Министерство образования РФ
Санкт-Петербургский государственный
инженерно-экономический университет
Кафедра городского хозяйства
Отчет по лабораторной работе №2
Тема: «Стекло и строительные материалы на основе минеральных вяжущих»
Выполнили: Васько О., Старовойтова И., Симкина И.
Группа №711
Проверила: Шибанова Т.В.
Санкт-Петербург
2003
Стекло, твёрдый аморфный материал, полученный в процессе переохлаждения расплава. Для стекла характерна обратимость перехода из жидкого состояния в метастабильное, неустойчивое стеклообразное состояние. При определённых температурных условиях кристаллизуется. Стекло не плавится при нагревании подобно кристаллическим телам, а размягчается, последовательно переходя из твёрдого состояния в пластическое, а затем в жидкое. По агрегатному состоянию стекло занимает промежуточное положение между жидким и кристаллическим веществами. Упругие свойства делают стекло сходным с твёрдыми кристаллическими телами, а отсутствие кристаллографической симметрии (и связанная с этим изотропность) приближает к жидким. Склонность к образованию стекла характерна для многих веществ (селен, сера, силикаты, бораты и др.).
Состав некоторых промышленных стекол
| Химический состав | |||||||||||
| Стекло | SiO2 | B2О3 | Al2O3 | MgO | CaO | BaO | PbO | Na2O | K2O | Fe2O3 | SO3 |
| Оконное | 71,8 | — | 2 | 4,1 | 6,7 | — | — | 14,8 | — | 0,1 | 0,5 |
| Тарное | 71,5 | — | 3,3 | 3,2 | 5,2 | — | — | 16 | — | 0,6 | 0,2 |
| Посудное | 74 | — | 0,5 | — | 7,45 | — | — | 16 | 2 | 0,05 | — |
| Хрусталь | 56,5 | — | 0,48 | — | 1 | — | 27 | 6 | 10 | 0,02 | — |
| Химико- лабораторное | 68,4 | 2,7 | 3,9 | — | 8,5 | — | — | 9,4 | 7,1 | — | — |
| Оптическое | 41,4 | — | — | — | — | — | 53,2 | — | 5,4 | — | — |
| Кварцоидное | 96 | 3,5 | — | — | — | — | — | 0,5 | — | — | |
| Электрокол- бочное | 71,9 | — | — | 3,5 | 5,5 | 2 | — | 16,1 | 1 | — | — |
| Электроваку- умное | 66,9 | 20,3 | 3,5 | — | — | — | — | 3,9 | 5,4 | — | — |
| Медицинское | 73 | 4 | 4,5 | 1 | 7 | — | — | 8,5 | 2 | — | — |
| Жаростойкое | 57,6 | — | 25 | 8 | 7,4 | — | — | — | 2 | — | — |
| Термостойкое | 80,5 | 12 | 2 | — | 0,5 | — | — | 4 | 1 | — | — |
| Термометри- ческое | 57,1 | 10,1 | 20,6 | 4,6 | 7,6 | — | — | — | — | — | — |
| Защитное | 12 | — | — | — | — | — | 86 | 2 | — | — | |
| Радиационно- стойкое | 48,2 | 4 | 0,65 | — | 0,15 | 29,5 | — | 1 | 7,5 | — | — |
| Стеклянное волокно | 71 | — | 3— | 3 | 8 | — | — | 15 | — | — | — |
Стеклом называют также отдельные группы изделий из стекла, например строительное стекло, тарное стекло, химико-лабораторное стекло и др. Изделия из стекла могут быть прозрачными или непрозрачными, бесцветными или окрашенными, люминесцировать под воздействием, например, ультрафиолетового и g-излучения, пропускать или поглощать ультрафиолетовые лучи и т.д. Наибольшее распространение получило неорганическое стекло, характеризующееся высокими механическими тепловыми, химическими и др. свойствами. Основная масса неорганического стекла выпускается для строительства (главным образом листовое) и для изготовления тары. Эти виды продукции получают преимущественно из стекла на основе двуокиси кремния (силикатное стекло); применение находят также и др. кислородные (оксидные) стекла, в состав которых входят окислы фосфора, алюминия, бора и т.д. К бескислородным неорганическим стеклам относятся стекла на основе халькогенидов мышьяка (As2S3), сурьмы (Sb2Se3) и т.д., галогенидов бериллия (BeFz) и т.д.По назначению различают: строительное стекло (оконное, узорчатое, стеклянные блоки и т.д.), тарное стекло, стекло техническое (кварцевое стекло, светотехническое стекло, стеклянное волокно и т.д.), сортовое стекло и т.д. Вырабатываются стекла, защищающие от ионизирующих излучений, стекла индикаторов проникающей радиации, фотохромные стекла с переменным светопропусканием, стекло, применяемое в качестве лазерных материалов, увиолевое стекло, пеностекло, растворимое стекло и др. Растворимое стекло, содержащее около 75% 3102, 24% Na2O и др. компоненты, образует с водой клейкую жидкость (жидкое стекло); используется как уплотняющее средство, например для изготовления силикатных красок, конторского клея, в качестве диспергаторов и моющих средств, для пропитки тканей, бумаги и пр. Химический состав некоторых видов стекла приведён в таблице.
Физико-химические свойства стекла. Свойства стекла зависят от сочетания входящих в их состав компонентов. Наиболее характерное свойство стекла — прозрачность (светопрозрачность оконного стекла 83—90%, а оптического стекла —до 99,95%). Стекло типично хрупкое тело, весьма чувствительное к механическим воздействиям, особенно ударным, однако сопротивление сжатию у стекла такое же, как у чугуна. Для повышения прочности стекло подвергают упрочнению (закалка, ионный обмен, при котором на поверхности стекла происходит замена ионов, например натрия, на ионы лития или калия, химическая и термохимическая обработка и др.), что ослабляет действие поверхностных микротрещин (трещины Гриффитса), возникающих на поверхности стекла в результате воздействия окружающей среды (температура, влажность и пр.) и являющихся концентраторами напряжений, и позволяет повысить прочность стекла в 4—50 раз. Обычно для устранения влияния микротрещин применяют стравливание или сжатие поверхностного слоя. При стравливании дефектный слой растворяется плавиковой кислотой, а на обнажившийся бездефектный слой наносится защитная плёнка, например из полимеров. При закалке поверхностный слой сжимается, что препятствует раскрытию трещин. Плотность стекла 2200—8000 кг/м3, твёрдость по минералогической шкале 4,5—7,5, микротвёрдость 4—10 Гн/м2, модуль упругости 50—85 Гн/м2. Предел прочности стекла при сжатии равен 0,5—2 Гн/м2, при изгибе 30—90 Гн/м2, при ударном изгибе 1,5—2 Гн/м2. Теплоёмкость стекла 0,3—1 кдж/кг -К, термостойкость 80°— 1000 °С, температурный коэффициент расширения (0,56—12) 109 1/К. Коэффициент теплопроводности стекла мало зависит от его химического состава и равен 0,7—1,3 вт/(м. К). Коэффициент преломления 1,4—2,2, электрическая проводимость 10-8—10-18 ом -1. см-1, диэлектрическая проницаемость 3,8—16.