<
Vật liệu Thủy Tinh và công dụng của nó trong xây dựng
Cho đến tận ngày nay, không có sự xác nhận về nguồn gốc của thuỷ tinh. Tuy nhiên, có thể nói nguồn gốc của nó từ Mesopotamia hoặc Ai Cập khoảng hai nghìn năm trước Công nguyên. Khi đó thủy tinh được sử dụng như là men màu cho nghề gốm và các mặt hàng khác. Những nền văn hoá cổ xưa này đã làm ra những đồ vật bằng thuỷ tinh với phương pháp đúc thô sơ. Những người thợ thuỷ tinh đầu tiên tạo hình cho thuỷ tinh bằng cách đắp thuỷ tinh lỏng xung quanh một cái lõi bằng cát hay đất sét, sau đó dỡ bỏ nguyên liệu làm lõi. Cuối cùng thuỷ tinh đã nguội được cắt bẻ và mài bóng.

Trong thế kỷ 1 trước công nguyên kỹ thuật thổi thủy tinh đã phát triển và những thứ trước kia là hiếm và có giá trị đã trở thành bình thường. Trong thời kỳ đế chế La Mã rất nhiều loại hình thủy tinh đã được tạo ra, chủ yếu là các loại bình và chai lọ. Thủy tinh khi đó có màu xanh lá cây vì tạp chất sắt có trong cát được sử dụng để sản xuất nó. Thủy tinh ngày nay nói chung có màu hơi ánh xanh lá cây, sinh ra cũng bởi các tạp chất như vậy. Các loại thủy tinh có nguồn gốc tự nhiên, gọi là các loại đá vỏ chai, đã được sử dụng từ thời kỳ đồ đá. Chúng được tạo ra trong tự nhiên từ các nham thạch magma núi lửa. 


Trong thiên niên kỷ tiếp theo, việc chế tạo thuỷ tinh được thực hiện rộng rãi hơn trong thế giới cổ đại và đã có một số cải tiến trong phương pháp chế tạo thuỷ tinh cơ bản, ví dụ như công việc cắt. Người nguyên thủy dùng đá vỏ chai để làm các con dao cực sắc và học được cách cho thêm một số thành phần vào thuỷ tinh để tăng độ bền, làm cho thuỷ tinh trong hơn hay tạo ra màu sắc đặc biệt. Tuy nhiên việc chế tạo thuỷ tinh vẫn còn rất khó và thuỷ tinh chủ yếu được dùng trong hoàng gia cho những nghi thức tôn giáo 


Vào giữa năm 30 trước công nguyên và năm 395 sau công nguyên, những nguời thợ thuỷ tinh Siri phát minh ra chiếc ống thổi, giúp cho việc tạo ra vô số sản phẩm khác nhau về hình dáng và độ dày. Trong suốt thời gian phương pháp đánh dấu thời kỳ này của kính đúc, thuỷ tinh tan đã được dùng tới phần cuối của ống dẫn thổi, thổi phồng ra thành ống dẫn giống như quả bóng bay và sau đó đã được đúc thành một hình dạng thích đáng.Qua đây, các hình dạng đa dạng và cỡ của các sản phẩm thuỷ tinh hoạt động dễ dàng hơn thành sản phẩm. Kỹ thuật thổi kính này vẫn còn tồn tại đến tận ngày nay và đã trở thành một điểm du lịch hấp dẫn tại Venice.


Tiếp ngay sau phát minh ra ống thổi là sự xuất hiện của khuôn hai nửa, giúp cho thợ thuỷ tinh có thể tạo ra hàng loạt những đồ vật thuỷ tinh giống hệt nhau. Hai phát minh này lần đầu đã làm cho những sản phẩm thuỷ tinh trở nên vừa với túi tiền của những người dân bình thường. 


