Химия кремния. Учебное пособие для СПО
.pdfтепло- и звукоизоляционные свойства и способность регулировки влажности в помещении.
Гипсовые вяжущие вещества подразделяются на строительный гипс, высокопрочный гипс и формовочный гипс.
Строительный гипс получается при обработке гипсового камня в печах либо открытых варочных котлах. На выходе получается β-модификация полуводного гипса, имеющая мелкие и плохо сформированные кристаллы. Прочность строительного гипса невысока. Выпускается в виде трех марок Г3, Г4 и Г5, маркировка означает прочность при сжатии – 3–5 МПа.
Для гипсового теста выделяется понятие – сроки схватывания, означающие время перехода в камнеподобное состояние. В сроках состояния различается начало и конец схватывания. При этом начало схватывания – отрезок времени, за которое система (вяжущее-вода) начинает терять подвижность (строительный гипс – не менее 4 минут), а конец схватывания – отрезок времени, за которое система полностью теряет подвижность, превращаясь в камень (строительный гипс 6-30 минут).
Высокопрочный гипс получается при термической обработке гипсового камня при повышенном давлении в автоклавах. При этом образуется α-модификация полуводного гипса с крупными и хорошо сформированными кристаллами. Высокопрочный гипс имеет высокую прочность.
Формовочный гипс по своему строению напоминает строительный (β- модификация) с меньшим содержанием примесей и более тонкого помола. Применяется для изготовления форм в производстве керамики.
Твердение низкообжиговых гипсовых вяжущих происходит при взаимодействии с водой. При этом половина воды, содержащаяся в полуводном гипсе, преобразуется в нормальную двойную воду. Твердение можно регулировать – замедлять (вводя пленкообразующие вещества, например, водный раствор столярного клея) либо ускорять (например, вводя электролиты хлориды кальция и натрия или частицами молотого гипсового камня).
Низкообжиговые гипсовые вяжущие вещества применяются для изготовления гипсовой плитки и лепнины, штукатурных строительных растворов. Также из них делаются композиционные материалы – гипсоволокнистые листы (ГВЛ), состоящие из гипса и распушенной на волокна бумаги и гипсокартон, состоящий из гипса и плотного картона. Помимо этого, производятся сухие смеси для отделки стен и потолков, а также клей и затирки гипса.
Высокообжиговые гипсовые вяжущие вещества
Высокообжиговые гипсовые вяжущие вещества изготавливаются при обжиге гипсового камня под воздействием температуры 600–1000 ºС. Имеют более высокую водостойкость и прочность, чем низкообжиговые, однако крайне медленно твердеют.
Высокообжиговые гипсы представлены ангидритовым цементом и эстрих-гипсом. Ангидритовый цемент получается при высокотемпературном обжиге гипсового
камня либо при помоле горных пород ангидрита:
CaSO4 ∙ 2H2O → CaSO4 + 2H2O
51
Он очень медленно твердеет и поэтому для ускорения вводится 3–5 % извести. Сроки схватывания составляют: начало – не раньше 30 минут, конец – не позже 24 часов. Прочность при сжатии (Rсж) – 5–20 МПа.
Эстрих-гипс получается при обжиге гипсового камня под воздействием температуры 800–1000 ºС:
CaSO4 ∙ 2H2O → CaSO4 + 2H2O
↓ ↓
CaO SO2 + 1/2 O2
Катализатор твердения оксид кальция образуется при обжиге, что исключает технологическую операцию его введения. Эстрих-гипс обладает свойствами, аналогичными ангидритовому цементу.
Высокообжиговые гипсовые вяжущие вещества используются для изготовления отделочного материала искусственного мрамора, штукатурных растворов и устройства бесшумных наливных полов.
Магнезиальные вяжущие вещества Магнезиальные вяжущие вещества являются продуктами умеренного обжига
магнезита (750–850 ºС) и доломита (650–750 ºС), представляющие после тонкого помола каустические магнезит и доломит.
