ПОРИСТОЕ СТЕКЛО

Пеностекло: характеристики, применение, достоинства и недостатки утеплителя

Тот, кто следит за достижениями строительной науки, никогда не прогадает. Именно здесь кроется мощный ресурс для снижения стоимости, повышения энергосбережения, качества и скорости возведения жилья. Наглядный пример – пеностекло.

Этот интересный материал с большим потенциалом можно лишь условно назвать новинкой на строительном рынке. Его изобрели в 30-е годы прошлого века в СССР, а практическое применение придумали позже – в 1946 году в Канаде. В массовое строительство пеностекло пошло лишь через полвека, когда были снижены затраты на его производство и досконально отработана технология.

Что такое пеностекло?

Сочетание в одном материале двух разных веществ всегда дает интересный результат. Так произошло и с пеностеклом. Классическое силикатное стекло, которое стоит в наших окнах – прозрачный, очень твердый и хрупкий материал. Пена – невесомая, «эфемерная субстанция». Ее основа — газ, пузырьки которого держатся вместе за счет тончайших прослоек жидкости силой поверхностного натяжения.

Вы спросите, разве можно соединить несовместимое? Оказывается, можно. Производство пеностекла состоит в нагревании силикатной массы, в которую внесено вещество, образующее газ. Под действием высокой температуры сырье плавится, а газообразователь разлагается, выделяя мельчайшие пузырьки. Пойманные горячим расплавом, они как «мухи в янтаре» навечно остаются в нем.

В итоге материал получает уникальные свойства:

• Легкость;
• Прочность;
• Химическую инертность;
• Водонепроницаемость;
• Термостойкость и негорючесть.

Некоторые из перечисленных свойств материал наследует у силикатного стекла, а часть получает от микрокапсул газа. Прозрачность пеностекло теряет, но зато приобретает отличные теплоизоляционные и акустические характеристики.

Технические характеристики

Плотность вспененного стекла очень низкая (100-250 кг/м3). Насколько это мало, вы можете судить, сравнив ее с плотностью сухой древесины (550-750 кг/м3). Неслучайно после изобретения пеностекло пытались использовать как плавающий строительный материал.

Прочность на сжатие у столь легкого вещества на удивление высока. Оно выдерживает давление до от 40 до 100 тонн на 1 м2. Остальные технические характеристики пеностекла также внушают оптимизм для всех, кто планирует его использовать.

Теплопроводность при комнатной температуре — 0,04 Вт/м*С. Даже сухая древесина хвойных пород в два раза хуже сохраняет тепло (0,09 Вт/м*С). Способность гасить звуковые волны у ячеистого стекла сравнима с минватой (45-56 дБ).

По стойкости к высокой температуре вспененное стекло такжевыглядит достойно. Конечно, это не шамот, но даже стандартный пористый стеклоблок выдерживает +300С  без признаков разрушения. Спецдобавки поднимают термостойкость материала до +1000 С. Низких температур пеностекло не боится, выдерживая экстремальный контакт с жидким азотом (-200 С).

Очень ценное качество данного материала – высокая химическая инертность и связанная с ней экологичность. Немного найдется современных утеплителей, столь же безопасных и нетоксичных.

Полимерные составы довольно быстро стареют, теряя свои физические качества и отравляя окружающую среду. Полимеры и горючесть, органические утеплители и токсичность – это почти синонимы.

С этой точки зрения вспененное стекло намного лучше пенополистирола, полипропилена и ПВХ пластмасс.

Долговечность – еще один плюс, которым ячеистое стекло привлекает застройщиков. Срок службы 100 лет говорит сам за себя.

Биологическая стойкость стеклянных пеноблоков несравнимо выше, чем у органических утеплителей. Оно не по зубам грызунам. Плесень и грибок тоже не найдут в нем уютного местечка, поскольку материал не впитывает воду.

Химическая инертность вспененного стекла очень высокая. Кислоты и щелочи, агрессивные газы и нефтепродукты – все вместе и каждый по-отдельности они не справятся с таким утеплителем.

Перечислять недостатки пеностекла долго не придется. Высокая цена – вот что в первую очередь смущает в нем рядовых застройщиков.

