Szyby ochronne budowlane

Technologiczny postęp w branży przetwórstwa szkła przyczynił się do rozwoju nowoczesnych metod wytwarzania wyrobów o różnorodnych właściwościach i zastosowaniach. Zatrważający wzrost przestępczości, napadów, kradzieży i rozbojów w naszym kraju spowodował zainteresowanie nowoczesnymi oszkleniami spełniającymi oczekiwania użytkowników w zakresie ochrony zdrowia, mienia, a nawet życia.
Wychodząc naprzeciw tym potrzebom firmy trudniące się przetwórstwem szkła uruchamiały produkcję szyb ochronnych budowlanych. Oszklenia takie chronią ludzi, pomieszczenia, mienie i przedmioty przed przypadkowymi czynnikami niszczącymi, bądź celowymi działaniami ze strony osób dokonujących agresji.

Charakterystyka szkła ochronnego budowlanego

Szyby ochronne budowlane składają się z dwóch lub więcej warstw szkła, sklejonych ze sobą za pośrednictwem jednej lub wielu warstw pośrednich. Warstwę pośrednią najczęściej stanowi przekładka w postaci folii z poliwinylobutyralu (folii PVB), lub warstwa żywicy na bazie związków organicznych. W wyniku sklejenia powstaje monolityczny pakiet szkła, który można przetwarzać i poddawać obróbce w różnych procesach technologicznych.
Pod wpływem uderzenia szkło ochronne budowlane pęka, ale nie rozsypuje się. W szybach składających się z tafli szkła nie poddanych obróbce termicznej, z punktu uderzenia rozchodzi się najczęściej typowy wzór tzw. "pajęczyny" pęknięć. Fragmenty szkła pozostają najczęściej związane za pośrednictwem warstwy pośredniej.
Ze względu na technologię produkcji szyby ochronne budowlane podzielić można na dwa podstawowe rodzaje:
- szyby klejone żywicami: powstające poprzez wprowadzenie pomiędzy sąsiadujące tafle szkła, materiału klejącego w postaci cieczy, który w wyniku reakcji chemicznych ulega utwardzeniu.
- szyby klejone foliami PVB: powstające w wyniku sklejenia tafli szkła jedną lub wieloma foliami poliwinylobutyralowymi, które w odpowiednich warunkach (ciśnienia i temperatury) łączą trwale sąsiadujące ze sobą tafle szkła. Proces laminowania odbywa się w specjalnym urządzeniu zwanym autoklawem. W obrocie handlowym stosuje się folie PVB o znormalizowanej grubości wynoszącej 0,38 mm lub 0,76 mm. Szyby klejone foliami PVB posiadają większą odporność na działanie elementu uderzającego niż szyby klejone żywicami na bazie związków organicznych.

Zalety szkła ochronnego budowlanego

Do podstawowych zalet szkła ochronnego budowlanego w zależności od klasy wytrzymałości można zaliczyć:
- zmniejszenie skutków zranienia, lub skaleczenia w wyniku stłuczenia szyby,
- wysoką izolacyjność cieplną i akustyczną (w przypadku szyb zespolonych),
- wydłużenie czasu potrzebnego na dokonanie włamania,
- odporność na ostrzał z broni palnej,
- odporność na działanie fali detonacyjnej,
- ograniczenie przepuszczalności promieniowania UV.

Klasyfikacja szyb ochronnych budowlanych

Szyby ochronne budowlane można zaliczyć do trzech podstawowych grup, którym odpowiadają klasy wytrzymałości na działanie standardowych czynników niszczących. Tabela 1 podaje ogólną klasyfikację szyb ochronnych budowlanych.

Do pierwszej grupy, w klasach 01, 02, P1, P2, P3, P4, P5, należą szyby, których miarą odporności jest wytrzymałość na jedno lub wielokrotne uderzenie (z odpowiedniej wysokości), swobodnie spadającej kuli stalowej o masie 4,11 kg na badaną próbkę o wymiarach 1100×900 mm. Natomiast miarą odporności szyb w klasach P6, P7, P8 jest wytrzymałość na wycinanie otworu o wymiarach 400×400 mm przy użyciu siekiery testowej. Tabela 2, 3 klasyfikuje wymagania dla szyb o podwyższonej odporności na przebicie i rozbicie.

Do drugiej grupy, w klasach S1, S2, S3, S4, S5, należą szyby, których miarą odporności jest wytrzymałość na przestrzelenie pociskami wystrzeliwanymi z ręcznej broni palnej. Ostrzelaniu poddaje się próbki o wymiarach 500×500 mm. Klasa szyby jest równoznaczna z odpornością na przestrzelenie szyby z odpowiedniej broni, pociskami o określonym kalibrze.
Do trzeciej grupy należą szyby, które klasyfikuje się w funkcji ciśnienia oddziałującego na szybę w określonym czasie. Próbka badana nie może zostać przebita lub wyciągnięta z ramy na skutek działania fali detonacyjnej pochodzącej od materiału wybuchowego.

