СМ Черных. Тема 1 Материалы из стеклянных и других минеральных расплавов Определение, краткие исторические сведения

• Название: Тема 1 Материалы из стеклянных и других минеральных расплавов Определение, краткие исторические сведения
• Анкор: СМ Черных.doc
• Дата: 19.08.2018
• Размер: 3.77 Mb.
• Имя файла: СМ Черных.doc
• Тип: Документы; #23204
• страница: 2 из 19

Стеклополотна представляют собой листы закаленного утолщенного стекла для заполнения дверных проемов в общественных зданиях. Стеклополотно выпускают с обработанными кромками и необходимыми для крепления вырезами и отверстиями. Дверные полотна могут быть из полированного или неполированного стекла, прозрачного и светорассеивающего (узорчатого, кованого), бесцветного и окрашенного.

Стеклопакеты получают при соединении по контуру с определенным зазором двух или более листов стекла. Между листами стекла образуются герметически замкнутые прослойки, заполненные воздухом или, например, аргоном. По конструктивным особенностям и способам изготовления выделяют стеклопакеты клееные, паяные и сварные. В зависимости от назначения для стеклопакетов используют оконное, витринное, закаленное, теплоноглощающее и другие стекла.

Площадь стеклопакета до 5 м², расстояние между стеклами 15...20 мм и др. Стеклопакеты отличаются пониженной теплопроводностью, хорошей звукоизолирующей способностью, не замерзают и не запотевают при температуре наружного воздуха до — 20 °С (и ниже — двухкамерные).

Весьма эффективны стеклопакеты со специальной полимерной пленкой с низкомиссионным покрытием, закрепляемой между двумя стеклами.

Применяют стеклопакеты для заполнения оконных проемов, витрин и т.д.

Уместно отметить, что многие специалисты в области архитектурно-строительной практики справедливо считают недопустимым использование рассматриваемых изделий при реставрации (и даже реконструкции) исторических зданий, т.к. внешнему облику последних в этом случае наносится существенный урон. Вне сомнения, что стеклопакеты, позволяющие добиться высокой звуко- и теплоизоляции, предназначены для заполнения оконных проемов только современных, весьма лаконичных с точки зрения архитектурной выразительности, зданий.

Стекло строительное профильное (стеклопрофилит) формуют на прокатных установках из бесцветного или цветного стекла в виде непрерывного профильно - погонажного материала коробчатого или швеллерного сечения с гладкой, рифленой или узорчатой поверхностями. Стеклопрофилит может быть армирована металлической сеткой. Максимальная длина стеклопрофилита коробчатого сечения 5 м, швеллерного —7м. Размеры сечения могут быть разными, например 250 х 50 мм, толщина стекла 5,5 мм.

Ограждающие конструкции из стеклопрофилита собирают, устанавливая его в вертикальном положении, с герметизацией швов нетвердеющими мастиками или эластичными прокладками. Стена из коробчатых профилей отличается сравнительно высокой звукоизоляцией, дает мягкий рассеянный свет.

Профильное стекло используют для светопроницаемых ограждений (самонесущих стен, перегородок, кровель) в гражданском и промышленном строительстве.

Изделия в виде гнутых элементов толщиной от 6 до 39 мм придают своеобразие и оригинальность зданиям многих стран мира. При использовании таких изделий возможны цилиндрическая, коническая, сферическая и другие формы покрытий.

К светонепрозрачным облицовочным материалам из стекла относятся стемалит, марблит, эмалированные и стекломозаичные плитки, смальта, зеркальные, стеклокристаллические плитки.

Стемалит — листы плоского стекла, внутренняя сторона которых окрашена керамической краской. Листы подвергают термообработке, при которой происходит закалка стекла и закрепление краски. Размер листов стемалита, как правило, не менее 900 х 400 мм и не более 2400 х 1200 мм, толщина 5...7,5 мм. Такое облицовочное стекло выпускают 27 различных цветов и применяют для отделки фасадов, интерьеров общественных и промышленных зданий, ограждений балконов, лоджий.

Марблит — материал в виде плоских прямоугольных или квадратных плит с полированной лицевой и рифленой внутренней поверхностью. Его производят из глушеной цветной стекломассы. Выделяют две разновидности марблита — стекломрамор и декоративный марблит.

