КАМЕННОЕ И ШЛАКОВОЕ ЛИТЬЕ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Стеклами называют переохлажденные жидкости, не успевшие при остывании перейти в кристаллическое состояние. Иными сло­вами, стекла — это жидкости, имеющие бесконечно большую вяз­кость. Последнее и придает им многие свойства твердого тела. В от­личие от истинно твердых тел стекла при нагревании не плавятся, а размягчаются, постепенно переходя в пластичное, а затем и в жид­кое состояние. При охлаждении процесс идет в обратной последо­вательности. Еще одна отличительная черта стекол — изотроп­ность — одинаковость свойств во всех направлениях.

Способность к образованию стекол характерна для многих ми­неральных и органических веществ. Наиболее ярко эта способность выражена у диоксида кремния (SiO₂) и соединений на его осно­ве — силикатов, к которым относится большинство природных ми­нералов. В стеклообразном состоянии могут находиться и многие другие материалы, например, полимеры (всем известен термин «плексиглас» — органическое стекло). В последние годы даже ме­таллы удалось получить в стеклообразном состоянии.

Стекла по сравнению с кристаллическими веществами обладают повышенной внутренней энергией (скрытой энергией кристаллиза­ции), поэтому вещество в стеклообразном состоянии метастабильно (термодинамически не устойчиво). Из-за этого обычное стекло при некоторых условиях, а иногда и самопроизвольно начинает кристаллизоваться (этот процесс в стеклоделии называют «зарухание» или расстекловывание). Расстекловывание является браком стеклоизделий.

Этот же процесс, но проводимый направленно с целью частич­ной или полной кристаллизации расплава, используется для полу­чения стеклокристаллических материалов — ситаллов и каменного литья.

В строительстве наибольшее применение находит силикатное стекло, получаемое в промышленных масштабах из простейшего минерального сырья: кварцевого песка, мела, соды и других компо­нентов (далее вместо термина «силикатное стекло» будет использо­ваться термин «стекло»).

Прозрачность и возможность окраски стекла в любые цвета, вы­сокая химическая стойкость, достаточно высокая прочность и твер­дость, электроизоляционные и многие другие ценные свойства де­лают стекло незаменимым строительным материалом. Его исполь­зуют не только для сооружения свегопрозрачных конструкций (окон, витражей, фонарей), но и как конструкционный и отделоч­ный материал. В современном строительстве высотные здания час­то имеют фасады, полностью выполненные из стекла с улучшенны­ми декоративными, светоотражающими и теплозащитными свойст­вами. Кроме того, из стекла получают различные стеклоизделия (блоки, трубы, стеклопрофилит), эффективные теплоизоляционные материалы (пеностекло и стеклянную вату), а также стекловолокно и стеклоткани.

Стекла встречаются в природе в виде бесформенных непрозрач­ных кусков — например, вулканическое стекло обсидиан. Первые сведения о получении стекла человеком относятся к третьему-четвертому тысячелетию до н. э. Те стекла были непрозрачными (глу­хими) наподобие керамической глазури. Они варились в небольших тиглях и использовались как украшения.

Коренное изменение в производстве стекла произошло на рубе­же нашей эры, когда были решены две важнейшие проблемы стек­лоделия — варка прозрачного бесцветного стекла и формование из­делий с помощью стеклодувной трубки. Первые листовые стекла получали, разрезая и распрямляя стеклянные цилиндры, формуе­мые выдуванием (их называли «халявы»). В XVII в. началось произ­водство листового зеркального стекла отливкой на медные плиты. Массовое производство листового стекла большого размера стало возможным в конце XIX — начале XX в., когда появились большие ванные печи и новые методы выработки стекла: вертикальное вытя­гивание и флоат-метод.

