Матеріали і вироби з мінеральних розплавів

5.1. Загальні відомості і класифікація

Для виготовлення будівельних матеріалів і виробів застосовуються мінеральні силікатні розплави, тобто розплави, у складі яких переважають силікати. Силікатним розплавам властива здатність переходити при швидкому охолодженні в склоподібний (аморфний) стан. Перехід скла з рідкого стана у твердий є оборотним.

Мінеральні розплави в залежності від виду вихідної сировини можна розділити на такі групи: скляні кам'яні і шлакові. Найбільше поширення одержали вироби зі скла. У основу класифікації скловиробів покладені такі ознаки призначення або галузь застосування, характер поверхні, вид обробки, хімічний склад, густина та ін. У залежності від призначення скло розділяють на три великі групи: технічне, будівельне і побутове скло. Кожна група стекол підрозділяється на види виробів. До групи технічного скла відносять оптичне і хіміко-лабораторне, електро- і світлотехнічне, приладове, захисне та ін. Групу побутового скла складають господарський і сортовий посуд, тара, побутові дзеркала і прикраси. До будівельного скла відносять різноманітні види листового скла, будівельні деталі, склотруби, піноскло та ін.

У залежності від хімічного складу виробу і матеріали зі скла поділяються на оксидні (силікатні, боратні, фосфатні й ін.) і без кисневі (галогенідні, нітратні й ін.).

5.2. Структура і властивості скла

Скло являє собою тверде не закристалізоване тіло, що утворюється в результаті різкого переохолодження розплаву. При переході розплаву в скло в міру охолодження спостерігається інтенсивне і безупинне наростання його грузькості, при цьому також будуть змінюватися його властивості. Процес переходу розплаву у тверде склоподібний стан на відміну від кристалізації називають склуванням.

Завдяки своїй структурі скло має специфічні властивості, до яких відносять прозорість, крихкість, високу стійкість до атмосферних впливів та ін.

Середня густина будівельних стекол коливається в межах 2200-3000 кг/м³. Для листового скла вона приблизно дорівнює 2500 кг/м³, для армованого - 2600 кг/м³. Густина скла залежить від хімічного складу і для деяких спеціальних стекол, що містять оксиди барію, свинцю і вісмуту, може доходити до 8000 кг/м³. Міцність при розтягу становить фактично 30-90 МПа, при стиску 300-1000 МПа, при вигині 85-180 МПа.

Твердість скла, обумовлена по шкалі твердості МООСа, дорівнює 5-7.

Скло відносять до крихких матеріалів, воно погано опирається ударним впливам. Опір удару в значній мірі залежить від стана поверхні скла і наявності в ньому дефектів. У загартованих стекол опір удару в 5-6 разів вище, ніж у звичайних, незагартованих. При падінні на поверхню скла світлового променя відбувається його відбиття, переломлення і часткове поглинання. Так, звичайне пофарбоване листове скло відбиває близько 8%, поглинає близько 1% і пропускає до 90-92 % падаючого на нього світла. Світлопропускання залежить від хімічного складу скла, його фарбування, товщини, стану поверхні і кута падіння світла. Світлопропускання віконного скла може досягати 90%, стеклоблоків-85% та ін. За оптичними властивостями розрізняють прозоре, пофарбоване, безбарвне і світлорозсіювальне скло.

Теплопровідність стекол залежить від хімічного складу, температури і густини. Для щільних стекол коефіцієнт теплопровідності коливається в межах 0,5-0,9 Вт/(м·^оС), для піноскла 0,045-0,058 Вт/(м·^оС). Від коефіцієнта термічного розширення (a) залежить термостійкість виробів, можливість одержання накладного скла і міцність спаю скла з металом. Значення (a) для різних стекол різноманітні: для кварцового скла воно мінімально (5,6·10^{-7 о}С^-1), для будівельного - становить 90·10^-7 °С^-1.

Термічна стійкість характеризує здатність скла витримувати без руйнування різкі зміни температури. Вона визначає стійкість скловиробів при нагріванні й охолодженні. За міру термостійкості приймають максимальну різницю температур, що витримує виріб, не руйнуючись. Термостійкість можна розрахувати за формулами (орієнтовний розрахунок) або визначити безпосередовищаньо на готових виробах або спеціально виготовлених зразках. Для цього зразок нагрівається, а потім швидким скиданням у судину з водою охолоджується. Різниця температур, що витримує зразок без руйнування, і визначає термостійкість скла, що залежить від складу, властивостей стекол, а також від форми і товщини стінок виробу. Зі збільшенням товщини стінки виробу термостійкість погіршується. Для віконного скла завтовшки 2мм термостійкість становить 100°, а завтовшки 5 мм - 80°.

