建筑光功能材料.ppt
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1、章节要求,讲授课时安排:2课时教学目的与要求:掌握建筑玻璃的性质、特点及用途;了解玻璃的发展史、发展趋势、定义、种类、使用时的注意事项学习要求:课堂笔记教材标记课后思考题,概述,玻璃:在增加或改善建筑物的使用功能和适用性方面以及美化建筑和建筑环境方面起到了不可忽视的作用。,主要功能:采光(透光率可超过80)控制光线(可对玻璃着色或磨面)调节热辐射(中空或着色玻璃,夹层或磨面玻璃)反射(利用玻璃墙或幕墙,镀膜玻璃)保温节能(采用吸热玻璃或双层玻璃)隔声(采用吸音夹层玻璃)特殊艺术效果(用压花、刻花、磨砂等工艺),一、玻璃的历史,公元前3000年,古埃及人发明;公元前1500年开始小批量生产玻璃器
2、皿和日常生活的简单器皿;公元前3世纪,埃及亚历山大港的工匠发明模压成型法;公元前3世纪到公元1世纪,罗马人发明玻璃吹制技术,玻璃器皿开始大量生产;而当时的建筑物使用半透明的天然石膏和云母做窗子。公元79年,庞贝人开始使用平板玻璃作为采光材料。,英国和德国考古学家在埃及发现了一个最古老的玻璃作坊遗址,估计它所在的年代大约是公元前1250年古埃及人用陶器给玻璃加热和上色,曾经最恢宏的装饰材料,公元5世纪中叶,拜占庭建筑最光辉的圣索非亚教堂(土耳其,君士坦丁堡),40个窗子全部用玻璃采光,玻璃马赛克绘画;公元12世纪到15世纪,哥特式教堂彩色玻璃装饰(尚无纯净的透明玻璃,米兰,德国科隆)15世纪,意
3、大利威尼斯人发明无色透明的玻璃,16世纪加罗兄弟发明了镀银法制造了镜子17世纪末,洛可可风格建筑玻璃镜子装饰;17世纪到18世纪末出现了磨砂玻璃、磨光玻璃,夹丝玻璃、压花玻璃等用于门窗,但没有较大面积的玻璃出现18世纪开始才出现大面积使用玻璃的建筑,二、定 义,建筑玻璃系由石英砂(SiO2)、纯碱(Na2CO3)、长石及石灰石(CaCO3)等在1600左右高温熔融后经拉制或压制而成的无定形非结晶体的均质同向性材料主要成分:二氧化硅(72%左右)氧化钠(15%左右)氧化钙(9%左右)少量氧化铝、氧化镁等,表1玻璃中主要氧化物的作用,玻璃有哪些性质?,三、玻璃的性质,1、密 度:32、光学性质:透
4、射、反射、吸收3、热工性质:导热、热膨胀、热稳定性4、力学性质:抗拉强度、弹性、硬度5、化学性质:耐盐和抗腐蚀性,玻璃内几乎无孔隙,属于致密材料。玻璃的密度与其化学组成关系密切,此外还与温度有一定的关系。在各种实用玻璃中,密度的差别是很大,例如石英玻璃的密度最小,仅为2.2 g/cm3,而含大量氧化铅的重火石玻璃可达6.5g/cm3,普通玻璃的密度为2.52.6gcm3。,1、玻璃的密度,当光线入射玻璃时可发生三种现象:透射、吸收和反射,其能力大小分别用透射比、反射比、吸收比表示。玻璃越厚,成分中铁含量越高,透射比越低,采光性越差。反射比越高,玻璃越刺眼,容易造成光污染。光线入射角越小,玻璃表
5、面越光洁平整,光反射越强。玻璃对光的吸收取决于玻璃的厚度和颜色。,2、玻璃的光学性质,(1)导热性玻璃的导热性很小,常温时大体上与陶瓷制品相当,而远远低于各种金属材料。但随着温度的升高 将增大。另外,导热性还受玻璃的颜色和化学成分的影响。(2)热膨胀性玻璃的热膨胀性能比较明显。热膨胀系数的大小取决于组成玻璃的化学成分及其纯度,玻璃的纯度越高热膨胀系数越小,不同成分的玻璃热膨胀性差别很大。,3、玻璃的热工性质,(3)热稳定性玻璃的热稳定性是指抵抗温度变化而不破坏的能力。玻璃抗急热的破坏能力比抗急冷破坏的能力强。玻璃的热稳定性主要受热膨胀系数影响,(1)抗压强度玻璃的抗压强度较高,超过一般的金属和
