Довговічність кераміки і способи її підвищення.

За умов якісного виготовлення і правильної експлуатації будівель кераміка є довговічним матеріалом, який може експлуатуватися десятиріччями і навіть століттями. Однак із часом, під дією атмосферних факторів, агресивного середо­вища і механічного навантаження керамічні вироби можуть втрачати свої власти­вості і руйнуватися. Залежно від умов експлуатації довговічність кераміки оціню­ють за багатьма чинниками, наприклад, для стінових матеріалів (цегла, порож­нисті камені, фасадна плитка, черепиця) таким чинником є морозостійкість. Основними факторами, що визначають морозостійкість керамічних виробів є мінералогічний та хімічний склад глинистої сировини, якість її переробки, фор­мування та випалювання, мікро- та макроструктура черепка, структура пор та їхні розміри.

Відомо, що зі збільшенням частки закритих пор, морозостійкість кераміч­них виробів підвищується. Підвищення морозостійкості керамічних виробів до­сягається деякими технологічними прийомами: введенням добавки подрібненого вугілля (1...3%), подвійною переробкою і вилежуванням сировини, вакуумуван­ням керамічної маси, обмеженням вмісту мергелистої глини. Покриття виробів глазурами та ангобами також підвищує їхню морозостійкість.

Головним показником довговічності керамічних виробів, що експлуатують­ся в агресивному середовищі (каналізаційні труби, санітарно-технічні вироби), є хімічна стійкість. Зазвичай її визначають за здатністю виробів протистояти дії розчинів кислот і лугів. Усі види керамічних матеріалів, особливо щільної струк­тури, мають високу кислотостійкість. Звичайна керамічна цегла з істинною по­ристістю ЗО...40% менш стійка проти дії водних розчинів лугів, які при взаємодії з глиноземом утворюють легкорозчинні солі, що вимиваються водою. Кристалогідрати, які утворюються у цеглі з розчинів солей (особливо сульфатів натрію та магнію), також сприяють її руйнуванню. Навіть саме зволоження цегли, незалеж­но від хімічних процесів, негативно впливає на її довговічність, знижуючи міц­ність та морозостійкість. Ось чому дії фізичної та хімічної корозії підлягають кон­струкції, що систематично зволожуються водою: фундаменти, цоколі, стіни воло­гих приміщень. Фізична корозія активніше виявляє себе у зимовий період (внас­лідок циклічного заморожування та відтавання води в порах матеріалу), а хіміч­на - в теплий період.

Керамічні плитки, завдяки високому вмісту алюмосилікатів, є стійкими до дії усіх органічних і мінеральних кислот (крім плавикової). їхня лугостійкість за­лежить від хіміко-мінералогічного складу та щільності структури. Плитки зі щіль­ним черепком є досить лугостійкими, а з підвищеною пористістю можуть руйну­ватися під дією лужних розчинів. Хімічне руйнування пористого черепка відбу­вається внаслідок проникнення агресивного середовища в товщу матеріалу, тоді як шар глазурі (поливи) руйнується з поверхні внаслідок розчинення гомогенної твердої речовини (глазурі) у рідині (агресивному розчині). При дії розчинів кис­лот на поверхні керамічних виробів утворюється захисний шар силікатної кисло­ти. Хімічна стійкість глазурі визначається кількістю лужних та лужноземельних оксидів та відношенням 5І02: А1₂0з у її складі. Вона залежить також від мінера­логічного та фазового складу матеріалу, його пористості, структури і текстури, вмісту та форми муліту.

Найбільш агресивними для керамічних виробів є розчини Н₂50₄ та №ОН (особливо концентрації 20% та вище). Сульфатна (сірчана) кислота розчинює си­лікатні складові керамічного каменю, утворюючи сульфати алюмінію та феруму звиділенням вільного оксиду силіцію. Дія соляної та нітратної кислот на кераміч­ні вироби удвічі слабша порівняно з сульфатною.

Особливістю хімічно стійкої кераміки є щільний спіклий черепок, в якому переважають нерозчинні або важкорозчинні оксиди силіцію та алюмосилікати. Зі збільшенням вмісту в складі випаленої кераміки муліту підвищується її здатність протистояти тривалому впливу лугів та кислот.

