1.1.Khái niệm

     Thuỷ tinh thường ở thể rắn dạng vô định hình sản xuất bằng cách làm nguội khối silicát nóng chảy. Quá trình chuyển từ trạng thái lỏng sang rắn là quá trình thuận nghịch. Chính vì vậy mà việc tái chế lại thuỷ tinh đã qua sử dụng rất kinh tế và có ý nghĩa môi trường cao.

     Chế tạo thuỷ tinh bằng cách nấu trong lò đến nhiệt độ 1500- 1600oC hỗn hợp các nguyên liệu như: cát thạch anh, đá vôi, sôđa (Na2CO3) và sunphat natri (Na2SO4), đôlômít, tràng thạch và các phụ gia dùng để làm trong, chất khử, chất tạo màu, chất rút ngắn thời gian nấu, điều chỉnh tính chất như B2O3, MnO, SnO2, CaO... Chất Na2O làm giảm nhiệt độ chảy, K2O tạo màu sáng và tăng tính xuyên sáng, Al2O3 làm tăng cường độ...

     Thuỷ tinh xây dựng có các thành phần oxit như sau: Si02: 64-73,4%; Na20: 10-15,5%; Ca0: 2,5-2,6% và các oxit khác: K20, Mg0, Al203, Fe203, B203…

       Nhiều công trình nổi tiếng trên thế giới đã được xây dựng và sử dụng kính làm tường, của sổ, mái nhà (Hình 1.1).

      Kính còn được dùng làm hàng rào và dùng làm chất liệu trang trí cửa sổ (Hình 1.2). Với nghệ thuật trang trí kiến trúc, kính từ xưa đã rất được sử dụng làm chất liệu tranh mái vòm trong các nhà thờ, tranh tường (Hình 1.3)...

     Tại Việt Nam, việc sử dụng kính vào các công trình xây dựng lại càng có ý nghĩa cao vì trong điều kiện nhiệt đới nóng ẩm bề mặt vật liệu bao che các công trình rất hay bị nấm mốc, màu sắc sẽ phai dần. Kính xây dựng và trang trí luôn trong suốt, màu sắc không bị phai giữ cho bề mặt công trình không thay đổi,  khi chỉ cần lau chùi vệ sinh. Nhưng do kính hấp thụ năng lượng bức xạ mặt trời quá lớn nên việc sử dụng các tấm lớn kính vào các công trình xây dựng cần chú ý tới màu sắc, độ dày, lớp không khí giữa 2 tấm kính, lớp phủ bề mặt v.v...

Để sản xuất kính người ta dùng cát thạch anh hạt nhỏ, tinh khiết, xôđa (Na2CO3), Na2SO4, K2CO3, đôlômit, đá phấn và các loại phụ gia như B2O3, MnO, SnO2, CaO.

1.2.CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT

     Nguyên liệu chính là thạch anh Si02, sô đa Na2C03, đá vôi, Na2S04…

     Công đoạn chính là nấu thuỷ tinh tới nhiệt độ 1500-1600oC tạo sự đồng nhất, độ trong.

- Trong khoảng  800 - 900oC, hình thành khối silicát.

- Trong khoảng  1150 - 1200oC khối thuỷ tinh trở thành trong suốt, nhưng còn nhiều bọt khí.

- T = 1400- 1500oC, gần như không còn bọt khí, tạo thành khối lỏng đồng nhất. Để tăng độ dẻo, hạ nhiệt độ xuống 200- 300oC.

     Công đoạn tạo hình bằng các phương pháp: kéo tạo tấm dày 2,6 mm, rót, cán, ép, thổi.

Nhiệt độ 800-9000C là nhiệt độ hình thành silicat. Vào cuối thời kì hình thành silicat nhiệt độ 1150-12000C, khối thuỷ tinh trở lên trong suốt nhưng vẫn còn chứa nhiều bọt khí, việc tách bọt khí kết thúc ở 1400-15000C. Cuối giai đoạn này khối thuỷ tinh hoàn toàn tách hết khí và nó trở thành đồng nhất. Để có độ dẻo tạo hình cần thiết phải hạ nhiệt độ xuống đến 200-3000C. Độ dẻo của khối thuỷ tinh phụ thuộc vào thành phần hoá học của nó. Các oxyt SiO2, Al2O3 làm tăng độ dẻo còn các oxyt Na2O, CaO thì ngược lại, làm giảm độ dẻo.