Скло проводить звук (саме слабке місце конструкції і стосовно дії зовнішнього шумового навантаження). Для поліпшення звукоізоляції використовують скло різноманітної товщини, приділяють увагу ущільненню швів, виготовляють склопакети. Скло завтовшки 1 см має таку ж звукоізоляцію, як напівцегла, тобто 12 см.

Силікатне скло має високу хімічну стійкість до більшості реагентів (вода, розчини кислот, солей, лугів та ін.). Силікатні стекла більш стійкі до кислот (за винятком фосфорної і фтористоводневої), ніж до лугів. Хімічна стійкість скла залежить в основному від його складу і природи реагенту.

Скло піддається механічному опрацюванню: його можна пиляти, обточувати, краяти, шліфувати і полірувати. У пластичному стані при t=800-1000^о його можна видувати, витягати в листи, трубки, волокна, зварювати.

Крім вище розглянутих властивостей важливими є властивості скломаси (в’язкість, кристалізаційна здатність, поверхневий натяг), що залежать від хімічного складу стекол, температури і істотно впливають на вибір способів і режиму виробництва скловиробів.

5.3. Сировинні матеріали для виробництва скла

Сировинні матеріали умовно поділяються на основні і допоміжні. До основних відносять матеріали для введення склоутворювальних оксидів, складову основу скла. До допоміжних відносять окислювачі, відновлювачі, барвники, глушники, освітлювачі та ін., що поліпшують реологічні характеристики скломаси, прискорюють процес її готування і змінюють властивості стекол.

Основними матеріалами служать піски кварцові (іноді мелений піщаник або кварцит), сода або сульфат натрію, вапняки (крейда), доломіти, пегматити, польові шпати.

Піски повинні містити не менше 95-98% SiO2 і не більш 0.05% оксиду заліза для листового скла (для оптичного - не більш 0.01%). Кількість зерен у піску розміром менше 0.1 і більш 0.5 мм повинно бути мінімальним і не перевищувати 5%. Піски з розміром зерен 0. 15-0. 8 мм добре забезпечують однорідність шихти і поліпшують її проварювання. Якщо вміст заліза, глинистих та інших небажаних домішок у піску більше припустимих, його збагачують різноманітними методами.

Уведені до складу шихти оксиди лужноземельних і лужних металів (Ca, Mg, Na₂O, K₂O) не тільки знижують температуру готування скла, але також знижують здатність скла до кристалізації, поліпшують його відтінок, надають прозорість, підвищують його основні властивості.

Окислювачі і відновники вводяться до складу шихти для створення окисного або відбудовного середовища. Як окислювачів застосовують нітрати, миш'як, перекис марганцю й ін. Як відновники застосовують речовини, у складі яких міститься вуглець (вугілля, кокс, тирса) та ін.

Прискорювачі готування скла зменшують в’язкість розплавів, що полегшує процес готування і збільшує продуктивність печей. До прискорювачів відносять фтористі сполуки, амонійної солі, оксид бору й ін.

Глушники вводяться в шихту для одержання світлорозсіювання скла. Зміняюючи вміст глушників, можна одержати молочні стекла від мутнуватих до цілком не прозорих. Як глушники використовують фтористі і фосфатні сполуки, сполуки олова, сурми й ін.

До освітлювачів відносять речовини, що розкладаються і сприяють звільненню скломаси від газових включень. Як освітлювачі використовують хлорид натрію, сульфат натрію, фтористі сполуки й ін.

Найважливішими вимогами, до якості сировинних матеріалів для одержання скла є сталість їхнього хімічного складу, однорідність основної і допоміжної сировини, що гарантують необхідну однорідність скломаси, а також дозволяють одержувати задані експлуатаційні властивості скловиробів.

5.4. Технологічні процеси виготовлення скловиробів

Технологія виробництва матеріалів із скла складається з таких основних послідовно виконуваних операцій: обробка сировинних матеріалів, готування шихти, готування скла, формування виробів, відпалювання і загартування, шліфування і полірування, затарювання.

Обробка сировинних матеріалів включає збагачення піску, промивання в гідроциклонах і гідрокласифікаторах; здрібнювання і сушіння матеріалів (крейда, доломіт, вапняк та ін.); просіювання. Сировинні матеріали після просіювання надходять у видаткові бункери (силоси) змішувального відділення.

Готування шихти складається з двох основних операцій: зважування і змішування.

