12.4 Свойства стекла
Оптические свойства. Высокая прозрачность оксидных стекол к излу- чению оптического диапазона сделала их незаменимыми материалами для остекления зданий и различных видов транспорта, изготовления светильни- ков, зеркал и оптических приборов, включая лазерные, ламп различного ас- сортимента и назначения, осветительной аппаратуры, телевизионной, кино- и фототехники и т.д.
Пропускание, поглощение, преломление, рассеяние и отражение света, являются результатом взаимодействия электромагнитного излучения с веще- ством. Луч «белого» света разлагается стеклом на спектр, что носит название
«дисперсии» света. Показатель преломления и дисперсию относят к опреде- ленным длинам волн.
Стекла с определенными заданными коэффициентами преломления и дисперсией называют оптическими. Эти коэффициенты выражают в долях единицы или в процентах. Для листового стекла толщиной 1см коэффициент светопропускания Т составляет 88…90 %, поглощения А – от 0,5 до 3 % в за- висимости от содержания красящих компонентов, а коэффициент отражения
R – 8…9 %. Особенно высокой прозрачностью должны обладать оптические стекла.
Для строительного листового стекла (оконного, витринного) необходимо учитывать, что коэффициент светопропускания Т прямо зависит от отража- ющей способности поверхности стекла и от его поглощающей способности.
Теоретически даже идеальное, не поглощающее свет стекло не может про- пускать света более 92 %, так как обе его поверхности отразят не менее 8 % световых лучей. Коэффициент отражения света от поверхности стекла может быть снижен (это просветление оптики) или увеличен путем нанесения тон- кой пленки некоторых материалов, имеющих меньший коэффициент пре- ломления, чем стекло.
Достигающее Земли солнечное излучение состоит: из УФ лучей – 3 %
(длина волны – 0,28…0,38 нм); инфракрасного излучения – 55 % (длина вол- ны 0,78…2,5 нм) и видимого света – 44 % (длина волны 0,38…0,78 нм). Ла- минированное стекло СТАДИП пропускает 0,4 % УФ лучей, а ПЛАНИ-
ЛЮКС толщиной 10 мм – 44 %.
В современном строительстве для оконных, дверных и других световых проемов применяются специальные стекла с солнце- и теплозащитными свойствами. Для этих стекол важно определение спектральных характери-
264 стик светового потока, прошедшего через осветление, оценка светового тона.
На основе этих характеристик осуществляется выбор определенного вида стекла, а также предопределение теплотехнических и светотехнических свойств светопрозрачных ограждений, их влияние на условия работы, дизайн зданий и сооружений.
Электрофизические свойства. Стекло относится к диэлектрикам, в ко- торых проявляется преимущественно ионная проводимость. При температуре ниже 200 °С объемная удельная электропроводность стекол незначительна, в связи с чем стеклянные изоляторы используются в высоковольтных линиях электропередач. С увеличением содержания щелочных оксидов электропро- водность возрастает. Пленка SnO
2 обусловливает поверхностную проводи- мость. Важным свойством является диэлектрическая проницаемость, которая колеблется от 3,75 (кварцевое стекло) до 16,20 (свинцовое стекло, содержа- щее до 80 % PbO).
Электрическая проводимость стекла в однородном электрическом поле достигает высоких значений – 100…300 кВ/мм. В неоднородном электриче- ском поле с ростом температуры и увеличением толщины образца пробивное напряжение сильно снижается за счет теплового пробоя, вызванного диэлек- трическими потерями.
Химическая стойкость стекол.По характеру действия на стекло реа- генты можно разделить на две группы. К первой группе относятся реагенты с рН < 7. Это вода, влажная атмосфера и растворы кислот (кроме фосфорной и плавиковой), нейтральные или кислые растворы солей.
Ко второй – реагенты с рН > 7, т.е. растворы щелочей, карбонатов и т.п. По механизму воздействия сюда же относятся фосфорная и плавиковая кислоты.
Повышение температуры способствует разрушению стекла любым реа- гентом. С повышением температуры на каждые 10 о
С в области до 100 о
С скорость растворения растет в 1,5…2 раза. В автоклавах в условиях повы- шенных температур и давлений удается полностью растворить большинство силикатных стекол.
Большое влияние на скорость химического разрушения стекол оказы- вает количество их отжига. Закаленные стекла разрушаются, в 1,5…2 раза быстрее, чем стекла, хорошо отожженные.
