CC BY
48
ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ
УДК 666.11:748
ДЕКОРАТИВНОЕ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНОЕ СТЕКЛО НА ОСНОВЕ СТЕКЛОБОЯ
© 2007 г. Е.А. Лазарева, В.В. Кирюшенко, Л.В. Дьяченко, А.М. Напрасник
В условиях рыночной экономики исключительно актуальным при строительстве современных зданий и сооружений является художественное оформление их интерьера и экстерьера. При этом особую роль играет декоративное архитектурно-строительное стекло, из которого создают высокохудожественные стеклоизде-лия, в том числе и витражи. Известно [1], что витраж является особым видом монументально-декоративного искусства, широко применяемым при создании как уникальных, так и утилитарных зданий и сооружений (рис. 1).
Расширяющийся ассортимент витражей благодаря замечательным эстетическим и удовлетворяющим современным требованиям прочностным характеристикам обусловливает необходимость разработки ресурсосберегающей технологии новых составов архитектурно-строительных стекол как бесцветных, так и цветных.
При разработке таких составов применялись природные и технические сырьевые материалы, а также бой листового стекла, содержащий, % по массе: 71,65 8Ю2, 2,0 М§0, 2,3 А1203, 9,45 СаО, 14,6 №20. На основании ранее проведенных исследований нами выбрано соотношение шихта : стеклобой = 30 : 70. Повышенное содержание стеклобоя позволяет утилизировать отходы стекольной промышленности, тем самым
обусловливает удешевление технологии. Кроме того, введение стеклобоя позволяет сократить стадии сили-катообразования и стеклообразования по сравнению с варкой стекла только из шихты. Для снижения температуры варки в шихту вводили 5-7 % буры №2В407. Ионы бора, замещая в структурной сетке стекла ионы ]^2+ или 814+ по схеме ]^2+ ^ 814+ ^ 2В3+, обусловливают снижение температуры как варки стекломассы, так и формования из нее изделий.
Варку стекол осуществляли в алундовых тиглях в электрической печи с силитовыми нагревателями с
выдержкой в течение 1 ч в интервале температур 1350 - 1400 °С. В результате разработаны прозрачные стекла, химические составы которых находятся в следующих пределах, % (по массе): 65,00 - 75,00 БЮ2, 1,0 - 3,0 ]^0, 1,5 - 3,5 А1203, 5,0 - 8,5 Са0, 12,0-16,0 №20, 1,0-5,0 В203. Термограмма шихты полученного бесцветного стекла, являющегося исходным для цветных, представлена на рис. 2.
Как видно из рис. 2, при термической обработке шихты стекла в интервале температур 20 - 900 °С имеют место следующие физико-химические процессы. Эндоэффект при 150 °С С характеризует процесс удаления из шихты физически связанной влаги. Экзо-эффект при 625 °С свидетельствует об образовании двойного натрий-кальций-карбоната - №2Са(С03)2. Эндоэффект при 765 °С указывает на образование легкоплавкого эвтектического сплава натрий-кальций-карбоната с кальцинированной бурой. При 795 °С в присутствии кальцинированной буры №2В407, температура плавления которой 747 °С, происходит образование метасиликата натрия, а при 805 °С имеет максимум диссоциации №2С03 и СаС03 [2]. Дальнейшее повышение температуры до 1250 °С обусловливает
I
Столы, стулья, барные стойки и т.д.
Храмы, памятники культуры, общественные здания и сооружения, жилые дома
Рис. 1. Эффективные области использования витражей
Декоративные изделия
Вазы, шкатулки, плафоны для светильников и т.д.
образование силикатов и алюмосиликатов, а также растворение оставшихся зерен кварцевого песка. Осветление и гомогенизация расплава стекломассы осуществляется в температурном интервале 1250— 1400 °С.
° С 625 _ А А 795
лЛ 150 V 765 V 805
Рис. 2. Термограмма шихты бесцветного стекла
Зависимость вязкости расплавов стеклобоя и синтезированного стекла представлена на рис. 3.
^ п, Па-с
Рис. 3. Вязкость стекол: 1 - синтезированного;
2 - листового
Как видно из рис. 3, вязкость расплава синтезированного стекла значительно ниже, чем вязкость расплава стеклобоя. Так, при температуре 1300 °С вязкость расплава синтезированного стекла составляет 100 Пах, тогда как вязкость расплава стеклобоя 300 Пах, т.е. расплав синтезированного стекла имеет вязкость в 3 раза меньшую, чем вязкость расплава стеклобоя. Это позволяет получать в интервале сравнительно невысоких температур 1300-14000 °С высококачественные стекла, удовлетворяющие требованиям к стекло-изделиям архитектурно-строительного назначения [3].
Для получения стекол разнообразной цветовой гаммы в состав шихты добавляли сверх 100 % следующие красители, % (по массе): 0,2 - 0,6 Сг203, 0,3 - 0,7 К2Сг207, 0,5 - 7,0 Рг203, 0,15 - 0,55 ЯЪ - для стекол зеленого и желто-зеленого цветов; 0,5 - 2,0 №203, 0,015 - 0,55 СоО, 0,01 - 0,5 Со203, 0,3 - 0,8 СиО - для оттенков голубого, синего и сиреневого; 0,01 - 0,5 Мп02 - для фиолетового; 0,01 - 0,2 N10 -для серо-коричневого; 0,4 - 1,0 УВ6 - для оранжево-корич-невого цветов [1, 4].
Отформованные способом отливки образцы стекол подвергали испытаниям с целью определения показателей функциональных и эстетико-потребительских свойств. Установлено, прочность на сжатие синтезированных стекол составляет 800 - 850 МПа, на растяжение - 75,5-83,5 МПа; плотность - 2400 - 2450 кг/м3; температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР) - 90,5-102,5 х10-7 °С-1; показатель преломления - 1,518 - 1,536. По химической стойкости стекла относятся к III гидролитическому классу (твердые аппаратные стекла).
Таким образом, на основе стеклобоя, природного и технического сырья нами получена группа сравнительно недорогих декоративных архитектурно-строительных стекол с показателями физико-механических и химических свойств, отвечающих требованиям строительных норм и предназначенных для применения в интерьерах и экстерьерах зданий и сооружений, в том числе при изготовлении витражей и стекломозаики.
Литература
1. Ланцетти А.Г., Нестеренко М.Л. Изготовление художественного стекла. - М.: Высш. шк., 1987. - 304 с.
2. Зубехин А.П., Голованова С.П., Лазарева Е.А., Рябова А.В. Технология изготовления и художественной обработки стекла. Введение в специальность: учеб. пособие / под ред. А.П. Зубехина. - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2004. -160 с.
3. Стекло листовое. Технические условия. ГОСТ 111-2001. -М.: Межгосударственный стандарт, 2003. - 33 с.
4. Лазарева Е.А. Технология изготовления художественных изделий из стекла: учеб. пособие / Юж.-рос. гос. техн. ун-т. - Новочеркасск ЮРГТУ. 2002. - 99 с.
Южно-Российский государственный технический университет
(Новочеркасский политехнический институт) 27 сентября 2006 г.