Готування скла провадиться в горшкових печах періодичної дії (дозволяють варити одночасно скло різного складу і різного фарбування, але застосовуються обмежено) і у ванних печах різноманітних конструкцій і різноманітних (в основному великих) об’ємів. На мал. 5.1 і 5.2 приведені скловарильні печі. Ванна скловарильної печі являє собою басейн, викладений із вогнетривких брусків, місткістю до 2500 т скломаси, розміром довжина 5-6 м, глибина 1. 2-1. 5 м. Максимальна температура готування залежить від складу скла і коливається від 1400^о до 1600^о. Найважливішими стадіями готування скла є: силікатоутворення (t=900-1150°), склоутворення, освітлення, гомогенізація, студка (на 400-500о нижче максимальної температури).

Скломаса (пластичний розплав шихти) утворюється при t>900-1000^о. При подальшому нагріванні шихта перетворюється в скломасу із значним вмістом газових включень (CO₂, SO₂ та ін.). На стадії освітлення відбувається видалення газів із розплаву. Інтенсивність утворення пузирів у процесі освітлення (при t=1500^оС-1600^о) безупинно знижується. На стадії гомогенізації відбувається вирівнювання хімічного складу розплаву. Гомогенізація здійснюється в печах періодичного типу перемішуванням скломаси, у печах безупинної дії - тривалим витримуванням у зоні високих (t=1500оС-1600о) температур, а також бурлінням скломаси стиснутим повітрям. Освітлення і гомогенізація - найтриваліші стадії готування скла.

На останньому етапі готування скла відбувається охолодження або студка. Проводиться вона порівняно швидко, що супроводжується швидким наростанням в’язкості розплавленої маси. Молекули й атоми речовини залишаються закріпленими в тих випадкових положеннях, у котрих їх застало різке підвищення грузькості. Ніж вище швидкість охолодження скломаси, тим вищій температурі відповідає "заморожений" стан структури і, отже, знижується мікронеоднорідність скла.

Поділ процесу готування скла на окремі стадії достатньо умовно, оскільки деякі з них проходять одночасно. Проте будь-який об’єм шихти проходить усі п'ять стадій скловаріння.

Формування скловиробів здійснюється різноманітними способами: спосіб витягування, безупинного прокатування (для листових стекол), пресування (склоблоки, смальта, килимова мозаїка), центрифугування (труби), видування (колби) та ін.

1-басейн;

2-скломаса;

3-горілки;

4-склепіння;

5-загрузочный карман;

6-варильна частина печі;

7-студочна частина печі;

8-регенератори.

Мал. 5.1. Скловарильна піч для виробництва листового скла

Листове скло виробляють декількома методами: човниковий метод вертикального витягування; безчовниковий вертикального витягування; безчовниковий горизонтального витягування й ін. (мал. 5.3). Найбільше перспективним і високопродуктивним способом є горизонтальне формування на поверхні розплавленого металу.

При формуванні внаслідок нерівномірного охолодження виробів у них виникають і розташовуються не симетрично напруги, що знижують механічну міцність і термостійкість. Відпалювання дозволяє зняти або значно зменшити залишкові напруги. Якісну оцінку відпалювання визначають за допомогою спеціальних приладів по світловому фарбуванню: (фіолетово-червоний колір - добре відпалені вироби; сині і червонясто-жовтогарячі - задовільно; блакитні, зелені і жовті - поганої відпалювання).

Загартування, шліфування і полірування застосовуються не для всіх скловиробів. Наприклад, процеси шліфування і полірування обов'язкові для полірованих стекол. Процес загартування застосовується для виготовлення загартованих стекол, у котрих після загартування з'являються рівномірно розподілені на поверхні залишкові напруги, що надають склу підвищену міцність при вигині й опір удару. Високоміцне скло виготовляють методом хімічного і термохімічного зміцнення поверхні.

Упаковування, умови транспортування і збереження скла мають важливе значення і регламентуються стандартами. Скляна промисловість застосовує контейнерні і пакетні перевезення (багатооборотні пірамідальні контейнери, багатооборотні ящики для вітринного скла). Для транспортування склоблоків, пакетування продукції з перевезенням на піддонах.

Мал. 5.2. Скловарильна піч для виробництва листового скла методом вертикального витягування.

5.5. Види виробів із скла

Скло листове

До основних виглядів листового скла відносяться віконне, вітринне, армоване, візерункове, що теплопоглинальне, загартоване та ін.

