شیشه های مقاوم در برابر انفجار
شیشه های مقاوم در برابر انفجار
۱- مقدمه و اهمیت شیشههای مقاوم در برابر انفجار
در جهان امروز، خطر وقوع انفجارها، حملات تروریستی و حوادث غیرمترقبه، لزوم ایمنسازی مصالح ساختمانی را افزایش داده است. شیشههای معمولی در ساختمانها در برابر موج انفجار بسیار آسیب پذیرند و شکست آنها بیشتر از سایر اجزای سازهای رخ میدهد. بخش قابل توجهی از آسیبهای ناشی از انفجار، به علت پرتاب شدن قطعات تیز و پرانرژی شیشه است که میتواند باعث جراحتهای شدید یا حتی مرگ در فواصل دور از نقطه انفجار شود. بر همین اساس، طراحی شیشههایی با قابلیت مقاومت در مقابل انفجار اهمیت بسیاری یافته است.
۲- مکانیزم آسیب و پرتاب شیشه در زمان انفجار
هنگام وقوع انفجار، انرژی انفجاری به صورت موج فشاری بسیار سریع و با شدت بالا منتشر میشود. این موج ابتدا به پنجرهها و نماهای شیشهای برخورد میکند و اگر مقاومت کافی وجود نداشته باشد، شیشه خرد و به قطعات تیز و پرسرعت تبدیل میشود. تا ۸۵% از جراحات ناشی از انفجار، ناشی از پرتاب خرده شیشههاست. مدلهای مهندسی برای بررسی آسیب شیشه به عواملی مانند فشار شکست، سرعت و توزیع قطعات پرتاب شده و شکل و اندازه قطعات توجه ویژه دارند.
۳- فرآیند رفتار موج انفجار و انتقال نیرو به شیشه
در هنگام انفجار، انرژی زیادی آزاد و موج فشاری مافوق صوت ایجاد میشود که ابتدا فشار محیط را به شدت افزایش و سپس کاهش میدهد. این موج انفجار سه بخش اصلی دارد:
۱- جبهه شوک با فشار بسیار بالا که آغازگر انفجار است؛
۲- تکانه مثبت که ناشی از افزایش فشار بیش از حد محیط و عامل اصلی تخریب است؛
۳- تکانه منفی که با افت فشار به زیر سطح عادی، ممکن است باعث کشیده شدن اجسام به سمت محل انفجار و افزایش آسیب شود. میزان خسارت به انرژی ماده منفجره، فاصله تا انفجار و شرایط محیطی وابسته است.
هنگام برخورد موج به شیشه، بخشی از انرژی منتقل، بخشی بازتاب و بخشی باعث ایجاد ترک و شکست میشود. شبیهسازیهای دقیق و آزمایشهای عملی کمک میکند تا ترکیب بهینهای از لایههای شیشه و طلق انتخاب شود که بیشترین جذب انرژی و کمترین آسیب را رقم بزند.
۴- ساختار شیشه مقاوم در برابر انفجار
• شیشه لمینیت شده (چندلایه): متشکل از چند لایه شیشه و طلق پلیمری مانند PVB یا آیونومر (SentryGlas) میباشند. این ساختار با جذب و پراکندگی انرژی موج انفجار، از خرد شدن کامل شیشه و پرتاب قطعات جلوگیری میکند. اگر شیشه ترک بردارد یا بشکند، قطعات همچنان به طلق بین لایهها متصل مانده و نمیریزند.
• انواع شیشه مورد استفاده از لحاظ عملیات حرارتی: شیشه آنيـل شده، نیمهسکوریت و سکوریت. شیشههای سکوریت (Tempered) بالاترین استحکام و کمترین تغییر شکل دائم را دارند؛ توانایی آنها برای مقابله با موج انفجار ۲ تا ۴ برابر انواع دیگر است.
۵- نقش لایههای طلق در ایمنی
• PVB: متداولترین طلق مورد استفاده است و قطعات شکسته شیشه را کنار هم نگاه میدارد.
• آیونومر (SentryGlas): نسبت به PVB تا پنج برابر قویتر و صد برابر سختتر بوده و اجازه میدهد که سطح ایمنی ساختار شیشه با ضخامت کمتر یا پنلهای بزرگتر، حفظ شود.
۶- استانداردها و الزامات ایمنی
شیشههای مقاوم بر اساس استاندارد EN۱۳۵۴۱ چهار رده ER۱ تا ER۴ بسته به شدت انفجار طبقهبندی میشوند. آزمایشها عملکرد شیشه و قاب را تحت موج فشار مشخص ارزیابی میکند.
علاوه بر این، استاندارد ISO16933 نحوه پخش و فاصله پرتاب قطعات شیشه خرد شده را معیار ایمنی قرار میدهد؛ هرچه ذرات شیشه بعد از انفجار در محل نزدیکتری نسبت به پنجره سقوط کنند، ایمنی بالاتری دارند.
۷- پارامترهای طراحی و آزمایش
• ضخامت شیشه: برای سطوح تهدید متوسط، آرایشی مانند ۶mm+۱.۵۲mm+۶mm (مجموع ضخامت حدود ۵/۱۳ میلیمتر ) کافی است، اما برای شرایط شدیدتر از شیشههای ضخیمتر و یا متشکل از چندلایه بیشتر استفاده میشود.
• نوع و چیدمان لایهها: میتوان با افزایش تعداد یا ضخامت لایهها مقاومت بیتشری در برابر انفجار را ایجاد کرد.
• عملکرد قاب و اتصالات: باید لمینیت درون قابهای مخصوص قرار گیرد تا حفاظت کامل صورت بگیرد.
• آرایش شیشههای درج شده در جدول زیر نتایج آزمایشات شرکت Kuraray در شرایط انفجاری با موج شوک kPa ۴۱ و تکانه مثبت kPa.msec ۲۸۲ میباشد. ساختارهای پیشنهادی، تحت شرایط انفجار ذکر شده، میتوانند سطوح ایمنی متفاوتی را تامین کنند.
برای مطالعه بیشتر درباره شیشه های مقاوم در برابر انفجار می توانید به لینک زیر مراجعه نمایید.