Природный магнезит в процессе обжига разлагается и превращается в оксид магния:
MgCO3 → MgO + CO2↑
Качество каустического магнезита увеличивается со снижением температуры обжига при условии полного выделения углекислого газа.
Каустический доломит получается при термохимических реакциях разложения:
CaCO3MgCO3 → CaCO3 + MgO + CO2↑
У каустического магнезита реакционная активность и прочность выше, чем у каустического доломита. Оба они затворяются в тесто водным раствором солей (например, хлористым магнием), а не водой.
Магнезиальные вяжущие имеют повышенную прочность сцепления с каменным и древесным материалом, а на разрыв особенно прочны. Именно поэтому их широко используют для изготовления жерноточильных кругов, брусьев, применяемых в абразивном производстве, для получения ксилолита (в бесшовных полах) и фибролита (производство теплоизоляционных изделий и перегородок) в строительстве.
Воздушные вяжущие на основе жидкого стекла Жидкое стекло является щелочно-натриевым либо калиевым силикатом с
переменным составом, имеющее общую формулу: R2OnSiO2, где R – это натрий или калий.
На воздухе либо при выделении гелеобразного или аморфного кремнезема под воздействием воды и углекислого газа жидкое стекло твердеет и склеивает. При получении жидкого стекла сырьевыми веществами служат очищенный кварцевый песок, сода либо сульфат натрия. Сырьевая масса тщательно перемешивается и варится при температуре 1300–1400 ºС в стекловаренных печах, а затем быстро охлаждается на металлических листах, при этом образуются зеленоватые, полупрозрачные куски силикат-
52
глыбы. Жидкое стекло используется для затворения кислотоупорного цемента в процессе изготовления соответствующего бетона (сохраняет от выветривания поверхности природных камней), для изготовления замазок и огнезащитных красок.
5.3. ПРОИЗВОДСТВО ЦЕМЕНТА И БЕТОНА
Цемент – это общее название вяжущих порошкообразных материалов, которые при взаимодействии с водой (либо с водными растворами солей) образовывают массу, самозатвердевающую со временем. Для производства такого порошка используются глинистые, маргелистые, известковые породы и т.д. В строительстве цемент играет одну из главных ролей, он скрепляет между собой различные строительные элементы. После смешивания с водой и затвердевания цемент каменеет и сопротивляется воздействию влаги.
Для производства цемента мокрым способом нужно следующее сырье: мел (карбонатный компонент), глина (силикатный компонент), железистый продукт, пиритные огарки и конверторный шлам (железосодержащие добавки). Скорость затвердевания имеет огромное значение при применении вяжущих веществ.
Двуводный гипс является важнейшим веществом для регулирования скорости затвердевания. Его вводят около 3–6 % от всей массы при помоле. Если клинкер был измельчен без добавления гипса, то он слишком быстро схватывается, что делает нежелательным его использование. Твердение цемента зависит от температуры: при температурах от 0 до 8 ºС (пониженной) скорость твердения значительно падает, чем при температурах в пределах от 15 до 25 ºС. Если у цемента активность меньше, а водоцементное соотношение больше, то при пониженных температурах повышение прочности замедляется. При температурах от 70 до 95 ºС, либо от 175 до 200 ºС твердение бетонов и цементов ускоряется, но это происходит лишь при наличии в жидком состоянии воды.
Чтобы твердение цементов при пониженной температуре происходило интенсивнее, то вместе с водой в смесь добавляют добавки-ускорители, например, хлористый кальций (1–1,5 % от массы). Также химические добавки используются и для ускорения затвердевания при нормальных температурах. В.Б. Ратиновым и Г.П. Иноземцевым было предложено применять комплексную добавку, чтобы ускорить процесс твердения цементных бетонов. Добавка эта представляла собой смесь нитрата кальция и нитрита кальция, которые брались в соотношении 1:1. Ускорить твердение цемента пытались при помощи кристаллических затравок, но из-за избирательности действия данный способ не получил широкого применения.
Чтобы замедлить скорость процесса твердения цементов, добавляются полуводный гипс, сахар, хлоралюминад кальция и уксуснокислый кальций. Добавки вводятся в
количестве 1–3 % от массы и помогают отложить схватывание цемента на продолжительное время.