Скло віконне являє собою прозорі листи завтовшки 2; 2.5; 3; 4; 5 і 6 мм. Розміри в плані 400х500 мм (min) 1600х2200 мм (max). Листи повинні бути безбарвними, припускається зеленуватий або блакитнуватий відтінок, якщо вони не знижують коефіцієнта світлопропускання. Основні властивості: міцність при стиску 700-1000 МПа, при вигині 50-70 МПа, світлопропускання не менше 80-84% у залежності від товщини листів. Скло віконне крихке і недостатньо термостійке. Застосовується для заскління вікон, вітражів і дверей у будинках різноманітного призначення.

Вітринне скло випускають завтовшки 5-12 мм, поліроване і неполіроване, плоске і гнуте, безбарвне або з блакитним або зеленуватим відтінком, що не знижує світлопропускання. Світлопропускання в залежності від товщини скла повинно бути не менше 83-87% (відповідно для стекол товщини 10-12 мм і 5-6 мм). Застосовується для заскління вітрин, вітражів, віконних прорізів у магазинах, клубах, ресторанах, театрах, вокзалах та ін.

Армоване скло відрізняється від інших виглядів листового скла тим, що усередовищаині листа паралельно поверхні розташована металева сітка. Спосіб виробництва скла безупинний прокат із закачуванням усередину скломаси металевої сітки (зварна зі сталевого дроту або із захисним алюмінієвим покриттям). Армоване скло має підвищену вогнестійкість і безпеку. При руйнуванні механічних і теплових впливів армувальна сітка, утримує осколки, які утворюються. Випускається безбарвним або кольоровим у вигляді гладких або хвилястих листів завтовшки 5. 5-6 мм. Застосовується для заскління віконних плетінь, дверей, улаштування перегородок, покрівлі, світлопрозорих ліхтарів, огородження сходових маршів, балконів, лоджій.

Теплопоглинальне скло виробляється з пофарбованої скломаси, у складі якої містяться оксиди нікелю, кобальту, заліза, завдяки чому воно набуває синє-зеленого відтінку. Воно затримує біля 70% теплових променів, але само при цьому нагрівається на декілька градусів вище, ніж віконне, тому при його кріпленні по окрайках необхідно передбачати компенсаційні зазори. Теплозахисне скло можна одержати також нанесенням на скло спеціальних покриттів у процесі виготовлення. У залежності від виду нанесеного покриття скло має блакитний, бронзовий або сірий відтінок.

Випускають теплопоглинальні стекла завтовшки 3-6 мм (віконні) і 6,5 мм - вітринні. Світлопропускання при товщині 6мм блакитного скла не менше 75%, сірого і бронзового - 65%.

Застосовується теплопоглинальне скло для світлопрозорих конструкцій у будинках, орієнтованих на південь, південний схід і південний захід, для помешкань із підвищеними вимогами до захисту від інфрачервоних променів і ін.

Візерункове скло на одній або обох сторонах має чіткий візерунок, може бути безбарвним і кольоровим, пофарбованим у масі або за допомогою нанесення на його поверхню плівок оксидів різноманітних металів. Товщина листів у залежності від характеру візерунка коливається від 3 до 8 мм. До цієї ж групи відноситься скло "Метелиця" і скло "Мороз".

Скло "Метелиця" завтовшки 3-8 мм має на поверхні хвилеподібний візерунок, що не повторюється, із матовими виступаючими ділянками. Візерунок надає склу своєрідний декоративний ефект, створює часткове розсіювання світла й обмежує наскрізну видимість. "Метелиця" застосовується для заскління дверей, улаштування перегородок, а також для заскління меблів.

Скло "Мороз" завтовшки 3-6 мм має на одній поверхні візерунок, що не повторюється, що нагадує заіндевіле скло. Візерунок створює декоративний і світлорозсіювальний ефект, виключає наскрізну видимість.

Застосовується для заскління дверей і перегородок, що не потребують винятково наскрізної видимості при високому світлопропусканні.

Скло загартоване виготовляється по тієї ж технології, що і віконне, але до всіх технологічних операцій додається загартування скла, тобто додаткове термічне обробка. Це може бути обдування холодним повітрям гарячого скла, занурення скла в масло й ін. При цьому значно поліпшуються механічні властивості: міцність при вигині досягає 230-270 МПа, опір удару в 4-6 разів більше, ніж у звичайного скла. При ударі скло розбивається на дрібні осколки з тупими не ріжучими ребрами. Застосовується загартоване скло для улаштування дверей (останнім часом двері виготовляють без обв'язування), перегородок, для заскління вагонів, автомобілів та ін.

Багатошарове скло (триплекс) складається з декількох листів полірованого або неполірованого скла, склеєних між собою прозорою прокладкою, що має високі тепло- і світлостійкість, прозорість й адгезію до скла. Основна перевага триплексу - воно не дає осколків при руйнування. Застосовується для заскління усіх виглядів транспортних засобів, для улаштування прозорих скляних огороджень при проведенні різноманітних випробувань, контрольно-вимірювальної апаратури і т.д.