Влияние главных оксидов на физико-механические свойства стекол. Оксид кремния
SiO
2
– повышает вязкость и тугоплавкость стекломассы, улучшает химические и физические свойства стекла,
повышает прочность, химическую и физическую стойкость, снижает плотность, температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР) и показатель светопреломления.
Оксид алюминия
Al
2
O
3
– повышает тугоплавкость, вязкость и темпера- туру размягчения, поверхностное натяжение расплава стекла, улучшает ме- ханические свойства, теплопроводность, стойкость и снижает ТКЛР.
265
Оксид бора В
2
О
3
– снижает температуру плавления, вязкость, поверх- ностное натяжение и склонность расплава стекла к кристаллизации ТКЛР, увеличивает термо- и химическую устойчивость, улучшает химические свойства.
Оксиды
CaO, Mg
О,
Zn
О,
PbO
– повышают механическую прочность, хи- мическую стойкость, показатель светопреломления стекла и улучшают внешний вид стеклоизделий.
Оксиды щелочных металлов
Na
2
O, K
2
O, Li
2
O
– играют роль плавней, сни- жая температуру плавления стекольной шихты и вязкость расплава. В обыч- ных стеклах концентрация их не превышает 14…15 %. Они повышают плав- кость, ТКЛР (из-за низкой тепловой проводимости у стекла происходит не- равномерный нагрев и, как следствие, термальный шок), диэлектрическую проницаемость, снижают химическую стойкость и электрическое сопротив- ление стекла.
Поташ К
2
СО
3
– придает стеклу чистоту, блеск, прозрачность и увеличи- вает его светопреломление. Применяется для производства лучших сортов стекла, в частности хрусталя – одного из видов стекла, используемого для высокохудожественных светильников (рисунок 198, таблица 50).
Рисунок
198 – Со- держание различных оксидов в составе стекольной шихты
Термостойкость стекла. При резком охлаждении или нагревании в стекле возникают термоупругие напряжения: при нагревании – сжатие, а при охлаждении – растяжение. Поскольку изделия из стекла обладают более вы- сокой прочностью на сжатие, то термостойкость изделий из стекла более вы- сокая при резком нагреве, чем при резком охлаждении.
Коэффициент термостойкости стекла может быть рассчитан по формуле
Винкельмана-Шотта:
σ
р
λ
К
т
= S--- · √ ---- ,
α·Е
с·d где S – константа, учитывающая форму изделия; σ
р
– предел прочности при сжатии;
α – ТКЛР; Е – модуль упругости; с, d – соответственно теплоемкость и плотность стек- ла; √ λ/ с·d – коэффициент температуропроводности.
SiO2
AI2O3
CaO,PbO,ZnO,MgO
Na2O,K2O,Li2O
K2CO3
B2O3
266
Среди силикатных стекол наиболее высокой термостойкостью (около
1000 о
С) обладает кварцевое стекло, для которого характерно оптимальное сочетание параметров: самое низкое значение α = 5·10
-7 о
С
-1
, высокий коэф- фициент температуропроводности.
Таблица 50 – Классификация стекол по составу
Класс стекол
Стеклообразую- щие компоненты
Свойства
Область применения
Элементарные
Сера (S), Селен
(Se),
Фосфор (P) в том числе стеклоуглерод
Углерод (C) t плав.= 3700 о
С, р=1500кг/м
3
, высокая прочность, электропро- водность, химическая стойкость
Электротехническое и химическое оборудова- ние
Галогенидные
(фтороберилатные)
ВеF и дополни-
тельные фториды алюминия, каль- ция, магния, ба- рия, стронция
Высокая стойкость к действию жестких излу- чений (рентгеновские лучи, гамма-лучи) и агрессивных сред (фтор, фтористый водород)
Аппаратура жестких излучений, химическое оборудование
Халькогенидные
Бескислородные системы: Ge-As-X;
Ge-Sb-X; Ge-P-X; где Х-S, Se, Te
Прозрачны в инфракрас- ной области спектра. Об- ладают полупроводнико- вой проводимостью электронного типа, обна- руживают внутренний фотоэффект
Телевизионные высо- кочувствительные ка- меры переключатели элементов запоминаю- щих устройств в ЭВМ
Оксидные, в том числе: силикатные алюмосиликатные боросиликатные бороалюмосили- катные алюмофосфатные боралюмофосфат- ные алюмосиликофос- фатные фосфорванадные силикотитановые силикоцирконат- ные
SiO
2
Al
2
O
3
, SiO
2
B
2
O
3
, SiO
2
B
2
O
3
, Al
2
O
3
, SiO
2
Al
2
O
3
, P
2
O
5
B
2
O
3
, Al
2
O
3
, P
2
O
5
Al
2
O
3
, SiO
2
, P
2
O
5
P
2
O
5
, V
2
O
5
SiO
2
,TiO
2
SiO
2
