玻璃的组成

12　玻　　璃

(1)了解玻璃的概念。

(2)了解建筑玻璃的品种及应用。

12.1　玻璃概述

玻璃是一种硅酸盐类非金属材料，玻璃的定义有狭义和广义两种。狭义上的玻璃是指采用无机矿物为原料，经熔融、冷却、固化，生成具有无规则结构的非晶态固体；广义上的玻璃是指呈现玻璃转变现象的非晶态固体。玻璃转变现象是指当物质由固体加热或由熔体冷却时，在相当于晶态物质熔点绝对温度的2/3～1/2温度附近出现热膨胀、比热容等性能的突变，这一温度称为玻璃转变温度。

随着现代科学技术水平和玻璃生产技术的发展及人民生活水平的提高，建筑玻璃不仅需要满足采光要求，还要具有调节光线、保温隔热、隔声、安全(防弹、防火、防辐射、防电磁波干扰)、艺术装饰等作用，是现代建筑中不可或缺的功能性材料。

12.1.1　玻璃的组成

玻璃是以石英砂、纯碱、长石和石灰石等为主要原料，加入部分辅助性原料在1550～1600℃高温下烧至熔融，成型之后急冷而制成的固体材料，其中辅助性原料有助熔剂、着色剂、脱色剂和发泡剂等。辅助性原料可使玻璃具有某种特性或者改良玻璃的某些性质，其品种及掺量可根据生产的玻璃产品作调整。玻璃中主要的化学成分有SiO2、Na2O、CaO以及少量的MgO、Al2O3、K2O等，这些化学成分直接决定玻璃的性能，改变其中的化学成分或含量，可生产出不同的玻璃制品。

12.1.2　玻璃的分类

1)按化学组成不同分类

按化学组成不同，玻璃分为硅酸盐玻璃、磷酸盐玻璃、硼酸盐玻璃和铝酸盐玻璃等。其中以硅酸盐玻璃应用最早、用量最大。

2)按所含化学成分不同分类

按所含化学成分不同，玻璃分为钠钙硅酸盐玻璃、钾钙硅酸盐玻璃、铝镁硅酸盐玻璃、钾铝硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃等。钠钙硅酸盐玻璃是最常见且成本最低的玻璃，其力学性质、光学性质、化学稳定性等均比其他玻璃差。

3)按使用功能不同分类

按使用功能不同，玻璃分为普通玻璃、防水玻璃、吸热玻璃、安全玻璃、镜面玻璃、热反射玻璃以及隔热玻璃等。

4)按用途不同分类

按用途不同，玻璃可分为建筑玻璃、化学玻璃、工艺玻璃、电子玻璃、光学玻璃、泡沫玻璃和玻璃纤维等。

12.1.3　玻璃的基本技术性质

1)密度

常用建筑玻璃的密度为2.45～2.55g/cm3，密实度为1，所以玻璃被视为绝对密实的材料。

2)透光性

透光性好，厚度为2～6mm的普通清洁玻璃透光率达82%以上。

3)热稳定性和脆性

玻璃的热稳定性差。玻璃如果受急冷或急热时，其表面和内部会产生很大的温度应力，则容易发生破裂。此外，玻璃是典型的脆性材料，在冲击力作用下容易破碎。

4)化学稳定性

玻璃具有较好的化学稳定性。其抗盐类和酸类侵蚀的能力强，但不耐碱，若长期受碱液侵蚀，玻璃中的SiO2会溶于碱液中，使玻璃受到侵蚀破坏。

5)导热系数

玻璃的导热系数较大，为0.40～0.75W/(m·K)。因此承担保温隔热作用的玻璃窗厚度须为3～5mm。

12.2　玻璃的品种及应用

12.2.1　普通平板玻璃

普通平板玻璃是产量最大的一种玻璃，也称为普通窗用玻璃、单光玻璃、镜片玻璃等，通常简称为玻璃。一般使用厚度为2～12mm，透光率极高，达85%～90%，是建筑工程中使用量最大的玻璃，也是生产各种特殊性能玻璃的基料，故又称为原片玻璃。普通平板玻璃具有一定的机械强度以及良好的透光、保温、隔音、挡风雨等功能，但其属于易碎品，且紫外线透过率较低，因此常用于一般建筑的门窗装配。