Скло лицювальне. Характерні властивості лицювальних скловиробів: твердість, міцність, світлостійкість, водонепроникність, стійкість до дії агресивних рідин і газів. Виготовляється скло лицювальне у вигляді виробів різноманітної форми (листи, плити, мозаїка, крихта), різноманітних малюнків і фактури поверхні.

Стемаліт являє собою загартоване скло (віконне, вітринне, візерункове), покрите з однієї сторони легкоплавкими керамічними фарбами. Процес виробництва стемаліту включає операції по нанесенню на вирізані по заданих розмірах листи емалевої фарби у вигляді суспензії. Після просушки в процесі термічного обробка (загартування, коли скло розігрівають до температури розм’якшення і швидко прохолоджують у повітряному середовища) відбувається плавлення емалі і зміцнення скла. Границя міцності стемаліту при вигині 150-180 МПа, він не руйнується від удару вільно падаючої з висоти 80 см сталевої кулі масою 800 г, термічно стійкий, витримує різкий перепад температур 80-90 ^о. За міцністю і термостійкістю стемаліт перевершує неопрацьоване (вихідне) скло в 2-3 рази. Поверхня листів може бути полірована, кована, візерункова. Матеріал випускають різних кольорів і відтінків. Фарбування винятково стійке до атмосферних впливів і сонячного випромінювання. Стемаліт має необмежені можливості кольору (випускається 27 кольорів), нарядність фактури і довговічність. Застосовується для зовнішнього облицювання будинків і для внутрішнього облицювання стін і перегородок.

Плитка скляна лицювальна виготовляється способом безупинного прокату або пресування з нефарбованого або кольорового глушеного скла. Випускають її квадратної і прямокутної форми розміром від 50х50 до 150х150 мм завтовшки 4, 5, 6 мм.

Килимово-мозаїчні плитки виготовляють методом безупинного прокату кольорової скломаси. Форма плиток квадратна розміром від 20х20 мм до 30х30 мм. Плитки поставляються розсипом, але частіше у вигляді наклеєних на паперову основу килимів. Застосовуються для зовнішнього і внутрішнього облицювання стін будинків. Частіше усього застосовують у вигляді килимів при індустріальному заводському оздоблюванні стінових бетонних блоків і панелей, для оздоблювання екранів лоджій і балконів, виконання декоративних панно.

Декоративний марбліт і плоскі вироби з непрозорого скла (чорного, зеленого, сірого й ін. кольорів), що містить блискучі зелені кристалічні включення, які створюють декоративний ефект виробного каменю - авантюрину (авантюринове скло). Марбліт виготовляється методом безупинного прокату стрічки скла, що розрізається потім на окремі вироби. Максимальний розмір плит 500х500 мм, товщина 5-12 мм. Декоративний марбліт використовується для цоколів будинків, стін, колон і оформленні інтер'єрів.

Скломармур (мармур склоподібний штучний) випускається у вигляді плит квадратної або прямої конфігурації. Випускаються плити з однотонної (білі, блакитні, сині, бежеві, зелені) або мармуроподібним фарбуванням. Виготовляють із глушеного мало лужного скла методом прокату. Скломармур застосовується для декоративно-захисного облицювання стін усередині будинків, а також для покриттів підлог у помешканнях із підвищеними санітарно-гігієнічними і естетичними вимогами.

Смальта являє собою плити з глушеного різнобарвного скла з характерним кольором і фактурою зламу. Виготовляється з розплавленої скломаси пресуванням або виливанням у форми, а також напівсухим пресуванням скляних порошків із наступним спіканням і випалюванням.

Із смальти викладаються мозаїчні панно, картини, інші художні і декоративні композиції на фасадах будинків або в інтер'єрах.

Скляна крихітка являє собою гранули визначеної фракції з глушеного пофарбованого або нефарбованого скла. Провадиться шляхом роздрібнення і сортування відходів склоробного виробництва. Крихта сортується за кольором і розміром зерен (фракціям), упаковується в паперові і джутові мішки (масою не більш 50 кг), металеві контейнери або іншу тару. Скляна крихітка застосовується для декоративного оздоблювання фасадних поверхонь стін будинків, а також оформлення інтер'єрів суспільних будинків, створення декоративних панно.

