Bài giảng Vật liệu xây dựng - Vật liệu kính xây dựng

1Vật Liệu Xây Dựng
(Construction Materials)
Bô ̣ môn Vật liệu Silicat
Khoa Công Nghệ Vật Liệu
Đại học Bách Khoa Tp. Hô ̀ Chı ́Minh
VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-2
Vật liệu kính xây dựng
VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-3
Nội dung

 Trạng thái thủy tinh 

 Các sản phẩm thủy tinh trong xây dựng

 Ảnh hưởng thành phần nguyên liệu 

 Công nghệ sản xuất 

 Xử lý nhiệt cho thủy tinh 

 Một số tính chất của thủy tinh kính

 Yếu tố môi trường
VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-4
Trạng thái thủy tinh 
Tạo 
mầm 
Vô định hình
Chảy lỏng
Kết tinh tức 
thời 
Kết tinh tinh thể 
Mầm 
E (kJ)
T (0C) 
2VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-5
Trạng thái thủy tinh
Thể tích
Nhiệt độ Nhiệt độ
Tinh thể
Thủy tinh
Lỏng Tốc độ làm 
nguội
VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-6
Trạng thái thủy tinh

 Tính đẳng hướng 

 Tính vô định hình ⇒ trong suốt 
VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-7
Các sản phẩm chính

 Kính tấm mài bóng, dày 0,6 - 6,8 mm

 Kính tấm kéo

 Kính tấm cán

 Kính tấm chịu lực, dày 6 mm - 8 mm

 Kính tấm hoa văn, màu

 Kính tấm chống nắng

 Kính tấm hấp thụ, lọc (UV, IR hay ánh sáng)

 Kính tấm phản xạ nhiệt (IR)
VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-8
Các sản phẩm chính

 Gương soi gồm kính và lớp tráng nền Ag, Cu, 
sơn bảo vệ.

 Gốm thủy tinh chịu nhiệt (α=0 tới 800°C)
3VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-9 VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-10
Các sản phẩm chính

 Sợi thủy tinh (glass fiber); từ thủy tinh trạng thái 
chảy thu được sợi dài, mảnh 0,1µm nếu dùng kỹ 
thuật kéo và sợi thô, ngắn nếu kỹ thuật thổi. 
VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-11
Tấm; Sợi φ 6µm + nhựa tổng hợp
Cắt dọc thớ
Cắt ngang thớ
Hồi lưu
Sợi thủy tinh màu vàng
Thủy tinh trắng
Buồng polymer hóa
Nấu chảy
Cát , thủy tinh vỡ
Tạo sợi và phun 
chất kết dính
VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-12
Các sản phẩm composite
Lớp không 
khí khô
Lớp kính
Chắn 1
Chắn 2
Chêm
Hạt hút 
ẩm

 Kính tấm cường lực, kích thước 125-150cm, 
dày 3-10mm 

 Kính tấm xếp lá nhiều lớp

 Kính 2 lớp cách nhiệt, 
cách âm
4VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-13
Ánh nắng mặt trời
Khí 
trơ
Phát xạ thấp Lớp phủ oxit KL
Text = -10°C 
Tint = 15°C
VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-14

 Kính tấm có phủ lớp 
TiO2

 Hiệu ứng quang xúc tác: 
dưới hiệu ứng UV, oxit 
titan trở thành chất xúc 
tác phân hủy các chất 
bẩn, hữu cơ, bụi. 

 Hiệu ứng dính ướt: nước 
trên bề mặt không đọng 
lại mà trôi theo lớp mỏng 
có tác dùng làm sạch bụi 
bẩn. 
VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-15
Một số yêu cầu thủy tinh xây dựng

 Độ bền uốn

 Độ bền kéo

 Khả năng chịu nhiệt.

 Độ bền hóa học

 Khả năng hấp thụ ánh sáng.

 Kích thước, hình dạng (Theo TCVN 1451-
1986)

 Khối lượng thể tích.
VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-16
Thành phần nguyên liệu

 Thành phần hóa của kính xây dựng theo yêu cầu:

 VD; Thành phần hóa của kính xây dựng theo 
phương pháp tạo hình kính nổi:
%Al2O3 < 18
%CaO+MgO ≥ 12
%Na2O+K2O ≤ 14
%Fe2O3 < 0,1
5VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-17
Thành phần nguyên liệu
VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-18
Cát cung cấp SiO2
≤0.30.1≤ 0.1≤ 0.1≤ 0.3≥ 99.5 ± 0.5Hàm lượng %
MKNFe2O3MgOCaOAl2O3SiO2Oxit

 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 và hệ số giãn nở nhiệt thấp.

