Vật liệu kính xây dựng Vật Liệu Xây Dựng (Construction Materials) Bộ môn Vật liệu Silicat Khoa Công Nghệ Vật Liệu Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chı́ Minh VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-2 Trạng thái thủy tinh Nội dung E (kJ) Trạng thái thủy tinh Tạo Tạo mầm Các sản phẩm thủy tinh xây dựng Ảnh hưởng thành phần nguyên liệu Kết tinh tứ tức thờ thời Công nghệ sản xuất Xử lý nhiệt cho thủy tinh Chảy Chảy lỏ lỏng Một số tính chất thủy tinh kính Yếu tố môi trường VLXD-Vật liệu kính xây dựng Mầm Vô đị định hì hình T (0C) Kết tinh tinh thể thể 3-3 VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-4 Trạng thái thủy tinh Trạng thái thủy tinh Thể Thể tích tích Tính đẳng hướng Lỏng Lỏng Tính vô định hình ⇒ suốt Tốc độ độ làm làm nguộ nguội Thủy Thủy tinh Tinh thể thể Nhiệ Nhiệt độ độ Nhiệ Nhiệt độ độ VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-5 VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-6 Các sản phẩm Các sản phẩm Gương soi gồm kính lớp tráng Ag, Cu, sơn bảo vệ Gốm thủy tinh chịu nhiệt (α=0 tới 800°C) Kính mài bóng, dày 0,6 - 6,8 mm Kính kéo Kính cán Kính chịu lực, dày mm - mm Kính hoa văn, màu Kính chống nắng Kính hấp thụ, lọc (UV, IR hay ánh sáng) Kính phản xạ nhiệt (IR) VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-7 VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-8 Các sản phẩm Sợi thủy tinh (glass fiber); từ thủy tinh trạng thái chảy thu sợi dài, mảnh 0,1µm dùng kỹ thuật kéo sợi thô, ngắn kỹ thuật thổi VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-9 VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-10 Cát Cát , thủy thủy tinh vỡ vỡ Các sản phẩm composite Nấu chả y chảy Kính cường lực, kích thước 125-150cm, dày 3-10mm Kính xếp nhiều lớp Kính lớp cách nhiệt, Lớp không khí khô cách âm Tạo Tạo sợ sợi và phun chấ chất kế kết dí dính Cắt dọ dọc thớ thớ Thủy Thủy tinh trắ trắng Cắt ngang thớ thớ Buồ Buồng polymer hó hóa Sợi thủ y tinh mà thủy màu vàng Lớp kí kính Chắ Chắn Hồi lưu Chêm Chắ Chắn Hạt Hạt hú hút ẩm Tấm; Sợi φ 6µm + nhự nhựa tổ tổng hợ hợp VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-11 VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-12 Text = -10° 10°C Kính có phủ lớp TiO2 Tint = 15°C Phát Phát xạ xạ thấ thấp Hiệu ứng quang xúc tác: hiệu ứng UV, oxit titan trở thành chất xúc tác phân hủy chất bẩn, hữu cơ, bụi Lớp phủ phủ oxit KL Hiệu ứng dính ướt: nước bề mặt không đọng lại mà trôi theo lớp mỏng có tác dùng làm bụi bẩn Ánh nắ nắng mặ mặt trờ trời Khí trơ VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-13 VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-14 Thành phần nguyên liệu Một số yêu cầu thủy tinh xây dựng Thành phần hóa kính xây dựng theo yêu cầu: Độ bền uốn Độ bền kéo Khả chịu nhiệt Độ bền hóa học VD; Thành phần hóa kính xây dựng theo phương pháp tạo hình kính nổi: Khả hấp thụ ánh sáng %Al2O3 < 18 %CaO+MgO ≥ 12 %Na2O+K2O ≤ 14 %Fe2O3 < 0,1 Kích thước, hình dạng (Theo TCVN 14511986) Khối lượng thể tích VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-15 VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-16 Cát cung cấp SiO2 Thành phần nguyên liệu Vai trò; Là cấu tử tạo mạng, làm cho thủy tinh có nhiệt độ nóng chảy cao, độ nhớt, độ bền hóa, độ chịu nhiệt cao hệ số giãn nở nhiệt thấp Thành phần hóa; Oxit SiO2 Al2O3 CaO MgO Fe2O3 MKN Hàm lượng % ≥ 99.5 ± 0.5 ≤ 0.3 ≤ 0.1 ≤ 0.1 0.1 ≤0.3 Kích thước hạt ≥ 0,6 mm: ≤ 0,5 % < 0,1 mm: ≤ 5,0 % Độ ẩm: ≤ 5,0% VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-17 VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-18 Đá vôi cung cấp CaO Pegmatit cung cấp Al2O3 Vai trò Al2O3 làm giảm khả kết tinh, tăng độ bền học, độ bền hóa học độ bền nhiệt, làm giảm hệ số dãn nở thủy tinh Thành phần hóa; Vai trò CaO giúp cho trình nấu khử bọt thêm dễ làm cho thủy tinh chịu đựng tác dụng hóa học Thành phần hóa Kích thước hạt: ≥ 0,6mm: ≤ 0,5% > 0,5mm: ≤ 5,0% < 0,1mm: ≤ 80,0% Độ ẩm: < 1,0% Kích thước hạt đá vôi yêu cầu phải nhỏ 2,5mm ≥ 2,0mm: ≤ 1,0% < 0,1mm: ≤ 12,0% Độ ẩm: < 1,0% VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-19 VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-20 Sođa, Natri sunfat cung cấp Na2O Dolomit cung cấp MgO Vai trò Na2O có tác dụng hạ thấp nhiệt độ nấu, tăng tốc độ hòa tan hạt cát, tăng tốc độ khử bọt hạ thấp độ nhớt thủy tinh Thành phần hóa sođa % Na2CO3: ≥ 99,0 ± 0,5 %NaCl: ≤ 0,5 ± 0,1 Thành phần hóa Natri sunfat % Na2SO4: ≥ 99,0 ± 0,5 %NaCl : ≤ 0,6 ± 0,1 Kích thước hạt : ≥ 1,0mm: ≤ 5,0% < 0,1mm: ≤ 12,0% Độ ẩm sođa natri sunfat < 0,5% VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-21 Nguyên liệu Than Kích thước hạt yêu cầu phải nhỏ 2,5mm ≥ 2,0mm: ≤1,0% < 0,1mm: ≤16,0% Độ ẩm: < 1,0% VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-22 Tóm tắt công đoạn Vai trò tác dụng quan trọng giai đoạn khử bọt thủy tinh Yêu cầu than sử dụng sản xuất : hàm lượng C > 80% Kích thước hạt sau nghiền yêu cầu phải nhỏ 2,0 mm ≥ 1,0mm : ≤1,5% < 0,1mm: ≤ 30,0% Độ ẩm: < 3,0% VLXD-Vật liệu kính xây dựng Vai trò MgO làm giảm khuynh hướng kết tinh, làm tăng tốc độ đóng cứng thủy tinh Khi đưa vào với Al2O3 độ bền hóa thủy tinh tăng lên Thành phần hóa Dolomite 3-23 Nguyên liệu gia công nghiền, định lượng trộn Nấu chảy lò T=1200-1500°C Tinh luyên đồng hóa T=1500°C Tạo hình Nung lại xử lý nhiệt Làm nguội chậm hay xử lý VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-24 Pp thổi Pp kéo Bề dày 0,6 - 6,2 mm Nguyên liệ liệu VLXD-Vật liệu kính xây dựng Thủy y Thủy tinh chả chảy Kéo Kéo VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-25 Pp cuộn dòng Lò nấu chả y chảy Gia nhiệ nhiệt Pp kính Cuộ Cuộn dò dòng Kính Kính nổ bể bể Lò nấu chả y chảy Nấu lạ lại 3-26 Mài Mài phẳ phẳng bề bề mặt Đánh bó bóng bề bề mặt VLXD-Vật liệu kính xây dựng Cắt tấ 3-27 Nấu lạ lại VLXD-Vật liệu kính xây dựng Cắt tấ 3-28 Pp kính Pp kính VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-29 VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-30 Chảy Chảy lỏ lỏng 3-31 VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-32 Vai trò độ nhớt nhớ ớt) pa.s Log (độ nh Kéo Kéo căng Nấu lạ lại Biế Biến mề mềm Tạo Tạo hì hình VLXD-Vật liệu kính xây dựng Nhiệ Nhiệt độ độ Giai đoạn nấu thủy tinh Giai đoạn tạo silicat: kết thúc khoảng 10200C xảy trình: - Tạo muối kép hỗn hợp eutecti - Muối kép nóng chảy - Phân hủy nhiệt phân hủy muối kép - Tạo silicat Giai đoạn tạo pha thủy tinh: - Giai đạn xảy chậm, chiếm từ 60 – 70% thời gian trình nấu - Tốc độ tạo thủy tinh phụ thuộc vào tốc độ hòa tan cát (khoảng 25% lại trình tạo silicat) Sơ đồ sx kính VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-33 Giai đoạn khử bọt - Giaỉ phóng phần bọt khí giai đoạn tạo silicat tạo thủy tinh môi trường bên - Trong giai đoạn này, xảy đồng thời trình thoát khí từ lòng thủy tinh môi trường ngược lại Giai đoạn đồng hóa: - Qúa trình đồng hóa xảy nhờ khuếch tán - Đồng hóa thành phần khối thủy tinh - Trong giai đoạn thường dùng cánh khuấy để tăng trình đồng hóa thủy tinh Giai đoạn làm nguội: - Làm tăng độ nhớt thủy tinh để tạo hình sản phẩm (từ 14500 đến khoảng 