Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Архитектурно-дизайнерское материаловедение. В 3 частях. Ч. 2. Строительные материалы. Керамические материалы. Материалы на основе стеклянных расплавов
.pdf
21
На Руси производство кирпича было начато в Х веке. При Петре 1 качество кирпича оценивалось очень строго. Привезенную на стройку партию кирпича просто сваливали с телеги: если при этом разбивалось более 3 штук, то
вся партия браковалась.
Оказывается, во всем мире существует много музеев кирпича: в США, Англии, Японии, Венгрии. На территории России музеи кирпича находятся в Омске, Калининграде и Санкт-Петербурге.
Первые керамические кирпичи на территории нашего края появились в
позднем бронзовом веке, то есть примерно в 1200–1000 гг. до н. э. В 1980-х гг.
они были обнаружены учеными на поселениях скотоводов и охотников Сузгунской археологической культуры. По мнению омского археолога и известного тележурналиста А. В. Полеводова, традиция изготовления керамических кирпичей
была принесена в Омское Прииртышье из степей Южного Урала и Западного
Казахстана. Известно, что в Европе первые обожженные глиняные кирпичи
появились около 2000 г. до н. э. Примерно в 1066-м г. до н. э. керамический кирпич распространился в Китае. Сузгунское население могло быть одним из звеньев передачи технологии изготовления кирпича по территории Евразии с запада
на восток. Интересно, что позднее, в раннем железном веке традиция изготовления керамических кирпичей в Омском Прииртышье исчезла. Первые кирпичи
были двух типов: прямоугольные и в виде округлых или овальных приплюснутых
лепешек. Самые маленькие из них имели размеры 60×40×40 мм, самые большие
– 150×130×100 мм. Назначение этих кирпичиков тоже было необычным. Из них
никогда не складывали стены. Из кирпичиков сузгунцы изготавливали … площадку домашнего очага. Для этого они в земляном полу своего дома сначала выкапывали яму длиной 600 мм, шириной 400 мм, глубиной 400 мм. Затем на ее дно
укладывали сплошной ряд кирпичиков. Для чего нужна была эта керамическая
выкладка пока не совсем ясно.
Контрольные вопросы и задания
1. Назовите самые крупные и довольно известные глиняные месторожде-
ния в России, которые дали основное сырьё для всемирно известных изделий из
керамики.
2. Что такое ангоб, глазурь, майолика?
3. С какой целью в глину добавляют различные добавки?
4. На какие три группы можно разделить глину по содержанию в ней гли-
нистых частиц?
5. Какие виды глины добывают у нас в Омской области, в нашем регионе?
6. Какой кирпич российского производства считается самым лучшим по
качеству?
7. Глина месторождений нашего региона не отвечает всем требованиям
строительного кирпича. Узнайте, как повышают качество омского кирпича на
омских заводах и в компании «ИНТА-Строй».
8. Сколько кирпичных заводов было построено на территории нашего го-
рода? Сколько из них функционируют в наше время?
21
22
1. 2.
3.
4.
5.
9. В природе встречается глина самых разнообразных расцветок: от чёрных
до белых, от светло-жёлтых до синих. От чего, на ваш взгляд, зависит окраска
глины?
10. Если глина имеет различную окраску, имеет ли она отношение к крас-
кам для отделочных работ?
11. Подготовьте презентацию по одной из тем: «Художественная керамика
(декоративные промыслы России)», «Из истории кирпича», «Омский кирпич».
12. После посещения Музея омского кирпича, напишите эссе по одной из
тем: «История кирпичного производства в Омске», «Старина сибирская (памятники архитектуры региона из кирпича».
13. Подготовьте подборку фотоматериалов омских зданий с использовани-
ем керамических строительных материалов (для выполнения архитектурных эскизов и набросков).
14. В одной из детских сказок написано: «Была у зайчишки избушка лубя-
ная, а у лисы – ледяная». А в каких сказках сказочные герои строили свои домики из кирпича? Вспомните сказки, в которых упоминается кирпич.
15. Какие отличия можно наблюдать у глазурованных керамических изде-
лий и изделий, покрытых ангобом?
16. Что такое калибр керамической плитки?
17. С какой целью перед обжигом керамику подвергают процессу сушки?
18. Разгадайте кроссворд:
По горизонтали:
1. Стекловидное покрытие толщиной 0,1–0,2 мм, нанесенное на изделие и за-
крепленное обжигом.