Trong thế kỷ đầu tiên sau công nguyên những người Rôma đã làm một cuộc cách mạng trong chế tạo thuỷ tinh bằng việc sử dụng một loạt phương pháp như thổi thuỷ tinh, thổi vào khuôn và ép bằng khuôn để sản xuất hàng loạt các sản phẩm thuỷ tinh có hình dạng khác nhau dùng trong trang trí. Kính cửa sổ, sản xuất bằng cách đổ và kéo giãn thuỷ tinh nóng chảy trên một chiếc bàn thép, đã thay đổi diện mạo của nền kiến trúc. Đế chế La mã cũng sản xuất kính tấm bằng cách thổi những quả bóng hay mặt trụ thuỷ tinh lớn, sau đó tách ra và làm phẳng. Họ cũng bắt đầu chế tạo gương soi bằng cách phủ hỗn hợp bạc lên kính tấm. Sáng tạo này của người Rôma không lâu sau đã được lan truyền khắp châu Âu. 


Với sự sụp đổ của đế chế La mã rất nhiều kỹ xảo của nghề thuỷ tinh đã mất mát. Ở Tây Âu thuỷ tinh lại trở thành thứ sản phẩm dành cho người giàu và kính tấm được sử dụng để làm của sổ của những nhà thờ trung cổ. Tuy nhiên công nghiệp thuỷ tinh Byzantine tiếp tục cho ra đời những sáng tạo mới. Khoảng năm 650 sau công nguyên, những người thợ thuỷ tinh Siri đã phát triển một công nghệ kính mới có tính cách mạng để sản xuất kính "vương miện" "crown". Loại kính này được làm bằng cách tạo ra một lỗ hổng trên quả bóng bằng thuỷ tinh nóng chảy, sau đó quay khối thuỷ tinh mềm để làm ra tấm kính mỏng hình tròn với "tiêu điểm" bulls-eye rất đặc biệt ở tâm. Bởi vì loại kính này không đắt lắm nên nó được dùng làm kính cửa sổ cho đến cuối thế kỷ 19. 


Các đồ vật làm từ thủy tinh từ thế kỷ 7 và thế kỷ 8 đã được tìm thấy trên đảo Torcello gần Vênidơ. Các loại hình này là liên kết quan trọng giữa thời La Mã và sự quan trọng sau này của thành phố đó trong việc sản xuất thủy tinh. Khoảng năm 1000 sau công nguyên, một đột phá quan trọng trong kỹ thuật đã được tạo ra ở Bắc Âu khi thủy tinh sô đa được thay thế bằng thủy tinh làm từ các nguyên liệu có sẵn hơn: bồ tạt thu được từ tro gỗ. Từ thời điểm này trở đi, thủy tinh ở khu vực phía bắc châu Âu có sự sai khác rõ nét với thủy tinh ở khu vực Địa Trung Hải, là khu vực mà sô đa vẫn được sử dụng chủ yếu. 


Thế kỷ 11 được cho là nổi bật, tại Đức, phương pháp mới chế tạo thủy tinh tấm đã ra đời bằng các quả cầu để thổi, sau đó chuyển nó sang thành các hình trụ tạo hình, cắt chúng khi đang còn nóng và sau đó dát phẳng thành tấm. Kỹ thuật này đã được hoàn thiện vào thế kỷ 13 ở Vênidơ. 


Cho đến thế kỷ 12 thủy tinh đốm có nghĩa là thủy tinh với các vết màu thông thường là kim loại đã không được sử dụng rộng rãi nữa. 


Trung tâm sản xuất thủy tinh từ thế kỷ 14 là Vênidơ, ở đó người ta đã phát triển nhiều công nghệ mới để sản xuất thủy tinh và trở thành trung tâm xuất khẩu có lãi các đồ đựng thức ăn, gương và nhiều đồ xa xỉ khác. Sau đó, một số thợ thủy tinh của Vênidơ đã chuyển sang các khu vực khác như Bắc Âu và việc sản xuất thủy tinh đã trở nên phổ biến hơn. Họ đã nhập khẩu đồ dùng thuỷ tinh từ Byzantine và bắt đầu nền công nghiệp thuỷ tinh thịnh vượng của mình từ thế kỷ 13. Để bảo vệ "bí mật thương mại", các lò nấu thuỷ tinh được chuyển ra đảo Muranô, nơi mà thời kỳ phục hưng của nghề thuỷ tinh Italia tiếp tục trong vòng vài thế kỷ. Những người Venidơ đã hoàn thiện công nghệ sản xuất kính tấm theo phương pháp đúc thuỷ tinh không màu trên chiếc bàn thép, sau đó đánh bóng tấm kính cho đến khi không còn gợn sóng. Người Venidơ cũng phát triển phương pháp tráng thuỷ ngân để làm những chiếc gương nổi tiếng khắp châu Âu. Trong khi rất nhiều người đã chết vì nhiễm độc thuỷ ngân, gương đã đem lại lợi nhuận rất cao, đến mức các đức cha đã ban bố mức án tử hình cho những ai để lộ bí mật công nghệ. Mặc cho những cố gắng đó, những kinh nghiệm làm kính của Venidơ đã lan truyền khắp châu Âu. Không lâu sau những người thợ thuỷ tinh Pháp đã cải tiến công nghệ Italia bằng những chiếc bàn lớn để làm ra những tấm kính kích thước lớn hơn, chế tạo ra những lò ủ để làm nguội kính trong vài ngày. 