Она объясняется тем, что технология изготовления данного материала связана с высокими энергозатратами. Его отжиг (медленное охлаждение) — сложный и трудоемкий процесс.

Второй недостаток – низкая ударная прочность. Его нельзя назвать критичным, поскольку утеплитель в конструкциях не испытывает ударов, а улицы пеностеклом пока еще не мостят.

Применение

Особенно ценным является то, что в ячеистом стекле совмещены высокая прочность и теплоизолирующая способность.

Мы все привыкли, что чем тверже материал, тем сильнее он проводит тепло. Здесь все наоборот. Это жесткий эффективный утеплитель, по которому можно ездить грузовой машиной. Поэтому применение пеностекла в первую очередь связано с теплоизоляцией несущих стен, подвалов и трубопроводов.

У ячеистого стекла коэффициент температурной деформации близок к бетону и кирпичу, поэтому им можно облицовывать любые виды конструкций, выполненных из этих материалов.

Благодаря низкому водопоглощению, вспененное стекло оптимально подходит для гидроизоляции подвальных помещений и цокольной части зданий. В отзывах потребителей чаще всего отмечается этот положительный момент.

Кроме блочного, выпускают гранулированное пеностекло. Оно дешевле монолита и применяется как утепляющая добавка в бетон, а также в качестве засыпки в полости стен.

Несмотря на высокую механическую прочность, вспененное стекло легко поддается обработке. Оно сверлится и режется, не образуя трещин, легко клеится и хорошо держит отделочные составы (шпаклевку и штукатурку).

Внешняя отделка пеностеклом также заслуживает внимания. Кроме оригинального вида она надежно решает задачу защиты от агрессивных атмосферных факторов (холода, жары и осадков).

Внимание! Низкокачественные «аналоги» пеностекла

Говоря о данном материале, нельзя не упомянуть его дешевый «аналог», с легкой руки производителей также названный пеностеклом. На самом деле он изготавливается не из стандартного твердого сырья методом обжига, а из жидкого натриево-калиевого стекла.

В эту субстанцию добавляют вещества, активно поглощающие воду. В результате жидкое стекло вспенивается, а затем твердеет. Процесс идет при температуре +100 — +200С. Даже неискушенному человеку понятно, что такой материал в принципе не может быть прочным и водостойким. По сути, это обычный канцелярский клей с пузырьками газа.

При малейшем замачивании он течет, а по механической прочности в десятки раз слабее классического поризованного материала. Поэтому утепление пеностеклом данного типа (его иногда именуют «паропроницаемым») нельзя назвать выгодным.

Единственный плюс, которым производители пытаются привлечь потребителей – низкая стоимость (в 2-3 раза ниже, чем у обычного пеностекла).

Ориентировочные цены

Говоря о ценах на пеностекло, выделим три основные формы его выпуска. Этот материал производится в блоках, плитах, в виде фасонных изделий (объемных оболочек) и крошки (гранул и щебня).

Блочное и плитное пеностекло используется в качестве жесткого гидроизолирующего утеплителя. Оболочки из ячеистого стекла применяют для утепления трубопроводов. Гранулы идут на теплоизолирующую засыпку, а также используются в качестве наполнителя штукатурных растворов и легких бетонов.

Самый распространенный размер плит из ячеистого стекла —  600х450 мм. Их толщина находится в диапазоне от 3 до 12 см (шаг 1 см).

Блочный и фасонный материал имеет самую высокую стоимость. В зависимости от производителя его можно купить по цене от 9 000 до 16 000 за 1 м3.

Дешевле всего крошка (фракция 0-7 мм) и щебень (8-20 мм) из вспененного стекла, поскольку они относятся к категории технологических отходов. Их можно приобрести по цене от 5 000 руб./м3.

по теме:

Пористое стекло

Основная статья: Стекло

Пористое стекло — стеклообразный пористый материал с губчатой структурой и содержанием SiO2 около 96 %. Пористое стекло является результатом термической и химической обработки стекол особого состава.

Обычно для получения пористых стекол используют ликвирующие в основном щелочноборосиликатные стекла. В таких стеклах одна из фаз, химически малостойкая, способная к сквозному вымыванию при воздействии на стекло соответствующего растворителя (щелочи или кислоты).

