12 Строительные материалы и изделия из силикатных расплавов

12.1 Общие сведения

Стеклом называются все аморфные тела, получаемые при переохлаждении расплава и обладающие в результате постепенного увеличения вязкости свойствами твердых тел. Переход от жидкого состояния в стеклообразное должен быть обратимым независимо от химического состава и температурной области затвердевания.

Стекла подразделяются на природные и искусственные. Природные образовались в результате деятельности вулканов, например, абсидиановое стекло. Искусственные созданы трудом человека.

В стеклообразном состоянии могут быть многие вещества. В строительстве применяется, в основном, силикатное стекло с преобладанием диоксида кремния (кремнезема) – SiO₂ и в меньших количествах Al₂O₃, Na₂O, CaO, MqO. Например, оконное стекло состоит из SiO₂ (71–72 %), Na₂O (15,2 %), CaO (7,8 %) MqO (4,0 %).

Стекло впервые получено было в Египте за 3-4 тыс. лет до н.э. Изготавливали из него украшения.

В конце VII в. стекло возникает в Венеции. Изготавливались витражи, художественные цветные изделия, зеркала.

В конце XVII в. Чехии был изобретен богемский хрусталь, из которого изготавливали прозрачные толстостенные сосуды с глубокой огранкой.

Основоположником стеклоделия в России является М.В. Ломоносов. На фабрике, построенной под Петербургом в 1752 г., он проводил исследования и выпускал цветное стекло.

12.2 Сырьевые материалы

Сырьевые материалы, применяемые для получения стекла, подразделяются на основные и вспомогательные.

К основным относятся кварцевый песок, кальцинированная сода, сульфат натрия, доломит, известняк, мел.

Кремнезем – SiO₂ – вводится чаще всего в виде кварцевого песка с минимальным содержанием оксидов железа, Fe₂O₃ окрашивает стекло в желтый цвет, FeO – в голубой. При наличии F₂O₃ и FeO стекло приобретает зеленоватый оттенок.

Оксид натрия Na₂O вводится в виде кальцинированной соды Na₂CO₃ или сульфата натрия Na₂SO₄. При нагревании Na₂CO₃ разлагается на Na₂O и CO₂, а Na₂SO₄ – на Na₂O и SO₃ . В стекломассе остается Na₂O; а CO₂ и SO₃ улетучиваются. Оксид натрия ускоряет стеклообразование и понижает температуру варки стекла.

Оксид кальция CaO вводится в виде известняка или мела CaCO₃. Оксид магния MgO вводится в виде магнезита MgCO₃ или доломита MgCO₃· СaCO₃.·СaO и MgO повышают химическую стойкость стекла.

Оксид алюминия Al₂O₃ вводится в виде технического глинозема, полевых шпатов К₂O·Al₂O₃ ·65iO₂, Na₂O·Al₂O₃·6SiO₂, CaO·Al₂O₃·2SiO₂ или каолина Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O. Каолин повышает тугоплавкость и химическую стойкость стекла.

К вспомогательным материалам относят осветители, глушители, красители.

Осветители – хлорид натрия NaCl, сульфат натрия Na₂SO₄ – вводят, чтобы освободить стекломассу от видимых пузырей. Разлагаясь, они выделяют газообразные продукты, которые, улетучиваясь, захватывают другие газы.

Глушители – соединения фтора, фосфора – придают стеклу светорассеивающие свойства.

Красители окрашивают стекло: оксид марганца Mn₂O₃ – в фиолетовый цвет, оксид хрома Cr₂O₃ – в зеленый; соединения никеля NiO, Ni₂O₃, Ni (OH)₂ придают красно-фиолетовую окраску, хлорное золото AuCl₃ – цвета от нежно-розового до темно-красного, соединения серебра AgNO₃ и AgCl – золотисто-желтый.