Badania kwalifikacyjne szyb ochronnych budowlanych

Badanie kulą o masie 4,11 kg
Badanie przeprowadza się stalową kulą o masie 4,11 kg i średnicy ok. 100 mm. Kula powinna być wykonana z polerowanej stali o twardości od 60÷65 HRC. Badanie przeprowadza się w temperaturze 23±2°C, na trzech próbkach o wymiarach 1100×900 mm, umieszczanych kolejno na podporze, której brzegi wyłożone są pasmem gumy o szerokości 30 mm, grubości 4 mm i twardości 40÷60 IHRD. Badaną szybę dociska się stalową ramą, której brzegi również wyłożone są tym samym rodzajem gumy. Docisk z siłą 140±20 kN/m², zapewniają uchwyty śrubowe rozmieszczone równomiernie w ośmiu punktach na obwodzie podpory. Uderzenia swobodnie spadającej kuli w zależności od klasy na którą bada się szyby następują z odpowiednich wysokości ujętych w tabeli 2.

Rys. 1. Punkty uderzeń "+" na powierzchni szyb dla klas wytrzymałości a) 01, 02. b) P1, P2, P3, P4, P5.

Rysunek 1 obrazuje punkty uderzeń kulą 4,11 kg w zależności od klasy wytrzymałości.
Klasa wytrzymałości dla trzech, kolejno badanych próbek wyznaczana jest odpornością na uderzenie kulą, która nie powinna przeniknąć przez próbkę badaną w czasie mniejszym niż 5 sekund od chwili uderzenia w powierzchnię szyby.

Badanie siekierą testową o masie 2 kg

Badanie to przeprowadza się na stanowisku pokazanym na fot. 1. Wykonuje się go w temperaturze 23±2°C, na trzech próbkach o wymiarach 1100×900 mm, uderzając szybę młotem, a następnie wycinając siekierą w szybie otwór o wymiarach 400×400 mm. Głowica młota jest zbudowana tak by imitowała tępą krawędź głowicy siekiery (obuch) i powinna być wykonana z prętu stalowego o przekroju poprzecznym 40 mm², długości 232 mm i twardości 46÷50 HRC. Siekiera powinna posiadać twardość 51÷56 HRC. Młot i siekiera powinny posiadać masę 2,0±0,1 kg.
Badane próbki powinny być zamontowane pionowo na specjalnej konstrukcji stalowej, wyklejonej na krawędziach taśmą gumową o szerokości 30 mm, grubości 4 mm i twardości 40÷60 IHRD. W celu zamocowania badanej próbki, zaleca się zastosowanie tej samej ramy dociskającej, jak w przypadku badań szyb kulą o masie 4,11 kg. Stanowisko do badań szyb ochronnych budowlanych siekierą testową musi być zaopatrzone w aparaturę pozwalającą rejestrować prędkość "przelotu" elementu uderzającego. Prędkość "przelotu" młota i siekiery oraz związaną z nią energię uderzenia ujęto w tabeli 5.
Badanie musi być rozpoczęte od najdłuższej krawędzi próbki badanej w pozycji pionowej. Rozmieszczenie minimalnej liczby uderzeń młota musi być zgodne z rysunkiem 2.

Rys. 2. Rozmieszczenie minimalnej liczby uderzeń młota

W pierwszym punkcie (pozycja 1 na rysunku 2), uderzenia młota są konieczne, aby spowodować pęknięcia wszystkich warstw szkła. Jeśli jakaś tafla szkła nie pęknie po 10 uderzeniach, to szybę należy przesunąć o 50 mm, tak by kontynuować uderzanie. Po rozbiciu wszystkich warstw szkła, szybę przesuwa się i uderza w kolejnych punktach po jednym razie. Po rozbiciu jednego boku, próbka badana wraz z ramą dociskającą jest obracana zgodnie z ruchem wskazówek zegara o 90°, a uderzenia młotem kontynuowane wzdłuż drugiego, trzeciego i czwartego boku. Po zakończeniu uderzeń młotem, przeprowadza się pierwsze uderzenie siekierą, które musi trafić w pozycję pierwszego uderzenia młotem. Po przecięciu pierwszego boku, próbkę badaną obraca się w taki sam sposób, jak przy postępowaniu z użyciem młota, wycinając w ten sposób otwór w szybie badanej. Celem badania jest wycięcie kwadratowego otworu o długości boku 400±10 mm, w taki sposób, aby była użyta minimalna liczba uderzeń młota i siekiery. Klasę wytrzymałości dla trzech, kolejno badanych próbek wyznacza próbka, która uzyskała najmniejszą liczbę uderzeń młota i siekiery. Szyby o zwiększonej odporności na przebicie i rozbicie badane są w Instytucie Szkła i Ceramiki Oddział Zamiejscowy w Krakowie.

Badanie na ostrzał z broni palnej
Klasa wytrzymałości dla badanych próbek wyznaczana jest odpornością na przestrzelenie pociskiem z broni palnej. Szyba o wymiarach 500×500 mm powinna wytrzymać uderzenie trzech pocisków trafiających w naroża trójkąta równobocznego o boku 125 mm.
Badanie szyb odpornych na ostrzał z broni palnej przeprowadza się w Instytucie Mechaniki precyzyjnej w Warszawie.

Zalecane przykłady zastosowania szyb ochronnych budowlanych
Kryteria Techniczne pt. "Szyby ochronne budowlane. Ogólne wymagania techniczne. Zalecenia stosowania", Wydanie II (poprawione), Warszawa, kwiecień 1997 r. wskazują na następujące przykłady zastosowania szyb o zwiększonej odporności na przebicie i rozbicie (tabela 6), oraz na przykładowe zastosowania szyb odpornych na ostrzał z broni palnej (tabela 7).

Mgr inż. Tomasz Zduniewicz