Лабораторна робота № 4 матеріали та вироби з мінеральних розплавів

Короткі відомості

Матеріали з мінеральних розплавів отримують шляхом швидкого охолодження силікатних розплавів, характерною особливістю яких є здатність під час охолодження переходити в склоподібний стан (аморфний різновид твердого стану), причому цей перехід є зворотним. Склоподібна структура матеріалу характеризується відсутністю чітко визначеної температури плавлення (наявністю перехідного пластичного стану в певному інтервалі температур), гомогенністю, ізотропністю.

Сировиною для силікатних розплавів є поширені гірські породи (кварцові піски, базальти, діабази, граніти, гнейси, сієніти тощо), відходи промисловості (металургійні шлаки, золи та шлаки ТЕС, склобій). Сировинні матеріали для виробництва скла умовно поділяють на основні й допоміжні. Основні вихідні матеріали представлені кварцовим піском, вапняком (крейдою), польовим шпатом та содою. Допоміжні матеріали вводять для покращення реологічних характеристик скломаси, прискорення її скловаріння, забарвлення, освітлювання і сприяння кристалізації.

Спільною ознакою технології виготовлення будівельних матеріалів цієї групи є приготування мінеральних розплавів (переведення вихідної сировини в рідкий стан за високих температур (725…1600 С) для створення умов проходження процесів силікатоутворення), їх швидке охолодження до певної температури з наступним формуванням та повільним охолодженням отриманих виробів. Під час введення до силікатного розплаву спеціальних добавок (кристалізаторів) і вибору відповідного режиму термічної обробки можна одержати склокристалічні матеріали – марбліт, ситали, шлакоситали.

Головними критеріями класифікації будівельних матеріалів та виробів із мінеральних розплавів є вид сировини, її хімічний склад, характер макро- та мікроструктури, а також спосіб формування й призначення матеріалів і виробів.

Мінеральні розплави залежно від виду вихідної сировини поділяють на скляні, шлакові та кам’яні. Основною сировиною для першої групи матеріалів є кварцовий пісок, вапняк (крейда), польовий шпат, сода; для матеріалів із шлакових розплавів – шлаки чорної та кольорової металургії (доменні, ваграночні тощо); для матеріалів з кам’яних розплавів – гірські породи з відносно низькою температурою плавлення – базальти, діабази, доломіти.

За характером мікроструктури матеріали поділяють на аморфні, що не містять чітко вираженої кристалічної фази (наприклад, скло віконне та вітринне); склокристалічні з вмістом кристалічної фази до 30% (наприклад, декоративні облицювальні вироби: марбліт, авантюринове скло, смальта, скляна крихта, склокристаліт) та склокристалічні з вмістом кристалічної фази більше 30% (будівельний ситал, шлакоситал, петроситал, сигран, неопар’є).

За характером макроструктури матеріали на основі мінеральних розплавів поділяють на щільні (скло віконне, марбліт, ситал), волокнисті (вироби на основі мінеральної або скляної вати) та ніздрюваті (газо- та піноскло).

Оптичні властивості скла характеризуються прозорістю, світлопроникністю, світлопоглинанням, світловідбиванням, світлорозсіюванням тощо. Світлопроникність оцінюють коефіцієнтом направленого пропускання світла і цей показник залежить від товщини скла. За світлопроникністю скло поділяють на світлопрозоре та непрозоре, за кольором – кольорове та безбарвне.

За технологією формування розрізняють скло, отримане флоат-способом (ФС) та витягуванням (ВС). Для класифікації витягнутого листового скла використовують додаткові позначення способу виробництва: скло вертикального витягування (ВВС) та скло вертикально-горизонтального витягування (ВГВС). Матеріали та вироби з силікатних розплавів можна також отримувати прокатуванням, литтям та пресуванням.

До основних видів будівельного листового скла відносять: скло листове, неполіроване та поліроване (термополіроване), віконне, вітринне, світлозахисне, візерункове, дзеркальне, кольорове (забарвлене по всьому об’єму), кольорове з пофарбованою поверхнею, увіолеве, теплозахисне (тепловбирне), радіаційностійке, армоване (безуламкове), загартоване, стемаліт (емальоване загартоване скло), багатошарове, скло з низькоемісійним покриттям (твердим або м’яким), сонцезахисне (теплопоглинальне скло, листове віконне з модифікованою поверхнею, скло, покрите теплопоглинаючими або відбиваючими плівками, смарт-скло, фотохромне скло).

