Nic nie jest doskonałe i ta reguła dotyczy również szkła. Szczegółowa specyfikacja wad szkła budowlanego jest bardzo złożona. Część niedoskonałości ma wpływ jedynie na walory estetyczne produktów szklarskich. Rezultatem niektórych defektów jest pogorszenie parametrów technicznych deklarowanych przez producentów, takich jak izolacyjność termiczna czy akustyczna. Niestety są i takie, które stanowią poważne zagrożenie dla ludzi. Wady szkła budowlanego ujawniają się w różnorodnych okolicznościach: pod wpływem naprężeń, zmian temperatury, oddziaływania czynników atmosferycznych, czasem z pozoru bez przyczyny, jak tzw. samoistne pękanie szkła hartowanego.
Wnętrze budynku publicznego w Czelabińsku (Rosja) po eksplozji meteorytu
Nieprzewidywalne, naturalne kataklizmy, takie jak huragany czy eksplozje kosmicznych bolidów przypominają, jak kruchym materiałem są używane w budownictwie standardowe rodzaje szkła płaskiego. Jednak przyczyną większości usterek jest wyłącznie niedoskonałość założeń konstrukcyjnych, procesu produkcyjnego i montażu szyb.
Jedno z pierwszych, dokładnie zbadanych i opisanych spektakularnych uszkodzeń współczesnych przeszkleń, którego przyczyną była wadliwa konstrukcja, miało miejsce 40 lat temu w Bostonie. Architekturę słynnej błękitnej wieży – Hancock Tower – zbudowano z realnych materiałów i... iluzji, gdyż odbicia otoczenia udało się uzyskać dzięki nowatorskim szybom zespolonym z powłoką refleksyjną. Właśnie w szczelnych pakietach szklanych tkwił błąd, który doprowadził w krótkim czasie do katastrofy. Nikt nie spodziewał się, że działanie absorbującej ciepło powłoki skojarzone z bardzo sztywnym połączeniem ramka-szyba spowoduje odkształcenia zespolenia, wewnętrzne naprężenia i mikrouszkodzenia szkła wzdłuż krawędzi, które przy pierwszym silnym parciu wiatru zamienią się w rozległe pęknięcia. W krótkim czasie z budynku o wysokości bliskiej 250 m zaczęły wypadać szyby. Przez pewien okres budynek nazywano największym wysokościowcem drewnianym Ameryki, bo kolejne otwory okienne z konieczności wypełniano sklejką. Jednak mimo wszystko tę realizację należy zaliczyć do nowatorskich projektów, które przyczyniły się do rozwoju szkła budowlanego. Zachowawcza część branży bezpiecznie korzysta z osiągnięć i wniosków wynikających z działań pionierów, którzy decydując się na nowe rozwiązania ryzykują dotkliwą porażkę.
W budownictwie powszechnie występują zupełnie codzienne, rutynowe usterki i te bez trudu można dostrzec w istniejących przeszkleniach. Zawsze zaskakujące i potencjalnie groźne w skutkach jest samoistne pękanie szyb hartowanych. Przyczyną tego zjawiska są inkluzje kryształów siarczku niklu i sam proces hartowania, który powoduje powstanie niestabilnej formy tego związku. W tonie surowców do produkcji szkła mogą wystąpić jedynie śladowe ilości niklu. Aby doszło do zniszczenia szyby, musi nastąpić splot wielu niesprzyjających okoliczności. Obecna w procesie produkcji siarka musi wejść w reakcję z niklem tworząc konkretny typ siarczku. Kryształ w ściśle określonym przedziale wielkości ok. 100 do 300 μm musi znaleźć się w rozciąganej części przeszklenia. Do zniszczenia szyby zwykle dochodzi po kilku latach bezusterkowej eksploatacji. Zwiększający objętość kryształ siarczku niklu inicjuje pękanie, szyba hartowana nagle rozpada się na kawałki. Ten poważny defekt może wystąpić zarówno w szklanej kabinie natryskowej, balustradzie, jak i w szybie okiennej na wysokim piętrze wysokościowca.
Wystarczy jeden spacer w środowisku nasyconym szkłem hartowanym, laminowanym, które zachowuje pierwotną geometrię po uszkodzeniu, czyli np. dowolnym centrum handlowym i z dużym prawdopodobieństwem można będzie przyjrzeć się szybie uszkodzonej w ten charakterystyczny sposób.
