Стекло в строительстве

Теги

Стекло (в классическом понимании) - это вещество, полученное путем переохлаждения расплава определенного химического состава, который в результате увеличения вязкости приобретает свойства твердого тела, причем переход из жидкого состояния в стеклообразное должен быть обратимым.

Процесс превращения стеклообразуюшего расплава в твердое состояние происходит постепенно, путем нарастания вязкости в широком интервале температур, минуя кристаллическую фазу. Образование в стекле кристаллов является пороком и приводит к потере прочности, прозрачности и рассеянию света. В нормальных условиях стекло изотропно по своим оптическим и механическим свойствам.

Стекло в строительстве

В строительстве используются как органические стекла плексиглас (полиметилметакрилат, полистирол, поликарбонат), так и неорганические - из минеральных расплавов. Минеральные расплавы в зависимости от скорости охлаждения и ряда других условий могут затвердевать как в аморфном (стеклообразном), так и кристаллическом состоянии.

Разница лишь в том, что если одни расплавы (силикатные) для получения стекла можно охлаждать часами, то для получения, например, металлических стекол скорость охлаждения должна быть порядка 100 °С в секунду (106 град/с). При таких гигантских скоростях охлаждения атомы не успевают выстроиться в строгом порядке (как это происходит в кристаллах), и расплав затвердевает не кристаллизуясь.

В результате формируются твердые аморфные стеклообразные вещества с внутренней структурой аналогичной жидкости. Следовательно, для каждого аморфного стеклообразного вещества есть два состояния:

  • при более высоких температурах они ведут себя как жидкости (пластичны) 
  • при температурах ниже так называемой температуры стеклования tg (для силикатных стекол составляет 400...600 °С) - как твердые и хрупкие тела. Ниже температуры стеклования стекло становится хрупким.

В настоящее время к стеклу относят все аморфные вещества, получаемые путем быстрого переохлаждения расплавов независимо от их состава и температурной области затвердевания и обладающие в результате постепенного увеличения вязкости механическими свойствами твердых тел. Все они имеют искусственную аморфную стеклообразную структуру, но вместе с тем при определенных условиях охлаждения могут иметь и кристаллическую или смешанную (аморфно-кристаллическую) структуру.

Характерным признаком стеклообразного состояния вещества является также отсутствие четко выраженной точки плавления. Их переход в расплавленное состояние происходит в интервале температур, т.е. при нагревании они размягчаются и постепенно переходят в жидкое состояние, при охлаждении - наоборот.

Кроме того, стекло не является веществом с определенным химическим составом и не может быть выражено химической формулой. Чаще всего его состав условно выражают суммой оксидов, входящих в шихту. В отличие от кристаллических веществ, стекла изотропны, прозрачны и чрезвычайно хрупкие.

Прочность стекла при ударном изгибе составляет 0,2 МПа. Свойства стекол можно изменять термической, химической и механической обработкой. Способность веществ к стеклообразованию зависит также от их химического состава. Веществами (оксидами), расплавы которых при охлаждении способны переходить в стеклообразное состояние, являются кремнезем, фосфорный ангидрид, борный ангидрид и др. Называют их стеклообразующими, а стекло, образованное ими, - соответственно силикатное фосфатное, боросиликатное, алюмосиликатное.

Однако наиболее ярко эта способность выражена у кремнезема и соединений на его основе - силикатов. Поэтому в промышленных масштабах, в том числе и в строительстве, наибольшее применение находит силикатное стекло (натрий-кальций-силикатное), основными компонентами которого являются диоксид кремния и оксиды натрия и кальция.