, ZrO
2
Влияние главных окси- дов на физико- механические свойства рассматривается ниже
Однокомпонентное:
- кварцевое стекло (ши- роко распространено в технике и в быту)
Двухкомпонентные:
- бинарные щелочно- силикатные стекла (в строительстве и рестав- рационных работах)
Многокомпонентные:
- основа промышлен- ных стекол
267
Физико-механические свойства силикатного стекла: плотность –
2450…2550 кг/м
3
; R
сж
– 1000 Н/мм
2
или 1000 МПа (1 см
3
стекла выдержи- вает 10 т); R
раст
– 50…100 МПа (закаленного – 120…200 МПа в зависимости от толщины); термостойкость – около 90 о
С; твердость по шкале Мооса –
5…7; показатель преломления – 1,52…1,53; коэффициент светопропускания
– 0,84…0,87; ТКЛР α, о
С
-1
– 87·10
-7
12.5 Декоративные материалы из стекла
Перспективными в строительстве при отделке фасадов зданий, по- крытии полов и создании внутренних интерьеров являются материалы, полу- чаемые на основе стекол определённых составов с последующей их кристал- лизацией. Эти материалы отличаются долговечностью, прочностью, нулевым водопоглощением, огне- и светостойкостью, высокой износостойкостью и способностью длительное время работать в агрессивных средах. Кроме того, возможность при синтезе стёкол использовать различные виды красителей, изменять при кристаллизации стёкол количество, размер и форму кристал- лов, применять особые приёмы при формовании изделий и использовать раз- личные технологии (стекольные, керамические) при изготовлении стекло- кристаллических материалов обеспечивают им высокие декоративные свой- ства. К настоящему времени разработано большое количество различных ви- дов строительных стеклокристаллических материалов (рисунок 199).
Строительные стеклокристаллические материалы
Рисунок 199 – Основные виды стеклокристаллических материалов
268
В зависимости от количества кристаллической фазы выделяют две группы материалов: одна – с преобладанием стекловидной фазы, другая – с преобладанием кристаллической фазы.
К
первой группе относятся стекломрамор, авантюриновое стекло, глу- шенное стекло для коврово-мозаичной плитки, стеклокристаллит, стекло- кремнезит и художественное стекло.
Ко
второй группе относятся материалы, количество кристаллической фазы в которых выше 30…40 %. Эту группу, прежде всего, составляют си- таллы (золо-, шлако- и петроситаллы) и сигран – стеклокристаллический ма- териал, получаемый на основе недефицитного сырья (кварцевого песка, мела, доломита или различных промышленных доходов, в частности доменного шлака) и обладающий высокими декоративными свойствами. К этой группе относятся стеклокристаллические материалы, разработанные японской фир- мой Nippon Electric Glass и широко применяемые в строительстве Японии.
СТЕКЛОМРАМОР
получают путём непрерывного проката глушеной ма- лощелочной расплавленной стекломассы. Глушение обеспечивается путём введения в состав шихты соединений фтора и фосфора, которые выделяются при охлаждении в виде кристаллических образований фторидов или фосфа- тов щёлочных или щёлочноземельных металлов, обеспечивающих рассеяние света и приводящих к непрозрачности материала. Эффект глушения создает- ся также применением определённых составов стёкол, склонных при охла- ждении к ликвации, т.е. фазовому расслоению,
приводящему к образованию двух стеклофаз, одна из которых близка по составу к кварцевому стеклу. Из
СТЕКЛОМРАМОРА изготавливают плиты размером 200х200… 500х500 и толщиной 7…10 мм, которые применяются для облицовки стен внутри зда- ний, а также для покрытий полов.
Их целесообразно использовать в помещениях с повышенными санитар- но-гигиеническими и эстетическими требованиями, но не рекомендуется применять для покрытий полов в помещениях, в которых по условиям экс- плуатации допускается наличие жидкостей на полу, движение тележек, удар- ные нагрузки, воздействие кислот и их растворов. Плитки СТЕКЛОМРА-
МОРА выпускают белого, голубого, синего, бежевого и зеленого цветов, од- нотонные или белые с мраморовидным рисунком. Лицевая поверхность пли- ток кованая или полированная, тыльная имеет рифление для лучшего сцеп- ления с раствором.