Zauważalne będzie pierwotne pęknięcie w formie motylkowatego kształtu, w środku którego znajduje się niewidoczny gołym okiem kryształ i skierowaną do niego rozgałęzioną sieć spękań. Od lat 60. ub.w., kiedy poznano i zdefiniowano to zjawisko, branża szklarska podejmuje próby wyeliminowania go, jak do tej pory bezskuteczne. Ryzyko wystąpienia tego defektu niweluje HST (heat soak test). Szyba z ukrytym kryształkiem ponownie rozgrzana na kilka godzin, do temperatury 290°C pęka, a szyba bez inkluzji siarczku niklu pozostaje nieuszkodzona i może być zamontowana np. na fasadzie. Test przeprowadza się na szybach poddanych finalnym procesom obróbki, przygotowanych pod montaż ze wszystkimi otworami, co generuje dodatkowe koszty i straty. Szyby sprawdzane są partiami, pękająca wadliwa może uszkodzić sąsiednie. Skuteczność testu oceniana jest zazwyczaj na 90-95%. Pokusa aby pominąć tę dodatkową, kosztowną procedurę bywa dość silna.
Podejmowane są również próby wyeliminowania niepożądanych zanieczyszczeń, co nie jest proste bo sprawa dotyczy wielkości rzędu kilku mikrogramów na tonę surowców do produkcji szkła. W momencie, gdy wadliwa partia szyb hartowanych zostanie zamontowana w ścianie osłonowej i zaczyna ujawniać się niszczące działanie kryształów siarczku niklu, wskazanie szyb z ukrytą wadą wymaga benedyktyńskiej pracy. Nie udało się opracować nieskomplikowanej i szybkiej metody wykrywania potencjalnie groźnych zanieczyszczeń. Co więcej, wyniki badań ogłoszone przez naukowców na jednym z ważniejszych światowych spotkań branży szklarskiej Glass Performance Days w Tampere wskazują, że nie tylko siarczek niklu może doprowadzać do nagłych zniszczeń szyb hartowanych, z podobnym skutkiem mogą zadziałać drobiny krzemu.
W wielu realizacjach szkło traktowane jest jako pełnoprawny materiał konstrukcyjny. Rzeczywiście, nośność całkiem przeciętnej szyby trójwarstwowej, laminowanej wynosząca 3kN/m2, jest zupełnie wystarczająca do zamontowania tego materiału jako płyty wypełniającej podłogę na powierzchni komunikacyjnej w budynku użyteczności publicznej, czy na eksponowanym placu miejskim. Jednak w wielu realizacjach, z różnych, często trudnych do wyjaśnienia przyczyn, część szklanych elementów szyby warstwowej ulega delaminacji lub rozpada się na tysiące kawałków. Szkło laminowane z uszkodzoną jedną warstwą zachowuje wytrzymałość resztkową wystarczającą nie tylko do utrzymania ciężaru własnego i zachowania pierwotnej geometrii tafli – takie szkło zazwyczaj jeszcze długo przenosi obciążenia użytkowe. Z obserwacji kilku realizacji wynika, że uszkodzenie szklanej podłogi bywa lekceważone, bazuje się na nieznanej resztkowej nośności szyby laminowanej i obojętnie traktuje tłumy ludzi przechodzące po naruszonej szklanej tafli.
Niektóre inwestycje, zwłaszcza obejmujące szklane posadzki na terenach otwartych, zwyczajnie nie mają prawa się udać, ze względu na przyjęte rozwiązania materiałowe, czy pominięcie konieczności rutynowej wymiany zewnętrznego przeszklenia w terminarzu konserwacji. Szyba, narażona na ścieranie piaskiem, drobnymi kamieniami, po pewnym czasie staje się zupełnie matowa z powodu nagromadzenia rys.
Kolejną grupą produktów narażoną na występowanie uszkodzeń są szyby zespolone. Szyby zespolone to produkt złożony, na którego jakość ma wpływ staranność wykonania elementów składowych, ramki dystansowej, zgodność deklarowanego udziału gazu w przestrzeni międzyszybowej ze stanem faktycznym, uszczelnienia, jakość montażu w profilach i wiele innych. Dlatego szczególnie niepożądaną usterką, dotyczącą nowych i sprawnych zespoleń, jednocześnie najprostszą i zupełnie niegroźną; jednak kwalifikującą szybę do wymiany jest występowanie zabrudzeń w przestrzeni międzyszybowej. Wydawałoby się, że przy dość złożonym, kosztownym procesie produkcyjnym tego typu niedopatrzenie nie powinno występować. Jednak krople silikonu, odciski i inne drobne zanieczyszczenia znajdziemy w szybach okiennych wytwarzanych nawet przez renomowane firmy. Przyczyna tej usterki jest łatwa do określenia i nie można przypisać jej użytkownikowi szyby, jest nią wadliwa kontrola jakości, zwykle nieuwaga pracownika wykonującego zespolenie. Jednak nie za wszystkie wady produkcyjne można obwiniać pracowników. Część defektów potencjalnie zagrażająca trwałości przeszklenia jest niewidoczna gołym okiem. Niewielkie rysy mogą zadziałać w dowolnym momencie niszcząco na szybę. Wielu producentów inwestuje w nowoczesne formy kontroli jakości – skanery, które wydajnie kontrolują szyby i w przejrzysty sposób sygnalizują defekty o krytycznej wielkości. Mimo wszystko wadliwe partie materiału występują i są montowane w budynkach.
