Wydział Inżynierii Lądowej

Politechnika Warszawska

Katedra Inżynierii Materiałów Budowlanych

Praca semestralna

1. Wprowadzenie.

Szkło ochronne jest przeznaczone do ochrony ludzi, pomieszczeń i mienia przed czynnikami niszczącymi. Takimi czynnikami mogą być napady, kradzieże, rozboje czy wandalizm.

Szkło specjalne może zapewniać bezpieczeństwo bierne i aktywne. Bezpieczeństwem biernym jest określana ochrona przed poważnym zranieniem przez samo szkło, poprzez wiązanie powstałych odłamków szkła przez warstwę pośrednią szyb wielowarstwowych lub zastosowanie szkła, z którego po rozbiciu powstają odłamki tępokrawędziste. Bezpieczeństwo aktywne oparte jest na wysokiej wytrzymałości szkła na ataki różnego rodzaju narzędzi, co opóźnia lub uniemożliwia włamanie przez okno.

Szybę można zaliczyć do grupy szyb ochronnych, jeśli jej właściwości techniczne pozwalają na spełnienie jednego z poniższych warunków:

- szyba zapobiega lub ogranicza skutki zranienia w przypadku stłuczenia,

- szyba opóźnia lub zapobiega włamaniu do pomieszczenia,

- szyba chroni przed ostrzałem z broni palnej lub falą detonacyjną podczas wybuchu.

Szyba ochronna jest to wyrób na bazie szkła z dodatkiem tworzyw sztucznych lub bez, o pojedynczej lub wielowarstwowej budowie, w którym poszczególne warstwy mają taką samą grubość na całej powierzchni wyrobu. Szyba ochronna jest zwykle przezroczysta lub przejrzysta i charakteryzuje się określoną odpornością na działanie siły.

W naszej pracy postawiliśmy sobie za cel przedstawienie wszystkich rodzajów szyb ochronnych z uwzględnieniem ich klasyfikacji na podstawie aktualnych norm, technologii produkcji oraz zastosowania.

2. Szyby ochronne odporne na ręczny atak.

2.1. Badanie z użyciem twardego ciała.

Do badania należy użyć trzy próbki o następujących wymiarach: długość 1100 ± 5 mm, szerokość 900 ± 5 mm. Obrzeża próbek powinny być wolne od wszelkich szczerbów rys i wad. Na każdej badanej próbce należy oznaczyć powierzchnie, która będzie poddana uderzeniu. Badanie przeprowadza się w temperaturze 23 ± 2 ºC. W powyższym badaniu elementem udarowym jest stalowa kula o średnicy 100 ± 0,2 mm i masie 4,11 ± 0,06 kg. Wysokość spadania mierzona od spodu ciała uderzającego do powierzchni badanej próbki powinna być przyjęta w zależności od oczekiwanej klasy badanej szyby.

Dla klas od P1A do P4A ciało uderzające powinno spadać trzykrotnie na każdą badaną próbkę z tej samej wysokości, w taki sposób, żeby miejsca uderzenia tworzyły trójkąt równoboczny, którego boki o długości od 130 ± 20 mm znajdują się wokół środka geometrycznego próbki. W odniesieniu do klasy P5A powyższa procedura powinna być powtórzona trzykrotnie na każdej próbce, dając w sumie 9 uderzeń w każdym wierzchołku trójkąta.

Po każdym uderzeniu należy sprawdzić przenikanie ciała uderzającego przez próbkę. Przyjmuje się, że badana próbka została przebita, jeżeli ciało uderzające przejdzie przez nią przed upływem 5 sekund od momentu uderzenia.

2.2. Klasyfikacja szyb ochronnych dla badania z użyciem twardego ciała.

Klasa odporności	Wysokość spadku [mm]	Oznaczenie kodowe klasy odporności
P1A P2A P3A P4A P5A	1500 ± 50 3000 ± 50 6000 ± 50 9000 ± 50 9000 ± 50	EN 356 P1A EN 356 P2A EN 356 P3A EN 356 P4A EN 356 P5A

2.3. Badanie z użyciem siekiery

Do badania używa się takich samych próbek jak w przypadku poprzedniego oznaczenia. Celem badania jest wykonanie kwadratowego otworu o długości boku 400 ± 10 mm w taki sposób, żeby środek kwadratowego otworu pokrywał się ze środkiem próbki, a otwór został wycięty przy minimalnej łącznej liczbie uderzeń młota i siekiery. Przed zastosowaniem siekiery, warstwy szkła wokół kwadratowego otworu powinny być zniszczone przez uderzenia młotem. Minimalna liczba uderzeń młota powinna wynosić 12. Po rozbiciu warstw szkła wzdłuż jednego boku kwadratowego otworu, próbkę obraca się zgodnie z ruchami wskazówek zegara o kąt 90 ºC i uderzanie młotem kontynuuje się wzdłuż drugiego boku. Podobnie postępuje się przy badaniu trzeciego i czwartego boku.