Плиты стекломрамора различных размеров, часто не более 300 мм по длине и ширине, толщиной 8...25 мм, выпускаются белого, голубого, синего, бежевого, зеленого цветов, однотонные или с мраморовидным рисунком.

Толщина декоративного марблита 5...12 мм, цвет темно-зеленый или черный с кристаллическими вкраплениями в массе и на поверхности, которые блестят при определенном освещении и создают своеобразный декоративный эффект.

Марблит служит для наружной и внутренней облицовок зданий различного функционального назначения.

Эмалированные плитки — изготавливают из отходов оконного или витринного стекла, разрезая его по заданным размерам и покрывая с одной стороны слоем эмали, закрепляемой при термообработке. Их характерные размеры от 100 х 100 мм до 200 х 200 мм при толщине 4...6 мм.

Смальта — куски глушеного цветного стекла неправильной формы толщиной до 10 мм, полученные из стекломассы отливкой или прессованием. Обычно из смальты изготавливали мозаичные панно, декоративные вставки при отделке фасадов и интерьеров. В современной лаконичной архитектуре смальта применяется сравнительно редко.

Стекломозаичные плитки, размером например, 21х21х5 мм — получают при прокате или прессовании стекломассы с разнообразными эстетическими характеристиками, что позволяет создавать оригинальную отделку интерьеров.

Не менее своеобразна отделка при использовании для облицовки даже небольшого количества плиток и плит с зеркальной лицевой поверхностью. Их размеры 50 х 50 мм; 200 х 200 мм и др.

Среди стеклокристаллических стеклянных материалов выделяют стеклокрем-незит, стеклокристаллит, ситаллы, шлакоситаллы.

Стеклокремнезит получают в огнеупорных формах из гранул стекла определенного состава в смеси с кремнеземом и другими добавками. Плиты стекло-кремнезита квадратные и прямоугольные разной длины и ширины, их толщина 15 и 20 мм. Лицевая поверхность материала полированная, различных цветов и оттенков с оригинальным зернистым рисунком. Внутренняя поверхность отличается развитой шероховатостью. Стеклокремнезит используют для наружной и внутренней облицовок стен, колонн, покрытий полов, из него могут выполняться художественно-декоративные фрагменты, предназначенные не только для отделки, но и для художественных композиций, а также самостоятельных художественных произведений.

Плиты стеклокристаллита производят путем сплавления гранул бесцветного или окрашенного стекла. Их характерные размеры при облицовке стен и устройстве полов 150 х 300 мм и 300 х 300 мм.

Ситаллы получают путем полной или частичной кристаллизации стеклянных расплавов.

Используют также шлакоситаллы — плотный тонкозернистый материал, получаемый при кристаллизации стекла на основе металлургических шлаков, кварцевого песка и специальных добавок.

Листы и плиты из шлакоситалла выпускают квадратной и прямоугольной формы длиной до 3000 мм, шириной до 1 500 мм, толщиной 6...15 мм. Лицевая поверхность материала имеет белый, черный и темно-серый цвет с гладкой или рельефной фактурой. Цвет лицевой поверхности может регулироваться путем нанесения силикатных красок, которые закрепляются при термообработке. Шла-коситалл применяют для наружной и внутренней облицовок зданий и покрытий полов.

Материалы из стекла и других минеральных расплавов могут быть теплоизо­ляционными, звукопоглощающими, кислотоупорными.

Пеностекло — высокопористый материал (пористость до 94 %), получаемый при спекании порошка стеклянного боя с газообразователями. Используется оно в виде плит и блоков, в основном, для теплоизоляции стен, покрытий, кровель, тепловых сетей при подземной бесканальной прокладке. Цветное пеностекло можно применять в качестве акустического и облицовочного материала.

Материалы из стеклянных волокон производят, в основном, в виде плит, а также многослойных холстов. Плиты, например, длиной до 1500 мм, шириной до 1000 мм и толщиной 50...80 мм предназначены для теплоизоляции ограждающих конструкций жилых, общественных и промышленных зданий. Многослойные холсты толщиной 50 и 100 мм из супертонкого стеклянного волокна являются эффективным звукопоглощающим материалом.