 Thành phần hóa;

 Kích thước hạt
≥ 0,6 mm: ≤ 0,5 %
< 0,1 mm: ≤ 5,0 %

 Độ ẩm: ≤ 5,0%
VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-19
Pegmatit cung cấp Al2O3

 Vai trò Al2O3 làm giảm khả năng kết tinh, tăng độ
bền cơ học, độ bền hóa học và độ bền nhiệt, làm
giảm hệ số dãn nở của thủy tinh.

 Thành phần hóa;

 Kích thước hạt:
≥ 0,6mm: ≤ 0,5%
> 0,5mm: ≤ 5,0%
< 0,1mm: ≤ 80,0%

 Độ ẩm: < 1,0%
VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-20
Đá vôi cung cấp CaO

 Vai trò CaO giúp cho quá trình nấu và khử bọt thêm
dễ và làm cho thủy tinh chịu đựng được tác dụng
hóa học. 

 Thành phần hóa

 Kích thước hạt đá vôi yêu cầu
phải nhỏ hơn 2,5mm và
≥ 2,0mm: ≤ 1,0%
< 0,1mm: ≤ 12,0% 

 Độ ẩm: < 1,0%
6VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-21
Sođa, Natri sunfat cung cấp Na2O

 Vai trò Na2O có tác dụng hạ thấp nhiệt độ nấu, tăng tốc độ
hòa tan các hạt cát, tăng tốc độ khử bọt do hạ thấp độ nhớt
của thủy tinh.

 Thành phần hóa của sođa
% Na2CO3: ≥ 99,0 ± 0,5
%NaCl: ≤ 0,5 ± 0,1

 Thành phần hóa của 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 của sođa và natri sunfat < 0,5%
VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-22
Dolomit cung cấp MgO

 Vai trò MgO làm giảm khuynh hướng kết tinh, làm tăng
tốc độ đóng cứng của thủy tinh. Khi đưa vào cùng với
Al2O3 độ bền hóa của thủy tinh cũng tăng lên.

 Thành phần hóa của Dolomite

 Kích thước hạt yêu cầu phải
nhỏ hơn 2,5mm và
≥ 2,0mm: ≤1,0%
< 0,1mm: ≤16,0%

 Độ ẩm: < 1,0%
VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-23
Nguyên liệu Than

 Vai trò tác dụng quan trọng trong giai đoạn khử bọt
của thủy tinh

 Yêu cầu của than sử dụng trong sản xuất : hàm 
lượng C > 80%

 Kích thước hạt sau khi nghiền 
yêu cầu phải nhỏ hơn 2,0 mm 
và
≥ 1,0mm : ≤1,5%
< 0,1mm: ≤ 30,0%

 Độ ẩm: < 3,0%
VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-24
Tóm tắt các công đoạn

 Nguyên liệu được gia công nghiền, định lượng và 
trộn đều.

 Nấu chảy lò T=1200-1500°C 

 Tinh luyên và đồng nhất hóa ở T=1500°C 

 Tạo hình 

 Nung lại xử lý nhiệt 

 Làm nguội chậm hay tôi xử lý.
7VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-25
Pp thổi
VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-26
Pp kéo tấm

 Bề dày 0,6 - 6,2 mm
Nguyên liệu
Gia nhiệt Thủy tinh chảy Kéo 
VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-27
Pp cuộn dòng
Lò nấu chảy Cuộn dòng
Nấu lại
Mài phẳng bề mặt
Đánh bóng bề mặt Cắt tấm
VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-28
Pp kính tấm nổi
Lò nấu chảy Kính nổi trong bể
Nấu lại Cắt tấm
8VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-29
Pp kính tấm nổi
VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-30
Pp kính tấm nổi
VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-31
Vai trò của 
độ nhớt
Nhiệt độ
L
o
g
L
o
g
(
(
đ
đ
ộ
ộ
n
h
n
h
ớ
ớ
t
)
p
a
.
s
t
)
p
a
.
s
Chảy lỏng
Tạo hình
Biến mềm
Nấu lại
Kéo căng
VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-32
9VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-33
Sơ đồ 
sx kính 
tấm nổi
VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-34
Giai đoạn nấu thủy tinh

 Giai đoạn tạo silicat: kết thúc ở khoảng 10200C trong
đó xảy ra các quá trình:
- Tạo muối kép và hỗn hợp eutecti
- Muối kép nóng chảy
- Phân hủy nhiệt và phân hủy các muối kép
- Tạo silicat

 Giai đoạn tạo pha thủy tinh:
- Giai đạn này xảy ra chậm, chiếm từ 60 – 70% thời gian
của quá trình nấu.
- Tốc độ tạo thủy tinh phụ thuộc vào tốc độ hòa tan của
cát (khoảng 25% còn lại trong quá trình tạo silicat).
VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-35

 Giai đoạn khử bọt
- Giaỉ phóng một phần bọt khí của các giai đoạn tạo
silicat và tạo thủy tinh ra môi trường bên ngoài
- Trong giai đoạn này, xảy ra đồng thời các quá trình
thoát khí từ trong lòng thủy tinh ra môi trường và ngược
lại.