Po zastosowanych uderzeniach młotem, pierwsze uderzenie siekierą powinno nastąpić w tym samym miejscu co pierwsze uderzenie młotem. W miejscu pierwszego uderzenia należy wykonać tyle uderzeń, ile potrzeba do przecięcia próbki. Po przecięciu jednego boku kwadratowego otworu, próbkę należy obrócić o kąt 90 ºC i kontynuować uderzanie siekierą wzdłuż drugiego boku, postępując podobnie z trzecim i czwartym bokiem. Próbka uległa uszkodzeniu, jeżeli część próbki w kształcie kwadratowego otworu jest całkowicie oddzielona od części próbki lub mimo, że jest luźno połączona, spadnie pod własnym ciężarem i również utworzy otwór. Liczbę uderzeń konieczną do zniszczenia próbki należy policzyć. Powinny być policzone obydwa rodzaje uderzeń - młotem i siekierą.

2.4. Klasyfikacja szyb ochronnych w badaniu z użyciem siekiery.

Klasa odporności	Łączna liczba uderzeń	Oznaczenie kodowe klasy odporności
P1A P2A P3A P4A P5A P6B P7B P8B	3 w trójkącie 3 w trójkącie 3 w trójkącie 3 w trójkącie 3 x 3 w trójkącie od 30 do 50 od 51 do 70 powyżej 70	EN 356 P1A EN 356 P2A EN 356 P3A EN 356 P4A EN 356 P5A EN 356 P6B EN 356 P7B EN 356 P8B

2.5. Zastosowanie szyb ochronnych.

Miejsce zastosowania	Klasa odporności szyby	Uwagi
Mieszkania, szkoły, biura, zakłady produkcyjne - drzwi wewnętrzne - okna na piętrach - okna na parterze	P1A	Chronią przed zranieniem przy rozbiciu szyby, utrudniają rozbicie szyby przy gwałtownym zamknięciu okna lub drzwi, mogą być zastosowane w budynkach zagrożonych wybuchem wewnętrznym
Kioski, domy wolno stojące, okna parterowe bloków mieszkalnych, witryny hoteli i biur, obiekty handlowe o małej wartości ochronnej, hale sportowe	P1A, P2A	Chronią przed zranieniem, mogą stanowić czasową ochronę przy próbie włamania podjętego bez przygotowania
Witryny salonów hoteli i biur, obiekty handlowe o znacznej wartości ochronnej, wille, apteki	P3A, P4A	Szyby utrudniające włamanie, mogą zastępować kraty o oczku 150 mm wykonane z drutu stalowego o średnicy 10 mm
Muzea, sklepy z antykami, galerie sztuki, zakłady psychiatryczne, sale operacyjne banków, kantory, sklepy o dużej wartości chronionej, ekskluzywne wille	P5A, P6B	Szyby o zwiększonej odporności na włamanie, mogą zastąpić kraty wykonane z prętów stalowych o średnicy 12 mm
Zakłady i sklepy jubilerskie, banki, obiekty specjalne, wystawy obiektów handlowych o dużej wartości ochronnej	P7B, P8B	Szyby o wysokiej odporności na włamanie, mogą zastępować okratowanie wykonane z prętów stalowych o średnicy 16 mm

