Metody badań wytrzymałości mechanicznej szkła
Przez wiele lat w Polsce badanie wytrzymałości szkła hartowanego budowlanego polegało na jego uderzeniu swobodnie spadającą kulą o masie 227 g z określonej wysokości. Badanie to wykonywane było wg. PN-B-13083 na próbkach o wymiarach 300x300 mm lub na wyrobie gotowym.
Produkowany wówczas asortyment szkieł ograniczał się głównie do wyrobów o grubości 3, 4, 6 mm,  rzadziej o grubości 8 mm i większej.
Dobrze zahartowane szyby poddane takiemu udarowemu badaniu nie mogły ulegać rozbiciu kulą o masie 227g zrzuconą z  wysokości:
•2 m dla szyb o grubości nominalnej ≤4 mm,
•2,5 m  dla szyb o grubości nominalnej 5 mm,
•3 m dla szyb o grubości nominalnej 6 mm,
•3,5 m dla szyb o grubości nominalnej >6 mm

Jak widać z przytoczonych danych ówczesna norma dla szkła o grubości większej niż 6 mm (a więc dla szkła 8, 10, 12 mm i grubszego) przewidywała tylko jedną wysokość spadku, t.j. 3,5 m. Można zatem powiedzieć, że wymaganie dla tej ostatniej grupy szyb było jednakowe.

Jednak w ostatnich latach uległo to zmianie  za przyczyną obowiązującej do dziś normy wg. PN-EN 1288-3:2002: Szkło w budownictwie. Określanie wytrzymałości szkła na zginanie. Część 3: Badanie na próbkach podpartych na dwóch podporach. Badanie to przeprowadza się na próbkach o wymiarach 1100x360 mm.
W odróżnieniu od badania kulą o masie 227 g, podczas tego badania medium niszczącym jest narastająca ze stałą prędkością siła, przyłożona za pośrednictwem pary wałków w centralnej części próbki. Badanie prowadzi się aż do zniszczenia próbki, uzyskując na drodze dalszych obliczeń liczbową wartość wytrzymałości szkła na zginanie wyrażoną w N/mm². W naszym laboratorium badania wytrzymałości szkła na zginanie czteropunktowe przeprowadzano na próbkach szkła hartowanego o grubości: 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12, 15 i 19 mm, wykonując na chwilę obecną łącznie ok. 1500 prób zginania (fot. 1).

Alternatywna metoda badania wytrzymałości mechanicznej szkła
Wychodząc naprzeciw zainteresowaniu producentów, w wyniku przemyśleń i konsultacji stwierdzono, że najlepszą (szybką i tanią) metodą badania wytrzymałości mechanicznej szkła w ramach Zakładowej Kontroli Produkcji będzie metoda uderzeniowo-zginająca, polegająca na uderzeniu próbek szkła swobodnie spadającą stalową kulą z określonej, obliczonej wysokości (fot. 2).

W związku z tym, że oferowany obecnie na rynku asortyment szkieł jest o wiele większy od tego, jaki dawniej oferowały zakłady produkcyjne, zdecydowano się, że w przypadku stosowania metody uderzeniowo-zginającej, elementem udarowym będzie kula o masie 800 g, a w przypadku najgrubszych szkieł kula o masie 4,11 kg.

Korelacja pomiędzy dwoma metodami – podstawy teoretyczne
W technologii szkła przyjęto powszechnie, że wytrzymałość szkła na uderzenie zginające an jest funkcją wytrzymałości szkła na zginanie ơzg, a więc:
an=(ơzg)

W pierwszym przybliżeniu można przyjąć ją za funkcję liniową,
an=Kơzg
gdzie K (współczynnik proporcjonalności) wynosi ok. 0,28 mm²/cm (wartość uśredniona z danych literaturowych).
Uderzenie zginające an, inaczej znane jako lepkość uderzeniowa materiału, definiowana jest jako praca zniszczenia „A” w [kGcm] odniesiona do jednostki przekroju próbki „S” w cm², a więc:
an= A/S

Wartość tego parametru podawana w literaturze szklarskiej mieści się w przedziale od 1,5 do 2,0 kGcm/cm² [4-7], lub wynosi 1,32 kGcm/cm² [6]. Na wielkość tego parametru wpływa bowiem rozmiar  badanych próbek, stan ich powierzchni oraz warunki otoczenia podczas badania, itp.
Biorąc wszystko to pod uwagę można w przybliżeniu określić zależność między wytrzymałością na uderzenie zginające a wytrzymałością na zginanie:
an=0,28 ơzg

W toku dalszych obliczeń uwzględniających wymaganą wartość wytrzymałości szkła na zginanie czteropunktowe oraz znając masę elementu uderzającego (w naszym przypadku – stalowej kuli), otrzymano minimalną wytrzymałość na uderzenie zginające oraz wyznaczono zalecane wysokości spadku kuli dla każdej grubości badanego szkła.
Wykorzystując te dane uzyskane na drodze obliczeń przeprowadzono liczne próby badania wytrzymałości szkła na uderzenie zginające z wykorzystaniem szyb hartowanych o grubości: 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12, 15 i 19 mm.
Otrzymane wyniki potwierdziły słuszność przeprowadzonych obliczeń i poprawność zalecanych wysokości spadku stalowej kuli, dowiodły ponadto, iż możliwe jest stosowanie tanich metod badawczych z zachowaniem jakości wykonywanych badań.
Pełne opracowanie omawianego problemu w postaci Sprawozdania, dostępne jest w Instytucie Szkła Ceramiki Materiałów Ogniotrwałych i Budowlanych w Warszawie Oddział Szkła w Krakowie.

 

 

mgr inż. Tomasz Zduniewicz

Literatura
1. PN-EN 12150-1: 2000 Szkło w budownictwie. Termicznie hartowane szkło sodowo-wapniowo-krzemianowe. Część 1. Definicje i opis.
2. PN-EN 12150-2: 2006 Szkło w budownictwie. Termicznie hartowane bezpieczne szkło sodowo-wapniowo-krzemianowe. Część 2. Ocena wyrobu z normą.
3. PN-EN 1288-3:2002 Szkło w budownictwie. Określanie wytrzymałości szkła na zginanie. Część 3. Badanie na próbkach podpartych na dwóch podporach (czteropunktowe zginanie).
4. Kitajgorodskij I. I. i Silwestrowicz S. M. (red.): Sprawocznik po proizwodstwu stiekła. Tom I, str. 120-136, GILpoS, AiSM. Moskwa 1963.
5. Pawłuszkin N. M. (red.): Stiekło. Sprawocznik, str. 20-27. Strojizdat. Moskwa 1973.
6. Stiekło w stroitielstwie, str. 19-43. Budiwelnyk. Kijew  1969.
7. Ziemba B. (red.): Technologia Szkła. Tom 1, str. 74 –80. Arkady 1987.

Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym

  • Logo - alu
  • Logo aw
  • Logo - fenzi
  • Logo - glass serwis
  • Logo - lisec
  • Logo - mc diam
  • Logo - polflam
  • Logo - saint gobain
  • Logo termo
  • Logo - swiss
  • Logo - guardian
  • Logo - forel
  • vitrintec wall solutions logo

Copyright © Świat Szkła - Wszelkie prawa zastrzeżone.