Stavební sklo Keramika
doc. Ing. Milena Pavlíková, Ph.D. K123, D1045 224 354 688,
[email protected]
http://tpm.fsv.cvut.cz
FENNERŮV stavový diagram
Závislost existence jednotlivých modifikací v daném rozsahu teplot a tlaků znázorňuje stavový, fázový, diagram.
Přeměny modifikací se v závislosti na teplotních oblastech jejich stability uskutečňují dvěma způsoby: •
rychlými přeměnami (enantiotropní) – jsou vratné, nebo – li otočné, probíhají mezi nízko a vysokoteplotními formami jedné modifikace SiO2
•
pomalými přeměnami (displacivní) – jsou rekonstrukční, probíhají při přeměnách mezi jednotlivými modifikacemi, dochází k porušení vazeb mezi základními strukturními jednotkami.
Sklo
Anorganický produkt tavení, který byl ochlazen do pevného stavu bez krystalizace.
Vznik: sklotvorný prvek nebo oxid (tvoří síť) a modifikátory skelné sítě (CaO, MgO, BaO, atd.)
Si O Si Na2O Si O Na Na O Si Siloxan
modifikátor
depolymerace skelné sítě
Struktura skla
[Gedeon, Macháček]
Sklo
sklotvorné prvky:
P – zahřátí na 250°C při tlaku > 7 kbar
O – podchlazením kapalného kyslíku
S a Se – z taveniny
sklotvorné oxidy:
tvoří síť
B2O3, SiO2, GeO2 atd., tavením s jinými oxidy tvoří dále skla (tzv. sklotvorné oxidy druhého typu, nebo – li podmíněné sklotvorné oxidy) TeO2, SeO2, MoO3, WO3, B2O5, Al2O3, Ga2O3, V2O5
modifikující oxidy: narušují síť, mění vlastnosti skla (snižují teplotu tání)
CaO, Na2O, K2O, Al2O3
Přírodní skla Obsidián - rychle zchlazená láva, tzv. vulkanické sklo
Tektity (vltavín) - vzniká roztavením meteoritických hornin po jeho dopadu na Zemi
Výroba skla
Sklářský kmen pro výrobu křemenného skla: Sklářský křemenný písek nebo oxid křemičitý (obsah Fe, Cr, Ti) 16% soda (uhličitan sodný), potaš (uhličitan draselný) 12% vápenec (uhličitan vápenatý) 18% odpadní sklo (drcené střepy)
Pomocné suroviny Barvící látky - sloučeniny Mn, Co, Ag, U, Cr, Au Čeřiva - Na2SO4, dusičnany, As2O3, Sb2O3
Výroba skla
Tavení: v pánvové nebo vanové peci Hrubé – 1000-1200°C rozklad a chemické reakce složek kmene, uvolnění plynů, vytvoření spečené hmoty, postupně průhledná tavenina Čeření – zhomogenizování taveniny a odstranění bublin plynů, v místě nejvyšší teploty (= nejnižší viskozita skloviny – bubliny dobře unikají, ~1400°C) Sejití – snižování teploty na pracovní 900-1200°C Tvarování utavené skloviny Řízené chlazení
Sklářské pece
vanové
kontinuální provoz velký objem a produkce přímý otop hořáky nad sklovinou
pánvové
malé ruční sklárny nepřímý otop sklovina v malé pánvi
Chlazení skla
po tvarování následuje řízené pomalé chlazení podle chladící křivky (programu) v tunelové peci
účelem je odstranění napětí ve skle vzniklé při tuhnutí – způsobovalo by praskání
Sklo Vlastnosti:
bezbarvé, průhledné, popř. zbarvené kovy
křehké při normální teplotě, 500-1000°C plastické a tvarovatelné, nad 1400°C tekuté
odolné proti povětrnostním vlivům
malá tepelná a elektrická vodivost (izolátor)
Stavební sklo má pevnost v tlaku 5x větší než žula, 2x až 3x větší než ocel a 50x větší než pevnost v tlaku betonu.
Hlavní skupiny skleněných výrobků
Ploché sklo
okenní
zrcadlové
lité
tažené
plavené sklo (float) v cínové lázni
Duté sklo
foukané
lisované
lisofoukané
sacofoukané
dvakrát foukané
Hlavní průmyslová skla
Křemenné sklo:
Vodní sklo:
benátský, durinský)
60 SiO2 – 26 PbO – 14 K2O (PbO mezi 24-36)
3.3 sklo (Pyrex, Simax):
72 SiO2 – 12 CaO – 14 Na2O
Křišťály: K2O-CaO-SiO2 (český), K2O-PbO-SiO2 (olovnatý, anglický,
70 SiO2 – 30 Na2O (wt.%)
Tabulové a lahvové sklo:
SiO2
80 SiO2 – 15 B2O3 – 5 Na2O
Skelná vlákna:
53 SiO2 – 15 Al2O3 – 16 CaO – 4 MgO – 10 B2O3
Izolační sklo
Splňuje - tepelně a zvukově izolační, ale i protipožární kritéria.
Složení - minimálně ze dvou a více tabulí skla s pokovem na bázi stříbra a odpovídajícího množství distančních rámečků, 1 - 2.
