Архитектурно-строительные материалы и изделия на основе стекол

1. Свойства стекол строительного назначения: механические, термические, оптические, химические.

2. Сырьевые материалы для производства стекол и технологический процесс приготовления шихты.

3. Технологические схемы производства стекла: стекловарение и способы выработки. Выбор и обоснование основного технологического оборудования для производства стекла.

4. Классификация и ассортимент стекла и стеклоизделий. Модифицированные стекла.

1. Св-ва стекл строит-го назначения: мех-е, терм-е, оптич-е, хим-е.

Мех-е св-ва стекл: 1)прочность Rраст = 10⁴МПа, Rизг = 30-100МПа, Rсж = 500-2000МПа. На проч-ть влияют поверх-е дефекты – микротерщины, царапины, т.к. они явл-ся концентраторами напряжений и с них нач-ся разруш-е. Также, на R влияют кач-ва отжига, однород-ть стекла, наличие в стекле включений (камни, свили). Возд-е влажной атморсферы снижает проч-ть стекла на 20-25%(раклинивающее дей-е влаги в микротерщ-х поверх-ти). 2)Упругость. Стекла облад-т упругими св-ми, кот-е хар-ся модулем уруг-ти Е, модулем сдвига G и коэф-ом пуансона μ. Е= 2G (1+μ), Е = 68-69*10³МПа. 3) Хрупкость.При низких темпер-х стекло явл-ся очень хрупким. Оно практ-ки не способно к пластич-ой деформ-и и после области упругих деформ-й по достиж-и пред-й нагрузки сразу разруш-ся. Степень хруп-ти стекл обычно оценив-т ударной вязк-ю, кот-я измер-ся работой отнес-й к попре-му сечению образца, затрач-й на однократ-й ударный излом образца. Термич-е св-ва стекол.1) Удельная теплоемк-ть. В интервале 10-100⁰С, в завис-ти от сос-ва 0,3-1,05 кДж/кг*⁰С. С увел-ем темпер-ры теплоемк-ть возрастает, при 500⁰С = 1,09, при 700⁰С = 1,27.2)Теполпроводность. Это св-во имеет важное знач-е для эксплуат-х св-в и для технологии произв-ва, где процессы теплопередачи явл-ся определяющими. Q_х=λ(dT/dx)→λ. Qx – плот-ть тепл-го потока в направл-и х. dT – градиент темпер-р тела. Наибольшая теплопров-ть у кварц-го стекла 1,34 Вт/м*⁰С, строит-е сткло – 0,87 Вт/м*⁰С. 3)Температуропроводность. α(м²/⁰С). Опред-т скорость измен-я темпер-ры тела в нестацион-м тепловом потоке, она равна: α=λ/c*d, с – удельная теплоемк-ть, d – плот-ть. Температуропров-ть необх-ма для расчета скор-ти выравнив-я темпер-ры стеклоизделий при их перемещ-и из одной зоны тепл-х режимов в другую. Температуропров-ть зависит от сос-ва стекла и для силик-х стекл измен-ся в интервалах 2-6*10^-7 м²/⁰С. 4) Тепловое расширение стекол. Это св-во стекол расшир-ся при нагрев-и оказ-т влияние на его термост-ть и имеет опред-е знач-е при произв-ве ряда стеклоизд-й: накладных стекол, спаев и т.д. Тепловое расширение хар-ка темпер-ым коэф-ом линейного расширения α. И α = (1/l₀)*(dl/dT). 5) Термостойк-ть. Способ-ть стекла выдерж-ть без разруш-я резкие перепады темпер-р. Коэф-т Винкельмона-Шотта: к = (σраст/α*Е)*√(х/cd), х/cd – температуропров-ть.Оптические св-ва стекл. Прозрач-ть скела, т.е. его способ-ть пропуск-ть свет, делает его незаменимым мат-ом. Часть светового потока отраж-ся, а часть пропуск-ся. Отражающая способность: ρ = Фρ/Фо. Фρ – отраж-й световой поток, Фо – падающий световой поток. Поглощение свотового потока хар-ся коэф-ом поглощ-я: α = Фα/Фо, Фα – световой поток, поглощ-й стеклом. Коэф-т пропускания: τ = Фτ/Фо. ρ + α + τ=1. Поглощ-е опред-ся прозрач-ю стекла, зависит от содерж-я красящих комп-в, сос-ва стекла и толщины. Химическая стойкость. Высокая стойк-ть к возд-ю разл-х агрессив-х сред явл-ся выжным св-ом. Зависит от сос-ва и сост-я поверх-ти самого стекла и природы возд-х на него реагентов. Делится на 2 группы: 1)Вода, растворы кислот, влажная атмосфера (при воздействии с поверх-го слоя удал-ся щелочные комп-ты, кот-е переходят в р-р. В рез-те гидролиза щелочных силикатов на поверх-ти стекла образ-ся кремнеземистая пленка, кот-я тормозит дальнейшую коррозию). 2) Растворы гидрооксидов, карбонатов, фосфатов и т.д. Под возд-ем этих реагентов происх-т разруш-е кремнекислородного каркаса стекла, а следов-но полностью стравлив-ся поверх-е слои. Хим-я стойк-ть зависит от состава: введением Al значит-но повыш-ся хим-я стойк-ть; повыш-е темпер-ры усиливает коррозию; хорошо отожженные стекла имеют лучшую хим-ю стойк-ть.

