Пуленепробиваемость

Баллистическая защита? Обязательно!

КАК НА ВОЙНЕ

Эффективная стеновая конструкция способная противостоять баллистическим воздействиям, таким как стрелковое оружие или осколочное оружие, была целью с момента изобретения оружия. Но выбирая конструкцию для строительства частного дома, об уязвимости стен перед баллистическими ударами и нагрузками взрывных волн думают единицы. И зря — 2022 год показал, что ни одна территория не может быть свободной от войны или террористических атак. Увы, мир вступил в эпоху нестабильности и тревожные сигналы в каждом новостном выпуске.

Гражданские объекты строят на десятилетия. Не меньше военных они должны быть устойчивы к экстремальным нагрузкам от взрывов, пуль, снарядов или осколков, а люди внутри зданий должны оставаться максимально невредимыми. Должны. Но многие знания — многие печали [ 1 ], обращаясь к популярным сегодня стеновым материалам, мы обнаруживаем что керамические, газо- и пенобетонные блоки, панели SIP из OSB, «каркасный дом» ЛСТК-панели и др., автомат Калашникова шьёт насквозь.

«Мой дом — моя крепость» — максимальную степень защиты могут дать только каменные стены. «Нет камня — нет строительства. Нет строительства — нет дворца. Нет дворца — нет дворца» [ 2 ]. Но кирпичная кладка считается критической из-за риска гибели людей — исследования поведения несущих кирпичных стен показывают уязвимость при взрывных нагрузках. Что же является решением?

ЗАЙТИ ЗА МОНОЛИТ

На помощь приходит искусственный, «восстановленный» камень — отлитый бетон. «Зайти за монолит» по выражению военных, означает надёжно укрыться в строении из бетона. Благодаря сочетанию прочности, функциональности и низкой стоимости, бетон является наиболее широко используемым материалом в мире [ 3 ]. Сегодня это самый широкоиспользуемый материал для строительства противоударных оборонных объектов (ДОТ, бункер, каземат, бомбоубежище и др.) и ответственных сооружений (посольство, правительственный объект, атомная электростанция, мост, плотина и др.).

Железобетон имеет высокую прочность на сжатие, он долговечен и имеет низкие затраты на техническое обслуживание. Если бетон достаточно толстый и надлежащим образом армирован стальными арматурными стержнями, обычно он способен предотвратить перфорацию и катастрофическое разрушение конструкции в результате удара снаряда. Но увеличение толщины бетона резко увеличивает себестоимость строительства, и это первая проблема — для малоэтажки стена в полметра бетона нонсенс.

Вторая заключается в том, что бетон имеет слабость в сопротивлении растягивающим напряжениям, что проявляется в виде фрагментации, сколах и коробления поверхностей. Во время удара образовавшиеся фрагменты могут перемещаться с высокой скоростью и представлять угрозу для безопасности людей, находящихся внутри и вблизи конструкции. Значительно улучшить характеристики защитных ж/б конструкций может повышение прочности на растяжение и пластичности.

«Согласно существующим формулам пробития, предназначенные для защиты от баллистических ударов снарядов конструкционные элементы которые выполнены из высокопрочного бетона (High Strength Concrete, HSC), имеют более высокие характеристики. Но с ростом прочности бетона, из-за его относительно высокой хрупкости, увеличиваются отколы на задней поверхности конструкции. Поэтому важно повысить ударную вязкость элементов HSC. Одним из решений является армирование проволочной сеткой и волокнами» [ 4 ].

Исследования показывают, что использование стального армирующего стержня не обеспечивает защиты бетона от ударов, в отличие от армированных волокон [ 5 ] или покрытий [ 6 ] с целью увеличения поглощения энергии. Решающую роль в сдерживании фрагментации материала играет металлическая сетка [ 7 ].

Ж/Б ПАНЕЛЬ SCIP

Строить железобетонные здания с высокой степенью защиты по цене обычных монолитных и сократить количество сколов можно, если у вас сэндвич-панель SCIP. Панель имеет уникальную 2-х слойную конструкцию из бетона, где каждый слой бетона имеет не периодическое, а сплошное армирование стальной сеткой.

В SCIP стальные соединители образуют треугольные узлы, получается очень жесткий пространственный каркас в котором слои бетона работают композитно. Его механика сопротивления состоит из перераспределения внешних сил, которые передаются в осевом направлении через проволочные соединители, подвергая их либо растяжению, либо сжатию. Что касается слоя полистирола, то он практически не влияет на прочностные характеристики, поскольку имеет пренебрежимо малые механические свойста — прочность на сжатие полистирола составляет 0,1 МПа, что примерно в 150 раз меньше чем у железобетона (15 МПа). Например, см. видео теста в тире пенополистирола, который провел Barone Lab (Бразилия).