Агрессивные физические и химические факторы способны воздействовать на цемент, находящийся в различных постройках. К химическим агрессивным факторам относятся разные органические и неорганические элементы, находящиеся в газообразном и жидком состоянии (растворы глицерина, кислоты, щелочи, масла), а также водные
53
растворы и вода. Необходимо учитывать состав цемента, использовать высококачественные заполнители, чтобы разработать способы защиты от химических воздействий. Поверхностно-активные добавки вводятся в цемент: гидрофобизирующие (например, омыленный древесный пек), воздухововлекающие, пластифицирующие (например, сульфитно-спиртовая барда) и некоторые полимеры в качестве полимеррастворов, мастик, замазок.
К физическим агрессивным факторам относятся те, которые вызывают коррозию, например, высыхание и увлажнение бетона и цемента, сопровождающиеся деформациями материала (разбухания и усадки), замерзание и оттаивание бетона и цемента, отложение растворимых солей в порах. Чтобы уменьшить вред, наносимый данными факторами, используются химические добавки: кремнийорганические соединения (ГКЖ – увеличивают морозоустойчивость), гидрофобизирующие вещества (мылонафт – для снижения влияния солей).
У цемента есть множество подвидов, которые отличаются между собой способами производства, наличием в них различных добавок и конечными свойствами. Основными видами считаются: глиноземистый цемент, пуццолановые и шлаковые цементы, портландцемент и кислотоупорный цемент (специальные разновидности).
Портландцемент (силикатный цемент) выглядит как зеленовато-серый порошок, который превращается в камнеподобную массу при добавлении воды. Силикатный цемент получается с помощью измельчения клинкера с гипсом или со специальными добавками. При получении мокрым способом сырье разламывается в мельнице, дробится, а после загружается в бассейн. Там сырье размешивается, измельчается и подается во вращающуюся печь в виде массы-шлама.
Длина печи составляет более 200 м, а диаметр – более 7 м. Шлам стекает по направлению к горящим газам, которые образуются в результате сгорания топлива, затем высыхает и высвобождается углекислота. После высыхания получаются шарики – клинкер, который размалывается при помощи шаровых мельниц. Получившийся порошок и есть цемент.
При сухом способе получения цемента, в печь подается не полужидкий шлам, а размолотые в порошок глина, известняк и шлаки. Топливо, которое при мокром способе уходит, чтобы испарить воду, при данном способе экономится.
В настоящее время строительная промышленность выпускает несколько видов портландцемента.
1.Быстротвердеющий цемент – БТЦ. В состав данного вида включены минеральные добавки, и он отличается повышенной прочностью всего через трое суток затвердевания. Из-за весьма тонкого помола и большим содержанием алита и алюмината, начальный период твердения БТЦ характеризуется повышенной скоростью нарастания прочности. Данный вид цемента используется для работ в зимнее время, а также при производстве железобетонных конструкций.
2.Сульфатостойкий цемент. Этот вид производят из клинкера с обычным минералогическим составом, при этом не разрешается введение активных или инертных минеральных добавок. Используется для производства бетонов, находящихся в пресных и минерализованных водах.
54
3.Белый портландцемент. Для получения берут сырье (мраморы либо известняки, белые каолиновые глины) с минимальным содержанием окрашивающих оксидов, например, хрома, железа и марганца. В качестве топлива используются мазут или газ, которые не загрязняют клинкер золой. Самым важным свойством данного цемента является его степень белизны.
4.Цветные портландцементы. Белый клинкер перемалывают с добавлением щелочестойкими и светостойкими минеральными красителями: ультрамарином, сажей, охрой, окисью хрома и т.д.
Бетон является каменным искусственным материалом, который представляет собой смесь воды, крупного (щебень, гравий) и мелкого (песок) заполнителя и вяжущего вещества. Смесь имеет способность отвердевать. Из-за наличия в составе бетона нескольких составляющих затрудняется изучение его свойств. И количество факторов классификации бетонов увеличиваются. В строительстве применяются разные виды бетона, которые имеют следующую классификацию:
1.Классификация по средней плотности.