3. Szyby kuloodporne.

3.1. Badania szyb kuloodpornych.

3.2. Klasyfikacja szyb kuloodpornych.

Klasa	Typ broni	Kaliber	Typ	Masa [g]	Warunki strzału
										Badawcza odległość strzału [m]	prędkość strzału [ m/s]	liczba uderzeń	odległość między uderzeniami [mm]
BR1	karabin	0.22 LR	L/RN	2,6	10	360	3	120
BR2	pistolet	9 mm Luger	FJ/RN/SC	8	5	400	3	120
BR3	pistolet	0,357 Magnum	FJ/CB/SC	10,2	5	430	3	120
BR4	pistolet	0,44 Rem. Magnum	FJ/FN/SC	15,6	5	440	3	120
BR5	karabin	5,56 x 45	FJ/PB/SCP1	4	10	950	3	120
BR6	karabin	7,62 x 51	FJ/PB/SCP	9,5	10	830	3	120
BR7	karabin	7,62 x 51	FJ/PB/HCP1	9,8	10	820	3	120

Klasa

Typ broni

Kaliber

Typ

Masa [g]

Warunki strzału

Badawcza odległość strzału [m]

prędkość strzału [m/s]

liczba uderzeń

odległość między uderzeniami [mm]

SG1

strzelba myśliwska

cal. 12/70

lita ołowiana kula

231

10

420

1

-

SG2

strzelba myśliwska

cal. 12/71

lita ołowiana kula

31

10

420

3

125

3.3. Zastosowanie szyb kuloodpornych.

Klasa BR1,BR2 - budynki administracji państwowej, wille.

Klasa BR3,BR4 - centrale telefoniczne i komputerowe, szyby samochodów przewożących przedmioty wartościowe.

Klasa BR5 - budynki o podwyższonym zagrożeniu terroryzmem, napadami rabunkowymi itp., boksy kasowe.

Klasa BR6 - urządzenia militarne, zakłady karne.

Klasa BR7 - urządzenia militarne i inne o szczególnym zagrożeniu.

4. Szyby odporne na siłę eksplozji.

4.1. Badania i klasyfikacja odporności na siłę eksplozji.

4.2. Klasyfikacja szyb odpornych na siłę eksplozji.

Oznaczenie klasy	Charakterystyka fali uderzeniowej
		Dodatnie maksymalne nadciśnienie odbitej fali podmuchowej Pr (kPa)	Dodatni impuls właściwy i kPa ms	Czas trwania dodatniej fazy nadciśnienia t (ms)
ER1	50<Pr<100	370<i<900	>20
ER2	100<Pr<150	900<i<1500	>20
ER3	150<Pr<200	1500<i<2200	>20
ER4	200<Pr<250	2200<i<3200	>20

4.3. Zastosowanie szyb odpornych na siłę eksplozji.

Istnieje wiele obiektów, które wymagają zastosowania daleko idących środków bezpieczeństwa. Należą do nich między innymi lotniska, centra handlowe, szkoły, banki, sądy, ambasady czy budynki rządowe i administracji państwowej. Zwiększone wymagania co do zabezpieczeń wymienionych obiektów wiążą się z koniecznością przewidywania aktów terrorystycznych, takich jak zamachy bombowe. W przypadku eksplozji, na przykład ładunku umiejscowionego w samochodzie-pułapce, w polu rażenia znajdują się obiekty usytuowane w promieniu nawet kilkuset metrów. Rozbite na tysiące kawałków szkło niszczy wszystko, co napotka na swojej drodze. Ostre odłamki nierzadko ranią śmiertelnie osoby znajdujące się w bliższym lub dalszym sąsiedztwie okien i drzwi. Szyby odporne na siłę eksplozji niwelują zniszczenia wywołane przez falę wybuchową.

5. Technologie wzmacniania szkła.

5.1. Szkło hartowane.

Dotychczas opracowano wiele sposobów wykonywania szkła ochronnego lub o zwiększonej wytrzymałości. Jedną z tych metod jest hartowanie szkła.

Hartowaniem nazywa się proces obróbki termicznej, polegający na ogrzaniu tafli szkła do górnej temperatury odprężenia lub nieco poniżej (maksymalnie do temperatury mięknienia szkła), a następnie bardzo szybkim ochłodzeniem tafli. Celem tej obróbki jest wytworzenie specjalnego układu naprężeń tafli szkła, zwiększających jego wytrzymałość mechaniczną. Wytrzymałoś na zginanie szkła hartowanego jest 5-7 razy większa niż szkła zwykłego i wynosił 200-280 MPa. Zwiększona wytrzymałość mechaniczna szkła hartowanego sprawia, że jest ono szeroko stosowane w budownictwie, szególnie w obiektach, w których są zastosowane wymagania wytrzymałościowe i bezpieczeństwa.