Пористые стекла могут быть получены только из стекол с достаточно высоким содержанием Na20 (5-10 %), в которых сосуществующие фазы после длительной тепловой обработки образуют взаимопроникающие друг в друга каркасы.

Необходимым условием получения пористых стекол является также содержание в исходных стеклах не менее 40 % кремнезема, обеспечивающее образование в стекле непрерывной пространственной сетки SiO2.

Технология спекания пористого стекла

Схематическое изображение спеченной области пористого стекла. R1 — радиус кривизны спеченной области, R2- радиус кривизны границы спеченного и неспеченного стекла, h1 — толщина спеченной области, h0 — глубина усадки, h — толщина всего образца, d — диаметр спеченной области

Технология спекания пористого стекла была разработана в ИТМО на кафедре ЛТиЭП в 80-х годах. Было показано, что спекание пористых стекол качественно можно представить следующим образом. Нагревание стекла вызывает размягчение его каркаса, то есть резкое снижение вязкости силикатной матрицы.

Начинается вязкое течение размягченного стекла, за счет которого уменьшается площадь поверхности пор и, следовательно, поверхностная энергия стекла. В зоне воздействия процесс продолжается до тех пор, пока пористое стекло не придет к термодинамически равновесному состоянию с минимальной поверхностной энергией (или не остынет).

При оценке режимов спекания считается, что поры в спекаемой области вплоть до полного спекания, остаются незамкнутыми в силу влияния процессов растворения газа, находящегося в порах, которые настолько незначительны, что их можно не учитывать.

Спекание начинается, когда вязкость каркаса пористого стекла на его поверхности уменьшается в процессе нагревания настолько, что давление поверхностного натяжения в поре будет ее захлопывать. При повышении температуры в глубине стекла фронт спекания продвигается вглубь.Изменение формы поверхности в процессе спекания сопровождается изменением плотности материала и показателя преломления.

В результате воздействия на поверхность пористого стекла пучком лазерного излучения с распределением мощности по сечению близкому к гауссову получается спеченная область, профиль которой близок к сферическому.Оптические свойства спеченной области определяются в основном разностью показателей преломления спеченного и неспеченного пористого стекла и геометрическими характеристиками области.

Наибольший градиент пористости и, следовательно, показателя преломления наблюдаются в непосредственной близости от границы спеченной и неспеченной областей.

На основе этого явления возможно изготовление планарных оптических волноводов и оптических интегральных схем.

