Technologie Materiałów Budowlanych Wykład 8. Szkło budowlane

Transkrypt

1 Technologie Materiałów Budowlanych Wykład 8 Szkło budowlane

2 Szkło Szkło według normy ASTM-162 (1983) szkło zdefiniowane jest jako nieorganiczny materiał, który został schłodzony do stanu stałego bez krystalizacji. SiO 2

3 Szkło Szkło jest przezroczystą substancją nieorganiczną, nieskrystalizowaną, otrzymywaną przez topienie w temperaturze C, a następnie chłodzenie surowców szklarskich piasku kwarcowego z dodatkiem sody, wapienia i innych Przy chłodzeniu masa szklana przechodzi w sposób ciągły ze stanu ciekłego w stan cieczy przechłodzonej o dużej lepkości, tj. w stan ciała stałego o strukturze bezpostaciowej Z bezpostaciowego stanu skupienia wynika izotropowa struktura szkła i związane z tym właściwości, jednakowe w różnych kierunkach

4 Szkło - historia Początki wyrobu szkła sięgają zamierzchłej starożytności Szkło było znane już ponad 3000 lat p.n.e. Pierwsze ośrodki szklarstwa powstały w Babilonie i Egipcie, ważnym ośrodkiem wyrobu szkła był Rzym, później Bizancjum Do rozwoju produkcji szkła przyczyniło się uruchomienie w 1241 roku huty szkła we Włoszech, głównie do wyrobu luster W Polsce wyrabiano szkło już w XII wieku (Poznań), w wieku XVI działało już 30 hut (sandomierskie, krakowskie)

5 Szkło - historia Według rzymskiego historyka i pisarza Pliniusza Starszego to feniccy kupcy pierwsi wytopili szkło Miało się to odbyć przypadkowo podczas palenia ogniska na plaży kwarc, który znajdował się w piasku pod wpływem temperatury przetopił się w niewielkie szklane przedmioty

6 Fulguryt (z łac. fulguritus ugodzony piorunem ), piorunowiec

7 Szkło - historia Technika wytwarzania cienkich, płaskich szyb okiennych została udoskonalona w XIV wieku we francuskiej Normandii. Pojedyncze szyby okienne, zwane gomółkami szklanymi, rzemieślnicy wytwarzali poprzez wydmuchiwanie. Znaną była również technika polegająca na wydmuchiwaniu podłużnej bańki w kształcie walca (tzw. cholewy). Następnie odcinano końce, a powstały cylinder rozcinano wzdłużnie. Po rozprostowaniu otrzymywano niewielką taflę szkła okiennego

8 Szkło - historia Stopione szkło przeznaczone na jedną szybkę wydmuchiwało się w dużą bańkę za pomocą piszczeli szklarskiej. Następnie bańkę się spłaszczało i przyczepiało do końcówki żelaznego pręta, o nazwie przylepiak, który robotnik obracał najszybciej, jak potrafił. Spłaszczona bańka szkła rozkładała się jak wachlarz i tworzyła koło o średnicy od 1 do 2 m. Z okrągłych, płaskich tafli szkła, odpowiednio przyciętych, wyrabiano małe okienka, przeznaczone głównie dla kościołów. "Wole oko" w środku koła było najmniej przezroczyste, ale wykorzystywano i te fragmenty, ponieważ szyby były bardzo kosztowne. Wytrawny szklarz był w stanie wykonać tą metodą ok. tuzina szyb dziennie i dlatego w średniowieczu szklane okna były drogim luksusem.

9 Szkło - historia Rycina z 1023 roku, klasztor Montecassino

10 Szkło - historia Huta szkła w Weibersbrunn

11 Szkło - historia

12 Szkło - historia Witraż z XVI wieku

13 Witraże barwione nanocząstkami złota

14 Szkło - historia Pałac Kryształowy (1854), pierwotnie wzniesiony w Hyde Parku w Londynie na Wielką Wystawę (1851), budynek miał 560 m długości i 33 m wysokości

15 Szkło - zalety Przezroczystość, zdolność do przepuszczania światła i obrazu Nienasiąkliwość, gładkość, twardość Odporność na działanie czynników atmosferycznych i chemicznych Mała ścieralność Wysoka wytrzymałość na ściskanie, niepalność, nieprzepuszczalność gazów Duża możliwość kształtowania wyrobów (od płaskich płyt, poprzez kształtki do cienkich włókien)