Отличные механические характеристики панели SCIP подтверждены испытаниями нагрузками различного типа, проведенными ведущими исследовательскии технологическиими центрами мира, включая испытания на сейсмостойкость — это устойчивый к землетрясениям и ураганам строительный материал, от крыши до фундамента.

А ещё в панели используется бетон с улучшенными механическими свойствами, такими как более высокая прочность на сжатие, прочность на растяжение, энергия разрушения и пластичность — B20-35 и выше (при необходимости).

Более прочный торкретбетон позволяет уйти от массивных стен, что делает конструкцию более лёгкой. Во-первых, этим снижается мёртвая нагрузка при значительном сокращении сейсмических масс, а во-вторых, фундамент и конструкция здания становится более экономичной. Экономичности добавляет и то, что традиционная опалубка не нужна, при нанесении бетона панели служат несъемной опалубкой. Со слоями бетона по 35-50 мм на сторону, панель SCIP сегодня самый прочный сэндвич из экономичных на рынке.

ЧТО В СТАТЬЕ

Конструкции зданий в районах военных действий подвержены воздействию взрывной волны и воздействию различных боеприпасов: пуль, гранат, взрывчатых веществ и снарядов как в результате прямой наводки, так и в виде осколков. Строительные конструкции могут повреждаться, приводя к частичной потере целостности объекта, или полностью теряя целостность. Степень повреждения зависит от множества факторов относящихся к снаряду, включая его массу, геометрию, скорость удара, траекторию и свойства материала. Но ряд контролируемых факторов также относится и к характеристикам самой бетонной конструкции.

В статье мы знакомим вас с экспериментальными исследованиями поведения стен из SCIP при баллистических ударных нагрузках: воздействию наиболее часто используемых видов высокоскоростных малых пуль огнестрельного оружия и крупнокалиберных, осколков взрывной волны снаряда, мины или гранаты. На фактических данных вы убедитесь, что SCIP — это прочный, устойчивый к стрельбе строительный материал, который намного лучше защищает людей от высокоскоростных ударов малых снарядов при ограблении, вооруженном нападении, включая со стороны снайперов.

Стандарт пуленепробиваемости строительных компонентов США UL 752 определяет 10 уровней атаки, начиная от пистолета калибра 9 мм и заканчивая винтовкой калибра 0,50. Этот стандарт определяет тип снаряда, начальную скорость пули и количество выстрелов, которое должен получить каждый образец стены. Некоторые органы власти США дополнительно используют стандарт Национального института юстиции США NIJ 0108.01: Пуленепробиваемые защитные материалы.

Об устойчивости конструкций SCIP к высоким динамическим ударным нагрузкам, жесткому и мягкому удару мы говорим здесь.

Баллистический тест в Чили (2015)

В 2015 году компания Paneles Estructurales Covintec Chile ltda (Чили), купившая одну из самых первых франшиз SCIP — Covintec (США, 1977), озаботилась получением национального сертификата баллистической стойкости по Стандарту NIJ 0108.01 «Баллистически стойкие защитные материалы, уровень II.». Испытания проводились Армейским научно-исследовательским институтом (г. Сантьяго) следующими боеприпасами:

• 9x19 мм FMJ (в цельнометаллической оболочке) 8 грамм, 358 м/с
• 357 Magnum JSP 10,2 грамм, 425 м/с

Исследовали пулепробиваемость двух образцов панели: 305x305x130 мм и 305x305x132 мм. Сердечник из пенополистирола плотностью 10 кг/м³, Сварная сетка из оцинкованной проволоки №14 = 2,03 мм. Дозировка раствора: 1 ведро цемента, 3 ведра песка, 1/4 часть гидравлической извести, 600 г полипропиленового волокна.

Согласно результатов полученных в ходе испытаний и проведенных проверок, заместителем нач. отд. вооружения и боеприпасов и заведующим лабораторией баллистической стойкости было сделано следующее заключение: При послестрелковом осмотре, испытанном с патронами 9x19 мм FMJ и 357 Magnum SJP, было замечено, что в результате стрельбы перфорации материала сердечника не было, следовательно, панель СООТВЕТСТВУЕТ требованиям устанавленным для тестируемого уровня угрозы применяемого стандарта. Фотографии IDIC.DSA.SAM №J. 53002/2015 ниже, полностью исследование здесь.