Вироби і конструкції зі скла. Склопакети складаються з двох або декількох листів скла, сполучених по контурі так, що між листами утворюються повітряні герметичні порожнини. Листи по периметрі можна запаювати, зварювати або склеювати. Склопакети виготовляють із віконного, вітринного й інших виглядів стекол завтовшки не менше 3 мм. Товщина пакета залежить від кількості камер, від необхідних коефіцієнтів тепло- і звукоізоляції і не перевищує 46 мм. Склопакети використовують для одинарного заскління віконних прорізів, вітрин вітражів, балконних дверей у будинках різноманітного призначення. Склопакети дуже зручні для заскління холодильників, вагонів і ін. Вони більш міцні та економічні в порівнянні зі звичайними подвійними плетіннями, не запотівають у зимовий час.

Склоблоки (блоки скляні пустотілі) виготовляються методом пресування напівблоків і зварювання їх у нагрітому стані в пустотілий блок. Випускають склоблоки квадратні (мал. 5.3) і прямокутні з безбарвного і кольорового скла, різноманітних розмірів. Склоблоки відрізняються підвищеними тепло-, звукоізоляційними властивостями, міцністю і вогнестійкістю, забезпечують високий рівень світлопропускання і світлорозсіювання. Склоблоки використовуються для кладки світлопрозорих ненесучих вертикальних зовнішніх і внутрішніх огороджень. Особливо ефективно їхнє застосування у виробничих будинках із кондиціонуванням повітря, до яких пред'являють підвищені вимоги пожежної безпеки, на сходових клітинах, у зовнішніх огородженнях торгових і спортивних помешкань.

Мал. 5.3. Пустотілі склоблоки

Профільне скло (склопрофіліт) являє собою вироби, що мають різноманітну форму (швелерний, коробчастий, ребристий перетин) і виготовлені методом безупинного прокату. Ці вироби – мають довжину 3-5 м, ширину - до 500 мм (товщина скла 5-6 мм). Склопрофіліт виготовляється з безбарвного з різноманітними відтінками або кольорового скла, армованими і не армованими, із гладкою, рифленою або візерунковою поверхнею. Використовується там же, де і склоблоки: для світлопрозорих огороджень і самотримальних стін, для улаштування внутрішніх перегородок, прозорих покрівель, огороджень балконів та ін.

Дверні полотнини виготовляються зі стовщеного (10, 12, 15 мм) загартованого скла, листи якого мають оброблені крайки, отвір і вирізи для кріплення металевої фурнітури. Скляні полотнини використовуються для улаштування одно- і двопільних дверей без обв'язування.

Труби скляні виготовляють діаметром 40-200 мм довжиною 1. 5-3 м. Труби прозорі, тому можна спостерігати за потоком рідини, бачити чистоту поверхні; гігієнічні легко очищаються від забруднення; мають високу хімічну стійкість, малий коефіцієнт тертя і, отже, невеликі енерговитрати на транспортування. Недоліком труб є їхня крихкість і порівняно невисока для більшості термостійкість, що коливається від 40 до 80^о. Скляні труби призначаються для напірних, безнапірних і вакуумних трубопроводів для транспортування рідких, газоподібних твердих речовин (за винятком плавікової кислоти) при температурі від -50^о до + 120^о. Використовуються склотруби у вугільній, харчовій, хімічній промисловості, у будівництві для опалювальних і каналізаційних мереж. Але найбільш поширене застосування труб у харчовій промисловості (молокозаводи, пивзаводи, винзаводи і т.д.)

До цього ж групі відносяться і фасонні частини до засклених труб: відводи під кутом 15-90^о, відводи подвійні, трійники перехідні, хрестовини, переходи та ін.

Тепло- і звукоізоляційні скляні матеріали

Волокнисті і ніздрюваті скляні матеріали мають високу атмосферостійкість і хімічну стійкість, не горять і біостійкі. Вони широко застосовуються в будівництві і різноманітних галузях техніки як ефективні теплозвукоізоляційні матеріали.

Скляна вата являє собою матеріал, що складається з тонких гнучких ниток, одержуваних способом механічного витягування, відцентровим і дуттєвим способами. Скляну вату використовують як наповнювачі (замість азбесту) для азбестоцементних виробів, як заповнювач для штукатурних і оздоблювальних розчинів. Скловатні вироби можуть бути у вигляді матів будівельних (МС) і технічних (МТ), плит жорстких і напівжорстких будівельних (ПЖС, ППС) і напівжорстких технічних (ППТ), склополотнин для виробництва руберойду, для захисту трубопроводів від корозії, у вигляді склотканини для вогнезахисних костюмів і ін.

Середня густина плит будівельних 75-200 кг/м³, теплопровідність менше 0,052 Вт/(м·^оС).