2. Добавки, которые вводят в глину с целью снижения температуры обжига кера-
мических изделий.
3. Большемерный старинный кирпич, который применяли для строительства со-
боров и храмов Киевской Руси.
4. Нанесенный на изделие тонкий слой беложгущейся или цветной глины, обра-
зующей цветное покрытие с матовой поверхностью.
5. Фактический размер керамической плитки в мм.
6. Какое слово получилось в выделенных клетках по вертикали?
22
23
2. МАТЕРИАЛЫ ИЗ СТЕКЛЯННЫХ
И ДРУГИХ МИНЕРАЛЬНЫХ РАСПЛАВОВ
«Неправо о вещах те думают, Шувалов,
Которые стекло чтут ниже минералов,
Приманчивым лучом блистающих в глаза:
Не меньше польза в нём, не меньше в нём краса.
Пою перед Тобой в восторге похвалу
Не камням дорогим, не злату, но Стеклу!»
М. В. Ломоносов, 1752.
Письмо о пользе стекла (Шувалову)
Эти строки были написаны известным всему миру русским учё-
ным Михаилом Васильевичем Ломоносовым почти три века назад.
Уже в то время для Ломоносова было очевидно, насколько стекло незаменимо в быту, да и, вообще, в жизни человека. Эволюция материалов позволяет по прошествии какого-то времени посмотреть на уже
привычные вещи и изделия с другой стороны и найти им новое применение (рис. П.1.6). История стекла как строительного материала
началась с применения его в виде имитации минералов для украшения туалетов знати, позже стекло стали использовать для остекления
оконных проёмов, а сегодня нас не удивляют фасады небоскрёбов,
«одетых» в самые различные стеклянные одежды: тут и витражи, и
полированные стёкла, и армированные, и стёкла с эффектом 3D.
Пройдите по нашему городу – ТВЦ «Каскад» (рис. П.1.7), новое здание Омской филармонии, фасад «Арена–Омск» (рис. П.1.8) – вот
только несколько примеров архитектурных объектов с остеклёнными
фасадами из различных видов строительного стекла.
Очевидно, прав был Михаил Васильевич, воспевая привычный
для нас, но, оказывается, такой необычный строительный материал. В
современной архитектуре стекло – поистине незаменимый материал.
Стеклянные торговые центры и офисы в мегаполисах радуют глаз
своей зеркальной поверхностью и солнечными бликами. Стекло хорошо сочетается с нержавеющей сталью. Привычный кирпич, а вместе с ним бетон и дерево постепенно уступают место такому, казалось
бы, хрупкому материалу. Стекло в современной архитектуре – это
символ красоты и изящества, приоритетная мода, которая захватила
цивилизацию. В многообразии форм стеклянных поверхностей современные архитекторы с каждым разом по-новому используют необычные сочетание свойства стекла – зеркальность, прозрачность,
23
24
цветовой тон, решая широкий спектр профессиональных задач для
достижения оригинальных архитектурных эффектов. Стекло – универсальный строительный материал, обладая кажущейся хрупкостью,
тем не менее, чрезвычайно прочен, экологически чист и химически
стоек. Но главное достоинство стекла – это то, что оно дает неограниченные возможности полету архитектурной и дизайнерской фантазии.
2.1. Значение материалов
из стеклянных и минеральных расплавов
Материалы из стекла получают из минерального расплава, содержащего стеклообразующие компоненты (оксиды кремния, бора,
алюминия). Процесс перехода из жидкого расплавленного в твёрдое
стеклообразное состояние обратим. Это позволяет оценивать этот материал как сложную жидкую систему в переохлаждённом состоянии.
Стекло – аморфный материал, приобретающий после охлаждения минерального расплава механические свойства твёрдого тела.
В глубокой древности в странах Ближнего Востока (Сирия, Египет) стекло применяли для имитации драгоценных камней, изготовления предметов украшения, декорирования изделий из природного
камня или керамики. С VI века до н. э. в Римской республике стекло
широко применялось для оконных проёмов. При их заполнении использовалось литое толстое стекло с оплавленными краями. Уже в IV
веке до н. э. в Месопотамии мастера использовали стеклянную мозаику и смальту, в I веке до н. э. в Древнем Риме декорировали стеклянными пластинками полы, стены, потолки, колонны общественных
зданий (мозаика дворца императоров Византии, собора Святой Софии
в Константинополе). Большое значение в эстетике интерьеров в Венеции с XIV века стало играть зеркальное стекло, производство которого с XVII века стало массовым. Особую роль в истории архитектуры с
VI века играли декоративные витражи. Стекло для них производилось
вначале литьём, а затем методом выдувания. Готический стиль в архитектуре Франции характеризовался расцветом витражного искусства – почти во всех городах храмы украшались витражами – наиболее известные находятся в соборах Лана, Шартра, Парижа, Сан-Дени.