Необходимо отметить, что на процесс стекловарения расходует­ся очень много энергии, и при этом в атмосферу поступает много вредных выбросов. Поэтому и экологически, и экономически целе­сообразно вырабатывать стеклоизделия из вторичного сырья (стек­лобоя, стеклянной посуды и т. п.). Это оценили в большинстве стран Западной Европы, где до 80 % стекла получают именно таким образом.

ПОЛУЧЕНИЕ СТЕКЛА

Современное стекольное производство включает в себя три эта­па: подготовка сырья, стекловарение и формование стеклоизделий.

Подготовка сырья. Химический состав обыкновенного оконного стекла по основным оксидам следующий: SiO₂ — 71...72 %; Na₂O - 15...16 %; CaO — 5...7 %; MgO - 3...4 %; А1₂О₃ - 2...3 %; содержание Fe₂O₃ не более 0,1 %, так как оксиды железа придают стеклу зеленовато-коричневый («бутылочный») цвет и снижают светопропускание. Основные оксиды вводятся в сырьевую шихту в виде следующих веществ.

Кремнезем (SiO₂) вводят в виде кварцевого песка, молотых квар­цитов или песчаников. Основное требование к кремнеземистому сырью — минимальное количество примесей, особенно оксидов железа. Это основной стеклообразующий оксид, повышающий ту­гоплавкость и химическую стойкость стекла.

Глинозем (А1₂О₃) поступает в сырьевую шихту в виде полевых шпатов и каолина. Его влияние на свойства стекла аналогично дей­ствию SiO₂.

Оксид натрия (Na₂O) вводят в стекло в виде соды и сульфата на­трия. Na₂O понижает температуру плавления стекла, повышает ко­эффициент термического расширения и уменьшает химическую стойкость.

Оксид кальция (СаО) и магния (MgO) вводят в стекольную шихту в виде мела, мрамора, известняка, доломита и магнезита. Эти окси­ды повышают химическую стойкость стекла.

В специальные стекла вводят оксиды бора, свинца, бария и др.

Вспомогательные сырьевые материалы делят по своему назначе­нию на следующие группы: осветлители — вещества, способствую­щие удалению из стекломассы газовых пузырей; обесцвечиватели — вещества, обецвечивающие стекольную массу; глушите­ли — вещества, делающие стекло непрозрачным.

Красители для стекла могут быть молекулярными, полностью растворяющимися в стекломассе, и коллоидными, равномерно рас­пределяющимися в стекломассе в виде мельчайших (коллоидных) частиц. К первым относятся соединения кобальта (синий цвет), хрома (зеленый), марганца (фиолетовый), железа (коричневый и сине-зеленые тона), а ко вторым — металлическое золото (рубино­вый), серебро (желтый), селен (розовый).

Перед варкой стекла сырьевые материалы измельчают, тщатель­но смешивают в требуемых соотношениях, брикетируют и подают в стекловаренную печь.

Стекловарение. Обычное стекло получают в непрерывно дейст­вующих ванных печах с полезным объемом до 600 м и суточной производительностью более 300 т. Для варки специальных (оптиче­ских, цветных и др.) стекол применяют периодически действующие ванные, а также горшковые печи.

Стекловарение — главнейшая операция стекольного производ­ства. На первой стадии этого процесса — силикатообразовании — щелочные компоненты образуют с частью кремнезема сили­каты, плавящиеся уже при 1000...1200 °С. В этом расплаве при даль­нейшем нагревании растворяются наиболее тугоплавкие компоненты SiO₂ и А1₂О₃. Образующаяся при этом масса неодно­родная по составу и насыщена газовыми пузырьками.

Удаление пузырьков и полная гомогенизация расплава осущест­вляется на второй наиболее длительной стадии стекловаре­ния — стеклообразовании — при температуре 1400... 1600 °С. Третья заключительная стадия — студка — охлаждение стекломассы до температуры, при которой она приобретает оптимальную для дан­ного метода формования стеклоизделий вязкость.

Формование. Метод выработки (формования) зависит от вида изделия. Для получения строительного стекла используют вытяжку, прокат, прессование.