Піноскло будівельний ніздрюватий матеріал, одержуваний спіканням суміші тонко здрібненого скляного порошку (бій скла) із газоутворювачем (вугілля, крейда). Властивості піноскла залежать від складу скла, виду газоутворювача і способу виробництва. Випускають штучні вироби з піноскла (блоки і плити) і зернисті матеріали (піноскло гранульоване, піноскло понадлегке).

Блоки з піноскла мають густину не більш 230 кг/м³, границя міцності при стиску більш 0,7 МПа, теплопровідність не більш 0,09 ВТ/(м·^оС), водопоглинання не більш 8% (за об’ємом). Їх можна пиляти, краяти, свердлити, обточувати, склеювати з іншими матеріалами. Використовують блоки в захисних конструкціях, (стінах, перегородках, перекриттях) як теплозвукоізоляційний матеріал.

Плити з піноскла акустичні призначені для акустичної ізоляції помешкань і декоративного оформлення стін і стель цивільних будинків. Границя міцності при стиску 1,0 МПа, коефіцієнт звукопоглинання 0,2-0,8. Розміри плит 400х400х40 мм.

Піноскло гранульоване являє собою пухку суміш гранул розміром від 3 до 25 мм (звичайно фракцій 3-7, 7-5 і 15-25 мм) насипною густиною 100-200 кг/м³. Піноскло понадлегке має насипну густину 100-130 кг/м³. Гранули відрізняються упорядкованою ніздрюватою структурою, низьким водопоглинанням. Застосовують у вигляді теплоізоляційних засипок в огороджувальних конструкціях будинків.

5.6. Виготовлення виробів із ситалів і шлакоситалів

Ситали являють собою склокристалічні матеріали, одержувані в результаті спрямованої кристалізації силікатних розплавів. У залежності від вихідної сировини розрізняють три групи: склоситали, виготовлені зі скляних мас, петроситали з розплавів гірських порід (базальт, слюда), шлакоситали із металургійних шлаків.

У результаті контрольованої кристалізації розплаву утворюються мікрокристалічні частки, що рівномірно розподілені в склі. І хоча окремі кристали мають неоднакові властивості в різних напрямках, завдяки їхній безладній орієнтації в ситалах анізотропія відсутня.

Одержують ситали з тих же вихідних матеріалів, що і скло (до чистоти сировини пред'являють особливо високі вимоги), але обов'язково в шихту вводять спеціальні добавки-каталізатори кристалізації (сполуки літію, титану, цирконію, фтору та ін.). Шихта розплавляється, при цьому каталізатор розчиняється в розплавленому склі. Формування ситалових виробів провадиться тими методами, що і скловиробів. Особливості технології є східчастий режим нагрівання і охолоджування в спеціальних печах - кристалізаторах. На 1 стадії охолодження проводиться до температури вище температури відпалу (для виділення мікроскопічних часток каталізатора) і витримка для утворення максимальної кількості таких часток. На 2 стадії проводиться нагрів і витримка при температурі, що відповідає максимальній швидкості утворення кристалів силікату навколо центрів кристалізації (каталізаторів). На останній стадії виріб прохолоджують до кімнатної температури.

Ситали мають високі технічні властивості: велику механічну міцність (приблизно в 10 разів міцніше прокатного за скло), високу твердість (можуть бути твердіше високовуглецевої сталі й у 25 разів твердіше скла), низьку стираність, гарну термостійкість (300-700^о), високу температуру розм’якшення (до 1350^о), хімічною стійкістю до дії лугів і кислот (крім плавикової), гарні діелектричні властивості.

Сигран (синтетичний граніт) - плоскі вироби квадратної форми (розмір плиток від 48(48 до 300(300 мм при товщині від 4 до 20 мм). Одержують із розплаву скла або доменних шлаків із наступною спрямованою кристалізацією. Вироби мають декоративну текстуру, аналогічну текстурі граніту. Плити із сиграну призначені для зовнішнього облицювання будинків, оздоблювання інтер'єрів і улаштування підлог.

Ситали можна виготовляти з достатньо дешевих сировинних матеріалів-розплавів шлаків металургійних заводів. Необхідно перед виливанням виробів зробити шлаки більш однорідними і скоригувати їхній склад. Шлакоситали міцні, зносостійкі, нагадують мармур і досить дешеві. Виготовляють листовий і хвилястий шлакоситал, труби, пресовані санітарно-технічні вироби (унітази, умивальники й ін.), а також теплоізоляційний матеріал-шлакопіноситал.

Листовий шлакоситал (ЛШ) випускають у вигляді листів і плит, що застосовуються для облицювання стін, покриття підлог, сходових маршів, балконів, а також для футерування устаткування і конструкцій, що працюють в умовах хімічно агресивного середовища і абразивних впливів.