Тонкие волокна получают также из расплава горных пород (доломита, базальта и др.). Применяя органические или минеральные связующие, выпускают минераловатные плиты, маты для теплоизоляции. Из минеральной ваты и гранул производят и звукопоглощающие материалы.

Из расплава доменного шлака (после его быстрого охлаждения) получают шлаковую пемзу (термозит), которая служит пористым заполнителем для легких бетонов.

Из каменных расплавов (базальта, диабаза) изготавливают плиты, плитки, литую брусчатку — материалы с высокой прочностью и долговечностью, отличающиеся большой коррозионной стойкостью в агрессивных средах.
1.4. Свойства

Эксплуатационно-технические свойства материалов из стекла зависят, прежде всего, от его состава и структуры, которая отличается отсутствием правильной пространственной решетки и аморфностью.

Плотность обычного оконного стекла — 2500 кг/м³, армированного — 2600 кг/м³.

Пористость у стеклянных материалов (за исключением теплоизоляционных и звукопоглощающих) отсутствует. Вместе с тем теплопроводность стекла, в зависимости от его состава, в пределах 0,5...1 Вт/м°С (теплоизоляционные материалы из стекла обладают низкой теплопроводностью — 0,032...0,14 Вт/м°С).

Вследствие сравнительно малой теплопроводности при охлаждении стекла может возникнуть значительный температурный градиент, обуславливающий большие растягивающие напряжения, которые приводят к его растрескиванию.

Стеклянные светопрозрачные материалы обладают высокой стойкостью к агрессивным веществам (за исключением фосфорной и плавиковой кислот).

Материалы из стекла обладают высоким пределом прочности при сжатии. Соответствующая величина достигает 1000 МПа и более (у оконного стекла - 90 МПа), но предел прочности при изгибе и растяжении часто меньше в 6— 10 раз в результате наличия в стекле микротрещин, внутренних напряжений, инородных включений и др.

Материалы из стекла относятся к хрупким — у них отсутствуют пластические деформации. Заметно повышается ударная прочность стекла после дополнительной тепловой обработки (закаливания), нанесения на поверхность тонких пленок различного состава, в том числе полимерных.

Предел прочности стекла при сжатии, растяжении, изгибе измеряют с помощью гидравлических прессов и разрывных машин. При определении предела прочности при сжатии, как правило, испытывают хорошо отожженные образцы без пороков в форме кубиков с длиной ребра 4...5 мм или цилиндров с анало­гичными размерами. Испытывают не менее 10 образцов. Скорость нагружения должна составлять 1...3 МПа/с. При испытании блоков стеклянных пустотелых для выравнивания торцевых стенок применяют цементно-песчаный раствор состава 1 : 3 по массе (портландцемент М400, водоцементное отношение 0,6). После установки блока в форме раствор укладывают по периметру образца и уплот­няют вибрированием. До испытания блок с раствором выдерживают 7 сут. Для определения предела прочности при растяжении используют образцы стекла в виде цилиндрических стержней длиной около 60 мм и диаметром около 6 мм (в средней части диаметр 3...3.5 мм). Испытания проводят на разрывной машине, с помощью которой и специального приспособления определяют предел прочности при изгибе образцов стекла (цилиндрических стержней, пластинок) длиной 75...100 мм.

Модуль упругости стекол статическими методами определяют по деформации образца круглого сечения при изгибе. Испытания проводят с помощью оптического длиномера или тензометрического анализа. Последний основан на измерении сопротивления деформации нагруженного образца относительно ненагруженного. Среди динамических методов наибольшее распространение получил ультразвуковой, основанный на возбуждении в образце стекла ультразвуковых колебаний. Скорость их распространения зависит от упругости образца.

Ударную прочность стекла определяют на приборах различного типа, кото­рые позволяют фиксировать образец стекла и высоту подъема разрушающего груза — обычно стального шара определенной массы. Так, для измерения сопротивления удару стеклянных блоков используют стальной шар массой 0,12...0,15 кг; при соответствующем испытании плоское закаленное стекло должно выдерживать без разрушения удар свободно падающего стального шара массой 227 ± 2 г с высоты 2; 2,5 и 3 м, соответственно, при толщине 5 мм; 6 мм и более.