Литература

• Гребенщиков И. В. и Фаворская Т. А. О химической стойкости стекла. — Л.: Труды ГОИ. 1931. Т. 7. Вып. 72
• Молчанова О. С. О свойствах тройной системы: окись натрия—борный ангидрид—кремнезём. — Строение стекла. Труды по строению стекла. Ленинград, 23—27 ноября 1953 — М.—Л.: Издательство АН СССР. 1955. С. 141
• Порай-Кошиц Е. А. О структуре натриево-боросиликатных стёкол. — Строение стекла. Труды по строению стекла. Ленинград, 23—27 ноября 1953 — М.—Л.: Издательство АН СССР. 1955. С. 145
• Жданов С. П. О строении стекла по данным исследования структуры пористых стёкол и плёнок. — Строение стекла. Труды по строению стекла. Ленинград, 23—27 ноября 1953 — М.—Л.: Издательство АН СССР. 1955. С. 162
• Добычин Д. П. О состоянии кремнекислоты в микропористом стекле. — Строение стекла. Труды по строению стекла. Ленинград, 23—27 ноября 1953 — М.—Л.: Издательство АН СССР. 1955. С. 176
• Жданов С. П. Структура пористых стёкол по адсорбционным данным. — Труды, посвящённые памяти академика Ильи Васильевича Гребенщикова. Главный редактор профессор К. С. Евстропьев. Труды ГОИ. Том XXIV. Выпуск 145. М.: Государственное издательство оборонной промышленности. 1956. С. 86
• Добычин Д. П. Регулирование структуры пористых стёкол и связанные с этим вопросы строения натриевоборосиликатных стёкол. — Стеклообразное состояние. Труды Третьего Всесоюзного совещания. Ленинград, 16—20 ноября 1959 — М.—Л.: Издательство АН СССР. 1960. С. 480
• Акимов В. В. Оптические постоянные и плотностьнатриевоборосиликатных стёкол. — Стеклообразное состояние. Труды Третьего Всесоюзного совещания. Ленинград, 16—20 ноября 1959 — М.—Л.: Издательство АН СССР. 1960. С. 488
• Пафимова Л. А. Термохимическое исследование натриевоборосиликатных стёкол. — Стеклообразное состояние. Труды Третьего Всесоюзного совещания. Ленинград, 16—20 ноября 1959 — М.—Л.: Издательство АН СССР. 1960. С. 507
• Войшвило Н. А. О структуре натриевоборосиликатного стекла. — Стеклообразное состояние. Труды Третьего Всесоюзного совещания. Ленинград, 16—20 ноября 1959 — М.—Л.: Издательство АН СССР. 1960. С. 511
• Хоконов Х. Б. Влияние тепловой обработки на низкотемпературную теплоёмкость натриевоборосиликатного стекла. — Стеклообразное состояние. Труды Третьего Всесоюзного совещания. Ленинград, 16—20 ноября 1959 — М.—Л.: Издательство АН СССР. 1960. С. 514
• Порай-Кошиц Е. А., Жданов С. П. и Андреев Н. С. О некоторых спорных вопросах, относящихся к строению и аномальным свойствам натриевоборосиликатных стёкол. — Стеклообразное состояние. Труды Третьего Всесоюзного совещания. Ленинград, 16—20 ноября 1959 — М.—Л.: Издательство АН СССР. 1960. С. 517
• Вейко В. П., Костюк Г. К., Роскова Г. П., Цехомская Т. С., Чуйко В. А., Яковлев Е. Б. Лазерное формирование оптических элементов. Ленинград, 1988
• Яковлев Е. Б. Особенности поведения стёкол и стеклообразных материалов при быстром нагревании, СПбГУИТМО, Санкт-Петербург, 2004

Технология спекания пористого стекла

Схематическое изображение спеченной области пористого стекла. R1 — радиус кривизны спеченной области, R2- радиус кривизны границы спеченного и неспеченного стекла, h1 — толщина спеченной области, h0 — глубина усадки, h — толщина всего образца, d — диаметр спеченной области

Технология спекания пористого стекла была разработана в ИТМО на кафедре ЛТиЭП в 80-х годах. Было показано, что спекание пористых стекол качественно можно представить следующим образом. Нагревание стекла вызывает размягчение его каркаса, то есть резкое снижение вязкости силикатной матрицы.

Начинается вязкое течение размягченного стекла, за счет которого уменьшается площадь поверхности пор и, следовательно, поверхностная энергия стекла. В зоне воздействия процесс продолжается до тех пор, пока пористое стекло не придет к термодинамически равновесному состоянию с минимальной поверхностной энергией (или не остынет).

При оценке режимов спекания считается, что поры в спекаемой области вплоть до полного спекания, остаются незамкнутыми в силу влияния процессов растворения газа, находящегося в порах, которые настолько незначительны, что их можно не учитывать.

Спекание начинается, когда вязкость каркаса пористого стекла на его поверхности уменьшается в процессе нагревания настолько, что давление поверхностного натяжения в поре будет ее захлопывать. При повышении температуры в глубине стекла фронт спекания продвигается вглубь. Изменение формы поверхности в процессе спекания сопровождается изменением плотности материала и показателя преломления.

В результате воздействия на поверхность пористого стекла пучком лазерного излучения с распределением мощности по сечению близкому к гауссову получается спеченная область, профиль которой близок к сферическому. Оптические свойства спеченной области определяются в основном разностью показателей преломления спеченного и неспеченного пористого стекла и геометрическими характеристиками области.

Наибольший градиент пористости и, следовательно, показателя преломления наблюдаются в непосредственной близости от границы спеченной и неспеченной областей.

На основе этого явления возможно изготовление планарных оптических волноводов и оптических интегральных схем.

