая. Стекло может быть однотонным или имитировать природный мрамор. Кроме облицовки фасадов, марблит можно применять для внутренней отделки, устройства подоконников, прилавков и т.п.

Стеклянная плитка может быть получена по различным технологиям и различных размеров.

Стеклянная эмалированная плитка получается нанесением на прямоугольные плитки из стекла размером от 100×100 до 200×200мм глазури (эмали) с последующей термообработкой для ее закрепления.

Плитки стеклянные коврово-мозаичные (размером 20×20 и 25×25 мм) изготовляют прокатом из цветной глушенной стекломассы рифленым валком. Полученную ленту разламывают на плитки, которые лицевой стороной наклеивают на крафтбумагу. Получившиеся ковры используют при устройстве облицовки.

Смальта – кусочки цветного глушенного стекла неправильной формы размером около 20мм; получают разламыванием более крупных плиток. Смальту используют для изготовления художественных мозаичных панно.

Стеклокристаллит, стеклокремнезит и другие виды отделочных плиток. Их получают спеканием до полной монолитизации смеси гранул стекла, горных пород и т.п. на стекольной или керамической связке. Эти материалы имеют свойства, характерные для стекломатериалов, хотя технология их получения ближе к керамической.

Декоративная крошка из цветного стекла «эрклёз» используется для получения декоративных бетонов методом втапливания крошки в поверхность свежеотформованного бетона.

Изделия из стекла

Из стекла изготовляют широкую номенклатуру изделий: стеклопакеты, стеклоблоки, стеклопрофилит, кровельные волнистые листы, дверные полотна и др.

Стеклопакеты – наиболее распространенный вид изделий из стекла. Получают стеклопакеты из двух (одинарный стеклопакет) или трех (двойной стеклопакет) листов стекла, герметично соединенных между собой по контуру. Между листами стекла находится прослойка из сухого воздуха или инертного газа.

Соединение листов в стеклопакет может осуществляться склейкой, пайкой или сваркой.

Стеклопакеты применяют для остекления окон и других световых проемов. Использование стеклопакетов имеет существенные преимущества перед обычным остеклением листовым стеклом, так как они не запотевают, не замерзают и не нуждаются в протирке внутренних поверхностей. Стеклопакеты имеют низкую теплопроводность, а звукопроницаемость окон со стеклопакетом в 2…3 раза ниже обычных.

Эффективное применение стеклопакетов возможно в комплексе с решением проблемы качества рам и оконных коробок. Так, использование алюминиевых и пластиковых рам и коробок исключает потери тепла через неплотности окна.

Стеклянные блоки целесообразно использовать в тех случаях, когда необходимо получить светопрозрачную ограждающую конструкцию с хорошими тепло- и звукоизоляционными характеристиками.

Стеклоблоки вырабатываются из горячей стекломассы на пресс-автоматах, формующих половинки блоков, а затем сваривающие их. При остывании в блоках образуется разряжение, обеспечивающее хорошие изоляционные свойства. Внутренняя поверхность блоков имеет рифление, сообщающее блоку светорассеивающие свойства.

Размеры стеклоблоков от 200×200 до 400×400 мм при толщине до 100 мм. Блоки могут быть бесцветными и цветными. Светопропускание блоков –50…60%. Коэффициент теплопроводности – 0,4…0,45 Вт/(м·К), т.е. почти в 2 раза ниже, чем у кирпича. Кроме обычных блоков изготовляют двухкамерные (с перегородкой, уменьшающей теплопроводность блока почти в 1,5 раза) и светонаправленные (со специальным рифлением, дающим направленный поток света).

Стеклопрофилит – длинноразмерные (до 5 м) профилированные элементы из стекла, изготовляемые методом горизонтального проката. Стелопрофилит может быть коробчатого и таврового (П-образного) профиля. Его применяют так же, как и стеклянные блоки для устройства светопрозрачных ограждений (наружных стен и перегородок) в промышленных зданиях, выставочных и спортивных залах и т.п. Устанавливают стеклопрофилит в металлических обоймах с пластиковыми или резиновыми уплотнителями.

Стекловолокно получают путем продавливания стекольного расплава через тончайшие фильеры (отверстия в твердых материалах) с последующей вытяжкой и намоткой на бобины. Диаметр волокна – 3…100 мкм, длина – до 20 км (для непрерывного волокна). Более короткие (1…50 см) штапельные волокна получают раздувом расплава паром. Из стекловолокна получают стеклянные ткани и стекловойлок, которые используют как армирующий компонент при производстве стеклопластиков или в качестве основы в рулонных кровельных и гидроизоляционных материалах (например, стеклоизол, стеклорубероид).

Пеностекло – блоки из вспученного в момент нахождения в расплавленном состоянии стекла. По структуре и свойствам пеностекло напоминает вулканическую пемзу и используется как теплоизоляционный материал.