Việc chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái thuỷ tinh (rắn) là một quá trình thuận nghịch. Khi để trong không khí và ở nhiệt độ cao cấu trúc vô định hình của một số loại thuỷ tinh có thể chuyển sang kết tinh.

Về thành phần hoá học kính xây dựng gồm 75-80%SiO2.

1.3.Các tính chất của kính

1.3.1.Khối lượng riêng, khối lượng thể tích

     Khối lượng riêng của thuỷ tinh xây dựng là 2,5 g/cm3. Các loại thuỷ tinh đặc biệt từ 2,2-6,0g/cm3.

     Khối lượng thể tích là 2400-2600kg/m3    (loại đặc); loại rỗng có khối lượng thể tích nhiều khi nhỏ hơn nước.                 

1.3.2.Tính chất cơ học

     Cường độ chịu nén của thuỷ tinh tương đối cao 600- 1000kG/cm2

     Cường độ chịu kéo của thuỷ tinh thấp 30-90 kG/cm2. Sợi thuỷ tinh có cường độ chịu kéo đến 1000-4000kG/cm2.

Ròn dễ vỡ, chịu uốn kém

-        Môđun đàn hồi

Môđun đàn hồi của kính dao động trong khoảng 48000-83000kG/cm2 (đối với kính thạch anh: 71400kG/cm2). Sự có mặt của các oxýt CaO và B2O3 (có thể đến 12%) làm môđun đàn hồi tăng lên.

-       Khả năng gia công cơ học

Kính có khả năng gia công cơ học, cắt được bằng dao có đầu kim cương; mài nhẵn đánh bóng được. Ở trạng thái dẻo (khi nhiệt độ 800-10000C) có thể tạo hình, thổi, kéo thành tấm, ống, sợi.

1.3.3.Độ dẫn nhiệt

Độ dẫn nhiệt của kính thường khi nhiệt độ nhỏ hơn 1000C là 0,34-0,71kCal/m.0C.h. Kính thạch anh có độ dẫn nhiệt lớn nhất (1,16kCal/m.0C.h). Kính chứa nhiều oxyt kiềm có độ dẫn nhiệt nhỏ.

1.3.4.Độ bền hoá học

     Thuỷ tinh có độ bền hoá học cao đối với đa số các môi trường xâm thực, loại trừ axít HF và H3PO4. Các ôxít kiềm càng ít thì độ bền hoá học của thuỷ tinh càng cao.

1.3.5.Tính chất quang học

Tính chất quang học, là tính chất quan trọng và được đặc trưng bằng chỉ tiêu xuyên sáng (tính trong suốt, chiết quang, phản quang, tản xạ). Kính xây dựng là sản phẩm silicat thường cho tất cả phổ quang phổ nhìn thấy đi qua. 

     Hệ số xuyên sáng của thuỷ tinh đạt 0,89. Nếu thuỷ tình có thành phần thay đổi hay màu sắc thì hệ số xuyên sáng giảm.

1.3.6.Đặc tính trang trí

     Chất liệu thuỷ tinh hay kính có bề mặt phẳng, trong suốt nên thường được dùng làm cửa sổ lấy ánh sáng. Kính trắng và kính màu đều rất bền vững trong môi trường, không bị rêu mốc, chịu ẩm và chống thấm cao, rất phù hợp với điều kiện khí hậu Việt Nam. Kính làm cửa, cửa sổ hay tường bao che đều có khả năng để ánh sáng xuyên qua, giảm tiêu thụ năng lượng góp phần tạo nên kiến trúc bền vững. Để trang trí ngoại thất thì kính màu và khung bằng hợp kim nhôm, chất dẻo là chất liệu trang trí không thể thiếu trong kiến trúc hiện đại. Mảng tường kính lớn sẽ tạo nên ấn tượng mạnh hay vẻ đẹp quý tộc, giàu sang.