Nghề thuỷ tinh cũng được hoàn thiện ở Đức, Bắc Bôhêmia và Anh, nơi George Ravenscoft đã phát minh ra kính chì vào những năm 1670. Cũng khoảng thời gian này kính tấm cũng được sản xuất ở Pháp bằng phương pháp mặt trụ. Để cải tiến công nghệ bắt nguồn từ La mã, những người thợ Pháp thổi những mặt trụ thuỷ tinh dài, tách nó ra và cán phẳng bằng những khối gỗ để tạo ra hình chữ nhật. 


Với sự ra đời của công ty kính tấm của Anh vào năm 1773, nước Anh đã trở thành trung tâm kính cửa sổ chất lượng cao của cả thế giới. Đây là mốc đánh dấu lần đầu tiên trong lịch sử ngành công nghiệp thuỷ tinh, cửa sổ kính trở nên vừa với túi tiền của đa số những chủ sở hữu nhà. 


Anh là nước đầu tiên đã tìm kiếm và lập nên những trung tâm sản xuất kính của mình tại các thuộc địa ở châu Mỹ. Họ lo sợ sự cạnh tranh từ những nhà sản xuất trong nước và những lò nấu thuỷ tinh ngoài vòng pháp luật ở châu Mỹ. Sau cuộc cách mạng Mỹ, kỹ thuật làm kính đã tràn sang từ châu Âu, hình thành nên một nền công nghiệp kính đầy sức sống tại Hợp chủng quốc. Sáng tạo đầu tiên của những nhà sản xuất Mỹ đó là sự phát minh ra chiếc máy ép, được cấp bằng sáng chế năm 1825. Trong quá trình ép, thuỷ tinh lỏng được rót vào khuôn và được ép để tạo ra hình dạng mong muốn nhờ pit-tông. 


Cách mạng Công nghiệp đã đem lại một loạt sáng tạo trong nghề sản xuất thuỷ tinh, bắt đầu với sự ra đời của chiếc bơm khí nén ở Anh năm 1859. Chiếc bơm này đã tự động hoá công đoạn thổi thuỷ tinh, giảm bớt được số thợ thủ công lành nghề. Những tiến bộ về hoá học cũng tác động mạnh đến sản xuất kính, cho phép những nhà sản xuất thay đổi thành phần nguyên liệu để tạo ra sản phẩm bền vững hơn và chịu nhiệt tốt hơn. Năm 1871, William Pilkington đã phát minh ra chiếc máy tự động sản xuất kính tấm sử dụng phương pháp thổi mặt trụ. Quá trình cơ giới hoá này đã được J.H. Lubber cải tiến ở Mỹ vào năm 1903. 


Bước sang thế kỷ sau, những nhà sản xuất kính nhận thấy rằng kính tấm có thể được tôi bằng cách nung lại một lần nữa và làm nguội đi một cách nhanh chóng. Nhờ xuất hiện những ứng suất đặc biệt của vật liệu thuỷ tinh mà độ bền của kính tăng khoảng 400%. Điều này đặc biệt quan trọng đối với ngành sản xuất ôtô lúc này đang còn sơ khai.