МАРБЛИТ
– непрозрачное утолщенное окрашенное в массе стекло, вырабатываемое способом проката. Выпускают в виде плоских прямоуголь- ных или квадратных плит. Служит для облицовки внутренних стен, перего- родок жилых и общественных зданий. МАРБЛИТ обычно вырабатывается двух видов – толщиной 5..7 или 8…10 мм. Его наружная лицевая сторона может быть полированной, узорчатой, необработанной – шероховатой («ко- ваной») или огненно-полированной. Обратная сторона имеет мелкую про- дольную нарезку или рифление для закрепления листа при облицовке.
269
МАРБЛИТЫ изготавливают самых разных цветов: желтые, молочные, чер- ные, серые, кремовые, зеленые и розовые, а также мраморовидные и др.
Природный авантюрин (солнечный или царский камень) относится к мелкозернистым кварцитам, на полированной поверхности которых наблю- дается мерцание блесток. Причина мерцания состоит в различных показате- лях преломления основной массы стекла и кристаллических вкраплений.
Авантюриновое стекло представляет собой цветное стекло с кристал- лическими включениями хром- и железосодержащих соединений или кри- сталлов металлической меди, обеспечивающих эффект мерцания и блеска за счёт высокого показателя преломления по сравнению с основным стеклом.
Из хромосодержащего авантюринового стекла производят плиты методом непрерывного проката. Декоративный эффект этих плит создается за счет выделения кристаллов оксида хрома (3 %), в силу уменьшения его раствори- мости при снижении температуры стекольного расплава.
Авантюриновое стекло,полученное плавлением шихты, в которой со- держится до 60 % шлаков, не имеет аналогов в мире. Оно обладает высокими прочностными свойствами, щелоче- и кислотостойкостью. Лицевая поверх- ность имеет огненно-полированный вид черной окраски с мерцающими включениями светло-зеленого цвета. Весьма экзотичное и красочное, приме- няется для наружной и внутренней облицовки, витражей.
При производстве СТЕКЛОКРИСТАЛЛИТА и СТЕКЛОКРЕМНЕЗИТА
– спечённых облицовочных материалов можно использовать как специально сваренные глушенные стёкла, так и различные отходы стекольного произ- водства (рисунок 200).
270
Рисунок 200 – Создание мраморовидного рисунка и схема получения материала NEOPAR-
IES
Работы, проведённые в РХТУ им. Д.И. Менделеева, показали, что мож- но использовать отходы листового, тарного, медицинского, электровакуум- ного стекла, отходы производства стекловолокна. Технология этих материа- лов включает приготовление стеклогранулята из специально сваренной стекломассы путём грануляции струи в потоке воды, из отходов – путём термоудара.
Следующая стадия – засыпка чистого стеклогранулята или смеси с наполнителем в формы. Затем производят спекание и обжиг плит в газовых или электрических печах.
СТЕКЛОКРЕМНЕЗИТ представляет собой двухслойный материал, в котором основной слой – гранулы цветного глушеного стекла, а нижний слой
– глушенное стекло в смеси с кварцевым песком, который обеспечивает адге- зию к цементному раствору. В тоннельной печи гранулят постепенно нагре- вается до температуры 870…950 о
С в зависимости от химического состава, а затем спекается и охлаждается, после чего края плит обрезают на алмазном круге. Лицевая поверхность плиток из СТЕКЛОКРЕМНЕЗИТА полирован- ная, имеет различные однотонные или в виде неповторяющегося узора рас- цветки, имитирующие природный камень. Тыльная сторона плиток имеет
271 развитую шероховатую поверхность. Используют для наружной и внутрен- ней облицовки стен, колонн, настила полов, оформления панно на фасадах и в интерьерах зданий.
Имеют хорошие декоративные качества, высокие меха- нические свойства и атмосферостойкость. Размер плит – 200х300 мм при толщине 15 мм.
СТЕМАЛИТ
– изделие из листов плоского стекла, внутренняя сторона которых в процессе изготовления окрашена керамической эмалевой краской
(тонкоизмельченная смесь красящего минерального пигмента с легкоплавким свинцовым стеклом) и подвергнута термообработке, которая закрепляет краску и упрочняет стекло. Толщина слоя оплавленной краски составляет
0,1…0,2 мм. Получил широкое распространение как отделочный материал при облицовке фасадов (музей-панорама «Бородинская битва»), внутренних стен и перегородок производственных и общественных зданий, для ограж- дающих балконов, лоджий и лестничных клеток.