 Giai đoạn đồng nhất hóa:
- Qúa trình đồng nhất hóa xảy ra nhờ khuếch tán.
- Đồng nhất hóa các thành phần trong khối thủy tinh.
- Trong giai đoạn này thường dùng cánh khuấy để tăng
quá trình đồng nhất hóa của thủy tinh.

 Giai đoạn làm nguội:
- Làm tăng độ nhớt của thủy tinh để tạo hình sản phẩm
(từ 14500 đến khoảng 12000C).
VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-36
Tạo hình tấm dùng bể thiếc

 Các thông số của quá trình tạo hình thủy tinh
- Nhiệt độ của thủy tinh tại kênh dẫn : 1080 – 11300C
- Nhiệt độ của đầu kính ra : 575 – 5950C
- Nhiệt độ bên trong vòm bể 2500C.
- Nhiệt độ của vật liệu bọc ngoài đáy 400C.
- Nhiệt độ đầu ra nước làm mát < 600C
- Mức thiếc: 75 – 77mm
- Tiêu thụ hỗn hợp khí N2 + H2: 1350 m3/h.
10
VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-37 VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-38
VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-39

 Quá trình nổi:
- Thủy tinh chảy vào bể thiếc (spout lip)
- Thủy tinh giãn ra ở H/E
- Tạo hình băng kính với việc gia nhiệt bổ sung R/H
- Làm nguội E/E
- Đưa băng kính ra khỏi bể L.O.R

 Đặc điểm quá trình nổi
- Tấm kính có mặt phẳng, không biến dạng,không đánh 
bóng.
- Ở đây tấm kính được đánh bóng bằng nhiệt ở phía trên, 
dưới.
- Năng suất rất lớn phù hợp với việc sản xuất khối lượng lớn, 
giá thành rẻ hơn.
- Sản xuất được nhiều độ dày khác nhau và bề rộng to.
- Có thể điều khiển được từ xa, ổn định, ít người vận hành
VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-40
Giai đoạn ủ kính

 Mục đích của quá trình ủ, giảm ứng suất hình thành
trong kính, tránh vỡ kính trong quá trình cắt bẻ.

 Ủ nhiệt
11
VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-41
Kiểu phân bố ứng suất tốt
VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-42

 Dải nhiệt độ của các can nhiệt ở các khu của lò ủ trong
trạng thái vận hành bình thường:
Nhiệt độ phía trên của khu A: 510 – 580oC
Nhiệt độ phía dưới của khuA: 525 – 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: 320 – 390oC
Nhiệt độ phía dưới của khu C: 325 – 405oC
Nhiệt độ khu Ret: 90 – 130oC
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 3-43 VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-44
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 300°C nhờ phun nước lạnh.

 Ngâm trong bể dung dịch muối KNO3 ở 400°C 
trong vòng 12-36h. 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 với bề 
dày thông thường Rnén=200-300 MPa.
12
VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-45
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 3-46
VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-47
Tính chịu nhiệt

 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 
• đối lưu 
• bức xạ 
VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-48
Hệ số trao đổi nhiệt K
2,86-12(kk)-6Kính 2 lớp
1,86-12(kk)-6Kính 2 lớp, cách 
nhiệt 
1,56-12(argon)-6Kính 2 lớp cách 
nhiệt khí argon
5,76Kính thường
Hệ số K (W/m2.K)Bề dày; mmLoại thủy tinh
13
VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-49
1. kính trắng
2. kính màu đồng 
3. kính màu xám
4. kính màu xanh
VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-50
Ảnh hưởng của bề dày
VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-51
Tính bền sử dụng

 Khi tiếp xúc trong môi trường nước hay trung tính 
thì; 

 Thủy phân thuận lợi trong môi trường bazơ 
pH>10 (xi-măng), dùng ZrO2 . 
VLXD-Vật liệu kính xây dựng 3-52
Yêu tố môi trường 

 Nguyên liệu sẵn có 

 Khai thác và gia công

 Năng lượng dùng chế tạo

 An toàn lao động 

 Tái chế 

 Rác thải