Контрольні запитання

1. Наведіть класифікацію керамічних виробів, які застосовуються у будівництві.

2. Які керамічні вироби ви знаєте. Наведіть коротку характеристику.

3. Сировина, основи технології виробництва керамічних виробів.

4. Як підвищити довговічність керамічних виробів.

Тема 5 Будівельні вироби із скляних та кам’яних розплавів

Властивості скла. Будівельне скло та вироби на його основі: листове будівельне та декоративне скло, будівельні вироби із скляних розплавів, ніздрюваті та волокнисті вироби зі скла, склокристалічні матеріали, матеріали та вироби із шлакових розплавів, матеріали та вироби із кам’яного литва. Загальні аспекти довговічності скла та склокристалічних виробів.

Перші центри скловаріння виникли в Єгипті та Месопотамії, причому єгип­тяни віддавали перевагу кольоровому склу, а в Месопотамії виготовляли переваж­но прозоре скло. Археологами виявлені залишки давніх скляних майстерень на східному березі Нілу, що існували приблизно 3400 років тому. Пізніше скло по­чали виготовляти в Мікенах (Греція), Китаї та Індії. З X ст. до н.е. почало роз­виватися виробництво скла на Далекому Сході, а з IXст. до н.е. центром скло­варіння стає Олександрія, а потім і Рим. Важливим кроком у скловарінні стало відкриття методу видування скла сирійськими майстрами у Вавилоні. В останньо­му столітті до н.е. скловиробництво інтенсивно розвивається в Римській імперії. Саме римляни почали використовувати скло в архітектурних цілях, особливо піс­ля відкриття прозорого скла шляхом додавання до скломаси оксиду мангану. З розпадом Римської імперії скловиробництво в різних регіонах стало набувати своїх особливостей. З XI ст. німецькі, а з XIII венеціанські майстри розробили технологію виробництва листового скла. У ці часи центром скловиробництва стає італійське місто Венеція. У XVII ст. у Франції були розроблені нові методи виго­товлення скла та дзеркал, причому рівень технології був настільки високим, що тільки через 300 років виробництво скла вийшло на якісно новий промисловий рівень.

Повний переворот у скляній індустрії здійснив у 1905 р. бельгієць Фурко, який почав вертикально витягувати з печі безперервне скляне волокно. В кінці Першої світової війни інший бельгієць Е. Бішеруа розробив технологічний про­цес, при якому скло витягувалося з печі між двома роликами. Подібно методу Фурко, застосування цього способу перетворювало подальший процес поліруван­ня скла на більш легкий та економний. В 1910 р. французький вчений Е.Бенедіктус запровадив спосіб виробництва ламінованого скла, відомого під назвою «триплекс».

В кінці XX ст. були закладені нові перспективи створення композиційних ламінованих матеріалів із листового скла з підвищеним опором крихкому руйну­ванню. Це дозволяє отримувати скляні та склокристалічні матеріали поліфункціонального призначення, які характеризуються значно меншим рівнем крихкості, можуть мати підвищену деформативність, є безпечними навіть під час руйнуван­ня окремих шарів скла і за механічною поведінкою наближаються до пластичних матеріалів.

Властивості скла

Скло - універсальний і дивовижний матеріал. Його виробництво базується на складній послідовності технологічних операцій, параметри яких в першу чер­гу залежать від сировинних матеріалів, що входять до складу шихти.

Структура скла зумовлює ряд його специфічних власти­востей, у тому числі прозорість, міцність, стійкість до атмосферних впливів, водо- та газонепроникність.

Найбільш важливими для скла є не тільки оптичні властивості, що перетво­рюють його в унікальний матеріал, але й механічні, оскільки його використання є багатоцільовим.

Оптичні властивості скла характеризуються прозорістю, світлопроникніс­тю, світлопоглинанням, світловідбиванням, світлорозсіюванням тощо. Звичайні віконні стекла пропускають видиму частину світлового спектра й не пропускають інфрачервоних та ультрафіолетових променів. Світлопропускання вікон­ного скла при товщині 5 мм становить 84...87% і залежить не лише від виду скла, а й від кута падіння світлових променів.