Пример русского витражного искусства – витраж Исаакиевского собора в Санкт-Петербурге.
С XI века в Киевской Руси мозаика украшала полы, стены, своды
и колонны храмов в Киеве (Софийский собор, Михайловский мона-
24
25
стырь). Первый стекольный завод в России был создан в 1638 году
около г. Воскресенска. Он изготавливал стеклянные колбы, пробирки
и т. д., прежде всего, для «аптечных нужд». Основоположником
научных основ стекловарения в России является М. В. Ломоносов,
который в 1752 году организовал производство разноцветных стёкол,
что нашло отражение в широком распространении на территории
нашего государства мозаики и витражей.
Принципиально новым этапом в истории применения материалов
из стекла, влияющего уже на конструктивные особенности и архитектурный образ зданий, стал период, начиная с XIX века. В это время
развиваются архитектурные формы, где наряду с профилями из стали
и железобетона стало широко применяться стекло, что позволило отказаться от привычной геометрии и традиционных форм. В последние
годы быстро развивается производство специальных видов строительного и технического стекла, а также теплоизоляционных материалов. Использование стеклоблоков позволяет снизить теплопотери
зданий более чем в два раза по сравнению с одинарным остеклением
[2, с. 356].
2.2. Сырьё
Основные сырьевые компоненты для производства материалов из
стекла – кварцевый песок, сода, мел, известняк, т. е. в стекломассу
вводятся кислотные, щелочные и щелочно-земельные оксиды. От их
количества непосредственно зависят все основные эксплуатационнотехнические свойства стекла. Основной компонент стекла – кремнезём – вводится в стекольную шихту с кварцевым песком, молотым
кварцитом или песчаником. Глинозём вводится в виде полевых шпатов, каолина, оксид натрия – в виде соды и сульфата натрия. Оксид
натрия ускоряет процесс стеклообразования, понижая температуру
плавления и облегчая осветление стекломассы, но уменьшает химическую стойкость. Оксид калия, добавляемый в стекломассу, снижает
склонность стекла к кристаллизации, придаёт ему блеск и улучшает
светопропускание. Большое влияние на свойства строительных стёкол
оказывают вспомогательные компоненты: осветлители, обесцвечиватели, красители.
Осветлители вводят для освобождения стекломассы от видимых
пузырей, что ускоряет процесс стекловарения. При нагревании они
разлагаются с выделением большого количества газообразных про-
25
26
дуктов. Улетучиваясь из стекломассы, они способствуют удалению из
неё и других газов (пузырей).
Обесцвечиватели вводят в стекломассу, чтобы устранить нежела-
тельные сине-зелёные или жёлто-синие оттенки, которые стекломасса
приобретает из-за примесей железа в сырьевых материалах.
Красители служат для окрашивания стекла в тот или иной цвет.
Для этого обычно используют соединения металлов: соединения кобальта (синий цвет), хрома (зелёный), марганца (фиолетовый), урана
(жёлтый) и железа (коричневые и сине-зелёные тона).
2.3. Основы производства
Основные операции при производстве материалов из стекла –
варка и формование.
Варка стекла производится в печах различного типа. Листовое
светопрозрачное стекло варят в ванных-печах при температуре от 800
до 1600 ºС. Не менее важен этап формования стекломассы, при производстве материалов из стекла применяют следующие способы:
прессование, прокат, флоат-способ (рис. 3).
Рис. 3. Флоат-способ: 1 – стекломасса; 2 – газовое пространство;
3 – слив; 4 – ванна с расплавом металла; 5 – лента стекла
Флоат-способ наиболее производителен и эффективен. Поверхность ленты стекла получается гладкой, не требующей шлифовки и
полировки, нижняя – за счёт контакта с предельно ровной поверхностью расплавленного металла, верхняя – за счёт поверхностного
натяжения.
26
27
После формования материал подвергают отжигу. Отделку лице-
вой поверхности стекла производят механическим, химическим спо-
собами и путем нанесения различных покрытий.