При охлаждении стекла вследствие низкой его теплопроводно­сти в нем возникают большие градиенты температур, вызывающие

внутренние напряжения. Наибо­лее опасным моментом с этой точки зрения является переход стекла от вязкопластического со­стояния к хрупкому, поэтому для снятия внутренних напряжений после формования производят от­жиг — охлаждение по специаль­ному режиму: быстрое до начала затвердевания стекломассы, очень медленное в опасном интервале температур (600..300 °С) и вновь быстрое до нормальной темпера­туры.

Основной вид строительного стекла — листовое.

С начала XX в. большая часть листового стекла стала производиться (а в России производится и до сих пор) мето­дом вертикального вытягивания на машинах ВВС (рис. 6.1). Так по­лучают стекла толщиной до 6 мм. Суть метода сводится к следую­щему.

Лента стекла формуется из стекломассы лодочкой (шамотным брусом с прорезью), удерживаемой на надлежащем уровне штанга­ми. Стекломасса выдавливается в щель лодочки и оттягивается вверх валками машины в виде ленты шириной до 4,5 м. Скорость вытягивания достигает 2 м/мин. Проходя между холодильниками 3 от лодочки до первой пары валков, стекломасса охлаждается на­столько, что становится твердой и валки не оставляют на ней отпе­чатков (I зона). Далее стекло валками 5 подается в шахту высотой 5—7 м. В нижней части шахты производится отжиг стекла (И зона). В верхней части стекло охлаждается окончательно и, выходя на от-ломочную площадку 7, нарезается на требуемые размеры.

В 1959 г. появился новый способ получения высококачествен­ного стекла — флоат-метод (от англ. float— плавать). Суть метода (1ключается в том, что стекломасса выливается на поверхность рас-

плавленного металла (обычно олова). Из-за большой разницы в плотностях стекла (2550 кг/м³) и олова (7290 кг/м) стекломасса растекается по поверхности расплавленного олова и, остывая на ней, образует лист с идеально ровной полированной поверхностью. Производительность установок, работающих по флоат-методу, до 3...4 тыс. м² в час. Размер получаемых листов: ширина до 4 м; толщина от 2 до 25 мм. Преимущества флоат-метода — стабильная толщина листа и высокое качество поверхности, не требующее дальнейшей полировки. В Европе большая часть стекла вырабаты­вается именно этим методом.

СВОЙСТВА СТЕКЛА

Силикатные стекла отличаются необычным сочетанием свойств, высокой прочностью и ярко выраженной хрупкостью, свето- и ра­диопрозрачностью, абсолютной водонепроницаемостью и универ­сальной химической стойкостью. Все это объясняется спецификой состава и строения стекла.

Плотность стекла зависит от химического состава и для обыч­ных строительных стекол составляет 2400...2600 кг/м. Плотность оконного стекла — 2550 кг/м³. Высокой плотностью отличаются стекла, содержащие оксид свинца («богемский хрусталь») — более 3000 кг/м. Пористость и водопоглощение стекла практически рав­ны 0 %.

Механические свойства.

Стекло в строительных конструкциях чаще подвергается изгибу, растяжению и удару и реже сжатию, поэ­тому главными показателями, определяющими его механические свойства, следует считать прочность при растяжении и хрупкость.

Теоретическая прочность стекла при растяжении — (10...12) х 10³ МПа. Практически же эта величина ниже в 200...300 раз и со­ставляет от 30 до 60 МПа. Это объясняется тем, что в стекле имеют­ся ослабленные участки (микронеоднородности, дефекты поверх­ности, внутренние напряжения). Чем больше размер стеклоизде-лий, тем вероятнее наличие таких участков. Примером зависимости прочности стекла от размера испытуемого изделия служит стеклян­ное волокно. У стекловолокна диаметром 1...10 мкм прочность при растяжении 300...500 МПа, т. е. почти в 10 раз выше, чем у листово­го стекла. Сильно снижают прочность стекла на растяжение цара­пины; на этом основана резка стекла алмазом.