Rámeček - vyplněn vysoušedlem (zajišťuje suchý vzduch v meziskelním prostoru a zabraňuje nechtěné kondenzaci vodní páry).
Meziskelní prostor - vyplněn jedním ze vzácným plynů, Ag, Kr, Xe, nebo jejich směsí.
Celková tlouštka izolačních skel - až 36 mm.
Utěsnění izolačního elementu - provedeno primárním a sekundárním tmelením.
např. polysulfid, polyurethan, UV silikon a další.
Izolační sklo
V roce cca. 1950 činila hodnota k (W/m2K) jednoduchého zasklení 5,8 v dnešní době je běžně technologicky zvládnutá výroba izolačních skel s hodnotou k = 0,4 W/m2K.
Materiál
Síla
Polystyren
16 cm
Korek
18 cm
Speciální technologií se dá vyrobit izolační element s hodnotou k= 0,2 W/m2K.
Dřevo
58 cm
Cihly
225 cm
V tabulce je uvedena potřebná tlouštka materiálu pro dosažení ekvivalentní hodnoty k=0.2. Jediný materiál, a to sklo, je však průhledný.
Ocelobeton
895 cm
Izolační sklo
Izolační skla v současné době splňují v podstatě tyto náročné požadavky:
Podstatné snížení energetických tepelných ztrát
Ochrana proti slunečnímu záření
Zvýšení tepelné pohody uvnitř objektu
Zamezení rosení skel
Zvukově izolační vlastnosti
Reflexe izolačního skla z Floatu
z LUXARU
LUXAR - antireflexní sklo
interferenčně odzrcadlené sklo s tvrdou vrstvou odolnou proti poškození reflexe 0,5 %. Podmínkou - plocha na které dochází k lomu světla musí být pokovena LUXAR vrstvou. Použití:
všude tam, kde má zákazník mít možnost nezkresleného pohledu bez rušivé reflexe a zrcadlení sebe samého podobně jako v běžném skle. nikoliv pouze otázkou estetiky, ale i účelnosti Architektura, výlohy, prodejny luxusního zboží (zlatnictví, klenoty, hodinářství), rámování obrazů (LUXAR 2 mm), zoologické a botanické zahrady, muzea.
Polopropustná zrcadla
Tzv. špionážní zrcadlo - silně reflexní sklo se speciální vrstvou
k dispozici jsou ve dvou provedeních - 12 % polopropustné zrcadlo a 1% polopropustné zrcadlo.
12% zrcadlo je v podstatě jednostraně pokovená floatová tabule, u které činí prostup světla 12%. 1% zrcadlo je v podstatě jednostraně pokovená floatová tabule, u které činí prostup světla 1%.
Při použití tohoto zrcadla jako dělicí stěny mezi dvěma místnostmi, vzniká ve více osvětlené místností tzv. zrcadlový efekt, přes toto sklo není vidět do druhé méně osvětlené místnosti. Aplikace
pozorovací kabiny místnosti pro provádění výslechů místnosti bezpečnostních služeb v supermarketech
Barevné sklo
výrobek na bázi lepeného skla s interlayer fólií, v současné době existuje vzorník cca. 1.000 druhů barevných fólií
použitím těchto fólií je možné vytvořit v podstatě libovolnou barevnou kombinaci.
Vedle průhledných fólií jsou k dispozici současně fólie vhodné pro podsvícení, metalizované fólie a fólie průhledné pouze z jedné strany.
Aplikace Fasádní systémy vstupní prostory zasklení výtahových šachet s různou barvou dle jednotlivých pater pochozí skla zasklení střešních konstrukcí celoskleněné barevné dělicí stěny a dveře
Ohýbané sklo
zcela specifickým oborem činnosti
cylindricky i sféricky ohnutá
ohýbaným sklem získáte jedinečnost
Použití:
architektura nebo výstavní a prodejní plochy, výplň zábradlí v točitých schodech, zasklení výtahových šachet, zasklení vyhlídek (vidíte i pod sebe), střešních konstrukcích, zimních zahradách.
specifickou oblastí - použití v automobilovém průmyslu, čelních skel u kolejových vozidel s možností vyhřívání, zasklení chladicích vitrín s vyhříváním proti tvorbě kondenzátu atd.
Lepené sklo
Složení: dvě nebo více tabulí skla, spojených vysoce elastickou PolyvinylButyralovou (PVB) fólií.
Funkce: V případě mechanického namáhání např. nárazu ostrým předmětem, dojde k destrukci skleněných tabulí, nikoliv však PVB fólie. I přes rozbití si tabule z lepeného skla uchovává určitou odolnost např. proti vniknutí. Různou kombinací skel a tlouštky a počtu fólií se dají vyrobit skla splňující některé z následujících vlastností:
Fólie může být čirá, matná, zvukově izolační, barevná nebo s různými motivy (Colorprint).
pochozí skla skla s odolností proti průrazu skla s odolností proti průhozu neprůstřelná skla
Aplikace a použití:
zasklívání střešních konstrukcí, balkónů, zábradlí zastřešení vchodových dveří zvukově izolační skla barevná skla pochozí skla, skleněné schodišťové stupně neprůstřelná skla v bankovním sektoru.
