Скло та скляні вироби

Скло є одним з основних будівельних матеріалів. Його прозорість, декоративно-оздоблюючі якості та інші специфічні властивості дозволили створити конструкції й будівлі, які відповідають високим вимогам сучасного будівництва.

Скло є продуктом швидкого охолодження силікатних розплавів. На відміну від кристалічних тіл скло є ізотропним, тобто його властивості однакові по всім напрямкам. В’язкість скла при нагріванні та охолодженні змінюється не стрибкоподібно, а поступово і неперервно зі зміною температури. Важливою ознакою скловидного стану є також здатність до кристалізації у певному інтервалі температур. Прозорість скла є наслідком повної відсутності в ньому міжзернинних границь, які розсіюють світло.

У будівництві застосовують силікатне скло, основними компонентами якого є SіО₂, АІ₂О₃, СаО, МgО, Nа₂О або К₂О. Так, віконне скло містить біля 72% SіО₂, 10% СаО+МgО, 15% Nа₂О. Кожен з оксидів має певне функціональне призначення. Кремнезем створює просторовий каркас скла і визначає його найважливіші властивості. Оксид натрію прискорює склоутворення, знижує температуру варіння скла, полегшує освітлення скломаси, однак підвищує коефіцієнт розширення та знижує термічну і хімічну стійкість скла. Оксиди кальцію і магнію підвищують хімічну стійкість скла.

Основні компоненти вводять у сировинну масу (шихту) з піском, польовими шпатами, содою, вапняком, доломітом та іншими матеріалами. Для надання скломасі необхідних властивостей і прискорення варіння застосовують також допоміжні сировинні матеріали – офарблюючі та освітлюючі, окислюючі, відновлюючі тощо.

Сировинні матеріали, які застосовують для скломаси, проходять попередню обробку (збагачення, подрібнення, сушіння) та ретельне перемішування. Найбільш розповсюджені ванні печі неперервної дії. У басейнах таких печей може міститись понад 1000 т скломаси. В один кінець печі завантажується шихта, а в другому неперервно виробляється (витрачається) скло. Процес скловаріння включає наступні послідовні стадії: утворення нових сполук-силікатів; плавлення, видалення газових бульбашок; гомогенізація та охолодження до необхідної в’язкості.

Скломаса виробляється різними методами в залежності від виду виробів. Так, листове скло отримують витягуванням або прокатом, склоблоки – пресуванням із наступним зварюванням, профільне будівельне скло (склопрофіліт) – прокатом та протягуванням крізь формуючі пристосування для надання коробчатого або швелерного перерізу.

При охолодженні скла внаслідок виникнення перепаду температур між поверхневими та внутрішніми шарами утворюються залишкові напруження, котрі можуть бути усунутими відпаленням – повільним охолодженням виробів до нормальної температури. Для звичайного будівельного скла крім прозорості є характерною висока механічна міцність, хімічна стійкість, звукоізолююча здатність, низька теплопровідність.

Суттєво знижують міцність скла тріщини, подряпини та інші ушкодження і, навпаки, міцність зростає після хімічної обробки та гартування.

Крихкість – одна з найбільш характерних властивостей скла. Вона зменшується при збільшенні вмісту В₂О₃, SіО₂, Аl₂О₃, також після гартування.

Для скла є характерною також низька термічна стійкість, тобто низький опір перепаду температур.

Основним видом продукції промисловості з виробництва скляних виробів є листове скло, котре виготовляють неполірованим та полірованим, відпаленим та загартованим, прозорим та кольоровим, плоским, хвилястим, гнутим. Сорт скла встановлюється в залежності від наявності таких дефектів, як: смугастість (нерівність поверхні), свиль (нитковидні порожнини), газові та інші сторонні включення тощо.

Віконне скло виготовляють у вигляді листів товщиною 2...6 мм та розмірами від 250×250 до 2000×2200 мм.