 
Công nghệ mặt trụ trở nên lỗi thời khi Irving Colburn Mỹ và Emile Fourcault Bỉ cùng nhau phát triển công nghệ mới để kéo kính nóng chảy từ trong lò theo dòng nhỏ tạo thành tấm kính và làm nguội bằng cách kéo băng kính giữa hai con lăn amiăng. Mặc dù kính sản xuất theo phương pháp "kéo" vẫn còn bị gợn sóng nhưng đó là kính tấm chất lượng nhất từ trước và nó làm giảm giá thành sản phẩm. Thực tế những năm 1920 - 1930, do kính "kéo" thống trị thị trường nên giá kính tấm đã giảm khoảng hơn 60%. 


Công nghệ kéo cũng cho phép sản xuất kính hoa bằng cách kéo băng kính giữa những con lăn amiăng được in hình. Những kiến trúc sư và những nhà xây dựng nhanh chóng đưa kính hoa vào hàng loạt các ứng dụng đòi hỏi sự riêng tư kín đáo. 


Những năm sau chiến tranh thế giới lần thứ I, công nghiệp kính tấm đã chứng kiến sự tăng trưởng kỳ lạ nhờ sự bùng nổ về nhà ở và của ngành công nghiệp ôtô. Đến năm 1929, 70% kính tấm sản xuất tại Mỹ đã được bán cho ngành chế tạo ôtô. Rất nhiều trong số đó là kính an toàn sản xuất bằng cách dán 2 tấm kính vào một lớp trung gian bằng a-xê-tát sel-lu-lô. 


Tuy công nghệ sản xuất đã được cải tiến, khâu đánh bóng để tạo ra kính tấm chất lượng cao vẫn là khâu đòi hỏi nhiều thời gian và giá thành cao.Những nhà sản xuất kính trên thế giới đã tìm cách để làm ra kính tấm chất lượng cao được làm bóng mà không cần công đoạn gia công bổ sung. 
Ngành sản xuất kính chỉ hoàn toàn thay đổi khi Alastair Pilkington phát minh ra công nghệ kính nổi hiện đại vào những năm 1960, giảm thiểu sự khác biệt so với tấm kính đã qua đánh bóng. Trong công nghệ của Pilkington, thuỷ tinh lỏng theo một dòng hẹp chảy liên tục được rót vào một bể nông chứa kim loại nóng chảy, thông thường là thiếc. Thuỷ tinh lỏng lan ra trên bề mặt kim loại nóng chảy và tạo ra băng kính chất lượng cao với độ dày ổn định và được làm bóng bằng nhiệt. Công nghệ của Pilkington đã cách mạng nền công nghiệp kính toàn thế giới về nhiều mặt. Nó làm giảm đáng kể giá thành kính tấm, tạo ra những ứng dụng mới cho những sản phẩm kính tấm như trang trí nội thất hay xây nên những toà nhà văn phòng cao chọc trời. Với giá thành thấp, kính chất lượng cao đã bắt đầu thống trị các ngành xây dựng, chế tạo ôtô, công nghiệp gương. Ngày nay hơn 90% sản lượng kính tấm của thế giới được sản xuất theo công nghệ của Pilkington. 


Chúng ta đều biết rằng thuỷ tinh là một dung dịch rắn ở dạng vô định hình, nhận được bằng cách làm quá nguội khối silicat nóng chảy, thường được pha trộn thêm các tạp chất để có tính chất theo ý muốn. Để sản xuất thuỷ tinh, người ta dùng cát thạch anh hạt nhỏ, tinh khiết, soda Na2CO3, Na2SO4, K2CO3, đôlômit, đá phấn và các loại phụ gia như B2O3, MnO, SnO2, CaO. Thuỷ tinh có dạng trong suốt, bền và về mặt sinh học là loại vật liệu không hoạt động, có thể tạo ra hình dạng nhẵn và bề mặt không thấm nước.Tuy nhiên, thuỷ tinh giòn và dễ vỡ. Những thuộc tính này có thể thay đổi với điều kiện sử dụng các hợp chất khác. 