Коврово
- мозаичные стеклянные плитки представляют собой окрашенные в разнообразные цвета плоские небольших размеров изделия, изготавливае- мые из глушеного или полуглушеного стекла и выпускаемые преимуще- ственно в виде ковров, в которых отдельные плитки наклеены на бумажную основу.
Для их производства используют стекла, содержащие глушители (со- единения фтора, фосфора и др.). Коврово-мозаичные плитки получают не- прерывным прокатом расплавленной стекломассы или прессованием из пресс-порошка. Они выдерживают резкие перепады температур не менее 60 о
С.
Прессованные коврово
- мозаичные плитки изготавливают из стеклянного порошка, смешанного с 5 % парафина с последующим отжигом плиток в му- фельной или туннельной печи при 720 о
С в течение 2…2,5 ч. Порошок фрак- цией до 0,7 мм получают дроблением в шаровой мельнице из цветного или бесцветного стекла, в который затем добавляют необходимые красители.
Цветовая палитра прессованных плиток шире, чем прокатных, и вклю- чает 15 эталонных цветов. Прессованные плитки, как и прокатные, могут иметь гладкую или рифленую, блестящую или матовую поверхность, которая должна соответствовать утвержденному эталону.
Применяют для наружной и внутренней отделки зданий. Небольшой размер плиток (22х22х5 мм) и конусовидные их торцы обеспечивают надеж- ное сцепление с бетоном или цементным раствором. Ковры из коврово- мозаичных плиток применяют при заводской отделке стеновых панелей, предназначенных для жилья, общественных и промышленных зданий. Ковры из плиток получают наклейкой их лицевой поверхностью на бумагу на спе- циальных машинах, при этом используется бумага оберточная или мешочная.
Для приклеивания плиток к бумаге применяют костный, мездровый или дру- гие клеи.
272
Художественное стекло. Стеклу, как уникальному материалу, присущи следующие специфические декоративные свойства. Это способность форми- роваться в любой самой сложной форме. Стекло воспринимает удивительные по чистоте, глубине и нежности цвета и передает неподражаемую игру света, отливающую в граненых изделиях всеми цветами радуги (особенно в хру- стальных стеклах). Для стекла характерно беспредельное разнообразие в пе- реходах от кристальной прозрачности до полной заглушенности наподобие благородного камня. Такие замечательные художественные достоинства в соединении со свойствами долговечности были использованы народами всех времен для создания художественных памятников, отражающих особенности культуры различных исторических эпох.
Разновидность художествен- ного стекла – узорчатое стек- ло (рисунок 201). Его по- верхность щедро украшена всевозможными орнамента- ми. Сейчас в Европе, напри- мер, самый "писк" – стекла с мельчайшим геометрическим рисунком. Технология эта новая, поэтому такие стекла стоят в четыре раза дороже обычных узорчатых.
Рисунок 201 – Получение узорча- того стекла методом прокатки еще горячего стеклянного листа через рельефные валки
К художественному стеклу можно отнести широкий ассортимент изде- лий, используемых в строительстве, архитектуре и монументальной скульп- туре. Это элементы декоративной отделки зданий
– карнизы, доризы, детали колонн, вентиляционные решетки, монолитные балясины лестничных перил и балюстрад (стеклянные колонны из хрусталя станции «Автово» метрополи- тена в Санкт-Петербурге, хрустальный фонтан павильона СССР на междуна- родной выставке 1939 г. в Нью-Йорке).
Очень большая группа изделий
художественного стекла применяется в архитектурно- декоративном убранстве парадных интерьеров общественных зданий – барельефы, монументальные вазы и светильники – торшеры, бра и широкий ассортимент осветительных устройств, как из обычного, так и хру- стального стекла. В России роскошные декоративно-парадные люстры укра- шают павильонный зал Эрмитажа в Санкт-Петербурге, станции метро «Ком- сомольская» и Большого театра в Москве. В настоящее время широкий ас-
273 сортимент высокохудожественных светильников, люстр из хрусталя произ- водит ОАО «Саратовстройстекло». В конструкциях различных светильников и люстр применяется изящная латунная фурнитура и высококачественный хрусталь, ограненный алмазными кругами, создающий чарующие световые эффекты.