2.4. Материалы и изделия
на основе стеклянных расплавов
Материалы из стекла и других минеральных расплавов можно
разделить на две основные группы: светопрозрачные и непрозрачные
(облицовочные и специального назначения: теплоизоляционные, звукопоглощающие, кислотоупорные). Основной продукцией стекольной
промышленности является листовое стекло: неполированное, полированное, многослойное, закалённое и т.д. Выпускают также разнообразные изделия из стекла, в том числе армированного, профильного,
витринного. Широко применяются разнообразные изделия архитектурно-строительного назначения: стеклянные блоки, стеклопрофилит,
стеклопакеты.
Армированное стекло – стекло с впрессованной стальной проволочной сеткой для удерживания осколков при повреждении. Его используют для устройства фонарей, перегородок и ограждений балконов, где требуется повышенная механическая прочность материала.
Бесцветное армированное стекло выпускают толщиной 5,5 мм, цветное – 6 мм. Поверхность его бывает гладкой и блестящей, рифлёной,
узорчатой.
Закалённое стекло – стекло, подвергнутое нагреву до 800–900 °С
с последующим резким равномерным охлаждением. Закалённое стекло не поддаётся резанию, сверлению, фрезерованию и другим видам
механической обработки. Его изготавливают по заранее обусловленным размерам, предусматривая необходимые отверстия для крепления. Закалённое стекло применяют для изготовления дверных полотен, перегородок, потолков и других строительных элементов, требующих повышенной механической и термической стойкости. Если его
разбить (хотя к этому надо будет приложить немалые усилия), то оно
распадётся на осколки с округлыми гранями, о которые достаточно
трудно порезаться.
Многослойное ламинированное стекло (триплекс) – это стекло,
состоящее из двух и более листов, соединённых между собой прозрачной эластичной плёнкой толщиной 1–3 мм. Триплекс обладает
высокой звукоизолирующей способностью, ударной стойкостью и
27
28
прочностью. При нарушении целостности триплекса, связующая полимерная плёнка предотвращает появление острых режущих кромок
и осыпание осколков. Толщина стекла колеблется в пределах 6–40 мм.
Его термо- и теплостойкость составляют 100–110 °С. Изготавливают
триплекс двух видов – плёночный и заливной. В первом случае листы
стекла склеиваются друг с другом по всей поверхности полимерной
плёнкой, во втором – ламинирующим составом. Плёночный триплекс
имеет лучшие оптические характеристики, заливной – прочностные.
Триплекс применяют в тех случаях, когда стекло должно быть ударопрочным, пуленепробиваемым, огнестойким – при остеклении витрин
магазинов, балконов, лестниц, устройства стеклянных полов, в стеклопакетах на крышах зданий, в транспорте и т.д.
Пеностекло – стекло с ячеистой структурой, получаемое вспучиванием при 750–850 °С размягчённой стекломассы, содержащей газообразователи. Пеностекло выпускается с замкнутыми или сообщающимися порами. Температурная устойчивость такого стекла колеблется в пределах 300–1000 °С. Пеностекло легко обрабатывается режущими инструментами, поддаётся окраске, имеет малое водопоглощение, относительно высокую прочность и водостойкость. Его применяют для теплоизоляции (в т. ч. холодильных установок и холодильников) тепловых сетей, а также как отделочный и акустический
материал.
Получили достаточно широкое распространение стеклянные трубы, стекловолокнистые гидро-, звуко-, электро- и теплоизоляционные
материалы. Развивается производство листового и прессованного
стеклокристаллического материала – шлакоситалла. К прогрессивным композиционным материалам относятся стёкла с напылённой на
их поверхность тончайшей прозрачной металлической или пластмассовой плёнкой; слоистые стёкла, склеенные прозрачными синтетическими плёнками. Развивается производство цветного армированного
профильного стекла, стекла с избирательным светопропусканием для
всех диапазонов длин волн [4, с. 485].
Стеклопакеты – изделия из двух или трёх плоских стёкол, склеенных, спаянных или сваренных между собой по периметру так, чтобы между ними образовалось замкнутое пространство 9–20 мм, заполненное сухим воздухом. Стеклопакеты изготавливают из оконного, термически полированного, витринного неполированного и полированного, теплопоглощающего и других видов листового стекла
обычной прямоугольной формы с соотношением длины и ширины не
28
29
более чем 5:1. Виды стеклопакетов представлены в таблице П.2.1. В
прослойках стеклопакетов размещают активный влагопоглотитель,
что в сочетании с их герметичностью даёт возможность предотвратить образование конденсата на внутренних поверхностях при температуре внешнего воздуха до – 50 °С. Клееные стеклопакеты имеют
рамки из стали, алюминия, ПВХ. Стеклопакеты используют для
остекления витрин, жилых помещений (окон и балконов), а также
зданий различного назначения [2, с. 362].