12000C) VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-35 VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-34 Tạo hình dùng bể thiếc Các thông số trình tạo hình thủy tinh - Nhiệt độ thủy tinh kênh dẫn : 1080 – 11300C - Nhiệt độ đầu kính : 575 – 5950C - Nhiệt độ bên vòm bể 2500C - Nhiệt độ vật liệu bọc đáy 400C - Nhiệt độ đầu nước làm mát < 600C - Mức thiếc: 75 – 77mm - Tiêu thụ hỗn hợp khí N2 + H2: 1350 m3/h VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-36 VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-37 Quá trình nổi: - Thủy tinh chảy vào bể thiếc (spout lip) - Thủy tinh giãn H/E - Tạo hình băng kính với việc gia nhiệt bổ sung R/H - Làm nguội E/E - Đưa băng kính khỏi bể L.O.R Đặc điểm trình - Tấm kính có mặt phẳng, không biến dạng,không đánh bóng - Ở kính đánh bóng nhiệt phía trên, - Năng suất lớn phù hợp với việc sản xuất khối lượng lớn, giá thành rẻ - Sản xuất nhiều độ dày khác bề rộng to - Có thể điều khiển từ xa, ổn định, người vận hành VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-39 VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-38 Giai đoạn ủ kính Mục đích trình ủ, giảm ứng suất hình thành kính, tránh vỡ kính trình cắt bẻ Ủ nhiệt VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-40 10 Dải nhiệt độ can nhiệt khu lò ủ trạng thái vận hành bình thường: Nhiệt độ phía khu A: 510 – 580oC Nhiệt độ phía khuA: 525 – 605oC Nhiệt độ phía khu B: 430 – 500oC Nhiệt độ phía khu B: 440 – 520oC Nhiệt độ phía khu C: 320 – 390oC Nhiệt độ phía khu C: 325 – 405oC Nhiệt độ khu Ret: 90 – 130oC Nhiệt độ đầu vào lò ủ: 600 ± 20oC Nhiệt độ đầu lò ủ: 50 – 80oC Những nhiệt độ đặt kể điều chỉnh thích hợp tùy theo khác biệt đầu ra, độ dày ứng suất đặt thực tế kính Kiểu phân bố ứng suất tốt VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-41 VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-42 Ủ dung dịch Mục đích : tăng độ bền sốc nhiệt, đồ bền ứng suất theo bề dày Nâng nhiệt độ lên khoảng 650°C làm lạnh nhanh đồng 300°C nhờ phun nước lạnh Ngâm bể dung dịch muối KNO3 400°C vòng 12-36h Ion K+ thay vị trí ion Na+, có kích thước lớn làm tăng khả chịu nén bề mặt Tấm kính có khả chịu lực cao với bề dày thông thường Rnén=200-300 MPa VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-43 VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-44 11 Một số tính chất Khối lượng thể tích: 2,4 → (g/cm3) Rnén = 200 → 1000 N/mm2 Rkéo = 20 → 100 N/mm2 Modun đàn hồi E = – 8.104 N/mm2 Dễ vỡ, biến dạng bé phải xử lý nhiệt Độ cứng, nhỏ kim cương số kim loại Tính không thấm VLXD-Vật liệu kính xây dựng VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-45 Tính chịu nhiệt 3-46 Hệ số trao đổi nhiệt K Cách nhiệt tốt, nhiên khả chịu sốc nhiệt Nhiệt độ biến mềm 550°C Hệ số biến dạng nhiệt tương đương bê-tông bé Kính thủy tinh thường 9,4.10-6 Thủy tinh pha lê 7,6.10-6 Thủy tinh pyrex, borosilicat 3,4.10-6 Trao đổi nhiệt với môi trường • dẫn nhiệt λ=1.0 W/mK Loại thủy tinh Bề dày; mm Hệ số K (W/m2.K) Kính thường 5,7 Kính lớp 6-12(kk)-6 2,8 Kính lớp, cách nhiệt 6-12(kk)-6 1,8 Kính lớp cách nhiệt khí argon 6-12(argon)-6 1,5 • đối lưu • xạ VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-47 VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-48 12 kính kính trắ trắng kính kính mà màu đồ đồng kính kính mà màu xá xám kính kính mà màu xanh Ảnh hưở ng củ hưởng bề bề dày dày VLXD-Vật liệu kính xây dựng VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-49 Tính bền sử dụng 3-50 Yêu tố môi trường Khi tiếp xúc môi trường nước hay trung tính thì; Nguyên liệu sẵn có Khai thác gia công Năng lượng dùng chế tạo An toàn lao động Thủy phân thuận lợi môi trường bazơ pH>10 (xi-măng), dùng ZrO2 Tái chế Rác thải VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-51 VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-52 13 [...]