Монументальная скульптура из декоративного художественного стекла предназначена для украшения парадных интерьеров жилых и общественных зданий. По специально разработанной технологии был выполнен ряд скульп- турных работ по изготовлению бюстов А.С. Пушкина, Н.Н. Качалова и
В.И.Мухиной. Относительно недавно в Санкт-Петербурге появился на фаса- де офисного здания девятый атлант. Он выполнен из светочувствительного стекла, на которое была наложена фотография Атланта Эрмитажа.
К разновидностям монументального декоративного искусства из стекла относятся и витражи.
Витражи
(от фр. vitrage, от лат. vitrum – стекло) – картина, орнаментальная или сюжетная декоративная композиция из стекла или другого материала, пропускающего свет, заполняющая световые проемы, ниши и другие пространства общественных зданий и сооружений; вид мону- ментально- декоративного искусства – живопись по стеклу (рисунок 202).
Рисунок 202 – Витражи в оформлении кафе
Витражи выполняются, как правило, из разноцветного прозрачного стекла. Это один из видов архитектурных форм. Различные витражи с при- менением стекла по типу их изготовления можно разделить на 4 основные группы: паечные из листового стекла на гибкой металлической основе; из объемных многослойных стекол на бетонной основе; из листового крупноразмерного стекла в качестве основы для нане- сения художественного изображения; смешанные.
Классический витраж на свинцовой пайке
, в котором по заданному рисунку располагают куски цветного стекла разной формы. По торцам стекла огибают свинцовым профилем, который в отдельных местах сваривают, превращая разрозненные куски стекла в плоский лист – цветную картину.
274
Прозрачные листы стекла превращают в витражи путем нанесения мато- вого рисунка абразивными инструментами или с помощью химического травления (рисунок 203). Применяя серебряные и медные пасты, превращают бесцветное листовое стекло в цветной витраж (рисунок 204). Для этого слои паст наносят по заданному рисунку на поверхность стекла.
При нагревании до 550…600 о
С ионы серебра и меди диффундируют из паст в поверхностный слой стекла, окрашивая его в цвета: желтый (серебря- ная паста) или светло-желтый, черный и красный (медная паста). Окраска за- висит от газовой среды, в которой производят термическую обработку.
Рисунок 203 –Пескоструйный витраж
Рисунок 204 – Живописный витраж из цветных стекол, рас- писанных керамическими красками с последующим обжигом
На листы бесцветного стекла можно так- же наносить рисунки из цветных порошков или ап- пликации из кусков цветного стекла, которые за- крепляют нагреванием или устойчивыми органиче- скими клеями. Из цветного накладного стекла получают витражи обработкой цветного слоя по наклеенным на него трафаретам, пескоструйным аппара- том, абразивными инструментами или травлением фтористыми растворами.
Пример удачного применения витража в декоративном оформлении огромного пространства общественного сооружения – витраж станции метро
НОВОСЛОБОДСКАЯ (Москва).
Вновь возрождается художественная мозаичная живопись из стекла в архи- тектуре общественных зданий и сооружений. В мозаичной мастерской Ака- демии художеств России хранится 15 тыс. сортов смальты различных цветов, а в Риме в «папской» мастерской – до 25 тыс. В России впервые смальты выплавлялись М.В. Ломоносовым на Усть-Рудницкой стекольной фабрике.
Им же в 1751 г. был
раскрыт секрет изготовления золотого рубина, утрачен- ного после смерти Кункеля – его первооткрывателя. М.В. Ломоносов возро-
275 дил это древнее искусство и широко использовал смальты в живописном ис- кусстве. Мозаика широко использовалась в декоративном оформлении рим- ских церквей в XII в., изображении святых и религиозных картинах храмов и достигла своего расцвета в Византийской империи. Мозаичная живопись на основе смальт была широко использована и при строительстве станций мет- рополитена в Москве.
Стеклянную крошку получают из глушеной белой или цветной стекло- массы. Для ее производства используют эрклез, стекольный гранулят и отхо- ды прокатного стекла, которые подвергаются дроблению и сортировке. При- меняют для отделки бетонных поверхностей преимущественно фасадов зда- ний, что позволяет создавать своеобразные декоративные эффекты.
Смальтой принято называть кусочки глушеного цветного непрозрачного стекла не правильной формы размером до 20 мм, отли- чающиеся широкой гаммой цветов. Ее изготав- ливают литьем из расплавленной стекломассы или прессованием из стекольного порошка.
Смальту используют для отделки фасадов зда- ний, изготовления мозаичных панно и др.