Wyprodukowanie szyby zespolonej z materiału uszkodzonego na krawędziach, asymetrycznej, po pewnym czasie skutkować będzie pękaniem. Uszkodzenie przyjmuje charakterystyczną formę łuku. Wyjątkowo narażone na tego typu uszkodzenia są szyby zespolone imitujące historyczne przeszklenia przemysłowe, w których tafla podzielona jest na niewielkie pola za pomocą szprosów naklejanych. Sztywna siatka metalowych szprosów o niezharmonizowanej z szybą rozszerzalności termicznej po pewnym czasie niszczy szkło.
Pozostawiając pęknięte szyby zespolone w budynku obniżamy drastycznie izolacyjność termiczną jego powłoki. W efekcie w budynku nie ma już okien o współczynniku przenikania ciepła równym np. 1,1 W/m2K dla powierzchni przeszklonej. W szybie zespolonej już dawno nie ma deklarowanej ilości argonu, jest zwykłe powietrze z typową zawartością gazów szlachetnych.
Katalog defektów szyb ogniochronnych warstwowych jest również rozległy. Złożone pakiety składają się z kilku szyb oddzielonych warstwami żelu. Zadaniem żelu jest efektywne pochłanianie energii cieplnej. Proces ten zaczyna się w wysokiej temperaturze, żel zaczyna pienić się i pęcznieć. Żele, którymi wypełniano szyby ogniochronne 20 lat temu zdążyły ujawnić swoją niestabilność. Czy rzeczywiście już udało się opracować ich trwałą formułę i szczegóły technologiczne związane z uszczelnianiem pakietów można będzie stwierdzić bez cienia wątpliwości dopiero po równie długim czasie. Nagrzewanie, promieniowanie UV inicjują niepożądaną aktywację przekładek żelowych. W żelach występują drzewiaste rozgałęzienia i pęcherze, ich pojawienie się jest sygnałem do wymiany przegrody.
W miejscu gdzie nakładają się na siebie malownicze kształty w kolejnych warstwach, żelu zwyczajnie nie ma, czyli nie występuje w tym fragmencie przeszkoda, która mogłaby opóźnić w czasie działanie ognia. Takie szkło nie będzie stanowiło wymaganej bariery dla rozprzestrzeniającego się pożaru. Podobnie jak szkło, w którym żel zdążył się już w pewnym stopniu uaktywnić i zamanifestował ten fakt zmętnieniem. Tego typu szyby zapewne posiadają jeszcze szczątkową odporność ogniową. Ale jaką, ile czasu stanowić będą ochronę, to można sprawdzić jedynie eksperymentalnie. Jednak nikt nie powinien pozwalać na przeprowadzanie takich eksperymentów w trakcie rzeczywistego pożaru. Niestety mętne, irytujące dla użytkowników szyby ogniochronne wymieniane są na najzwyklejsze przeszklenia jednoszybowe.
To działanie wbrew kardynalnej regule ochrony przeciwpożarowej, która powinna być bezwzględnie stosowana w rozległych budynkach, czyli obowiązkowi podziału budynków na strefy pożarowe. Jest to najprostszy i jednocześnie bardzo skuteczny sposób ograniczenia rozprzestrzeniania się ognia i zapewnienia bezpieczeństwa ewakuacji ze stref nieogarniętych pożarem. Wymiana zużytego przeszklenia sklasyfikowanego pod względem izolacyjności i szczelności ogniowej na zwykłą szybę to poważny błąd, jego skutki mogą być katastrofalne.