Для облицовки зданий применяют стеклянные ковровомозаичные плитки, цветные плитки: марблит – из непрозрачной
стекломассы, стемалит – листовое стекло, покрытое с одной стороны
керамическими красками, узорчатое и цветное стекло. Но об отделочных материалах мы поговорим в третьей части учебного пособия.
Нельзя обойти вниманием один из видов художественного стекла, который широко применяется в интерьере с давних времён. Вит-
раж (от лат. «витрум» – «стекло») – 1) картина, орнаментальная или
сюжетная декоративная композиция из стекла или другого материала,
пропускающего свет, заполняющая световые проёмы, ниши и другие
пространства общественных зданий и сооружений; 2) вид монументально-декоративного искусства – живопись по стеклу.
Сегодня в Омске много фирм и компаний, которые занимаются производством художественных стёкол и витражей. Одна из них – производственная
компания «Сатурн». Студенты кафедры дизайна, рисунка и живописи под руководством автора пособия на протяжении нескольких лет посещают эту компанию, где знакомятся с различными видами строительного и художественного
стекла. Представители этой фирмы охотно делятся со студентами секретами изготовления различных видов витражей (ребята даже побывали в мастерской, где
им показали образцы витражей в технике «Тиффани»), художественной обработкой стекла и применением художественного стекла в интерьере (панно,
остекление дверей, ширмы, столики, настольные лампы и т.д.). Кроме того, компания «Сатурн» постоянно приглашает студентов-дизайнеров пройти производственную практику на базе своих мастерских, где можно получить опыт декоративно-прикладного творчества в работе со стеклом. Всё это находит отражение
при подготовке студентами дипломных и курсовых проектов, а также проявляется в деловом сотрудничестве компании и выпускников кафедры, ставших профессиональными дизайнерами.
Отходы стекла представляют в различных странах 28–38 % всех
бытовых отходов. Кроме того, значительные отходы стекла образуются на самих стекольных заводах и в строительстве. В связи с этим
их утилизация с целью защиты окружающей среды представляет
важную экологическую задачу. В настоящее время некоторые фирмы
29
30
для производства стеклотары используют 90 % стеклянного боя. В
США и Канаде построено более 30 экспериментальных дорог с использованием более 50 % стеклобоя в качестве заполнителя. Эта добавка улучшает торможение и увеличивает долговечность дорог. Значительное применение отходы стекла нашли в производстве отделочных материалов, а также пеностекла.
2.5. Свойства стеклянных материалов
Эксплуатационно-технические свойства материалов из стекла
зависят, прежде всего, от его состава и структуры, которая отличается
отсутствием правильной пространственной решётки и аморфностью.
Пористость у стеклянных материалов (за исключением тепло-
изоляционных и звукопоглощающих) отсутствует.
Вместе с тем, теплопроводность стекла, в зависимости от его состава, колеблется от 0,5 до 1 (теплоизоляционные материалы из стекла обладают низкой теплопроводностью). Вследствие сравнительно
малой теплопроводности при охлаждении стекла может возникнуть
значительный температурный перепад, обусловливающий большие
растягивающие напряжения, что приводит к его растрескиванию.
Материалы из стекла обладают высоким пределом прочности при
сжатии, но при наличии в стекле микротрещин, внутренних напряжений, инородных включений, предел прочности значительно ниже.
Стеклянные светопрозрачные материалы обладают высокой
стойкостью к агрессивным веществам.
Материалы из стекла относятся к хрупким – у них отсутствуют
пластические деформации. Это главный недостаток стекла. Заметно
повышается ударная прочность стекла после дополнительной тепловой обработки (закаливания), нанесения на поверхность тонких плёнок различного состава.
Определённое значение с эксплуатационно-технической точки
зрения имеют термические свойства стеклянных материалов. При
этом образцы стеклянных изделий нагревают в печи при заданной
температуре и времени, а затем погружают в ванны с водой при температуре от + 20 до – 1 ºС.
Термические свойства стекол связывают со степенью их отжига,
цель которого – свести к минимуму напряжения и стабилизировать
структуру стекла.
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]