Sklo a keramika - K123-Katedra stavebních materiálů

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/