Từ những cửa sổ kính màu của các nhà thờ thời Trung cổ cho đến những tấm gương nổi tiếng ở Venecia thời Phục Hưng, kính tấm đã mang đến cho chúng ta sự che chở trước môi trường và đồng thời lại phản chiếu được vẻ đẹp của thiên nhiên, tạo cho con người sự tiện nghi quanh năm, giảm bớt chi phí về năng lượng, nâng cao tính an toàn và thay thế những bức tường với gạch và vữa bằng một bức tranh toàn cảnh của ánh sáng và vẻ đẹp tự nhiên. 


Về thành phần hoá học, thuỷ tinh xây dựng gồm 75 - 80% SiO2. Đó là loại giống như hợp chất hoá học đã được tìm thấy trong thạch anh, dạng đa tinh thể của nó và cát. 


Trong vật lý học, các chất rắn vô định hình thông thường được sản xuất khi một chất lỏng đủ độ nhớt bị làm lạnh rất nhanh, vì thế không có đủ thời gian để các mắt lưới tinh thể thông thường có thể tạo thành. Thủy tinh cũng được sản xuất như vậy từ gốc silicát. 


Silicát là điôxít silic SiO2 có trong dạng đa tinh thể như cát và cũng là thành phần hóa học của thạch anh. Silicát có điểm nóng chảy khoảng 2.000°C 3.632 °F, vì thế có hai hợp chất thông thường hay được bổ sung vào cát trong công nghệ nấu thủy tinh nhằm giảm nhiệt độ nóng chảy của nó xuống khoảng 1.000 °C. Một trong số đó là sô đa cacbonat natri Na2CO3, hay bồ tạt tức cacbonat kali K2CO3. Tuy nhiên, sô đa làm cho thủy tinh bị hòa tan trong nước - là điều người ta không mong muốn, vì thế người ta cho thêm vôi sống ôxít canxi, CaO là hợp chất bổ sung để phục hồi tính không hòa tan. 


Trong dạng thuần khiết và ở điều kiện bình thường, thủy tinh là một chất trong suốt, tương đối cứng, khó mài mòn, rất trơ hóa học và không hoạt động xét về phương diện sinh học, có thể tạo thành với bề mặt rất nhẵn và trơn. Tuy nhiên, thủy tinh rất dễ gãy hay vỡ thành các mảnh nhọn và sắc dưới tác dụng của lực hay nhiệt một cách đột ngột. Tính chất này có thể giảm nhẹ hay thay đổi bằng cách thêm một số chất bổ sung vào thành phần khi nấu thủy tinh hay xử lý nhiệt. 


Thủy tinh được sử dụng rộng rãi trong xây đựng, làm đồ chứa chai, lọ, cốc, chén, ly, tách hay vật liệu trang trí. 

 

Tin tức liên quan
Chai lọ thủy tinh tiện dụng từ nhà bếp đến bàn tiệc

Chai lọ thủy tinh tiện dụng từ nhà bếp đến bàn tiệc

16/06/2019 15:21

Chai lọ thủy tinh dần dần thay thế các chai nhựa vì chúng an toàn cho sức khỏe. Việc sử dụng sản

Cách tái chế chai lọ thủy tinh làm bình hoa trang trí cực đơn giản

Cách tái chế chai lọ thủy tinh làm bình hoa trang trí cực đơn giản

16/06/2019 15:21

Đừng vội vứt bỏ những chiếc chai lọ thủy tinh cũ nhé, vì chúng sẽ giúp bạn tạo nên những bình hoa

5 công dụng bất ngờ của chai lọ thủy tinh

5 công dụng bất ngờ của chai lọ thủy tinh

14/06/2019 16:45

5 công dụng sau của chai lọ thủy tinh cũ, chắc chắn sẽ khiến bạn thích thú. Cùng tìm hiểu ngay nào!

Bình thủy tinh trồng cây thủy sinh, cây không khí nhiều hình dạng: Hồ lô, giọt nước, trái táo, tim..

Bình thủy tinh trồng cây thủy sinh, cây không khí nhiều hình dạng: Hồ lô, giọt nước, trái táo, tim..

13/06/2019 17:26

Cây xanh mang lại nhiều ích lợi cho con người & môi trường sống. Xu hướng xanh hóa môi trường sống ở