Прочность стекла при сжатии высока — 900... 1000 МПа, т. е. почти как у стали и чугуна. В диапазоне температур от —50 до + 70 °С прочность стекла практически не изменяется.

Стекло при нормальных температурах отличается тем, что у него отсутствуют пластические деформации. При нагружении оно под­чиняется закону Гука вплоть до хрупкого разрушения. Модуль упру­гости стекла Е= (7...7,5) • 10 МПа.

Хрупкость — главный недостаток стекла. Основной показатель хрупкости — отношение модуля упругости к прочности при растя­жении E/IL. У стекла оно составляет 1300...1500 (у стали 400...460, каучука 0,4...0,6). Кроме того, однородность строения (гомоген­ность) стекла способствует беспрепятственному развитию трещин, что является необходимым условием для проявления хрупкости.

Твердость стекла, представляющего собой по химическому со­ставу вещество, близкое к полевым шпатам, такая же, как у этих минералов, и в зависимости от химического состава находится в пределах 5...7 по шкале Мооса.

Оптические свойства стекла характеризуются светопропусканием (прозрачностью), светопреломлением, отражением, рассеивани­ем и др. Обычные силикатные стекла, кроме специальных (см. ни­же), пропускают всю видимую часть спектра (до 88...92 %) и прак­тически не пропускает ультрафиолетовые и инфракрасные лучи. Показатель преломления строительного стекла (я = 1,50... 1,52) оп­ределяет силу отраженного света и светопропускание стекла при разных углах падения света. При изменении угла падения света с 0 до 75° светопропускание стекла уменьшается с 90 до 50 %.

Теплопроводность различных видов стекла мало зависит от их со­става и составляет 0,6...0,8 Вт/(м • К), что почти в 10 раз ниже, чем у аналогичных кристаллических минералов. Например, теплопро­водность кристалла кварца — 7,2 Вт/(м • К).

Коэффициент линейного температурного расширения (КЛТР) стекла относительно невелик (для обычного стекла 9 • 10~⁶ КГ¹). Но из-за низкой теплопроводности и высокого модуля упругости на­пряжения, развивающиеся в стекле при резком одностороннем на­греве (или охлаждении), могут достигать значений, приводящих к разрушению стекла. Это объясняет относительно малую термостой­кость (способность выдерживать резкие перепады температур) обычного стекла. Она составляет 70...90 °С.

Звукоизолирующая способность стекла довольно высока. Стекло толщиной 1 см по звукоизоляции приблизительно соответствует кирпичной стене в полкирпича — 12 см.

Химическая стойкость силикатного стекла — одно из самых уникальных его свойств. Стекло хорошо противостоит действию во­ды, щелочей и кислот (за исключением плавиковой и фосфорной). Объясняется это тем, что при действии воды и водных растворов из наружного слоя стекла вымываются ионы Na⁺ и Са⁺⁺ и образуется химически стойкая пленка, обогащенная SiO₂. Эта пленка защища­ет стекло от дальнейшего разрушения.

ЛИСТОВОЕ СТЕКЛО (занятие 19)

Основной вид стекла, применяемый в строительстве,— листовое стекло, используемое для остекления оконных и дверных проемов, витрин и т. п. Наряду с этим все шире развивается выпуск листо­вого стекла со специальными свойствами, например, теплопоглощающего, светоотражающего, увиолевого, защитного, декоратив­ного и др.

Листовое оконное стекло вырабатывается шести толщин 2; 2,5; 3; 4; 5 и 6 мм. Ширина листов — 250... 1600 мм, длина — до 2200 мм². При выработке по флоат-методу ширина стекла может достигать 4000 мм. Масса 1м² — 2...5 кг. Светопропускание — не менее 87 %. К дефек­там оконного стекла относятся: газовые включения (пузырьки), свиль и «полосность» (неровность поверхности).