Основними показниками якості листового скла є коефіцієнт направленого пропускання світла, який змінюється залежно від товщини скла від 2 до 25 мм в діапазоні 0,89…0,67. Залежно від наявності візуальних дефектів марки його змінюються від М0 до М7, середня густина становить 2500…2600 кг/м³, міцність при стиску – 900…1000 МПа, ударна в’язкість (крихкість) – 1,5…2,0 кН/м, твердість за шкалою Мооса становить 6…7 одиниць, коефіцієнт теплопровідності – 0,9…1,0 Вт/(м·К). Матеріал може бути кольоровим або безбарвним. Важливою характеристикою листового скла є його габаритні розміри.

За призначенням вироби та конструкції з мінеральних розплавів класифікують на конструкційні – склоблок, склопакет, склопрофіліт, скляні дверні полотна та світлопрозорі конструкції на основі листового скла (звичайне, вітринне, безпечне); архітектурно-декоративні, в тому числі облицювальні (марблітові, ситалові, килимово-мозаїчні плитки, смальта), світлопрозорі декоративні матеріали – вітраж, візерункове кольорове та безколірне скло), теплоізоляційні (скловолокно, скловата, мінеральна вата, мінераловатні та скловатні вироби, ніздрювате скло).

Для характеристики конструкційних виробів на основі мінеральних розплавів важливими є такі показники як світлопропускання та світлорозсіювання, середня густина, коефіцієнт теплопровідності, термостійкість, міцність при стиску, ударна стійкість.

Для облицювальних виробів важливими характеристиками є водонепроникність, морозостійкість, термостійкість, хімічна стійкість та стійкість до дії ультрафіолетових променів.

Для теплоізоляційних виробів на основі мінеральних розплавів важливими характеристиками є середня густина, коефіцієнт теплопровідності, температура використання, горючість.

Метою роботи є ознайомлення з фізико-технічними характеристиками матеріалів із силікатних розплавів залежно від їхнього складу та структури, а також вивчення номенклатури, технології виготовлення та особливостей застосування.

Нормативне забезпечення:

1. ДСТУ Б.А.1.1-21-94. Скло та вироби зі скла будівельного призначення.

2. ДСТУ Б В.2.7-122:2009 (ГОСТ 111-2001). Скло листове. Технічні умови. (EN 572:2004 NEQ).

3. ДСТУ Б В.2.7-110-2001 (ГОСТ 30698-2000). Скло загартоване будівельне. Технічні умови.

4. ДСТУ Б В.2.7-123:2004 (ГОСТ 30826-2001). Скло багатошарове будівельного призначення. Технічні умови.

5. ДСТУ Б В.2.7-148:2008. Скло листове армоване. Технічні умови. (EN 572:2004 NEQ).

6. ДСТУ Б В.2.7-156:2008. Скло листове узорчате. Технічні умови. (EN 572:2004 NEQ).

7. ДСТУ Б В.2.7-115-2002 (ГОСТ 30733-2000). Скло з низькоемісійним покриттям. Технічні умови.

8. ДСТУ Б В.2.7-228:2009. Скло з низькоемісійним м’яким покриттям. Технічні умови (ГОСТ 31364-2007, МОД).

9. ДСТУ Б EN1051-1:2011. Скло для будівництва. Склоблоки і скляні плити. Частина І. Визначення показників (EN 1051-1:2003 IDT).

10. ДСТУ Б В.2.7-284:2011. Плитки скляні облицювальні килимово-мозаїчні та килими з них. Технічні умови.

11. ДСТУ Б В.2.7-94-2000 (ГОСТ 4640-93). Будівельні матеріали. Вата мінеральна. Технічні умови.

12. ДСТУ Б В.2.7-99-2000 (ГОСТ 22950-95). Будівельні матеріали. Плити мінераловатні підвищеної жорсткості на синтетичному зв’язуючому. Технічні умови.

Загальна характеристика виробів із мінеральних розплавів

Матеріали: зразки виробів із мінеральних розплавів.