Хвилястий шлакоситал (ВШ) має вид шиферу. Застосовується як покрівельний матеріал у будинках, що експлуатуються в агресивному середовищаовищі і при високих температурах.

Шлакопіноситал має середню густину 250-600 кг/м³ і міцність до 10-13 МПа. Випускають у вигляді блоків і панелей розміром 3х6 м. Поверхня може бути пофарбована керамічними фарбами в будь-який колір.

Шлакоситалові труби (довжина до 6 м, діаметр 75-600 мм, товщина стінок 6-30 мм) застосовують для транспортування звичайних, абразивних, агресивних суспензій і рідин (холодних і гарячих), а також сипучих матеріалів.

5.7. Матеріали і вироби з кам'яного литва

Ці матеріали одержують шляхом плавлення гірських порід, розливу у форми й охолодження. Як вихідну сировину застосовують породи темнозабарвлені магматичні (базальти, діабаз), світлозабарвлені осадові (доломіт, крейда, кварцовий пісок). Можна використовувати також відходи промисловості (золи, шлаки).

З кам'яного литва виготовляють щільні, ніздрюваті і волокнисті вироби. Щільні вироби мають високу хімічну стійкість (98-99%), густину 2900-3000 кг/м³, міцність при стиску до 250-400 МПа, підвищену твердість і морозостійкість, невисоку стираність і водопоглинання. Застосовуються вироби з кам'яного литва в гірничо-збагачувальній і металургійній промисловості, для футерування внутрішньої поверхні тічок, бункерів, кульових млинів, для покриття підлог, улаштування зливальних каналів на хімічних підприємствах.

Вироби з кам'яного литва випускають у вигляді плоских і гнутих плиток, деталей жолобів, труб та ін. Литі вироби світлих тонів використовують як лицювальний матеріал (плитки, цоколі й ін.).

На основі мінерального волокна виготовляють високоякісні теплоізоляційні й акустичні матеріали (див. розділи 13-14).

5.8. Матеріали і вироби з шлакових розплавів

Вихідною сировиною для виробництва виробів із шлаків служать вогненно-рідкі металургійні шлаки (в основному доменні, рідше мартенівські), що за хімічним складом, тобто за вмістом SiO₂, Al₂O₃, CaО, MgО поділяються на кислі, основні і нейтральні.

Із шлакових розплавів виготовляють щільні, пористі і волокнисті вироби. До щільних відносяться шлакові камені, лицювальні плитки, шашка, брущатка, тюбінги, деталі труб, шлакоситалові щільні матеріали, литий шлаковий щебінь та ін.

Лицювальні плитки, для підлог, шлакові камені й ін. виготовляють при розливі розплавлених металургійних шлаків безпосередньо у форми необхідних розмірів. Після охолодження за заданим режимом утворюються щільні вироби, що застосовуються в основному як антикорозійні покриття в агресивних умовах експлуатації.

До волокнистих шлакових матеріалів відносяться шлаковата і вироби на її основі (мати, плити, шкаралупи, тканина). Шлакова вата це матеріал, що складається з тонких склоподібних волокон, що утворюються у результаті роздуву струменем пари або повітря (мал. 5.4).

Мал. 5.4. Схема установки одержання шлакової вати способом роздуву.

Середня густина шлаковати не перевищує 300 кг/м³. Використовується в основному як теплозвукоізоляційний матеріал у вигляді плит, матів, напівциліндрів, сегментів та ін.

До ніздрюватих матеріалів на основі шлаків відносять шлакопіноситали (штучні матеріали), шлакову пемзу і гранульований шлак, пористі зернисті матеріали.

Шлакова пемза - пористий матеріал, що одержують поризацією шлакового розплаву при швидкому охолодженні з наступним роздрібненням і розсіюванням на фракції. Застосовують різноманітні способи виробництва шлакової пемзи: басейновий, бризкальний-траншейний, вододуттєвий, гідроекранний та ін. Незалежно від способу виробництва розплавлений шлак швидко прохолоджують водою (повітрям), у результаті чого утворюються пориста маса, яку після охолодження подрібнюють і розсіюють на фракції.

Основні властивості шлакопемзового щебеню: марка за насипною густиною 400-800 кг/м³, міцність при здавлювання в циліндрі не менше 0,3-0,8 МПа (П35-П100), стійок до різноманітних розпадів (залізистого, силікатного, вапняного), розмір зерен 5-40 мм. Використовується як заповнювач для легких бетонів і розчинів, рідше як теплоізоляційне засипання.

Дата добавления: 2014-01-07