1. Сырьевые мат-лы для произв-ва стекол.

Раздел-ся на осн-е и вспомог-е. Осн-е: песок, сода, доломит, полевой шпат, сульфат, известняк (мел). Вспомогат-е: восстановит-ли, окислит-ли, красит-ли, осветлители, ускорители. В стекольной промышл-ти прим-ся минер-ое сырье (кварц, пески, доломит, мел) и промышл-е продукты других отраслей (поташ, сода, глинозем). Минеральное сырье имеет много примесей и непостоянный состав. Компоненты, ухудшающие кач-во стекломассы: FeO, CuO, TiO и др. – первая группа. Вторая группа: соответ-е осн-е комп-ты состава стекла – Al₂O₃, CaO, MgO. Примеси, относ-ся к первой группе придают стеклу нежелат-ю окраску, а также образ-ют в стекле пороки. Важнейшими требов-ми предъявл-ми к сырью явл-ся постоянство хим-го сос-ва и хим-яоднород-ть партий сырья (ГОСТ). Осн-е мин-е сырье – кварцевые пески – только на единичных месторожд-х соот-т требов-м. В больш-ве случаев их прих-ся обогащать. Обраб-ка сырьевых мат-в включает: дробление, помол – известняки, доломит, уголь. →Сушка влаж-х мат-в (песок, доломит). Просеивание через сита.→ Бункера хранения (контроль состава)→Дозирование. Приготовление шихты. Примен-т в механизир-х составных цехах. Включает: приемный силосный склад, участок обработки и дозиров-я – смесит-е отдел-е. Дозирование – смесит-е отделение: бункера, помещение распредел-я мат-в из силосов в бункера и дозирование- смесит-е линии. Смесители, транспор-е устр-ва, бункеры хранения шихты. В завис-ти от конструк-и смес-ля и объема перемеш-й шихты длит-ть процесса = 2-5 мин. Увлаж-е шихты произв-ся на стадии перемешив-я.

1. Технолог-е приемы произв-ва стекла: стекловарение и способы выработки. Выбор и обоснование основного технолог-го оборуд-я для произв-ва стекла.

Стекловарение. Примен-ю ванные печи непрер-го дей-я, отаплив-е газообраз-м или жидким топливом. Электрич-е печи применяют ограниченно. Особенность процесса стекловарения – необход-мо плавления больших объемов шихты за относ-но короткое время. Шихта имеет небольшую теплопровод-ть в процессе прогревания массы шихты в ней возник-т градиент темпер-ры от 300⁰С ( во внутр-х слоях) до 1250⁰С(на поверх-ти). В результате в различ-х слоях шихты возник-т одноврем-но все стадии стекловарения. При этом слой расплава толщиной 4-5 мм стекает с кучи, обнажая лежащий под ним слой плавящейся шихты. Тот же процесс протекает в нижней части кучи, соприкас-ся со стекломассой, только с меньшей интенсив-ю (т.к. более низкая темпер-ра). В процессе стеклообраз-я ионы Na и Ca диффундируют к поверх-ти остаточ-х зерен песка. Образ-ся при этом силикаты Na и Са переходят в расплав. Осветление –п роцесс наслоения 2-х фазной дисперсной системы стекломасса-газ, в кот-й все изнутри движ-ся к поверх-ти расплава. Тварки = 1400⁰С. Способы выработки. 1) Горизонтальное формование листового стекла на поверх-ти расплавленного металла(олово). Флоат-способ. Плюсы: высокое кач-во поверх-ти. Из выраб. Части печи по каналу смесь поступают в ванну с расплавом олова, где происходит формование ленты стекла. Ванна футерована огнеупорами. Тсмеси = 1080-1100⁰С, а на выходе из ванны = 600⁰С. Толщина ленты = 6,4-6,5 мм (обусловлено гравитац-ми силами и силами поверх-го натяжения). Отжиг - в гориз-м электрообогрев-м …..l = 100-125 м. Раскрой стекла – на автомат-х линиях. 2) Вертикальное вытягивание листового стекла. А) лодочный, б) валковый, в) безлодочный. С примен-ем керамич-й лодочки. Огнеупор-й брус помещ-т в смесь под влиянием гидростатич-го напора стекломасса выдавл-ся ч/з щель в «луковицу» на «лук». Опуск-ся стальная рама, зтем оттягив-ся вверх с помощью валиков, за рамой тянется непрерывная лента. Валковый способ аналогичен, только вместо лодочки – валики. В верхней части устанав-т утр-во для нарезки стекол. 3) Непрерывны прокат.Этим способом выраб-ся разл-е виды арх-стр-го стекла: узорчатое, армир-е, профильное. Примен-ся специф-е оборудо-е для каждого вида и прокатные машины. Стекломасса из выраб. Части поступает на сливной брус лотка и далее на сливную линейку, располож-ю м/ду сливным бруосм и прокатным валом. Слой стекломассы регулир-ся шибером. Выход-я лента из прокатных станов поступ-т на приемную чугунную плиту, валик сводобного вращ-я, затем на применый роликовый конвейер, далее на валы отжига. Узорчатое стекло – валик имеет рисунок, армир-е стекло – сетка подается в ленту стекла. 4) Прессование. Для изд-й сложной конфигур-и и большой толщины. 5)Дутьевой способ (стекловата)