2.Классификация по виду вяжущего вещества.
3.Классификация по назначению.
На величину плотности бетона имеют влияние: вид заполнителя, плотность цементного камня, структура бетона. От плотности бетона зависят его свойства. Бетоны делятся на:
1.Плотность более 2500 кг/м3 – особо тяжелые.
2.1800–2500 кг/м3 – тяжелые.
3.500–1800 кг/м3 – легкие.
4.Менее 500 кг/м3 – особо легкие.
Особо тяжелые бетоны изготавливаются с применением тяжелых наполнителей: железная руда (магнетитовый и лимонитовый бетоны), барит (баритовый бетон), стальные стружки либо опилки (сталебетон).
Тяжелые бетоны, плотность которых составляет от 2100 до 2500 кг/м3, получаются на заполнителях плотных горных пород: известняк, диабаз, гранит.
Облегченный бетон, плотность которого варьируется от 1800 до 2000 кг/м3, изготавливается на щебне, состоящем из горных пород плотностью от 1600 до 1900 кг/м3.
Легкие бетоны получаются при помощи пористых заполнителей: вспученный шлак, туф, керамзит, пемза и т.д.
К виду особо легких бетонов принадлежат ячеистые бетоны – пенобетон, газобетон. Их производят, к примеру, при помощи тонкомолотой добавки, вяжущего и воды. Смесь различными способами вспучивают.
Вяжущее вещество является главным веществом в составе бетона, которое определяет его свойства. По виду вяжущего вещества различают следующие типы бетонов: силикатные, шлакощелочные, цементные, полимерцементные, гипсовые и специальные.
При помощи различных цементов производят цементные бетоны, которые широко распространены в строительстве. Главную роль среди подобных бетонов играет бетон на портландцементе и разновидностях – 65 % от общего объема. Вторыми идут бетоны на
55
шлакопортландцементе – около 25 % от общего объема производства, а затем бетоны на пуццолановом цементе. Разновидностями цементных бетонов являются: бетоны на напрягающем цементе (для самонапряженных конструкций), бетоны на цветных и белом цементах (декоративные), бетоны на безусадочном и глиноземистом цементах (для специальных нужд).
На основе извести получают силикатные бетоны. При производстве изделия (для его затвердения) применяется автоклавный способ.
На основе гипса изготавливают гипсовые бетоны. Они находят свое применение для изготовления подвесных потолков, внутренних перегородок, элементов отделки. Пуццолановые (гипсоцементные) бетоны являются их подвидом, который отличается большой водостойкостью и применяется при конструкции малоэтажных домов или для производства объемных блоков санузлов.
Шлакощелочные бетоны изготавливаются при помощи затворенных щелочными растворами молотых шлаков. Для строительства данный вид бетона еще новинка. С помощью разных видов полимерного связующего производятся полимербетоны. Основу связующего составляют мономеры (фурфуролацетоновый) либо смолы (карбамидные, полиэфирные, эпоксидные). Данные бетоны хорошо служат в условиях особого воздействия и в агрессивной среде.
На смешанном связующем (полимерное вещество (латексы, водорастворимые смолы) и цемент) производятся полимерцементные бетоны.
Специальные бетоны изготавливаются при помощи особенных вяжущих средств. Чтобы получить жаростойкий или кислотоупорный бетон, берут кремнефтористый натрий, жидкое стекло и фосфатное связующее. В качестве вяжущих средств применяются стеклощелочные, шлаковые и нефелиновые (образующиеся в результате отходов производства).
Бетоны находят применения в изготовлении разных видов конструкций (возводимых на месте или изготовляемых на заводах).
Бетоны разделяются в зависимости от их применения:
1.Обычный бетон. Применяется для изготовления железобетонных конструкций – мостовых конструкций, фундаментов, балок перекрытий и т.д.
2.Гидротехнический бетон. Используется для шлюзов, водопроводноканализационных сооружений, плотин и облицовки каналов.