Прессованную смальту изготавливают из порошка стеклобоя, смешанного с диоксидом олова и при необходимости с керамическими красителями (рисунок 205).
Рисунок 205 – Панно из смальты
Изделия подвергают теплообработке, в результате чего происходит спе- кание стеклочастиц и оплавление красителя. Размеры плит не регламентиру- ются и определяются соглашением потребителя и изготовителя.
Декоративный триплекс представляет собой листы с запрессованной цветной или декоративной пленкой, тонкой тканью. В Японии производят триплекс с декоративной пленкой, имитирующей природный камень. Пред- назначен для внутренних перегородок (рисунок 206).
Рисунок 206 - Декоративный триплекс
Ко второй группе стек- локристаллических ма- териалов относятся
СИТАЛЛЫ
– материа-
276 лы, в основе получения которых лежат принципы направленной каталитиче- ской кристаллизации стёкол определённых химических составов с образова- нием кристаллов размером не более 1…2 мкм и различных кристаллических фаз в количестве более 40 %, обеспечивающих высокие термические, меха- нические и химические свойства материала (таблица 51).
При синтезе СИТАЛЛОВ можно использовать сырьевые материалы, тра- диционные для стекольной промышленности – кварцевый песок, мел, доло- мит, а также доменные шлаки тепловых электростанций, отходы горнообога- тительных комбинатов. Составы строительных СИТАЛЛОВ относятся к си- ликатным малощелочным высококальциевым системам, в качестве катализа- торов кристаллизации используются сульфиды и фториды металлов. Мето- дом прессования можно получать плиты размером 300х300х20 мм, прессова- ние осуществляется на многопозиционном автоматическом прессе.
Таблица 51 – Эксплуатационные характеристики стеклокристаллических материалов
Свойство
Стекло- мрамор
Стекло- кремнезит
Шлако- ситалл
Сигран Neoparies Мрамор Гранит
Плотность, г/см
3
Прочность при из- гибе, МПа
Прочность при сжа- тии, МПа
Ударная вязкость, кг·см/см
2
Твердость по Моосу
Сопротивление ис- тиранию, г/см
2
Водопоглощение, %
ТКЛР, αх10 6
, К
-1
Теплопроводность,
Вт/(м о
С)
Термостойкость, о
С
Водостойкость, %
Кислотостойкость,%
Щелочестойкость,%
2500 10 230
-
-
-
0 9,4
-
60
-
-
-
2200 9,8 26-70 1,5-1,9 5-6 0,06 0,35 9,
1,51 60-80
-
-
-
2600-
2700 65-80 500-
600 2,8-3,5 6-7 0,015-
0,06 0
7,2-9 1,2 150-
200 99,9 99,55 73-85 2600-
2700 28 500-
550 2,5 6-7 0,005-
0,8 0
8-8,5 1,2-1,4 120-
140 99,8 99,6 75-80 2700 51 56-120 2,5 6,5
-
0 6,2 1,62
-
-
0,08*
0,05*
2600-
2800 7,2 60-300 2,1 3
0,2-2 0,1-0,7 8-13 2,2-2,3
-
10,3*
0,3*
2500-
2900 15 100-
330 2,0
7 0,1-0,5 0,1-0,5 5-1 2,1-2,4
-
-
1*
0,1*
* Данные фирмы Nippon Electric Glass, потери образца размером 15х115х110 мм после
650-часовой выдержки в 1 %-м растворе H
2
SO
4
и 1 %-м растворе NaOH.
Промышленное получение ШЛАКОСИТАЛЛА в виде непрерывной ленты шириной 1600…1800 и толщиной 6…10 мм стало возможно в резуль- тате большого комплекса проведённых научно-исследовательских, ориги- нальных конструкторских и проектных работ. Необходимость осуществления
277 таких работ была вызвана особенностями химического состава шлаковых стёкол: их коррозионной агрессивностью по отношению к огнеупорам, лету- честью компонентов, расслаиванием в процессе варки, коротким интервалом выработки и необходимостью стадии кристаллизации.
Такие работы позволили создать промышленную высокомеханизован- ную и непрерывную линию производительностью 500 тыс. м/год ШЛАКО-
СИТАЛЛА белого и серого цветов, которая на протяжении почти трёх деся- тилетий работала на Константиновском заводе «Автостекло» (Украина).
ШЛАКОСИТАЛЛ используется в строительстве для покрытия полов промышленных и гражданских зданий, для облицовки наружных и внутрен- них стен, для футеровки строительных конструкций, подверженных воздей- ствиям и абразивному износу. Для расширения цветовой гаммы ШЛАКО-
СИТАЛЛА на его поверхность можно наносить силикатные эмали различно- го цвета.