Витринное стекло — листовое стекло толщиной 6... 10 мм и раз­мером до 3500 х 6000 мм. Витринное стекло, как правило, делают полированным.

Светорассеивающее стекло пропускает свет, но не дает сквозной видимости. Оно может быть матовое или узорчатое. Матовое полу­чают пескоструйной обработкой или обработкой в парах плавико­вой кислоты (HF). Узорчатое получают методом горизонтального проката на фигурных вальцах. Оригинальный метод используется для получения стекла под названием «мороз»: узор получается при помощи столярного клея, наносимого на поверхность стекла.

Увиолевое стекло — стекло, пропускающее большую долю ульт­рафиолетовых лучей (45...75 %), получают из сырья с минимальны­ми примесями оксидов железа, хрома и титана. Такие стекла при­меняют в лечебных учреждениях, для остекления оранжерей и т. п.

Специальное листовое стекло или функциональное стекло не толь­ко пропускает свет, но и выполняет другие важные функции:

• теплоизоляция зимой и теплозащита летом;

• звукоизоляция и защита от утечки информации;

• защита от механического разрушения;

• создание декоративного эффекта.

Теплоизоляционные стекла отличаются от обычных тем, что бла­годаря специальному тонкому покрытию на внутренней стороне стекла они снижают долю теряемого через стекло тепла путем отра­жения инфракрасной части спектра («тепловых лучей») обратно вовнутрь помещения.Светопропускание та­ких стекол немного ниже, чем у обыч­ных,- 12...19 %.

Теплозащитные (солнцезащитные) стекла выполняют обратную функцию: они отражают часть падающей на них лу­чистой энергии, не пропуская ее в поме­щение. Это достигается двумя методами:

• на поверхность стекла наносится тончайший металлический слой, работа­ющий как зеркало;

• на поверхности стекла создается слой из оксидов металла, за­
держивающий часть солнечных лучей и придающий стеклу серый, зеленоватый или бронзовый оттенок.

Защитные стекла — стекла с повышенными прочностными свойствами, не раскалывающиеся на опасные остроугольные оскол­ки. Для получения стекол, более прочных и безопасных по сравне­нию с обычным листовым стеклом, существует несколько способов.

Закаленное стекло получают специальной термической обработ­кой стекла. При этом в нем создаются сжимающие напряжения, за счет чего повышается прочность на изгиб в 5...8 раз и прочность на удар в 4...6 раз. При разрушении такое стекло распадается на мелкие (5...10 мм) кусочки кубической формы, безопасные для человека. В строительстве такие стекла применяют для устройства прозрачных дверей, перегородок и т. п.

Армированное стекло получают путем запрессовки в расплавлен­ную стекломассу во время ее проката чистой сетки из хромирован­ной стальной проволоки. Эта сетка удерживает осколки стекла при его повреждении (рис. 6.2).

Ламинированное стекло (от лат. lamina — слой) реализует пара­доксальную идею упрочнения стекла с помощью эластичной поли­мерной пленки, запрессованной между слоями стекла. При ударе по стеклу в нем возникает трещина, идущая в глубь стекла. Когда тре­щина встречает на своем пути полимерную пленку, последняя, де­формируясь, поглощает энергию развития трещины и останавлива­ет ее. При этом внутренняя часть стекла остается целой. Такие стек­ла получили название «триплекс».

Подобный композиционный листовой материал из трех слоев стекла и двух слоев полимерной пленки делает стекло пуленепроби­ваемым.

Самые современные варианты специальных стекол изготовляют таким образом, что функциональные слои (светоотражающие, теп лозащитные и т. п.) наносятся на полимерную пленку, и они оказы­ваются внутри слоистой конструкции, защищающей их от повреж­дения. Такой метод и более технологичен, так как напыление слоев металла или оксидов проще производить на полимерную пленку, чем на лист стекла.