3.Легкий бетон. Применяется для ограждающих конструкций.
4.Бетон для различных покрытий: аэродромы, полы, дороги, тротуары.
5.Бетон специального назначения: радиационная защита, кислотостойкий, жароупорный.
На стадии раствора у бетона есть свойства жесткости (технической вязкости) и подвижности. Когда создается состав тяжелого цементного бетона, необходимо учесть требования к подвижности бетонной смеси, ее жесткости и прочности бетона на сжатие. При создании состава особо тяжелых и легких бетонов необходимо также учесть и плотность. В современном производстве крайне важно сохранить заданную подвижность: если подвижность недостаточная, то это может не только привести к трудностям при укладке бетонной смеси, но и к браку готовой продукции, а если подвижность чрезмерная,
56
то это повлияет на перерасход цемента. Подвижность бетонной смеси определяется размером осадки (в сантиметрах) эталонного конуса, размеры которого зависят от заполнителя. По подвижности различают следующие бетонные смеси:
1.Малоподвижные: осадка конуса – 4 см.
2.Подвижные: осадка конуса 5–9 см.
3.Пластичные: осадка конуса 10–15 см.
4.Литые: осадка более 16 см.
Жесткость бетонной смеси определяется по времени вибрации (в секундах), которое нужно для уплотнения и выравнивания конуса бетонной смеси (предварительно отформованного) в специальном приборе, определяющем жесткость. По жесткости различают бетонные смеси следующим образом:
1.Ж4 – особо жесткие: показатель жесткости более 31 с.
2.Ж3 – повышенно жесткие: показатель жесткости 21–30 с.
3.Ж2 – жесткие: показатель жесткости 11–20 с.
4.Ж1 – умеренно жесткие: показатель жесткости 5–10 с.
Для исследований применяют стандартную лабораторную виброплощадку, у которой есть автоматический выключатель. Общее время исследования на жесткость не должно быть больше 15 минут.
Прочность бетона зависит от марки (осевое растяжение, временное сопротивление на сжатие, растяжение на изгибе). Для тяжелых, особо тяжелых, крупнопористых и легких бетонов марка прочности на сжатие определяется при помощи исследования на сжатие бетонных кубов. Кубы изготовлены из нужного состава, выдерживаются до определенного срока и испытываются. Для образцов монолитного бетона, который используется при строительстве промышленных и гражданских объектов, данный срок равняется 28 суткам (при нормальном затвердевании: температура – 20 °С, влажность – 90 %). Сторона куба равняется 100 либо 200 мм. Прочность бетона на сжатие выше прочности бетона на осевое растяжение в 10 раз. Если бетон используется в качестве покрытия дороги или аэродрома, к нему применяются требования по прочности на растяжение при изгибе.
Если бетон используется для строительства спецсооружений (градирни, телевизионные башни) и гидротехнических объектов, то он должен соответствовать стандартам по морозостойкости. Морозостойкость оценивается, когда образцы проходят попеременное испытание на оттаивание и замораживание в состоянии, насыщенном водой. Процесс этот занимает от 50 до 500 циклов. Объекты, находящиеся под напором воды, должны быть водонепроницаемы, а сооружения, на которые происходит воздействие агрессивных газов, жидкостей либо морской воды, должны быть устойчивыми к коррозии.
Весовое отношение цемента к воде в бетонной смеси называется водоцементным соотношением, которое является важным фактором в определении свойств бетона. От степени разбавления водой зависит прочность вяжущего – она уменьшается, когда количество воды возрастает, и наоборот.
Плотность бетона варьируется в пределах 85–95 %. Качества бетона, такие, как морозостойкость, прочность и водонепроницаемость, повышаются вместе с его
57
плотностью. При нужной толщине конструкции плотный бетон почти водонепроницаем. Данное качество важно при строительстве гидротехнических объектов. Степень водонепроницаемости бетона зависит от способности не пропускать воду при ее определенном давлении.