Основной кристаллической фазой в этих материалах является волла- стонит – метасиликат кальция, который обладает способностью выделяться при термообработке в виде игольчатых кристаллов, растущих перпендику- лярно поверхности изделия. Для усиления декоративного эффекта формуют- ся плиты стекла с выступами на лицевой поверхности, которые после кри- сталлизации сошлифовывались, и на поверхности плит проступал мрамор- ный рисунок. Более перспективным способом является получение строитель- ных материалов методом спекания гранул с их последующей кристаллизаци- ей.
Данный способ лежит в основе получения материалов типа NEOPARIES, промышленное производство которых осуществляется в Японии с
1947 г. Используемое стекло имеет состав, мас. %:
SiО
2
– 59; Al
2
O
3
– 7; B
2
O
3
– 1; CaO – 17; ZnO – 6,5;
BaO – 4; Na
2
O – 3; K
2
O – 2; Sb
2
O
3
– 0,5. Шихту ва- рят в стекловаренной печи при температуре 1500 о
С. Выработка стекломассы осуществляется путём сливания в воду, а полученные при этом гранулы подвергают помолу до размера 1…7 мм. Высу- шенные гранулы стекла насыпают в
огнеупорные поддоны равномерным слоем, загружают в ваго- нетку и направляют в тоннельную печь, где осу- ществляется спекание гранул и их кристаллизация.
Рисунок 207 – Примеры применения плит NEOPARIES в фасадных системах (а) и интерьере (б)
После термообработки материал содержит при- мерно 40 % кристаллической фазы, что позволяет
278 придавать изделиям при повторном нагреве изогнутую форму, в частности для изготовления круглых колонн и арочных сводов. Поверхность плит шли- фуется и полируется с целью выявления мраморовидного рисунка, создавае- мого игольчатыми кристаллами волластонита. Тыльная сторона плит покры- та стеклотканью с целью их защиты и повышения адгезии к клеящему рас- твору. Плиты выпускаются размерами 900х900х15 и 900х1200х15 мм различ- ных цветов: бежевого, белого, коричневого, розового, серого и чёрного. В
Японии, например, этот материал используется чрезвычайно широко при покрытии полов, внешней и внутренней облицовке зданий различного функ- ционального назначения.
Разновидностью спеченных стеклокрис-таллических материалов яв- ляется НЕОПАРЬЕ-ЛАЙТ, при синтезе, которого используется механизм объёмного зародышеобразования, для чего в состав стекла вводятся катали- заторы кристаллизации – оксиды титана или циркония. Стекло формуется методом проката, а затем измельчается, и дальнейший технологический про- цесс аналогичен NEOPARIES. Это позволяет получать более однородные по размеру и тепловой истории гранулы стекла, что обеспечивает в дальнейшем более высокое качество получаемых листов материала (рисунок 207).
В России также разработан высокодекортив-ный стеклокристаллический материал –
СИГРАН
, промышленное производство которого осуществлялось на ряде стекольных заводов. В основе получения СИГРАНАлежит принцип направленной сферолитовой кристаллизации стекла волластонитового соста- ва.
По своей фактуре он напоминает гранит, мрамор и яшму. В зависимости от используемых красителей – оксидов или сульфидов элементов переменной валентности цвет СИГРАНА может включать всю палитру красок: белый, синий, голубой, красный и серый. Технология СИГРАНА включает основные этапы, характерные для традиционного стекольного производства и два до- полнительных, связанных с кристаллизацией и механической обработкой.
СИГРАН обладает высокими физико-механическими свойствами, удо- влетворяющими требованиям, предъявляемым к отделочным материалам. В таблице 8 приведены свойства СИГРАНА в сравнении с природными мате- риалами.
Анализ разработанных технологий стеклокристаллических материалов и их свойств показывает, что сочетание высоких декоративных и эксплуата- ционных характеристик позволяет использовать этот класс материалов в строительстве наряду с гранитом и мрамором. Стеклокристаллические мате- риалы обладают неограниченным сроком службы, так как характеризуются высокой атмосферо- и светостойкостью, стойкостью к истиранию, нулевым водопо- глощением, имеют абсолютную устойчивость к выцветанию под воздействи- ем солнечного излучения и моющих средств. Они относятся к категории несгораемых отделочных материалов.
Скачать 23.57 Mb.