ОТДЕЛОЧНОЕ СТЕКЛО

Стекло обладает исключительно высокой стойкостью к дейст­вию химически агрессивных сред, высокой твердостью, нулевым водопоглощением (т. е. абсолютной морозостойкостью) и при этом способно окрашиваться в различные цвета красками, не теряющи­ми яркости от атмосферных воздействий. Благодаря гладкости по­верхности загрязнения практически не задерживаются на стекле и легко смываются водой. Такая совокупность свойств позволяет по­лучать из стекла высококачественные отделочные материалы.

Листовое декоративное стекло в последние годы широко приме­няется при возведении общественных зданий. Особенной популяр­ностью пользуются металлизированные зеркальные стекла различ­ных оттенков (золотистые, голубые, серые и т. п.). Они позволяют решить одновременно и архитектурно-декоративную задачу и обес­печить освещение помещений здания (светопропускание таких сте­кол 0,15...0,2). Здания, облицованные такими стеклами, благодаря их высокой отражающей способности, зрительно становятся «лег­че»; при этом пространство как бы расширяется. Этот прием много­кратно использован при постройке небоскребов в США, Канаде и других странах. В Москве комплекс подобных зданий построен у станции метро «Юго-Западная».

Стемалит — листы витринного стекла, покрытые с внутренней стороны керамической краской, закрепленной термообработкой. Стемалит имеет богатую гамму оттенков (более 25 цветов). Размер листов 400 х 900 и 1100 × 1500 мм. Примером отделки стемалитом может служить здание Московской мэрии (бывшее здание СЭВ) и гостиницы «Аэрофлот».

Марблит — листы, отформованные из цветного глушеного стек­ла толщиной 6...12 мм. Лицевая поверхность марблита — полиро­ванная, тыльная — рифленая. Стекло может быть однотонным или имитировать природный мрамор. Кроме облицовки фасадов, марб­лит можно применять для внутренней отделки, устройства подо­конников, прилавков ит. п.

Стеклянная плитка может быть получена по различным техноло­гиям и различных размеров.

Стеклянная эмалированная плитка получается нанесением на прямоугольные плитки из стекла размером от 100 х 100 до 200 х 200 мм глазури (эмали) с последующей термообработкой для ее закрепления.

Плитки стеклянные коврово-мозаичные (размером 20 х 20 и 25 х 25 мм) изготовляют прокатом из цветной глушеной стекломас­сы рифленым валком. Полученную ленту разламывают на плитки, которые лицевой стороной наклеивают на крафтбумагу. Получив­шиеся ковры используют при устройстве облицовки (см. п. 5.4).

Смальта — кусочки цветного глушеного стекла неправильной формы размером около 20 мм; получают разламыванием более крупных плиток. Смальту используют для изготовления художест­венных мозаичных панно.

Стеклокристаллит, стеклокремнезит и другие виды отделочных плиток. Их получают спеканием до полной монолитизации смеси гранул стекла, горных пород и т. п. на стекольной или керамиче­ской связке. Эти материалы имеют свойства, характерные для стекломатериалов, хотя технология их получения ближе к керамиче­ской.

Декоративная крошка из цветного стекла «эрклёз» используется для получения декоративных бетонов методом втапливания крошки в поверхность свежеотформованного бетона.

ИЗДЕЛИЯ ИЗ СТЕКЛА

Из стекла изготовляют широкую номенклатуру изделий: стеклопакеты, стеклоблоки, стеклопрофилит, кровельные волнистые лис­ты, дверные полотна и др.

Стеклопакеты — наиболее распространенный вид изделий из стекла. Получают стеклопакеты из двух (одинарный стеклопакет) или трех (двойной стеклопакет) листов стекла, герметично соеди­ненных между собой по контуру (рис. 6.3). Между листами стекла находится прослойка из сухого воздуха или инертного газа (см. рис. 6.3). Соединение листов в стеклопакет может осуществляться склейкой, пайкой или сваркой.