Należy podkreślić, że coraz trudniej jest zaobserwować niedoskonałości powierzchni szklanych tafli. Rynek szkła budowlanego od dość dawna zdominowany jest przez szyby float, które charakteryzuje gładka, zunifikowana forma, pozbawiona widocznych wtrąceń, pęcherzyków powietrza i nierówności. Te drobne defekty tkwią w szybach float głębiej, w skali mikroskopowej, do ich wykrycia mogą służyć nowoczesne, laserowe metody obrazowania. Czasem warto zatrzymać się przy budynku zabytkowym i sprawdzić, czy nie zachowały się w nim oryginalne przeszklenia. Różnica między doskonałą jednolitą strukturą współczesnych szyb a żywą niejednorodną strukturą szyb produkowanych dawniej jest olbrzymia. Wyjątkowo interesująco prezentuje się szkło dmuchane. Kontrola jakości takiej szyby wykazałaby przebarwienia, różnice grubości, inkluzje, nierówne krawędzie i olbrzymią zawartość bąbelków powietrza. Jednak w przypadku niektórych zastosowań architektonicznych, należy wybierać repliki lub współczesne imitacje oryginalnych, właśnie tych niedoskonałych i jednocześnie pięknych przeszkleń. Renowacje bardzo rzadko wykonywane są z dbałością o szczegóły związane z przeszkleniami. Montowanie szyb float w standardowych zespoleniach w cennych zabytkach bardzo silnie zaburza oryginalną formę historycznej architektury. Wyjaśnienie powszechnej niestaranności w zakresie doboru materiałów do renowacji przeszkleń historycznych jest proste: tradycyjne materiały i konstrukcje są produkowane wyłącznie na zamówienie, trudnodostępne i drogie.
Wyjaśnienie przyczyny powstawania usterek w przeszkleniach jest zazwyczaj dość trudne i wymaga ekspertyzy. Zbyt często przypisuje się uszkodzenia szklanych konstrukcji nieuchwytnym wandalom, których działania trudno potwierdzić na zapisach monitoringu powszechnie stosowanego w przestrzeniach publicznych i wewnątrz budynków. Wbrew obiegowej opinii, niszczenie szyb z premedytacją nie jest główną przyczyną uszkodzeń szkła w eksploatowanych budynkach. Zamierzone czy przypadkowe uszkodzenia powstające w wyniku uderzenia z charakterystycznym układem pęknięć widuje się znacznie rzadziej niż inne. Coś, co nieodmiennie dziwi w przypadku usterek szyb, to opieszałość administratorów i właścicieli budynków w ich usuwaniu. Dlatego wiele różnorodnych przykładów uszkodzeń szkła można obserwować całymi miesiącami a nawet latami, również w bardzo prestiżowych lokalizacjach, gdzie koszty wymiany przeszklenia z całą pewnością nie są barierą nie do pokonania. Od kilku lat na zielonogórskim rynku odbywa się coś w rodzaju spektaklu usterek związanego z funkcjonowaniem osobliwego przeszklenia płyty placu, które prawie nigdy nie może być użytkowane w całości z powodu uszkodzeń szklanych elementów lub niesprzyjającej aury. Jednak należy docenić trud i upór władz miasta w prowizorycznym zabezpieczaniu przeszklenia.
W tym miejscu muszę uspokoić wszystkich Zielonogórzan. Los nie potraktował ich w żaden wyjątkowy sposób, gdyż usterki szyb ujawniają się wszędzie. W Toronto rozsypują się szklane balustrady eleganckich apartamentowców, w Londynie rozpadają się przeszklenia nowoczesnych biurowców, nie wytrzymują próby czasu szklane fasady dwupowłokowe zarówno w Berlinie, jak i w Warszawie. W wielu przypadkach jedynie brak szyby i wyjątkowo groźne sytuacje są w stanie zmusić do prawidłowej i szybkiej reakcji osoby odpowiedzialne za stan techniczny budynków.
Mimo wszystko należy podkreślić, że szkło jest bezkonkurencyjnym materiałem budowlanym o niezrównanych właściwościach. Mamy wszelkie narzędzia i możliwości aby zniwelować ryzyko wystąpienia groźnych wad ukrytych, które biorąc pod uwagę ogólną powierzchnię przeszkleń, należy zaliczyć do zjawisk incydentalnych. Jeśli wszystko zawiedzie i wystąpi awaria, to pojedynczą szybę, sprawna ekipa montażystów wymienia bardzo szybko, jednak wcześniej ktoś tę ekipę musi wezwać.
mgr inż. arch. Sylwia Melon-Szypulska
Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym
Inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne
Więcej informacj: Świat Szkła 07-08/2013