16 Szkło - wady Kruchość Wrażliwość na uderzenia Rozpryskliwość Mała odporność na szybkie zmiany temperatury

17 Edouard Benedictus: bezpieczne szkło ( ) cienki film kolodium (roztwór nitrocelulozy w alkoholu) 1903 Edouard Benedictus (francuski malarz, kompozytor, pisarz i chemik) upuścił szklaną butelkę na podłogę z twardego materiału kawałki potłuczonego szkła nie rozpadły się a butelka pozostała w prawie niezmienionym kształcie

18 Szkło w budownictwie Materiał do szklenia otworów okiennych Materiał konstrukcyjny Materiał okładzinowy Materiał izolacyjny Materiał dźwiękochłonny Materiał oświetleniowy Materiał dekoracyjny Przeszklone powierzchnie elewacji budynków mieszkalnych stanowią 20-40%, a budynków użyteczności publicznej %

19 Klasyfikacja szkła Szkło budowlane: płaskie walcowane i ciągnione, zespolone, hartowane, barwne nieprzejrzyste, piankowe, szkła budowlane są zazwyczaj szkłami sodowo-wapniowopotasowo-krzemianowymi. Szkło jenajskie zwane też szkłem boro-krzemianowym wynalezione w Jenie, cechujące się stosunkowo niską temperaturą topnienia (ok. 400 C), łatwością formowania i jednocześnie wysoką odpornością na nagłe zmiany temperatury. Jest ono stosowane w sprzęcie laboratoryjnym i kuchennym. Jego odmianą jest szkło pyrex, które posiada skład znacznie ulepszony w stosunku do szkła jenajskiego

20 Klasyfikacja szkła Szkło ołowiowe (kryształowe): przepuszczalne dla ultrafioletu, o bardzo wysokim współczynniku załamania światła. Jest bezbarwne lub o odcieniu żółtym lub fioletowym. Gęstość 3,4 4,6 g/cm³. Używane do produkcji wyrobów dekoracyjnych, soczewek optycznych, przezroczystych osłon przed promieniowaniem rentgenowskim (o grubości równoważnej zwykle 2 lub 5 mm ołowiu) i promieniowaniem gamma. Szkło optyczne: stosowane na potrzeby optyki. Trzech głównych producentów Schott (RFN), Ohara (Japonia), Corning (Francja). Ważne cechy takiego szkła to m.in. współczynnik załamania i gęstość

21 Klasyfikacja szkła Szkło sodowe: CaO, SiO 2, Na 2 O. Ma bardzo duże zastosowanie w życiu codziennym, wykonane są z niego np. opakowania szklane, szyby, szklanki. Szkło sodowo-potasowe uszlachetnione barem

22 Surowce do produkcji szkła Czysty piasek kwarcowy (SiO 2 ) szkło można uzyskać z samej krzemionki przez jej stopienie w temperaturze powyżej 1700 C ochłodzony stop nosi nazwę szkła kwarcowego Topniki (dodawane celem obniżenia temperatury topnienia i lepkości masy szklanej) węglany (Na 2 CO 3, K 2 CO 3 ) a także siarczan sodowy powstające szkło krzemowo-sodowe lub krzemowo-potasowe rozpuszcza się jednak w wodzie Tlenki metali dwuwartościowych (pozwala na uzyskanie szkła nierozpuszczalnego), np. CaO

23 Surowce do produkcji szkła (tlenki do modyfikacji) Tlenek glinowy Al 2 O 3 (w postaci skaleni sodowowapniowych, glin ogniotrwałych, kaolinu) dodawany w ilości 8%, powoduje wzrost odporności szkła na działanie wody, zwiększa twardość i wytrzymałość mechaniczną szkła oraz odporność termiczną, utrudnia jednak topienie Tlenek borowy B 2 O 3 (w postaci boraksu lub kwasu borowego) zmniejsza lepkość w wysokich temperaturach, zwiększa twardość i odporność chemiczną szkła, obniża współczynnik rozszerzalności termicznej

24 Surowce do produkcji szkła (tlenki do modyfikacji) Tlenek magnezowy MgO (wprowadzany w postaci dolomitu) stabilizuje szkło, zwiększa lepkość masy szklanej, powoduje wzrost odporności chemicznej Tlenek ołowiu PbO (minia) zmniejsza lepkość, ale i odporność chemiczną szkła, zwiększa współczynnik załamania światła, nadaje piękny połysk (kryształy) i dźwięk