Ряд зарубежных стандартов также предусматривают определение ударной прочности при помощи стального шара (например, европейский стандарт EN 356) или при действии груза (мешка со свинцовой дробью) массой 45 кг, который двигается как маятник и бьет по стеклу размером 190 х 85 см (например, стандарт DIN 52337). Определяют также стойкость стекла к пулям из различных типов огнестрельного оружия или действию взрывной волны (стандарт DIN 52290).

Коррозийную стойкость стекла обычно оценивают зерновым методом порошка или методом формовых поверхностей. В первом случае после обработки зерен стекла агрессивным веществом (вода, кислота, щелочь) измеряют потери в массе испытуемого образца в г, % или в мл 0,01 и раствора НС1, пошедшего на титрование щелочей, извлеченных из стекла. В зависимости от объема 0,01 н раствора НС1, израсходованного на титрование (в мл), различают пять гидроли­тических классов водоустойчивости стекол: первый — не изменяемые водой стекла (О...0,32 мл); второй — устойчивые стекла (0,32...0,65 мл); третий — твердые аппаратные стекла (0,65...2,8 мл); четвертый — мягкие аппаратные стекла (2,8...6,5 мл); пятый — неудовлетворительные стекла (6,5 мл и более). Большинство промышленных стекол, в том числе оконное, относятся к третьему гидролитическому классу. Известен также метод формовых поверхностей по потере массы образца (свободного от инородных включений с площадью поверхности 100...200 см²) после его обработки в агрессивных реагентах.

Определенное значение с эксплуатационно-технической точки зрения имеют термические свойства стеклянных материалов. При этом учитывают, что объемный коэффициент теплового расширения в три раза превосходит линейный.

При определении термостойкости строительных материалов и изделий из стекла образцы нагревают в печи (термостате) при заданных температуре и времени, а затем сразу погружают в ванну с водой, имеющую температуру + 20 ± 1 °С.

Термические свойства стекол связывают со степенью их отжига. Цель последнего — свести к минимуму остаточные напряжения и стабилизировать структуру стекол.

Степень отжига стекла определяют в зависимости от значения двойного лучепреломления, физическая сущность которого связана с разделением луча света, проходящего через образец, на два луча — обыкновенный и необыкновенный. Оба луча поляризованы во взаимно перпендикулярных плоскостях и распространяются с разной скоростью (имеют разные показатели преломления). Разность хода этих лучей, зависящая от остаточных напряжений и длины хода луча в испытуемом образце стекла, измеряют в миллимикронах на 1 см длины хода луча.

Остаточные напряжения в стекле измеряют с помощью специального прибора (полярископа — поляриметра).

Принципиальное значение для светопрозрачных стеклянных материалов имеют оптические свойства. Именно они отличают оконное, витринное и др. светопрозрачные стекла от большинства других материалов и изделий в жестко-вязком (твердом) состоянии. Эти свойства характеризуются, в основном, светопропусканием, поглощением и отражением.

Каждый из этих показателей оптических свойств зависит от длины волны. Коэффициент отражения в большей мере зависит от угла падения светового потока (увеличиваясь с увеличением последнего) и преломления стекла.

Поглощение света определяется коэффициентом поглощения и оптической плотностью, а также связано с толщиной стекла и, особенно, наличием красящих добавок.

В целом оптические свойства стекол зависят от их химического состава. Так, при необходимости изготовления теплозащитных стекол (поглощающих инфракрасные лучи) в их состав вводят значительное количество закиси железа. С повышением атомной массы входящих в стекло элементов возрастает поглощение коротковолновых излучений — рентгеновских, ультрафиолетовых, γ -лучей.

Величина светопропускания определенных листовых стекол связывается с их толщиной и нормируется. Оптические свойства листовых стекол определяют с помощью различных спектрофотометров. Сущность метода измерения коэффициентов светопропускания и поглощения основана на измерении ослабления светового потока при прохождении через отшлифованный и отполированный образец стекла.

Для рассматриваемых испытаний обычно используют образцы листового стекла размером 30 х 30 х 1 мм. При определении величины светопропускания стеклоблоков используют специальный прибор (шаровой диффузометр).

Эстетические характеристики материалов из стекла регулируются в достаточно широких пределах.

Светопропускание, поглощение и отражение стекла зависят от длины волны света. Эта зависимость, а также различие оптических характеристик стекла, обуславливают возможность разнообразных цветовых эффектов при его освещении.