Литература

• Гребенщиков И. В. и Фаворская Т. А. О химической стойкости стекла. — Л.: Труды ГОИ. 1931. Т. 7. Вып. 72
• Молчанова О. С. О свойствах тройной системы: окись натрия—борный ангидрид—кремнезём. — Строение стекла. Труды по строению стекла. Ленинград, 23—27 ноября 1953 — М.—Л.: Издательство АН СССР. 1955. С. 141
• Порай-Кошиц Е. А.

  О структуре натриево-боросиликатных стёкол. — Строение стекла. Труды по строению стекла. Ленинград, 23—27 ноября 1953 — М.—Л.: Издательство АН СССР. 1955. С. 145

• Жданов С. П. О строении стекла по данным исследования структуры пористых стёкол и плёнок. — Строение стекла. Труды по строению стекла. Ленинград, 23—27 ноября 1953 — М.—Л.: Издательство АН СССР.

  1955. С. 162

• Добычин Д. П. О состоянии кремнекислоты в микропористом стекле. — Строение стекла. Труды по строению стекла. Ленинград, 23—27 ноября 1953 — М.—Л.: Издательство АН СССР. 1955. С. 176
• Жданов С. П. Структура пористых стёкол по адсорбционным данным. — Труды, посвящённые памяти академика Ильи Васильевича Гребенщикова.

  Главный редактор профессор К. С. Евстропьев. Труды ГОИ. Том XXIV. Выпуск 145. М.: Государственное издательство оборонной промышленности. 1956. С. 86

• Добычин Д. П. Регулирование структуры пористых стёкол и связанные с этим вопросы строения натриевоборосиликатных стёкол. — Стеклообразное состояние. Труды Третьего Всесоюзного совещания.

  Ленинград, 16—20 ноября 1959 — М.—Л.: Издательство АН СССР. 1960. С. 480

• Акимов В. В. Оптические постоянные и плотностьнатриевоборосиликатных стёкол. — Стеклообразное состояние. Труды Третьего Всесоюзного совещания. Ленинград, 16—20 ноября 1959 — М.—Л.: Издательство АН СССР. 1960. С. 488
• Пафимова Л. А.

  Термохимическое исследование натриевоборосиликатных стёкол. — Стеклообразное состояние. Труды Третьего Всесоюзного совещания. Ленинград, 16—20 ноября 1959 — М.—Л.: Издательство АН СССР. 1960. С. 507

• Войшвило Н. А. О структуре натриевоборосиликатного стекла. — Стеклообразное состояние. Труды Третьего Всесоюзного совещания. Ленинград, 16—20 ноября 1959 — М.—Л.

  : Издательство АН СССР. 1960. С. 511

• Хоконов Х. Б. Влияние тепловой обработки на низкотемпературную теплоёмкость натриевоборосиликатного стекла. — Стеклообразное состояние. Труды Третьего Всесоюзного совещания. Ленинград, 16—20 ноября 1959 — М.—Л.: Издательство АН СССР. 1960. С. 514
• Порай-Кошиц Е. А., Жданов С. П. и Андреев Н. С.

  О некоторых спорных вопросах, относящихся к строению и аномальным свойствам натриевоборосиликатных стёкол. — Стеклообразное состояние. Труды Третьего Всесоюзного совещания. Ленинград, 16—20 ноября 1959 — М.—Л.: Издательство АН СССР. 1960. С. 517

• Вейко В. П., Костюк Г. К., Роскова Г. П., Цехомская Т. С., Чуйко В. А., Яковлев Е. Б.

  Лазерное формирование оптических элементов. Ленинград, 1988

• Яковлев Е. Б. Особенности поведения стёкол и стеклообразных материалов при быстром нагревании, СПбГУИТМО, Санкт-Петербург, 2004

скачать
Данный реферат составлен на основе статьи из русской Википедии. Синхронизация выполнена 16.07.

11 00:15:29
Похожие рефераты: Стекло, Вулканическое стекло, Алебастровое стекло, Медицинское стекло, Электрообогреваемое стекло, Смарт-стекло, Агатовое стекло, Запасное стекло, Ветровое стекло.

Категории: Стекло.

Текст доступен по лицензии Creative Commons Attribution-ShareA.