Стеклопакеты применяют для остекления окон и других световых проемов. Использование стеклопакетов имеет существенные преимущества перед обычным остеклением листовым стеклом, так как они не запотевают, не замерзают и не нуждаются в протирке внутренних поверхностей. Стеклопакеты имеют низкую теплопроводность, а звукопроницаемость окон со стеклопакетом в 2...3 раза ниже обычных.

Эффективное применение стеклопакетов возможно в комплексе с решением проблемы качества рам и оконных коробок. Так, ис­пользование алюминиевых и пластиковых рам и коробок исключает потери тепла через неплотности окна.

Стеклянные блоки целесообразно использовать в тех случаях, когда необходимо получить светопрозрачную ограждающую конст­рукцию с хорошими тепло- и звукоизоляционными характеристи­ками.

Стеклоблоки (рис. 6.4) вырабатываются из горячей стекломассы на пресс-автоматах, формующих половинки блоков, а затем свари­вающие их. При остывании в блоках образуется разряжение, обес­печивающее хорошие изоляционные свойства. Внутренняя поверх­ность блоков имеет рифление, сообщающее блоку светорассеивающие свойства.

Размеры стеклоблоков от 200 х 200 до 400 х 400 мм при толщи­не до 100 мм. Блоки могут быть бесцветными и цветными. Светопропускание блоков — 50...60 %. Коэффициент теплопроводно­сти — 0,4...0,45 Вт/(м • К), т. е. почти в 2 раза ниже, чем у кирпича. Кроме обычных блоков изготовляют двухкамерные (с перегородкой, уменьшающей теплопроводность блока почти в 1,5 раза) и светонаправленные (со специальным рифлением, дающим направленный поток света).

Стеклянные блоки применяют в стеклобетонных самонесущих конструкциях, схема устройства которых дана на рис. 6.5.

Стеклопрофилит — длинноразмерные (до 5 м) профилирован­ные элементы из стекла, изготовляемые методом горизонтального проката. Стеклопрофилит может быть коробчатого и таврового

 

(П-образного) профиля. Его применяют так же, как и стеклянные блоки для устройства светопрозрачных ограждений (наружных стен и перегородок) в промышленных зданиях, выставочных и спортив­ных залах и т. п. (рис. 6.6). Устанав­ливают стеклопрофилит в металличе­ских обоймах с пластиковыми или резиновыми уплотнителями.

Стеклянные трубы благодаря вы­сокой химической стойкости, гладко­сти поверхности и прозрачности с ус­пехом соперничают с металлически­ми. В ряде областей (например, химическая и пищевая промышлен­ность) их применение предпочти­тельнее. Пропускная способность стеклянных труб на 5... 10 % выше, чем стальных при одинаковом диа­метре. Основной недостаток стеклян­ных труб — хрупкость и низкая тер­мостойкость (допустимый перепад температур 50 °С). Стеклянные трубы используют как в вакуумных, так и в напорных (до 0,7 МПа) сетях.

Стекловолокно получают путем продавливания стекольного расплава через тончайшие фильеры (отверстия в твердых материалах) с последующей

 

вытяжкой и намоткой на бобины. Диаметр волокна —3... 100 мкм, длина — до 20 км (для непрерывного волокна). Более короткие (1...50 см) штапельные волокна получают раздувом расплава паром. Из стек­ловолокна получают стеклянные ткани и стекловойлок, которые ис­пользуют как армирующий компонент при производстве стеклопла­стиков или в качестве основы в рулонных кровельных и гидроизоля­ционных материалах (например, стеклоизол, стеклорубероид).

Пеностекло — блоки из вспученного в момент нахождения в расплавленном состоянии стекла. По структуре и свойствам пено­стекло напоминает вулканическую пемзу и используется как тепло­изоляционный материал (подробнее см. п. 17.2).