12.2.2　安全玻璃

安全玻璃是指具有较高力学强度、抗冲击性能好且安全性能较高的玻璃。玻璃是一种脆性材料，受破坏时几乎无塑性变形，当即碎裂成很多大小不一的尖锐棱角的碎片。但安全玻璃被击碎时，碎块不会飞溅伤人，安全性能较高，并有一定的防火的功能。安全玻璃包括钢化玻璃、夹丝玻璃和夹层玻璃。

1)钢化玻璃

钢化玻璃是用普通玻璃作为原材料，进行加热软化后用冷空气喷吹，使其表面迅速冷却，在玻璃表面形成一个均匀的预加压应力，改善其脆性。钢化玻璃受破坏时，预加的压应力将与部分拉应力抵消，而后形成圆钝的小碎片破碎。与普通玻璃相比，其韧性提高5倍，抗弯强度提高5～6倍，且在温差为120～130℃的条件下不开裂，热稳定较高。钢化玻璃不能现场切割，必须按尺寸向厂家加工定做。钢化玻璃性能优良，常用于有抗震、易受冲击破坏或温度剧变的部位中，如建筑物的门窗、幕墙、隔墙、天窗、车船门窗等。

2)夹丝玻璃

夹丝玻璃是将预热处理的金属丝网压入已加热到红热软状态的玻璃中，制成的一种安全玻璃，其抗弯性、抗冲击性较好，耐热性和防火性优越。夹丝玻璃即使受到冲击破坏或外界温度骤变时，也会保持固定形状，破而不缺、裂而不散，避免了带尖锐棱角的玻璃碎片飞出伤人，因其安全性、防火性和防盗性高。夹丝玻璃一般适用于各种建筑的天窗、楼梯、电梯间、阳台、防火门、厂房门窗等。

3)夹层玻璃

夹层玻璃是在两片或多片平板玻璃之间加入柔软强韧的透明玻璃薄片，经过加热、加压和粘合制成的平面或曲面的复合玻璃制品。夹层玻璃的原片可以采用普通平板玻璃、钢化玻璃、吸热玻璃或热反射玻璃等，常用的塑料胶片为聚乙烯醇缩丁醛。夹层玻璃抗冲击性和抗穿透性好，受破坏时，不会碎成分离的碎片，只有辐射状的裂纹和少量玻璃碎屑，碎片仍粘贴在膜片上，不致伤人。夹层玻璃在建筑上主要用于有特殊安全要求的门窗、隔墙、工业厂房的天窗和某些水下工程。

12.2.3　保温绝热玻璃

保温绝热玻璃在建筑上既具有良好的保温绝热功能，又具有良好的装饰效果，包括吸热玻璃、热反射玻璃、中空玻璃等。除用于一般门窗外，常作为幕墙玻璃。

1)吸热玻璃

吸热玻璃是一种能吸收大量红外线辐射能又能保持良好的可见透光率的平板玻璃。吸热玻璃的生产方法有两种：一是本体着色法，即在普通玻璃的原料中加入有一定吸热性能的着色剂，如氧化铁、氧化钴等；另一种是表面喷涂法，是在普通平板玻璃的表面喷镀一层或多层氧化物薄膜，如氧化锡、氧化锑、氧化钴或氧化铁等。吸热玻璃广泛应用于建筑物门窗、外墙、玻璃幕墙以及车船的挡风玻璃等。

2)热反射玻璃

热反射玻璃是既具有较高的热反射能力，又能保持良好透光性的玻璃，又称镀膜玻璃或镜面玻璃。热反射玻璃是在玻璃表面用热解法、真空法、化学镀膜法等方法喷涂金、银、铜、镍、铬、铁等金属或金属氧化物薄膜而制成的。热反射玻璃主要用于有绝热要求的建筑物门窗、玻璃幕墙、车船的玻璃窗等。