У будівельних конструкціях скло зазнає дії розтягувальних й ударних наван­тажень, рідше — дії стиску, тому основними характеристиками, що визначають його якість, є міцність при розтягу та крихкість.

Теоретична міцність скла при стиску становить більше 20000 МПа, а при розтягу - 12000 МПа, фактична - значно нижча (при стиску - 500...2000 МПа, при розтягу - 35... 100 МПа).

Однією з причин великої різниці між теоретичною і реальною міцністю скла є дефектність поверхні реального скла - наявність мікротріщин, що сильно послаблюють опір тендітного матеріалу впливу зовнішніх навантажень.

Вважають, що утворення поверхневих дефектів залежить від ступеня одно­рідності вихідної скломаси, способу і умов формування виробів, характеру меха­нічної і термічної обробки, температури і вологості навколишнього середовища, тривалості дії навантаження, масштабного фактора.

Скло є крихким матеріалом. Для нього характерна відсутність пластичних деформацій. Крихкість як показник деформативності є головним недоліком скла.

Густина скла (при відсутності пористості істинна співпадає з середньою) становить 2,45...2,55 г/см³, а для спеціальних стекол вона може досягати 8,0 г/см³.

Теплопровідність звичайного скла становить 0,40...0,82 Вт/(м • К), а теплоєм­ність - 0,63... 1,05 кДж/(кг•К).

Термічна стійкість. При різкому охолодженні скла поверхневі шари охолод­жуються швидше внутрішніх і тому в поверхневих шарах скловиробів виникають напруження розтягу, у внутрішніх - стиску. При швидкому нагріванні виробу, навпаки, у поверхневих шарах будуть виникати напруження стиску, у внутрішніх -розтягу. Враховуючи, що руйнування скла починається з поверхні і міцність скла при стиску в багато разів більша міцності при розтягу, різке охолодження склови­робів більш небезпечне, ніж швидке нагрівання. Зазвичай термостійкість скла за­лежить від хімічного складу, температурного коефіцієнта лінійного розширення

і товщини виробів (так, для віконного скла зав­товшки 2 мм термостійкість становить 100°С, а завтовшки 5 мм - усього 80°С).

Скло має значну густину і водночас високу звукоізоляційну здатність. За цим показником скло завтовшки 1 см відповідає цегляній стіні завтовшки 12 см.

Хімічна стійкість скла залежить від його складу.Лужносилікатне скло відносять до групи хімічно нестійкого у воді.

Будівельне скло та вироби на його основі: листове будівельне та декоративне скло, будівельні вироби із скляних розплавів, ніздрюваті та волокнисті вироби зі скла, склокристалічні матеріали, матеріали та вироби із шлакових розплавів, матеріали та вироби із кам’яного литва.

Номенклатура матеріалів змінюється залежно від рівня технічного розвитку суспільства, зростають вимоги до виробів, розширюються галузі застосування їх. За мікроструктурою розрізняють скляні матеріали, технологія виготовлення яких не передбачає кристалізації (будівельне скло та вироби на його основі) і склокристалічні матеріали(марбліт, скломармур, ситали), які підлягають частко­вій кристалізації у процесі виготовлення.

Будівельне скло і скляні вироби широко застосовують при склінні, оздоб­ленні та декоруванні споруд

Модифікування будівельного скла здійснюється введенням до його складу каталізаторів, барвників чи глушників у поєднанні з відповідними режимами об­робки. Це дає змогу отримувати нові облицювальні матеріали: плити з авантюри­нового скла, глушені білі та кольорові плити, сигран тощо. Деякі облицювальні матеріали на основі скла (склокремнезит, склокристаліт, порокремнезит, пінодекор, кольорова мозаїчна плитка) виготовляють спіканням скла з добавками.

Листове будівельне та декоративне скло.Листове скло (ГОСТ 111) засто­совують для заповнення світлових прорізів у сполученні з рамами різноманітних конструкцій. Його використовують також для виробництва загартованого скла, триплекса (тришарового листового виробу), склопакетів тощо. Випускають вісім марок листового скла товщиною 2...6 мм (табл).