При затвердевании на воздухе происходит усадка бетона (при твердении во влажных условиях бетон либо немного расширится, либо не изменится в объеме вообще). Степень усадки бетона зависит от входящего в его состав цемента (не более 1–2 мм на 1 м длины образца).
Состав бетона подбирают, чтобы произвести из имеющихся материалов бетонную смесь нужной подвижности с наименьшим расходом цемента, и бетон с нужной долговечностью и прочностью. Существуют два бетонных состава: полевой (с учетом естественной влажности материалов) и номинальный (для сухих материалов). Плотный бетон является самым долговечным и прочным. Он получается в результате добавления большого количества цемента или за счет нужного соотношения крупного и мелкого заполнителя. Если такое соотношения выбрано правильно, то зерна песка заполнят пустоты щебня, цементное тесто же израсходуется, чтобы покрыть зерна наполнителя, изза чего получается бетон нужной прочности. Если песка в бетонной смеси будет меньше, чем нужно, то расход цементного теста возрастет, иначе бетон станет пористым.
Самой важной стадией в порядке подбора бетонного состава является определение цементно-водного соотношение – т.е. степень расхода воды и цемента на 1 м³ бетонной смеси. После этого уточняется объем расхода наполнителя. Важную роль играет марка цемента, который используется для изготовления бетонной смеси. Промышленность выпускает портландцемент следующих марок:
1.ПЦ 400 ДО и ПЦ 400 Д20 – используется для изготовления асбестоцементных изделий, возведения жилых и промышленных объектов.
2.ПЦ 500 ДО – используется для возведения мостов, производства пролетных строений, блоков, железобетонных труб и путепроводов.
3.ПЦ 600 ДО – используется для строительства высокопрочных объектов Министерства обороны, туннелей и мостов.
Имеются общие требования к бетонным смесям и самим бетонам: бетонные смеси должны хорошо перемешиваться до затвердевания, должны быть подвижными и удобно укладываться, не расслаиваться, у бетонов должна быть нужная скорость схватывания (соответствует срокам распалубки и ввода объекта в эксплуатацию), стоимость бетона и расход цемента должны быть весьма низкими.
5.4. СТЕКЛА. СИТАЛЛЫ
Вулканическое стекло впервые было использовано для получения наконечников стрел человеком около 75 тыс. лет назад. Природный обсидиан подвергли нагреву при обработке около 14 тыс. лет назад, а первые стекла искусственного происхождения появились около 5 тыс. лет назад. Первые изделия из искусственного стекла были украшениями, их родиной стала Малая Азия, а затем – Египет. В Египте изобрели технологии, которые используются и сейчас (стеклодувная трубка). После Египта
58
Древний Рим превратился в центр производства стекла, а за ним Византия и Венеция. Позже к ним присоединились Германия, Франция и Богемия.
Любой хрупкий, аморфный, прозрачный материал можно назвать стеклом. Это характеризует лишь состояние материала, но не его химический состав.
Множество органических соединений (смолы, полиакрилаты, сахара) и неорганических соединений (галогениды, сульфиды, нитриты, оксиды и др.) можно получить в виде стекла.
Химический состав положен в основу их классификации. Он выражен суммой оксидов, которые входят в элементы химического состава. Если при отвердевании расплава образуется стекло, то оксиды называются стеклообразующими. Стеклообразующие оксиды классифицируются таким образом:
1.Силикатные – стеклообразующим компонентом является SiO2.
2.Боратные – B2O3.
3.Фосфатные – P2O5.
4.Боросиликатные – B2O3 и SiO2.
Большая часть стекол, производимых в промышленности, являются силикатными. Для изготовления силикатного стекла используются: известняк, сульфат натрия, доломиты и, конечно же, чистый кварцевый песок. В составе строительных стекол есть дополнительные элементы: свинец в виде карбоната либо оксида (чтобы увеличить показатель преломления и блеск гранитного стекла), алюминий в виде добавки полевого шпата (повышает химическую стойкость), цинк в виде карбоната либо оксида, борную кислоту (для снижения температуры размягчения стекла) и оксид магния (для жаростойкости). Чтобы стекла окрасились, применяют оксиды хрома, железа, кобальта,
перекись марганца и т.д.