Kalené (tvrzené) sklo
tepelně zpracované Floatové sklo, které po
procesu kalení získá nové rozložení vnitřního napětí.
Kalení, nebo-li tvrzení - po ohřátí na teplotu
okolo 620 °C a následném rychlém ochlazení vzduchovou sprchou zůstane vnitřní část teplá, kdežto na povrchu
dochází k prudkému ochlazení. Po tomto procesu zůstane uvnitř skla tažné pnutí, na povrchu vznikne tlakové napětí.
Kalené (tvrzené) sklo
Nejčastější použití:
Celoskleněné dělicí stěny, dveřní systémy, výplně zábradlí, speciální okna, skleněné mantinely, prosklené zastávky MHD, sprchové kouty, boční skla automobilů a pojízdných strojů.
lepené sklo a samozřejmě speciální izolační skla a fasádní panely.
Heat Soak
proces, při kterém jsou již hotová ESG skla podrobena testu tzv. umělého stárnutí - tepelná zátěž při 290 °C po dobu až 8 hodin
předepsán u fasád a doporučuje se u sprchových koutů apod.
Kalené (tvrzené) sklo
Chlazení orientované ve vzduchu nebo oleji se do skla vloží vhodné napětí povrch tlakové, vnitřek tahové → sklo se zpevní náraz musí překonat povrchové tlakové napětí
běžné sklo
tvrzené sklo
Tavený křemen
Vlastnosti: homogenní a hutný materiál, bez zrn ostřiva, matrix a pórů, tvořený pouze skelně ztuhlým (amorfním) SiO2 Slinování: 900-1000°C žárovzdornost 1100° C Použití: pro kontakt s nízkoalkalickými a bezalkalickými sklovinami (Simax), masivní bloky, trubky, misky, plováky
Pěnové sklo
tepelně izolační materiál - vyrobený ze stoprocentně recyklovaného skla
Výrobní technologie:
Střepy z obalového skla rozdrceny na skelnou moučku s velikostí zrna v průměru 80 mm, ta je smíchána s chemickými činidly.
řízené tavení při teplotách 800°C a následné ochlazení.
umělé sopečné sklo, pemza, nebo – li pěnové sklo.
Uzavřené póry naplněny směsí různých plynů vzniklých při výrobě.
Pěnové sklo
Vnitřní stavba - malé uzavřené skleněné buňky, které drží pevně u sebe
sklo dokonale zabraňuje prostupnosti chladného či teplého vzduchu z okolí, který by mohl negativně ovlivnit teplotu izolovaných prostor.
Výpočtová hodnota tepelné vodivosti pěnového skla REFAGLASS je 0,075W m-2K-1 a specifická tepelná kapacita 850 Jkg-1K-1.
sklo obsahuje velké množství skleněných můstků, které mu zaručují vynikající pevnost v tlaku.
Únosnost materiálu po zhutnění je 0,64–1,3 MPa. Po zatížení zátěžovou deskou při tlakovém napětí 250 kPa si pěnové sklo REFAGLASS sedá o 1–3 mm.
Pěnové sklo
Mrazuvzdornost Nehořlavost: Třída hořlavosti A1 (extrudovaný polystyrenC1). Bod měknutí nad 700°C. odolné vůči chemickým i mechanickým vlivům (povětrnostní podmínky, organické a anorganické chemikálie, hmyz, či hlodavci). nízká objemová hmotnost: sypaného materiálu 150 kgm-3 (1/10 až 1/20 váhy kamenného štěrku). Použití: Štěrk z pěnového skla - do spodních částí staveb, jako izolace nádrží (bazény, atd.), lehké drenáže, izolační materiál pod ohřívané nebo ochlazované plochy, nebo jako lehký stavební prvek při stavbě plochých střech. Desky z pěnového skla - na zateplení fasád.
Sklokeramika
suroviny - roztavené strusky, čedič, žula, znělec, písek, hlína, vápenec a nukleátor Na2SiF6
mikrostruktura - zcela bez pórů, složena z krystalických fází a skelné fáze
řízená krystalizace při chlazení → skelně krystalické výrobky, které pevností předčí normální skla a odolávají i prudkým změnám teploty Vlastnosti: pevnost 4-10x než normální sklo, odolávají vysokým teplotám až do 1 000°C a prudkým změnám teploty a korozi
Použití: desky, obkládačky, trouby atd.
(mastek 3MgO.4SiO2.H2O)
modifikace TiO2
Literatura HENNING, Otto a LACH, Vladimír: Chemie ve stavebnictví, SNTL Praha, 1983.
Pavlíková, M. – Pavlík, Z. – Hošek, J., Materiálové inženýrství I, ČVUT v Praze, 2011, ISBN 978-80-01-04263-2.
Pavlíková, M. – Keppert, M., Chemie. Chemie stavebních materiálů, ČVUT v Praze, 2009.
http://www.sazovsky.cz/ Vyhledávaný poradce a specialista na stavební sklo Miroslav Sázovský
http://www.stavebni-sklo.cz/
