Nguồn : Hiệp hội kính và thuỷ tinh Việt Nam – Tài liệu : Cẩm nang sử dụng kính trong xây dựng
2.1. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
2.1.1. Kính và đặc tính vật liệu
Kính là tên gọi chung của các sản phẩm dạng tấm được làm từ vật liệu thủy tinh.
Xét trên khía cạnh vật liệu, thủy tinh là một loại vật liệu đồng nhất. Khác với các vật liệu có cấu trúc phân tử sắp xếp theo một trật tự nhất định (cấu trúc tinh thể), cấu trúc phân tử bên trong được sắp xếp một cách ngẫu nhiên. Do vậy, thủy tinh là một loại vật liệu vô định hình và đẳng hướng (các đặc tính không phụ thuộc vào hướng). Thủy tinh không có điểm nóng chảy xác định. Dưới tác dụng nhiệt, thủy tinh sẽ biến đổi dần từ trạng thái ứng sang trang thái dẻo – nhớt và cuối cùng sang trạng thái lỏng.
Hiện nay, loại kính sử dụng phổ biến trong xây dựng là kính soda-đávôi-silic, với 3 thành phần chính là silic dioxit, canxi oxit và natri oxit.
Trong quá trình sản xuất, nguyên liệu thô được nghiền, trộn, nung ở nhiệt độ cao để hóa lỏng, sau đó được chuyển qua các công đoạn tạo hình, ủ, làm nguội, cắt – bẻ và đóng gói. Các sản phẩm kính được sản xuất theo quy trình này được gọi là các sản phẩm kính nguyên liệu.
Độ nhớt cao cùng với quá trình làm nguội sau đó đã làm cho các ion và phân tử không có cơ hội phân bố lại. Như vậy trong quá trình làm nguội, các phân tử silic và oxy không thể hình thành nên cấu trúc dạng tinh thể. Thủy tinh được cấu tạo bởi mảng không gian 3 chiều không theo nguyên tắc của Si và O (các tứ diện SiO4) với các cation ở vị trí các lỗ trống giữa các tứ diện. Nếu kính được nung nóng đến nhiệt độ khoảng 800 -1100 độ C và mức nhiệt độ này được duy trì trong một khoảng thời gian nhất định, quá trình hóa mờ sẽ bắt đầu diễn ra do sự tạo thành các tinh thể silic trong mạng lưới phân tử.
2.1.2. Thành phần hóa học
Thành phần hóa học của kính soda – đá vôi – silicate được mô tả trong bảng 2.1.
Bên cạnh những thành phần trong bảng 2.1, người ta có thể bổ sung một lượng nhỏ các chất khác nhằm thay đổi một số tính chất của kính (ví dụ hệ số dãn nở) và màu sắc của kính. Trong quy trình sản xuất kính màu, một lượng phụ gia có thể được thêm vào và hòa trộn với nguyên liệu thô trước khi nấu để tạo thành các màu sắc khác nhau cho các sản phẩm kính.
Bảng 2.1. Thành phần hóa học của một số loại kính
| Thành phần | Công thức hóa học | Kính soda – đá vôi – silicate | Kính borosilicate |
| Silic dioxit | (SiO2) | 69% – 74% | 70 – 87% |
| Canxi Oxit | (CaO) | 5% – 12% | – |
| Natri Oxit | (Na2O) | 12% – 16% | 1 – 8% |
| Magie Oxit | (MgO) | 0% – 6% | 1 – 8% |
| Nhôm Oxit | (Al2O3) | 0% – 3% | 1 – 8% |
| Bo Oxit | (B2O3) | – | 7 – 15% |
Bảng 2.2. Đặc tính vật lý của một số loại kính
| Đặc tính | Ký hiệu | Kính soda-đá vôi-silicate | Kính borosilicate |
| Khối lượng riêng tại 18oC | R | 2500kg/m3 | 2200 – 2500kg/m3 |
| Độ cứng (theo thang độ cứng Mohs) | 6 | 6 | |
| Mô đun đàn hồi | E | 7×1010Pa | 6-7.1010Pa |
| Hệ số Poisson | M | 0.2 | 0.2 |
| Nhiệt dung riêng
|
C | 0.72.103J/(kg.K) | 0.8.103J/(kg.K) |
| Hệ số dãn nở nhiệt trung bình |
α |
9.10-6K-1 |
Nhóm 1:
(3.1-4.0).106K-1 Nhóm 2: (4.1-5.0)10-6 K-1 Nhóm 3: (5.1-6.0).10-6 K-1 |
| Hệ số dẫn nhiệt | λ | 1W/(m.K) | 1W/(m.K) |
| Chỉ số khúc xạ trung bình trong phạm vi bước sóng 380-780nm |
N |
1.5 |
1.5 |
Ngoài ra người ta có thể thay đổi các thành phần hóa học để tăng cường một số đặc tính vất lý của kính, vú dụ như các loại kính borosilicate có chứa khoảng 7-15% Bo oxide. Hệ số giãn nở nhiệt của loại kính này thấp hơn so với các loại kính thông thường, do vậy độ bền mỏi nhiệt cao hơn đáng kể (mỏi nhiệt – thermal fatigue: khả năng chịu ứng suất theo chu kỳ gây ra bởi biến đổi về nhiệt độ). Ngoài ra, kính borosilicate còn có khả năng chống ăn mòn tốt dưới tác động của dung dịch kiềm hoặc axit. Ngày nay người ta còn có thể sử dụng các quy trình sản xuấy kính thông thường ( như quy trình kính nổi) để sản xuất kính borosilicate. Loại kính này có thể sử dụng làm kính ngăn lửa. Một loại kính khác mà chúng ta có thể gặp là kính aluminosilicate. Ngoài silic dioxit (SiO2 ) là thành phần chính, loại kính này còn chứ khoảng 16-27% nhôm oxit (Al2O3) và khoảng 15% oxit kiềm thổ, và thường không chứa oxit kiềm. Bằng các quy trình sản xuất kính thông thường (kính nổi), kính aluminosilicate được sản xuất ra để dùng làm kính bền lửa.