- Kính cửa sổ, là loại trong suốt, không gia công bề mặt và có độ dày cũng từ 2-6mm. Kính cửa sổ có các tính chất cơ lý như trong Bảng 1.2.

- Kính tôi, (Hình 1.5.) nhận được bằng cách tôi kính đến nhiệt độ 540-650oC rồi làm nguội nhanh bằng khí lạnh. Loại này có các tính chất cơ học tăng, chịu nhiệt tốt, cứng gấp 4-6 lần kính bình thưòng. Khi vỡ thì vụn nhỏ, không gây nguy hiểm. Có 2 loại kính tôi: kính tôi phẳng (GLACO-F) và kính tôi cong (GLACO-C). Kính tôi dùng che chắn bên ngoài, để làm quầy trang trí, che chắn cầu thang. Có thể uốn cong theo thiết kế, làm cabin, tủ bày đồ, tường...

- Kính có cốt có lưới thép mạ crom, niken làm kính cho mái nhà để lấy ánh sáng vì khi vỡ sẽ được lưới thép giữ lại. Trong quá trình cán, bên trong tấm kính, đặt lưới kim loại đường kính 0,4-0,5mm (Hình 1.6).

- Chất liệu kính hoa là loại kính phẳng được cán một hay hai mặt tạo hình vẽ hoa văn, nhờ vào trục cán được đắp đá hoa cương, nhờ vậy mà kính hoa có độ phản quang khác nhau và tạo tính trang trí cao. Nhờ tính chất quang học mà kính tạo nên các sản phẩm như pha lê (Hình 1.7).

-Chất liệu kính mờ, kính hoa mờ nhận được từ kính cửa sổ qua gia công cơ học bằng phun tia cát.. Kính mờ nhận được bằng phun nhanh hai lần. Kính hoa văn mờ nhận được từ kính màu qua phun cát một lần theo hoạ tiết.

     Kính phẳng màu, tạo bởi loại một lớp màu hoặc 2 lớp. Kính một lớp màu nhận được bằng cách cho thêm các bột màu, loại màu xanh bằng cách cho thêm cobal, màu tím cho 10-20% Mg0 và nikel và màu vàng, màu xanh lá cây cho 20-50% Cr0, Cu0, Fe203.

- Kính Low- E, là loại kính mới sản xuất theo công nghệ của Anh, được phủ lớp màu phản quang, không hấp thụ năng lượng mặt trời vào mùa hè và giữ nhiệt ấm trong phòng khi chịu khí hậu lạnh mùa đông. Có nhiều màu sắc đẹp để trang trí mặt ngoài công trình và mang phong cách kiến trúc xanh, hiện đại.

5.3.5. Kính an toàn

    Kính an toàn, kính cường lực, bán cường lực, hộp kính, kính hoa văn (hình 1.8)…đang ngày càng được ưa chuộng trên thị trường. Kính an toàn được sản xuất tại Vinaconex, Viglacera , Eurowindow ... Từ nguyên liệu kính thường, sản xuất ra những sản phẩm kính an toàn, kính cường lực - bán cường lực, hộp kính và kính hoa văn. Kính cường lực và bán cường lực của Eurowindow có độ cứng cao nên chịu được lực va đập mạnh gấp 4-5 lần so với kính nổi thông thường cùng loại, cùng độ dày và kích thước, chống rung, chịu sốc nhiệt lên đến 200oC. Kính hoa văn được sản xuất trên công nghệ gia công khắc chìm CNC nên đáp ứng nhu cầu thẩm mỹ cao của khách hàng. Hiện nay, Eurowindow sản xuất được hộp kính và hộp kính khổ lớn với kích thước 2,7 x 3,5m. Hộp kính của Eurowindow được nạp khí Argon (khí trơ) làm giảm tối đa tiếng ồn từ môi trường xung quanh, đồng thời làm tăng khả năng cách nhiệt.