Для утримування уламків при пошкодженні скла в нього запресовують металеву сітку. Таке армоване скло застосовують для улаштування ліхтарів, перегородок, огороджень балконів, тобто там, де від матеріалу потребується підвищена механічна міцність та безпека.

Поряд з армованим ефективним способом підвищення механічної міцності є гартування скла, котре полягає у нагріванні до 600^оС з наступним швидким охолодженням на повітрі.

Скляні блоки виготовляються квадратними і прямокутними із безфарбного або кольорового скла. Конструкції із склоблоків створюють м’яке розсіяне освітлення і мають високу тепло- та звукоізоляційну здатність. Ці властивості з успіхом використовуються при заповненні пройомів у зовнішніх стінах, при улаштуванні покрить та світлопрозорих перегородок.

Склопакети – це вироби із двох або трьох шарів листового скла, між котрими є герметичні повітряні прошарки. Віконні блоки із пакетного скла мають кращі показники ніж із звичайного у подвійній оправі. Разом з тим їх застосування приводить до суттєвої економії лісних матеріалів, підвищує індустріальність скління будівель.

Склопрофіліти – профільне скло швелерного або коробчатого перерізу – характеризується високою механічною міцністю, може служити для скління огороджень і самонесучих стін, для улаштування в середині них перегородок, віконних пройомів і прозорих плоских покрівель. Завдяки великим габаритам (довжина склопрофіліту біля 7 м) при склінні профільним склом відсутня необхідність у застосуванні проміжних рамних оправ.

Скляні труби служать для улаштування трубопроводів, які транспортують хімічні агресивні рідини, гази, харчові продукти, сипкі та інші матеріали. Ці труби експлуатуються в умовах температурного перепаду 40...80^оС і робочого тиску 0,2...0,7 МПа. Діаметр скляних труб – до 200 мм. Вони не підлягають корозії і пропускна здатність їх на 22% більша, ніж чавунних, і на 6,5% більш висока, ніж сталевих, при умовах рівного внутрішнього тертя.

Скловолокнисті матеріали виготовляють із скляного волокна. Розрізняють волокно неперервне та штапельне (довжина біля 50 см). Скляне волокно та матеріали на його основі мають високу міцність при розтягненні (200...400 МПа), відносно невелику середню густину, високі діелектричні і звукоізоляційні властивості, стійкість проти хімічного та біологічного впливу (крім скла лужного складу). Бувають ткані та неткані скломатеріали. До тканих належать склотканина, сітки, стрічки, до нетканих – скляна вата, полотно тощо. Ці матеріали широко застосовують для захисту дренажних систем від замулення.

Із силікатних розплавів отримують також склокристалічні матеріали, котрі містять як скловидну, так і кристалічну фази. Це дозволяє поліпшити їх механічні властивості, підвищити термічну і антикорозійну стійкість, стиранність тощо. До таких матеріалів належать ситали, шлакоситали, кам’яне литво.

Ситали – це продукти кристалізації малолужного скла, яка здійснюється за спеціальним режимом термообробки. У будівництві все більш використовуються шлакоситали (різновид ситалів), які виготовляються з розплавів металургійних шлаків при введенні спеціальних добавок. Шлакоситали застосовують для покриття підлог, опорядження будівель, виготовлення стінових та облицювальних панелей, санітарно- технічних виробів та ін.

Кам’яні литі вироби отримують шляхом плавлення основних вивержених або осадових гірських порід і шлаків з наступною розливкою розплаву у форми і термічною обробкою для того, щоб здійснити кристалізацію і зняти напруження. За міцністю, середньою густиною, стійкістю до хімічного впливу, опором стиранню та низкою інших властивостей кам’яні литі вироби перевершують природні камені. Недоліком кам’яного лиття, як і інших кам’яних матеріалів і скла, є крихкість та порівняно низька міцність при розтягненні і згинанні. Основними видами литих виробів є плити, лицювальні плитки, труби та інші деталі, призначені для роботи у жорстких експлуатаційних умовах.