При использовании молекулярных и коллоидных красителей изготавливают светопрозрачные окрашенные стекла различных цветов и оттенков. Цветные листовые стекла получают также наложением в процессе формования на слой обычного оконного стекла прозрачного или глушеного цветного слоя, нанесением на поверхность цветных оксидно-металлических пленок, препятствующих проникновению части тепловых и световых лучей.

В процессе формования и при дальнейшей обработке производят листовые и другие стекла с различными фактурой и характером рисунка.

При оценке внешнего вида материалов из стекла учитывают требования стандартов к возможным отклонениям от номинальных размеров и дефектам лицевой поверхности. Так, у листового светопрозрачного стекла на 1 м² не допускаются или ограничиваются (для марок М4—М8) пузыри внутренние и поверхностные различных размеров, инородные неразрушающие включения, свиль узловая и нитевидная, царапины волосные или грубые, пороки поверхности слабые или грубые площадью до 10 см².

Уместно упомянуть полосность — порок листового светопрозрачного стекла, связанный с получением участков (полос) различной толщины при формовании вытягиванием. Чем меньше угол, при котором видна полосность стекла, тем выше его качество. При визуальном просматривании линии эталонного экрана «кирпичная стена» сквозь лист оконного стекла не допускаются оптические искажения под углом 90°, а для стекла высшей категории качества — под углом 60°. Эстетические характеристики материалов из стекла оценивают при помощи известных измерительных инструментов (микрометры, линейки, угольники, щупы) и визуально — путем сравнивания с образцами - эталонами с определенного расстояния.

При оценке внешнего вида витражей или стекломозаики учитывают способ их получения.

При изготовлении декоративного остекления в свинцовой пайке используют специально приготовленные куски светопрозрачного стекла различных форм и цвета. Обычно архитектор или художник изготавливает в натуральную величину картон с учетом пайки (оправы) и крепления. Каждая деталь рисунка получает свой номер (одинаковые по форме и цвету детали имеют одинаковые номера). С картона снимается калька, и на ней нарезают картонные шаблоны. Нож для вырезки шаблонов имеет два параллельных лезвия, расстояние между которыми соответствует ширине вертикальной стенки оправы плюс толщина оправы стеклореза. По нумерованным шаблонам нарезают куски цветного стекла. Монтаж витража производят на столе с прозрачной крышкой, оборудованном подсветкой. После расположения в нужном порядке кусков стекла между ними раскладывают участки оправы, тщательно разглаживают черенком ножа и паяют. Стыки пропаивают с обеих сторон витража. Края стеклянных деталей вдоль свинцовой ленты промазывают специальной мастикой.

Контур витража обрамляют стальным швеллером и сваривают углы. Для витражей больших размеров необходимы стержни жесткости — полосы стали, поставленные на ребро. Несущую раму витража крепят в стене или перегородке.

Иногда вместо свинцовой применяют медную оправу в форме двутавра, получаемую в результате прокатки медной трубки. Около мест крепления одну или обе стороны стекла шлифуют, делая определенный уклон (фацет). Стекло закрепляют с помощью гипса. Места стыков и пересечений оправы пропаивают и зачищают.

Оригинальные витражи выполняют, располагая мозаику из цветных стекол между двумя бесцветными листами стекла, которые скрепляют по периметру металлической или деревянной оправой.

Клееные витражи изготавливают при помощи синтетических клеев — на стеклянную подложку приклеивают куски цветного стекла.

«Витражи» из листового светопрозрачного стекла получают после «горячей» или «холодной» росписи. При «горячей» росписи пользуются силикатными красками, после росписи листы стекла обжигают в электропечи. В результате красочный слой становится прочным, ярким и прозрачным. При «холодной» росписи используют анилиновые красители (в лабораторных условиях их можно заменить акварельными красками, цветными тушью или чернилами с добавкой разбавленного желатина) или тонкотертые масляные краски. Эскиз витража выполняют в цвете. Контурный рисунок переносят на лист ватмана соответствующего размера, который располагают с тыльной стороны стекла. Перед нанесением краски стекло обезжиривают, например, раствором питьевой соды. Чтобы роспись была влагостойкой, ее покрывают соответствующим лаком или раствором квасцов.