25 Surowce fotochromowe Szkło o zmiennej przepuszczalności optycznej, zmieniające swą barwę pod wpływem promieniowania UV, a po jego usunięciu powracające do barwy pierwotnej Zjawisko fotochromatyczne można uzyskać w szkle zawierającym halogenki srebra, molibdenian lub wolframian srebra

26 Właściwości optyczne szkła Światło słoneczne padające Światło odbite (LR współczynnik odbicia) Światło przepuszczone (przepuszczalność światła bezpośrednia LT współczynnik przepuszczalności światła) Światło absorbowane (współczynnik absorpcji) przepuszczalność + absorpcja + odbicie = 100%

27 Produkcja szkła budowlanego Przygotowanie surowców Sporządzenie zestawu szklarskiego Wytwarzanie szkła Formowanie wyrobów szklanych Odprężanie Obróbka wykończeniowa Pakowanie, magazynowanie, transport

28 1. Przygotowanie surowców Rozdrabnianie, sortowanie, przesiewanie, płukanie, suszenie Surowcami są: piasek kwarcowy, Na 2 CO 3 i Na 2 SO 4 jako topniki, CaCO 3 jako stabilizator, tlenki, np. Al 2 O 3 i MgO, polepszające odporność szkła na czynniki atmosferyczne, niekiedy tlenki barwiące, dodatkiem jest rozdrobniona stłuczka szklana

29 2. Sporządzanie zestawu szklarskiego Odważanie surowców wg receptury, mieszanie a także nawilżanie zestawu, niekiedy brykietowanie, granulowanie itp., oraz transport do zasypnika W hutach o dużej produkcji czynności są zmechanizowane i zautomatyzowane

30 3. Wytwarzanie szkła Topienie zestawu w temperaturze C, w piecach topliwych przeważnie wannowych, o pracy ciągłej, pojemności do 800t masy szklanej Klarowanie wytopionej masy, tj. odgazowanie, usuwanie pęcherzyków (głównie CO 2 powstałego z rozkładu węglanów) Studzenie, polegające na doprowadzeniu masy szklanej do temperatury i lepkości odpowiedniej do dalszego przetwarzania

31 Wytwarzanie szkła Schemat wanny szklarskiej i układ temperatur na jej długości

32 4. Formowanie wyrobów szklanych Ciągnienie masy szklanej Walcowanie masy szklanej Wylewanie i formowanie metodą termograwitacyjną (float) Wytłaczanie w formach Rozwłóknianie masy szklanej

33 Metoda ciągnienia Polega na wyciąganiu masy szklanej do góry przez odpowiednie urządzenie zaopatrzone w wałki ciągnące i czółenka szamotowe Wyciągnięta taśma szklana odpowiedniej grubości poddawana jest krojeniu na tafle wymiarowe Wadą szkła ciągnionego są smugi i falistość powierzchni powstające podczas ciągnienia masy szklanej

34 Metoda ciągnienia Schemat produkcji szkła ciągnionego metodą Pittsburgh: 1 - masa szklana 2 - blok formujący 3 - wstęga szkła 4 - chłodnice wodne 5 - chłodnice szybu 6 - szyb pionowy 7 - wałki ciągnące

35 Metoda walcowania Polega na formowaniu na stołach walcowniczych za pomocą jednego walca (metoda z 1688 r) lub w maszynach walcowniczych (walcarki) Tym sposobem może być formowane szkło surowe, wzorzyste, zbrojone i profilowe

36 Metoda wylewania termograwitacyjna (float) Zwana metodą Pilkingtona (od nazwiska wynalazcy, 1959 r) jest najbardziej obecnie rozpowszechnioną metoda poziomego formowania szkła Płynna masa szklana jest w sposób ciągły wylewana na powierzchnię roztopionej cyny, znajdującej się w specjalnej wannie i ogrzewanej w atmosferze ochronnej (redukcyjnej), przepływając po powierzchni metalu Warstwa szkła utrzymuje się na powierzchni cyny dzięki mniejszej od niej gęstości, uzyskując pod wpływem siły ciężkości i sił napięcia powierzchniowego kształt płyty (taśmy) o idealnie gładkich i równoległych płaszczyznach

37 Produkcja szkła płaskiego a - załadowanie piasku b - piec c - warstwa stopionego szkła zastyga na powierzchni stopionej cyny d - chłodzenie e - dalsze chłodzenie na wałkach f - cięcie szkła przecinakiem