Марки листового скла

Листове скло виготовляють за розмірами і специфікацією замовника (твер­дих розмірів) або у заводському асортименті (вільних розмірів).

До недоліків, що допускаються в невеликій кількості, належать: пузирчики та сторонні включення, зеленкуватий або блакитнуватий відтінки за умови, що ці відтінки не зменшують коефіцієнта направленого пропускання світла.

Вітринне поліроване скло(ГОСТ 13454) По­верхню полірованого скла обробляють так, щоб не було оптичних спотворень (мікронерівності не повинні перевищувати 0,01 мкм). Виготовляють його завтовшки 5,5 і 6,5 мм і постачають у вигляді 16 стандартних типорозмірів від 1380x1340 мм до 2950x2950 мм. Світлопропускання полірованого скла становить не менше 87%.

Візерункове кольорове та безбарвне скло(ГОСТ 5533) Воно відрізняється від звичайного тим, що по всій його поверхні на одному чи обох боках є рельєфний візерунок. Випускають візе­рункове скло у вигляді листів завширшки 400... 1200 мм і завдовжки 600... 1600 мм (для стекол завтовшки 3,5 і 5,0 мм) та завширшки 800... 1600 мм і завдовжки 1000...2500 мм (для стекол завтовшки 6 і 7 мм). Світлопропускання візерунково­го скла з візерунком на одній поверхні становить не менш 75%, а з візерунком на двох поверхнях — не менш 65%. Різновидами візерункового скла є стекла типу «Мороз» та «Заметіль».

Декоративне скло типу «Мороз» - це скло, одна поверхня якого є матовою, одержаною за допомогою механічної обробки (піскоструменем чи шліфуванням). Далі на цю поверхню наносять шар клею, після чого скло просушу­ють при температурі 50...60°С протягом 6... 12 год. Під час сушіння клей зменшу­ється в об'ємі, при цьому відривається шар його разом з тонкими лускатими плівками скла завтовшки до 0,25 мм. Внаслідок цього утворюється характерний візерунок, подібний до візерунка на склі при морозі. Скло такого типу може випускатися безбарвним або забарвленим завтовшки 3...6 мм і розмірами до 1800x1000 мм.

Скло «Заметіль». Воно має на повер­хні хвилеподібний неповторюваний візерунок із матовими ділянками у вигляді виступів, що створюють своєрідний декоративний ефект. Залежно від характеру візерунка товщина такого скла може бути 3...8 мм, максимальний розмір листа 1500x1300 мм та 1900x800 мм.

Скло «Заметіль» може бути безбарвним або кольоровим. Одна поверхня скла термічно полірована, інша має візерунок.

Армоване кольорове та безбарвне скло(ТОСТ 7481) виготовляють методом безперервного прокатування з одночасним армуванням металевою сіткою. Поверхня листа може бути гладкою чи візерунчастою.

Для армування застосовують зварну сітку зі сталевого дроту діаметром 0,5...0,60 мм із захисним покриттям.

Армоване скло випускають довжиною 800...2000 мм, шириною 400... 1600 мм і товщиною 5,5 мм для безбарвного й 6,0 мм для кольорового скла. Таке скло характеризується підвищеною безпечністю й вогнетривкістю, оскільки при його руйнуванні уламки утримуються сіткою.

Хвилясте армоване скло жорсткіше за плоске. Його застосовують для склін­ня великих прогонів.

Листове скло зі спеціальними властивостями - це таке, що пропускає (увіо­леве) або вбирає ультрафіолетові промені, тепловбирне, тепловідбивне, скло з напівпрозорим дзеркальним покриттям, теплозахисне, теплопровідне, термічно поліроване, зміцнене тощо.

Увіолеве склохарактеризується здатністю пропускати промені ультрафіоле­тового діапазону (не менше 25%). Виготовляють його із скломаси з мінімальним вмістом оксидів заліза (не більше 0,01%), титану й хрому.