СИТАЛЛЫИ ШЛАКОСИТАЛЛЫ

Ситаллы — стеклокристаллические материалы, получаемые пу­тем направленной частичной кристаллизации стекол. Структура си-таллов напоминает микробетон, где наполнителем являются кри­сталлы, а вяжущим — прослойки стекла. Доля стеклофазы в ситал-лах обычно 20...40 %. Кристаллическая фаза состоит из микрокристаллов размером около 1 мкм. Благодаря такому строе­нию ситаллы сохраняют в себе многие положительные свойства стекла, в том числе и его технологичность, но лишены его недостат­ков: хрупкости, низкой термостойкости.

Сырье для производства ситаллов такое же, как и для стекла, но в расплав вводятся вещества-модификаторы, обеспечивающие на­правленную кристаллизацию.

Для строительных целей весьма перспективны шлакоситаллы, получаемые на основе металлургических шлаков и модификато­ров — CaF₂, TiO₂ и др. У шлакоситаллов очень высокая прочность (^_ж = 300...600 МПа; R_mT = 90...120 МПа), износостойкость и хими­ческая стойкость. По долговечности шлакоситалл может конкуриро­вать с природными каменными материалами (гранит, габбро и т. п.).

Применение шлакоситаллов перспективно для химической про­мышленности (трубы, плитки, детали насосов), в гидротехнике (для облицовки турбинных камер, водосливов), в дорожном строитель­стве и т. п.

КАМЕННОЕ И ШЛАКОВОЕ ЛИТЬЕ

Из горных пород и металлургических шлаков методом литья из расплавов можно получить разнообразные строительные материалы с высокими эксплуатационными свойствами.

Сырье. В качестве исходного сырья для производства каменного литья применяют магматические (базальт, диабаз) и осадочные (до­ломит, известняк, песок) горные породы. Первые дают темноокрашенные изделия, а вторые — светлоокрашенные. Для получения каменного литья возможно использование металлургических шла­ков; особенно эффективно их использование в огненно-жидком со­стоянии.

Производство литых каменных изделий начинается с подготовки и плавления (1400... 1500 °С) сырьевой шихты. Полученный расплав выливается в формы и подвергается медленному охлаждению для прохождения кристаллизации. С целью ускорения кристаллизации вводят добавки-минерализаторы, служащие центрами кристаллиза­ции. Последняя операция — отжиг — второй этап медленного ох­лаждения, проводимый для снятия внутренних напряжений.

Свойства каменного литья. Изделия из каменного литья по своей однородности и техническим свойствам превосходят природные ка­менные материалы.

Плотность каменного литья 2700...3000 кг/м³; пористость — не более 1...2 %; поры замкнутые, что обеспечивает нулевое водопоглощение и высочайшую морозостойкость.

Прочность при сжатии составляет 200...250 МПа, при изги­бе — 30...50 МПа, твердость 6...7 (по шкале Мооса), износостойкость очень высокая. Для каменного литья характерна очень высо­кая и универсальная химическая стойкость.

Применение. Литые каменные изделия используют для облицов­ки конструкций, подвергающихся серьезным агрессивным воздей­ствиям: многократному замораживанию-оттаиванию, интенсивно­му истиранию, воздействию химически агрессивных веществ и т. п. Поэтому основными видами литых каменных изделий являются об­лицовочные плитки, брусчатка для мощения дорог, мелющие тела и облицовка для мельниц, трубы. Диэлектрические свойства камен­ного литья используются в производстве электроизоляционных из­делий.

Каменное литье светлых тонов применяют как материал для об­лицовки уникальных зданий и сооружений, а также для изготовле­ния архитектурных деталей и скульптуры.

Контрольные вопросы

1. Что называют стеклами?

2. Какие главнейшие оксиды входят в состав стекла?

3. Каковы главнейшие свойства стекла?

4. Как получают листовое стекло?

5. Назови­те отделочные материалы из стекла.

6. Что такое ситаллы?

7. Каковы области приме­нения изделий из каменного литья?