Отжиг – нагревают уже готовое изделие до тмпер-ры близкой к темпер-ре размягчения стекла (450-500⁰С), выдерж-т и медленно охлаждают. Нужно для предотвращения внутр-х напряжений………..Печью явл-ся поддерж-е постоянства важнейших параметров технол-го процесса варки (уровня стекломассы, съемов стекломассы, соотношения шихта-стеклобой, расход топлива, давление в полости печи, темпер-ра стекломассы). Для обеспеч-я процесса формов-я стекломасса должна быть подана к выработочному устр-ву в заданной темпер-й. Процесс охладжения – студка. Как происходит – ограничение конвективного обмена стекломассы путем изменения геометр-х параметров перешейка и заградительного устройства. Стекловаренная печь. Сост-т из 3-х частей: бассейн, заполненный стекломассой, верхнее строение (стены, свод), нижнее строение (регенераторы, шиберы).

По технолог-м функ-м: варочная часть; студочная часть; выработочные котлы.

Описание рисунка: 1 – бассейн, 2 – стекломасса, 3 – проток, 4 – выработочная часть печи, 5 – вырочная часть, 6 – свод, 7 – загрузочный карман, 8 – горелки, 9 – регенераторы. Топливо – природный газ, произв-ть: 400-750 т/сут. Горелок – 7 шт., Тмакс = 1570-1600⁰С.

1. Классификация и ассортимент стекла и стелоизделий. Модифицированные стекла.

1.Листовое светопрозр-е стекло: а) оконное стекло (вертик-го лодочного и безлодочного формов-я и горизон-го термич-го формов-я), б) витринное полированное (горизон-е терми-е фор-е на олове) в) витринное неполиров-е стекло (выртик-е вытяги-е) – крупногабаритные листы, г) армированное стекло (листовое прокатное стекло, в закат-й металлической сеткой, цветное). Отличается повыш-й огнестойкостью, примен-ся для остекления фонарей, балконов, окон. Д) узорчатое (прокатное неокрашенное), примен-ся как светорассеивающее и декорат-е. Е) теплопоглощающее. Изгот-ся из окраш-й стекломассы с уменьшенным светопропуск-ем в инфракрасной области спектра.

Ж) стекло «Мороз» - имеет узор(исключит-но сквозную в…)2. Конструкционные изделия.

А) стеклоболки. Пустотелые изд-я с гермет-й возд-й полостью. Изгот-ся методом прессования блоков. Выоская тепло-, звукоизоляция, огнестойкость. Б) стеклопакеты. Сост-т из 2 или более листов стекла, соед-ся друг с другом, м/ду ними гермет-е полости, заполненные осушенным газом. Темпер-ра примен-я –40⁰С. в) профильное стекло. Изделия изгот-ся способом непрерывного проката. Неокраш-е или цветное, замкнутого или швеллерного сечения. Прим-ся для устр-ва наруж-х светопрозр-х огражд-х констр-й зданий и сооруж-й. г) дверные полотна. Изделия из листов подверхнутых закалке (быстрое нагревание до 540-560⁰С и резкое охлаждение). 3. Облицовочные: а) шлакоситалл – светлокристал-й материал на основе шлакового стекла, повыш-й проч-ти, хим-й стойкости. Метод непрер-го проката или прессование с послед-й кристал-ей. Облиц-е стекло, покрытие полов, футеровка оборудования. Б) Коврово-мозаичная плита. Плитки наклеивают в виде ковров на бумажную основу. Произ-ся метдом проката с использ-ем рифленых валков. В) Стемалит. – лист стекла, покрытый с одной стороны эмалью, подвергнутый термообраб-ке для урочнения и закрепл-я керам-й краски; - облицовка стен зданий.