З часом увіолеве скло «старішає», набуваючи при цьому фіолетового або жовтого кольору, при цьому знижується його здатність пропускати ультрафіоле­тові промені.

Скло тепловбирненалежить до групи сонцезахисних. Сонцезахисні стекла мають високу здатність до поглинання інфрачервоних променів. Ці види скла ре­комендується використовувати в будинках із кондиціонерним режимом і підви­щеними вимогами до захисту об'єктів та устаткування в середині приміщень від інфрачервоних променів (музеї, виставкові зали, бібліотеки тощо), а також у жит­лових будинках із максимальною інсоляцією.

Сонцезахисні стекла випускають трьох видів: забарвлені у масі оксидами феруму, цинку, купруму або іншими сполуками металів; з плівковими оксидно-металевими покриттями; з прозорими металевими покриттями.

Такі стекла мають сіро-блакитний або зеленкувато-блакитний колір різної інтенсивності.

Світлопропускання тепловбирних стекол становить 65...75%, проникнення інфрачервоних променів - 20...45%.

Слід пам'ятати, що тепловбирні стекла нагріваються на 3...5°С більше за звичайні і зазнають відповідно більших температурних деформацій, тому в кон­струкції світлового прорізу таке скло має перебувати у вільному стані. При роз­мірах листа понад 150x800 мм використовують гумові прокладки.

Тепловбирне скло рекомендується використовувати як зовнішнє при под­війному склінні з обов'язковим провітрюванням простору між рамами.

Теплозахисні та тепловідбивні стекла — це поліровані стекла відомі як низькоемісійні, з плівковими покриттями на основі оксидів металів. Для виробниц­тва їх використовують прозорі плівки від сіро-димчастого до синьо-фіолетового кольору. Інтенсивність кольору можна регулювати товщиною шару покриття, яка змінюється в межах 0,3... 1 мкм. Світлопропускання теплозахисного скла стано­вить 30...70% незалежно від товщини.

Нанесення на скло тепловідбивної плівки практично не змінює прозорості скла щодо сонячної радіації, але значно зменшує його здатність поглинати дов­гохвильове випромінювання.

Перевагами скла з твердим покриттям є стійкість до механічних та атмосферних впливів, не­доліком - нерівномірність нанесеного покриття.

М'яке покриття наносять на поліроване скло методом іонно-плазмового на­пилення у вакуумі.

Головною характеристикою теплозбереження є випромінювальна здатність скла (емісія). Чим менша випромінювальна здатність скла, тим нижчими будуть втрати тепла

Тепловідбивне скло зменшує теплові витрати через віконні прорізи та інші види світлопрозорих огорож у будинках, теплицях, а також захищає від теплоти, яку випромінюють технічні джерела.

Термічно поліроване скло випускають двох видів: дзеркальне - для виготов­лення виробів, до яких ставляться підвищені вимоги щодо оптичних показників: дзеркал, вітрових стекол автомобілів і спеціальних виробів; технічне - для склін­ня засобів транспорту (крім вітрових стекол автомобілів), меблів і будівельних споруд.

Термічно поліроване скло випускають таких розмірів: довжина - від 600 до 1600 мм, ширина - від 400 до 1300 мм, товщина - 2; 3; 4; 5; 6 і 7 мм. Відхилення розмірів не повинні перевищувати ±2 мм - для листів площею до 1 м²; ±3 мм -для листів площею понад 1 м².

Скло повинно бути безбарвним, іноді спостерігаються зеленкуватий та бла­китнуватий відтінки. Кольорові та іризуючі плями не допускаються.

Дзеркальне скло (ГОСТ 17716) виготовляють із полірованого скла товщи­ною 4... 10 мм нанесенням на тильний бік шару металічного срібла або алюмінію та захисного покриття (часто у вигляді лаків). В архітектурі сучасного інтер'єру дзеркала використовують не тільки за прямим функціональним призначенням, але й як декоративно-оздоблювальний матеріал та як засіб для створення ілюзор­но розширеного простору. Крім крупнорозмірних дзеркал, як облицювальний матеріал використовують дзеркальні плитки, смужки (із відходів), а також дріб­ний дзеркальний бій.

