Стекло и изделия из минеральных расплавов

Стеклами называют аморфные вещества, получаемые из расплавленной массы силикатов, образованных из смеси кварцевого песка, соды, известняка и других компонентов. В зависимости от вида стеклообразующих оксидов стекла разделяют на силикатные, алюмо- и боросиликатные, алюмофосфатные, силикотитановые, а также сложные трехкомпонентные и др.

Стекла обладают комплексом отсутствующих у других строительных материалов свойств: плотностью от 2,2 до 8,0 г/см³, прочностью на сжатие – 700–1000 МПа, а при растяжении – 70–80 МПа. Они имеют низкую теплопроводность и высокие звукоизоляционные свойства. Светопропускная способность стекол достигает 97%, их можно неоднократно переплавлять без изменения свойств. Основной недостаток – хрупкость.

Варка стекла осуществляется в многотоннажных стекловаренных печах ванного типа. Жидкую стекломассу перерабатывают в изделия несколькими способами: вытягиванием и прокаткой на специальных машинах. Для улучшения светопропускания горячее стекло после прокатки полируют на специальных устройствах.

Стеклянные изделия и полуфабрикаты после изготовления подвергают отжигу при 400–600°С для снятия остаточных напряжений. Его длительность зависит от толщины изделия.

Область применения строительного стекла и изделий на его основе за последние годы значительно расширилась. Наиболее распространены: листовое стекло (оконное, армированное, закаленное), объемные конструкции (стеклоблоки, стеклопрофилит), трубы, облицовочные плиточные материалы.

Одна из областей широкого использования изделий из стекла и минеральных расплавов – изготовление тепло- и звукоизоляционных материалов (минеральная вата и плиты, стекловолокно).

Минеральная вата и плиты составляют более 50% в общем выпуске теплоизоляции. Малая теплопроводность изделий обусловлена высокой пористостью. Например, минераловатный войлок имеет объемную массу 50 кг/м³, истинную пористость 98% и коэффициент теплопроводности в 20 раз ниже, чем у кладки из красного кирпича. Минераловатные изделия могут применяться при температурах до 600°С, они имеют относительно низкую стоимость. Более 80% минераловатных изделий производится из расплавленных шлаков (кислых доменных, мартеновских).

Существуют три основных способа производства минеральной ваты из силикатных расплавов: дутьевой, центробежный и комбинированный. В первом случае сжатый воздух или пар под давлением 7–10 атм. направляют на струю расплава под углом 10–20°. При центробежном способе минеральную вату из расплава получают с помощью одно-, двух- и многоступенчатых вращающихся дисков.

Наиболее эффективен комбинированный центробежно-дутьевой способ (рисунок 8.1). Способ заключается в том, что расплав, поданный на вращающуюся водоохлаждаемую чашу, сбрасывается с ее кромки в виде пленок, струй и капель, которые, подвергаясь воздействию сжатых газов, расщепляются на элементарные струйки, затвердевающие в виде волокон диаметром 5–10 мкм.

1 – струя расплава; 2 – лоток; 3 – вращающаяся чаша;

4 – кольцевое сопло

Рисунок 8.1 – Схема центробежно-дутьевого способа

получения минеральной ваты

Волокнистые материалы

Волокнистыми материалами называют асбест, асбошифер, асбоцемент. Асбест – волокнистый материал из группы серпентина, представленный гидросиликатами магния, который способен расщепляться на тонкие и прочные волокна, прост в обработке, неэлектропроводен, обладает высокими теплоизоляционными свойствами, огне-, кислото- и щелочестоек. В виде асбестовой крошки, волокон, плит используется в качестве теплоизоляционной засыпки, теплоизолируюших экранов, для изготовления огнестойких рабочих костюмов.

Технологическим недостатком асбеста является легкая искрашиваемость, поэтому часто применяется в виде асбоцементных изделий, получаемых из смеси асбеста, портландцемента и воды. Распущенные асбоцементные волокна, сцепленные с цементным камнем, формируют его и придают изделиям высокую прочность, сохраняя в них все специфические свойства асбеста, как например, в асбошифере.

Асбошифер – прессованные волокнистые тонкие плиты из отходов асбестового волокна и цемента, применяется как кровельный материал. До недавнего времени асбоцементные изделия в виде плит широко использовались в качестве основных материалов покрытий, внутренней и наружной облицовки зданий. Асбоцементные трубы, несмотря на хрупкость, широко применяются для подземных коммуникаций (водоснабжение, канализация, энергоснабжение, связь, газоснабжение и т.д.). Исследования последних лет выявили канцерогенность асбеста, изделий из него и на его основе, поэтому происходит резкое сокращение объемов их потребления. В ряде стран приняты законодательные запреты на использование асбестосодержащих изделий при наличии прямого контакта с людьми, пищей, водой.