3)中空玻璃

中空玻璃是由两片或两片以上玻璃原片构成，用边框隔开，且四周用密封胶密封，在玻璃原片之间的空腔中填充干燥空气，也可放置干燥剂。中空玻璃具有保温隔热性好、节能、隔音性能好等特点，且能有效防止结露。主要用于采暖、空调、防止噪音的建筑上。中空玻璃的节能效果就冬季采暖的能耗来说，可降低25%～30%。

12.2.4　墙体和屋面玻璃

1)玻璃幕墙

玻璃幕墙是一种薄而轻的建筑墙体材料，是用功能玻璃嵌入到轻金属边框制成建筑外墙材料，起围护和装饰作用，不承受荷载，质轻如幕，故称为玻璃幕墙。目前常见的玻璃幕墙边框多为铝合金型材，功能玻璃则有中空、夹层、吸热、热反射玻璃等。玻璃幕墙作为墙体材料，代替传统的非透明材料，使建筑物不仅富有现代化气息，更有轻快感，能降低建筑物的自重，具有良好的保温隔热、隔声等效果。

2)玻璃砖

玻璃砖是用玻璃为原材料制成的实心或空心材料，具有透光而不透视的特点。玻璃砖可制成不同的形状和尺寸，砖表面可制成光面或者凹凸的花纹面，形状有正方形、矩形及各种异型产品，尺寸有115mm、145mm、240mm和300mm等，而颜色则可以是无色透明的或者彩色的。玻璃砖具有密封性和透光性好、强度高、保温、隔声、防火、化学稳定性好和良好的装饰效果等优点。常用于有透光性要求的墙体或者有保温隔热要求的透光墙体中，如建筑物的隔断墙、淋浴隔断、门厅和通道等，特别适用于有透光要求的高级建筑或体育馆等。

12.2.5　装饰玻璃

1)压花玻璃

压花玻璃是将已熔融的玻璃在极冷中经过刻有花纹的滚筒滚压而成的玻璃制品，可单面压花，也可双面压花。压花玻璃的特点是透光而不透视，其表面可压制各种图案花纹，有一定的装饰效果，常用于办公室、会议室、浴室、卫生间等的门窗和隔断处。

2)磨砂玻璃

磨砂玻璃是将普通平板玻璃进行打磨等工艺处理，使其表面变得均匀粗糙，破坏玻璃表面对光线的透射作用，故又称为毛玻璃、暗玻璃或漫射玻璃等。其特点是透光不透视，且光线柔和不刺眼，常用于建筑物的浴室、卫生间、办公室等的门窗和隔断，也可作灯罩等。

3)釉面玻璃

釉面玻璃是把玻璃釉料均匀涂抹到不透明的彩色饰面玻璃上，在经类似陶瓷釉烧的工艺制成的一种不透明的彩色饰面玻璃。常用于建筑物室内外墙体饰面层。

4)玻璃马赛克

玻璃马赛克又称为玻璃锦砖、玻璃纸皮砖，是一种含有未熔融的微小晶体(多为石英)的半透明玻璃质材料，呈乳浊状或半乳浊状，属于小规格的彩色饰面玻璃制品，规格有20mm×20mm、30mm×30mm、40mm×40mm三种，厚度为4～6mm。正面光滑细腻，背面有粗糙的槽纹，有利于与基面的紧密黏结。一般出厂前将玻璃马赛克按设计图案反贴在牛皮纸上，以便施工。

玻璃马赛克色彩丰富、美观性强、化学稳定性、冷热稳定性好、耐久性强而且成本低，是一种良好的外墙装饰材料。

复习思考题

1.填空题

(1)生产玻璃的主要原料是__________、__________、__________和__________等。

(2)玻璃的基本技术性质：密实度__________，透光性__________，热稳定性__________，脆性__________，化学稳定性__________，导热系数__________。

(3)安全玻璃包括__________、__________和__________三种。

(4)保温隔热玻璃主要包括__________、__________和__________三种。

2.简述题

(1)常用的建筑玻璃有哪些？各有什么特性？

(2)玻璃具有哪些基本特性？应该如何选用玻璃？