... Rnén=200 -30 0 MPa VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3- 43 VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3- 44 11 Một số tính chất Khối lượng thể tích: 2,4 → 6 (g/cm3) Rnén = 200 → 1000 N/mm2 Rkéo = 20 → 100 N/mm2 Modun đàn hồi E = 6 – 8.104 N/mm2 Dễ vỡ, biến dạng bé hoặc phải xử lý nhiệt Độ cứng, nhỏ hơn kim cương và một số kim loại Tính không thấm VLXD-Vật liệu kính xây dựng VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3- 45 Tính chịu nhiệt 3- 46... kính xây dựng 3- 47 VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3- 48 12 1 kính kính trắ trắng 2 kính kính mà màu đồ đồng 3 kính kính mà màu xá xám 4 kính kính mà màu xanh Ảnh hưở ng củ hưởng của bề bề dày dày VLXD-Vật liệu kính xây dựng VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3- 49 Tính bền sử dụng 3- 50 Yêu tố môi trường Khi tiếp xúc trong môi trường nước hay trung tính thì; Nguyên liệu sẵn có Khai thác và gia công Năng lượng dùng... liệu kính xây dựng 3- 41 VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3- 42 Ủ dung dịch Mục đích : tăng độ bền sốc nhiệt, đồ bền ứng suất theo bề dày Nâng nhiệt độ lên khoảng 650°C rồi làm lạnh nhanh và đồng nhất ở 30 0°C nhờ phun nước lạnh Ngâm trong bể dung dịch muối KNO3 ở 400°C trong vòng 12 -36 h Ion K+ thay thế vị trí ion Na+, có kích thước lớn hơn làm tăng khả năng chịu nén bề mặt Tấm kính có khả năng chịu lực cao... 605oC Nhiệt độ phía trên của khu B: 430 – 500oC Nhiệt độ phía dưới của khu B: 440 – 520oC Nhiệt độ phía trên của khu C: 32 0 – 39 0oC Nhiệt độ phía dưới của khu C: 32 5 – 405oC Nhiệt độ khu Ret: 90 – 130 oC Nhiệt độ đầu vào của lò ủ: 600 ± 20oC Nhiệt độ đầu ra của lò ủ: 50 – 80oC Những nhiệt độ đặt kể trên sẽ được điều chỉnh thích hợp tùy theo sự khác biệt của đầu ra, độ dày và ứng suất đặt thực tế của kính... VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3- 45 Tính chịu nhiệt 3- 46 Hệ số trao đổi nhiệt K Cách nhiệt tốt, tuy nhiên khả năng chịu sốc nhiệt kém Nhiệt độ biến mềm 550°C Hệ số biến dạng nhiệt tương đương bê-tông và khá bé Kính thủy tinh thường 9,4.10-6 Thủy tinh pha lê 7,6.10-6 Thủy tinh pyrex, borosilicat 3, 4.10-6 Trao đổi nhiệt với môi trường • dẫn nhiệt λ=1.0 W/mK Loại thủy tinh Bề dày; mm Hệ số K (W/m2.K) Kính... có Khai thác và gia công Năng lượng dùng chế tạo An toàn lao động Thủy phân thuận lợi trong môi trường bazơ pH>10 (xi-măng), dùng ZrO2 Tái chế Rác thải VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3- 51 VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3- 52 13 ... tấ 3- 28 Pp kính Pp kính VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3- 29 VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3- 30 Chảy Chảy lỏ lỏng 3- 31 VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3- 32 Vai trò độ nhớt nhớ ớt) pa.s Log (độ nh Kéo Kéo... 75 – 77mm - Tiêu thụ hỗn hợp khí N2 + H2: 135 0 m3/h VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3- 36 VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3- 37 Quá trình nổi: - Thủy tinh chảy vào bể thiếc (spout lip) - Thủy tinh giãn... Oxit SiO2 Al2O3 CaO MgO Fe2O3 MKN Hàm lượng % ≥ 99.5 ± 0.5 ≤ 0 .3 ≤ 0.1 ≤ 0.1 0.1 ≤0 .3 Kích thước hạt ≥ 0,6 mm: ≤ 0,5 % < 0,1 mm: ≤ 5,0 % Độ ẩm: ≤ 5,0% VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3- 17 VLXD-Vật