Скло плоске загартоване(ДСТУ Б В.2.7-110-2001) характеризується підви­щеною механічною міцністю, термостійкістю та безпечним характером руйнуван­ня. Гартування скла передбачає його термообробку, тобто нагрівання до темпе­ратури 600...900°С з наступним різким, але рівномірним охолодженням поверхне­вого шару повітрям або рідинами. Загартоване скло поділяють на поліроване (ЗПП) і неполіроване (ЗП). При експлуатації допустимим є перепад температур не менше 120°С. Границя міцності при згині досягає 250 МПа. Загартоване скло не піддається різанню, свердлінню, фрезеруванню й іншим видам механічної об­робки; зазвичай його розміри встановлюють відповідно до специфікації спожива­ча, передбачаючи при цьому необхідні отвори для кріплення, які мають викону­ватись до початку загартування. Випускають скло розмірами 2100x3000 мм при товщині від 4 до 19 мм.

Скло загартоване призначене для безпечного скління світлопрозорих буді­вельних конструкцій (віконних і дверних блоків, вітрин, лоджій, балконів). Скло може використовуватися як складовий елемент скляних конструкцій, в тому чис­лі багатошарових. Використання загартованого скла практично виключає можли­вість його руйнування у склопакеті при добових перепадах температур до 90°С по внутрішній поверхні зовнішнього скла у пакеті.

За міжнародною класифікацією таке скло віднесене до безпечного скла по­ряд з армованим та багатошаровим склом, відомим як триплекс,та ламінованимі моліруваним.

Різновидом загартованого скла є стемаліт. На його основі отримують лис­ти (панелі), які широко застосовують для зовнішнього та внутрішнього облицю­вання в будівлях різного призначення. Стемаліт - це загартоване емальоване скло завтовшки 5,0...7,5 мм, одна поверхня якого покрита кольоровою силікат­ною фарбою.

Фізико-механічні властивості стемаліту: границя міцності, МПа, при стис­ку становить 800...900, при згині — 250, при розтягу — 231; термостійкість — 100...200°С. Поверхня листів стемаліту може бути полірованою, кованою, візерунчастою. Його випускають різних кольорів і відтінків.

Багатошарове ламіноване скло, яке в літературі відоме як «триплекс», скла­дається з кількох листів полірованого чи неполірованого скла, міцно склеєних між собою прозорою еластичною прокладкою. Як склеювальний матеріал засто- совують бутафоль-полівінілбутираль, пластифікований дибутилсебаціанатом. Внутрішня плівка має високу прозорість, світло- та теплостійкість, високу адге­зію до скла. Наявність плівки забезпечує основну властивість триплексу - безосколковість при руйнуванні скла.

Товщина триплексу становить не менше 9 мм, а маса 1 м² — біля 20 кг. За рахунок великої товщини триплекс характеризується найбільшим термічним опо­ром та високою здатністю до звукоізоляції. Світлопроникнення триплексу залеж­но від типу й товщини скла становить 69...78%, термостійкість - понад 100°С, теплостійкість в межах 100...110°С.

Ламіноване скло доцільно використовувати для структурного скління будівель, балконів, улаштування скляних підлог, бокових поверхонь ескалаторів та східців.

Різновидом багатошарового скла є моліруване (гнуте) скло. Таке скло використовується для виготовлення деко­ративних елементів при оздобленні приміщень.

Кольорове та художнє скловиготовляють з кольорової скломасиЗа характером забарвлення кольорове скло буває прозоре та глушене. Основні кольори прозорого скла: червоний, оранжевий, жовтий, зелений, блакитний і синій з відтінками - чорним, місячно-білим, лимонним та молочним.

Максимальний розмір кольорових стекол 1000x750 мм при товщині 3 мм, розмір скла молочного відтінку 1000x1000 мм при товщині 4,5 мм.

Прозоре кольорове скло використовують для виготовлення вітражів. Сучасні вітражі викону­ють як з використанням класичної техніки монтажу, так і сучасних технологій. Незважаючи на високий рівень останніх, як і в стародавні часи, художня якість вітражів залежить від таланту та майстерності виконавців.