Charakterystyczną cechą szkła hartowanego jest sposób pękania w razie wybicia szyby. Pęka ono na drobne kawałki o tępych krawędziach, co zmniejsza obrażeń ciała.

Ze względu na wywołany układ naprężeń szkła hartowanego nie można poddawać procesom dalszej obróbki. Szyby poddawane hartowaniu muszą więc mieć docelowy kształt i wymiar. Przed procesem hartowania wykonuje się więc następujące operacje: krojenie, szlifowanie, polerowanie obrzeży, wywiercanie otworów. Procesy obróbki w dużym stopniu wpływają na koszty produkcji szkła hartowanego.

• Szkło laminowane i warstwowe.

Szkło laminowane jest to wyrób składający się z jednej tafli szkła sklejonej na całej powierzchni z jedną lub kilkoma taflami szkła przy użyciu jednej lub kilku warstw folii. Szkło laminowane nazywane jest szkłem "bezpiecznym wielowarstwowym" -VSG.

Szkło laminowane produkowane jest według dwóch różnych technologii:

• Spajania szyb folią PVB

Szkło bezpieczne laminowane folią PVBSzkło bezpieczne wielowarstwowe wykonywane tą technologią składa się z dwóch lub większej ilości szyb ze szkło FLOAT, które połączone są trwale w jedną całość sprężystociągliwą folią PVB o wysokiej wytrzymałości na rozerwanie. Przy uderzeniu szkło wprawdzie pęka, ale jego kawałki są trzymane na nieuszkodzonej warstwie PVB. Zmniejsza się przez to niebezpieczeństwo zranienia a przeszklony otwór pozostaje zamknięty. Folie PVB mogą być: bezbarwne, mleczne (matowe)

Szkło takie ma zastosowanie w elementach balustrad, witryn sklepowych, daszkach. Szyby takie spaja się natomiast żywicą.

Szkło bezpieczne laminowane żywicąSzkło bezpieczne wielowarstwowe wykonywane tą technologią składa się z dwóch lub większej ilości szyb ze szkła FLOAT, które połączone są trwale w jedną całość żywicą chemoutwardzalną o wysokiej wytrzymałości. Przy uderzeniu szkło wprawdzie pęka, ale jego kawałki są trzymane na nieuszkodzonej warstwie żywicy. Zmniejsza się przez to niebezpieczeństwo zranienia a przeszklony otwór pozostaje zamknięty. Żywice mogą być: bezbarwne, mleczne lub kolorowe (wzornik typowych kolorów dostępny w salonie). Dane szkło ma natomiast zastosowanie w elementach balustrad, szklanych podłogach stopniach, podestach, blatach, ozdobnych formatkach, półkach.

• Chemiczne wzmocnienie szkła.

Trawienie chemiczne: polepszenie własności wytrzymałościowych uzyskać można drogą chemicznego trawienia szkła w roztworach zawierających kwas fluorowodorowy. W początkowej fazie procesu ciecz trawiąca przenika do spękania i zaokrągla jego pierwotnie ostre zakończenie, na skutek czego następuje jakościowa zmiana tej wady w koncentrator naprężeń o mniejszym stopniu szkodliwości. Końcowa wytrzymałość zależy nie tylko od grubości usuniętej warstwy, ale też od jakości powierzchni otrzymanej po trawieniu, co związane jest ze składem cieczy trawiącej, jej temperatury oraz sposobem realizacji procesu.

• Termiczne wzmacnianie szkła.

Uszlachetnianie szkła na gorąco. Uszlachetnianie szkła polega na poddawaniu szkła o temperaturze 450-600°C działaniu SnCl4, który po zetknięciu się z gorąca powierzchnia szkła ulega rozkładowi termicznemu, tworząc na powierzchni szkła powłokę tlenowa. Ponadto następuje dyfuzja tlenku cyny do warstw powierzchniowych szkła. Tworzą się wiązania strukturalne ze szkłem, w wyniku czego zmieniają się znacznie właściwości powierzchni szkła, a mianowicie wzrasta gładkość powierzchni szkła, a zatem odporność na zarysowanie, wzrasta twardość szkła, co powoduje wzrost wytrzymałości mechanicznej na uderzenie o około 30%. Naniesiona powłoka jest odporna na działanie ciepłej wody, pary i ługów oraz zmiennych warunków atmosferycznych.

---