6、天然石材,一般为6001200MPa。其抗压强度值会随着化学组成的不同而变化。(2)抗拉、抗弯强度 玻璃的抗拉强度很小,一般为4080 MPa因此,玻璃在冲击力的作用下极易破碎。抗弯强度取决于抗拉强度,通常在4080MPa之间,4、力学性质,(3)其他力学性质常温下玻璃具有很好的弹性。常温下普通玻璃的弹性模量为6075GPa,约为钢材的1/3,与铝相近。玻璃具有较高的硬度,莫氏硬度一般在47之间,接近长石的硬度。玻璃的硬度也因其工艺、结构不同而不同。,一般的建筑玻璃具有较高的化学稳定性,在通常情况下,对酸、碱、盐以及化学试剂或气体等具有较强的抵抗能力,能抵抗氢氟酸以外的各种酸类的侵蚀。但是长期
7、遭受侵蚀性介质的腐蚀,也能导致变质和破坏,如玻璃的风化、发霉都会导致玻璃外观的破坏和透光能力的降低。,5、玻璃的化学稳定性,四、玻璃的生产(浮法玻璃),浮法工艺在20世纪60年代成为标准的生产工艺.在浮法玻璃生产工艺中包含:玻璃液从熔窑中流出,进入锡槽,在锡液面上成型为表面平滑,厚度和黏度均匀的玻璃带.玻璃带在机械拉引力作用下从锡槽进入退火窑,成为不需要抛光的连续玻璃带.,浮法玻璃的成份,砂岩(SiO2)二氧化硅主要来源于沙子,它是玻璃中的主要的网络结构。它的熔化温度是1750。纯二氧化硅玻璃在高温下具有高粘度,难于澄清,易碱性腐蚀,热膨胀性能差。硅砂含有大量有机材料和水分。硅砂中的铁和铝含量
8、也是非常重要的,因为它们影响最后的配料化学计算。纯石英是晶体,熔点1702,纯碱(Na2CO3)碳酸钠俗称“苏打”,它是玻璃生产中最贵原材料。纯碱的熔点是851。因此在该温度下纯碱可以熔化,且具有较低的粘度,可以溶解润湿硅砂。因此碱是一种稀释剂,是网络调整体之一。,石灰石(CaCO3)在玻璃的生产工艺中氧化钙从石灰石(碳酸钙)中获得。石灰石是一种网络调整体。在熔化工艺中石灰石可能造成玻璃不透明。在玻璃中形成结晶缺陷。,白云石(Ca0,MgO)白云石与石灰石一样,属于水成岩,通过爆破岩石开采。,长石长石的主要成分是钾长石和钠长石。长石除了引入Al2O3之外还引入SiO2,Na2O和K2O同时包含
9、少量的铁。,芒硝芒硝用做原料可以引入NaO,同时在熔化的过程中还有玻璃液澄清的作用。,冷端:玻璃检验、切裁、堆垛,浮法原理(透明浮法)混合好的原材料进入熔窑进行熔化澄清最后变成1100的玻璃液进入锡槽中,浮在锡液表面。由于重力和自身张力的作用下铺展开来从而达到成型的目的。成型的玻璃由牵引力拉出锡槽经过退火、切裁后进行包装进入仓库。,原料,砂岩,长石,白云石,石灰石,芒硝,纯碱,投料口:各种原材料接收后加入到熔窑中,窑炉:原料熔化,锡槽:玻璃成型,退火窑:玻璃退火冷却,窑炉结构,熔窑是一个有耐火材料组装成的可以容纳2000多吨玻璃液的大容器。混合好的原材料首先进入到熔窑中经过燃烧的重油辐射的热量
10、进行熔化,从而去掉其中的杂质和气泡。熔窑使用的燃料可以是天然气、重油等,在燃烧的过程中每间隔20分钟火焰会换一次方向。,NECK,WORKING END,MELTER,CANAL,卡脖,冷却部,熔化池,流道,蓄热室,1,2,3,4,5,6,1,2,3,4,5,6,投料口,熔融态玻璃液由窑炉进入到锡槽,为下一步生产平板玻璃保证所需的厚度、宽度、温度和质量拉边机作用在连续的玻璃带上,使其达到所需的宽度和厚度密封的锡槽中填充着氮氢混合保护气,玻璃就漂浮在锡槽的锡液上,锡槽,锡槽,熔化过的玻璃液通过流道(第部分)流入到锡槽(第部分)的前端进行成型;最终成型的玻璃带回在锡槽出口(第部分)被拉出。,锡槽(