Оптические свойства стекла также зависят от добавок, например, прозрачность стекла зависит от силиката свинца, а чтобы стекло защищало от ультрафиолетовых лучей, добавляют окислы ванадия.
В производство стекла входят операции: сушка сырья, измельчение, приготовление шахты и варка стекла в печах при температуре от 1400 до 1500 °С, охлаждение стекольной массы и получение необходимой вязкости, изготовление изделий из расплава, термическая и механическая обработка полученных изделий.
Стекла делятся по своему назначению:
1.Строительное стекло: стеклоблоки, оконное и др.
2.Техническое стекло: стеклянное волокно, светотехническое, кварцевое.
3.Сортовое.
Показатели физических свойств стекла измеряются с помощью расчетов, используя правило аддивности (слагаемости): сложение числовых значений, находящихся в составе окислов, дает числовое значение самого стекла.
Коэффициент внутреннего строения (вязкость стекла) определяет способность элементов внутри вещества в зависимости от температуры перемещаться.
Влияние на освобождение во время варки стекольной массы от воздушных и газовых включений оказывает поверхностное натяжение стекла. При пониженном поверхностном натяжении происходит лучшее осветление стекольной массы.
59
Плотность стекла варьируется о 2,2 до 6,0 г/см³ и зависит от плотности компонентов, находящихся в составе стекла. Если в составе находятся окислы тяжелых металлов, то такие стекла имеют наибольшую плотность. Состояние кварца также имеет влияние на плотность: в кристаллическом состоянии кварца плотность стекла доходит до 2,65 г/см³, а в стекловидном – до 2,2 г/см³. У закаленного стекла плотность на 0,5 % меньше, чем у ожженного стекла.
Уразных по химическому составу стекол величина модуля упругости варьируется от 470 до 860 МПа (у кварцевого стекла – от 650 до 720 МПа).
Устекла разрушающее движение при сжатии равняется 50–200 МПа. Это число превышает плотность при растяжении в 15-20 раз. Чтобы повысить прочность при сжатии, добавляют магний, диоксид кремния и окислы алюминия, при этом щелочные окислы будут производить обратный эффект.
Разрушающее напряжение при растяжении варьируется от 3,5 до 9 МПа. Данное свойство зависит от диаметра образца, состояния поверхности и его химического состава.
Чтобы повысить прочность стекла, его закаляют (подвергают термической обработке), травят, полируют и используют другие способы. Прочность стержней, изготовленных из натриево-известкового стекла, повышается со 100 до 2100 МПа при кислотном травлении.
Твердость стекла изучается с помощью: царапания, вдавливания, шлифования.
От химического состава зависит теплоемкость тепла, между ними существует линейная зависимость.
Тепловодность стекла маленькая (0,7 и 1,34 Вт/(м·ºС)) и в 400 раз меньше показателей тепловодности меди. Если заменить диоксид кремния другими окислами, то тепловодность упадет. Повышается она вместе с температурой (удваивается при температуре размягчения стекла).
От температуры и химического состава стекла зависит коэффициент термического расширения, который влияет на термическую стойкость стекла. Чем выше термическое расширение, тем хуже переносятся стеклом колебания температур.
От длины волны падающего света, среды, химического состава и температуры зависит показатель преломления стекла. Он повышается с возрастанием температуры.
Стекло проводит электричество плохо и принадлежит к изоляторам. Электропроводность стекла повышается при высоком напряжении или при возрастании температуры.
В зависимости от состава у стекла различается диэлектрическая проницаемость (ее показатель выше, чем у кристаллического тела). Если в составе присутствуют в большом количестве щелочные окислы, то диэлектрическая проницаемость повышается.
Уплавленого кварца возрастает электрическая прочность, если содержание диоксида кремния повышается и прочность снижается, если повышается содержание щелочных окислов.
Состав стекла можно описать, как:
Na2CaSi6O14
либо:
Na2 · СаO · 6SiO2.
60