Для изготовления стеклянной мозаики используют смальту, которую в соответствии с определенным рисунком закрепляют на основании из гипсового или цементного раствора.

1.5. Примеры применения

Если конструкционные материалы из стекла (стекловатные для теплоизоляции, пеностекло) используются в сравнительно ограниченном объеме, то практически в любом современном здании, сооружении применяются конструкцион­но-отделочные стеклянные материалы.

Архитектурный образ современного здания, сооружения в большой мере определяется структурой несущих элементов, выявляющихся на фасаде, и плоскостями из стекла. Характерны геометрически четкие формы и значительные площади стекла с оригинальными свойствами.

Глухие участки навесных стен, влияющие на архитектурный образ зданий, могут быть расположены выше перекрытий или в пределах их примыкания. Но часто предусматривается полное остекление упомянутых стен.

Здания с ограждениями из стеклянных материалов могут иметь гладкий фасад (например, фасад здания ООН) или фасад с развитой пластикой — выступами, углублениями (например, фасад здания Министерства образования в Рио-де-Жанейро).

Соотношения светопрозрачных и глухих участков фасада, пропорции члене ния, цвет стекла — те параметры, которые позволяют создавать навесные стены с разнообразным внешним обликом. Оригинальный внешний вид фасада получают, сочетая светопрозрачные и светонепрозрачные материалы из стекла. Примерами служат фасады зданий мэрии, института Гидропроект и городского аэровокзала в Москве. Индивидуальность последнего определяет сочетание светопрозрачных стекол, стемалита и алюминиевых переплетов. Ритмичные белокаменные пилоны и стеклянные плоскости создают архитектурную выразительность Кремлевского Дворца съездов, где светопрозрачные материалы из стекла связывают помещения с историческими зданиями Кремля.

Вне зависимости от функционального назначения здания поверхности из стекла используются для выявления пластики фасада: здания библиотеки Академии наук РФ, ТАСС, административное здание «Балчуг-Плаза», здание Государственного расчетно-кассового центра, аэропорт «Домодедово» в Москве, гостиничный комплекс в г. Ханты-Мансийске и др. Большую роль материалы из стекла сыграли при отделке фасадов и интерьеров многих зданий в Днепропетровске, Харькове, Симферополе и др. городах Украины.

Связать вестибюли и фойе со средой за их пределами — с улицей, создать впечатление легкости — характерное стремление архитекторов при проектировании ряда общественных зданий. Примеры: кинотеатры «Октябрь» и «Россия» в Москве, «Беларусь» в Бресте, дом отдыха «Пестово» в Московской области и др.

Значительные по площади поверхности из стеклянных материалов, изменяющие тепловые потоки, стали характерны не только для отдельных общественных и административных зданий, но и для ансамблей из них и целых улиц. Многие здания в Европе, Америке, Азии строились с применением таких стекол. Только в Европе ежегодно применяют десятки миллионов квадратных метров стекла с теплосберегающими покрытиями.

Не менее значимы, в т.ч. для архитектурного облика, материалы из стекла в зданиях жилого, промышленного назначения, детских садах, школах, вузах.

Важно представлять, что широкое применение стекол с высоким отражением в видимой части спектра (нанесение пленок из оксидов металлов и др.) существенно меняет внешний облик зданий, сооружений. Оригинальность «зеркальной архитектуры» привлекает многих современных зодчих (рис.1.3 ). Нередко такие здания появляются в контексте исторической городской застройки.

Узорчатые, матово-узорчатые, рельефные (в т.ч. цветные) листовые стекла для перегородок, дверных полотен оказывают огромное влияние на эстетику интерьеров различного назначения. Не меньшую значимость имеют цветные художественные витражи, которые могут изготавливаться не только традиционным способом, но и по новой технологии в сочетании с современными материалами, в т.ч. железобетоном, металлическими профилями. Например, клееный витраж

Рис. 1.3 . Фрагмент фасада современного здания с «зеркальной архитектурой»

представляет многослойную конструкцию, стеклянные элементы которой склеи­ваются различными способами. Принципиальное значение имеет тот факт, что материалы из стекла остаются экологически чистыми на протяжении всего срока их эксплуатации.
Тема 2. Строительные растворы