11、拉边机),拉边机通过机械地调整玻璃带,来保证玻璃的成型,退火窑,退火窑是个控制玻璃冷却的大腔体。玻璃带由600冷却到切裁所需要的60。如果玻璃冷却过快,玻璃带横向温度不平衡,还有存在缺陷的热电偶加热装置,最后可能会导致玻璃弯曲、爆边、切裁不良等质量问题。,切裁区,加速辊道,横掰辊,横切机,纵切机,测量轮,激光检验,玻璃带,横掰辊横向掰断玻璃,横掰辊道的设置会影响到横掰玻璃的质量,所以需要根据生产情况调整横掰辊道的参数。,纵切,横切,堆垛,包装,建筑玻璃的种类有哪些?,玻璃的种类很多,按其化学成分有钠钙玻璃、铝镁玻璃、钾玻璃、硼硅玻璃、铅玻璃和石英玻璃等。根据功能和用途,建筑玻璃可分为平板玻璃,
12、安全玻璃,声、光、热控制玻璃,饰面玻璃等。,4.1按玻璃的化学组成分类(6)1.钠玻璃 力学性质、热性质、光学性质及热稳定性较差,用于制造普通玻璃和日用玻璃制品。2.钾玻璃 硬度较大,光泽好,又称做硬玻璃。钾玻璃多用于制造化学仪器、用具和高级玻璃制品。3.铝镁玻璃 力学性质、光学性质和化学稳定性都有所改善,用来制造高级建筑玻璃。,4.铅玻璃 又称铅钾玻璃、重玻璃或晶质玻璃。它是由氧化铅、氧化钾和少量氧化硅组成。这种玻璃透明性好,质软,易加工,光折射率和反射率较高,化学稳定性好,用于制造光学仪器、高级器皿和装饰品等。5.硼硅玻璃 又称耐热玻璃,它是由氧化硼、氧化硅及少量氧化镁组成。它有较好的光泽
13、和透明性,力学性能较强,耐热性、绝缘性和化学稳定性好,用来制造高级化学仪器和绝缘材料。6.石英玻璃 由纯净的氧化硅制成,具有很强的力学性质,热性质、光学性质、化学稳定性也很好,并能透过紫外线,用来制造高温仪器灯具、杀菌灯等特殊制品。,4.2 按照功能和用途分类(15),1、平板玻璃 平板玻璃包括拉引法生产的普通平板玻璃和浮法玻璃。浮法玻璃比普通平板玻璃具有更好的性能主要用作汽车、火车、船舶的门窗风挡玻璃,建筑物的门窗玻璃,制镜玻璃以及玻璃深加工原片 2、钢化玻璃 钢化玻璃是将玻璃加热到接近玻璃软化点的温度(600650)以迅速冷却或用化学方法钢化处理所得的玻璃深加工制品。它具有良好的机械性能玻
14、璃和耐热冲击性能,又称为强化玻璃。,3、夹层玻璃 夹层玻璃系两片或多片平板玻璃之间嵌夹透明塑料薄片,经加热、加压,粘合而成的平面或弯曲的复合玻璃制品。夹层玻璃的抗冲击性比普通平板玻璃高出几倍。玻璃破碎时不裂成碎块,仅产生辐射状裂纹和少量玻璃碎屑,而且碎片仍粘贴在膜片上,不致伤人。因此夹层玻璃也属于安全玻璃。夹层玻璃的透光性好,如2+2mm厚玻璃的透光率为82%。夹层玻璃还具有耐久、耐热、耐湿、耐寒等性质。夹层玻璃主要用作汽车和飞机的风挡玻璃、防弹玻璃以及有特殊安全要求的建筑物的门窗、隔墙、工业厂房的天窗和某些水下工程。,4、中空玻璃 中空玻璃中由两层或两层以上的平板玻璃原片构成,四周用高强度气
15、密性复合胶粘剂将玻璃及铝合金框和橡皮条、玻璃条粘结、密封,中间充入干燥气体,还可以涂上各种颜色或不同性能的薄膜,框内充以干燥剂,以保证玻璃原片间空气的干燥度。玻璃原片可以采用普通平板玻璃、钢化玻璃、压花玻璃、热反射玻璃、吸热玻璃和夹丝玻璃等。中空玻璃广泛应用于高级住宅、饭店、宾馆、办公楼、学校、医院、商店等需要室内空调的场合,也可以用于汽车、火车、轮船的门窗等处。,5、热反射玻璃 又称为镀膜玻璃,是将平板玻璃经过深加工处理得到的一种新型玻璃制品。它既具有较高的热反射能力,又保持了平板玻璃的透光性,具有良好的遮光性和隔热性能。具有单向透视功能。它用于建筑的门窗及隔墙等处。热反射玻璃在应用时应注意
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