Баллистический тест ж/б сэндвич-панели SCIP Covintec (Чили) боеприпасом 9x19 мм и 357 Magnum. Открыть изображение в новом окне

Тест баллистической и взрывной нагрузки в Италии

Испытания проводились на одинарной SCIP-панели Emmedue (Италия), сердечником которой является один лист полистирола толщиной 8 см плотностью 18 кг/м³. Панель имеет двойную сетку из стальной проволоки и слой конструкционного бетона толщиной 3,50 см с обеих сторон. Общая толщина панели 15 см.

• Тест 1: Пистолет Phyton 357 Magnum, пули с цельнометаллическими оболочками.
• Тест 2: Пистолет Beretta 9/12, пули с цельнометаллическими оболочками.
• Тест 3: Автомат 44 Magnum «Desert Eagle».
• Тест 4: Помповое ружье Space «Franchi». Оригинальные одиночные пули 12 мм Бреннеке.

В официальном буклете Emmedue S.r.l. говорится, что в результате тестов пули из ручного короткоствольного огнестрельного оружия ни в одном случае не пробивали SCIP-панели, какой бы толщиной они не были (слой бетона и утеплителя может варьироваться), даже таких калибров, как 357 Magnum или 45 Auto. То же самое и со снарядами Brenneke калибра 12 (оружие: Franchi SPAS). Дальность стрельбы = 5,50 м.

Исследование А. Павлович и др. (2017, 2018)

ИССЛЕДОВАНИЕ ПАВЛОВИЧ (2017)

А. Павлович и К. Фрагасса из Болонского университета (Италия) и А. Диск из Университета Крагуеваца (Сербия) в 2017 году провели сравнение экспериментальных и расчетных результатов воздействия стрелкового оружия на железобетон SCIP Emmedue (Италия) для различных значений EPSF [ 8 ].

EPSF равный 2, привёл к совпадению расчётных и полевых результатов, что согласуется с другими работами — пуля пистолета Люгера-Парабеллум массой 8,0 г калибра 9 мм со скоростью удара 358 м/с, блокируется менее чем за 0,3 мс и 22 мм. Это означает, что вся начальная кинетическая энергия снаряда, равная 512 Дж, либо трансформируется в деформацию самого снаряда, либо поглощается бетонной SCIP-панелью.

Кстати, чтобы иметь представление о кинетической энергии необходимой для пробоя стен из двойного армированного бетона (Double-reinforced concrete, DRC), в 2016 году Исследовательской лаборатории армии США было проведено параметрическое численное исследование его баллистической перфорации. В этом крупномасштабном высокоточном 3D-численном моделировании с использованием кода Эйлера по физике ударов с учетом как эрозионного проникновения, так и проникновения твердого тела, исследовались прямоугольные стальные стержни массой 500–2000 г с отношением длины к диаметру (L/D) 1–10, ударяющиеся со скоростями от 500 до 1500 м/с [ 9 ].

А. Павлович и коллектив (2017) отметили, что их экспериментальные и смоделированные результаты хорошо согласуются с точки зрения глубины проникновения: измеренная глубина 20 мм хорошо сравнивается с смоделированной глубиной 22,6 мм. Также можно наблюдать несколько других сходств, в том числе форму и размеры ударного кратера со средним измеренным радиусом 15 мм, сравнивая с смоделированным радиусом 16 мм [ 8 ]. Те же симуляции и сравнения были повторены для другого огнестрельного оружия, использованного в баллистических испытаниях Карима С. Нумайр и др. (2017), включая 762 Рифлекс и 0,357 «Магнум» [ 10 ].

ИССЛЕДОВАНИЕ ПАВЛОВИЧ (2018)

В 2018 А. Павлович и К. Фрагасса продолжили изучение удара снаряда [ 11 ] о преграды из железобетона SCIP с помощью явного моделирования методом конечных элементов (Finite Element Method, FEM). Они сделали FEM-анализ всего диапазона классов снарядов, определенных в баллистических стандартах, а затем сравнили результаты с экспериментами. Обратите внимание, как описывают SCIP-панель исследователи:

«Исследование основано на конкретном типе бетонных строительных панелей, которые также используются для строительства военных сооружений. Концепция системы заключается в промышленном производстве панелей за пределами площадки, которые затем устанавливаются на месте заливки дополнительным бетоном. Базовые элементы, составляющие несущую конструкцию, включают в себя лист пенополистирола, плотность и толщина которого зависят от типа панели, и протянутую оцинкованную сварную стальную сетку, закрепленную с обеих сторон панели из полистирола и соединенную стальные соединители. Диаметр армирующей проволоки может быть изменен в зависимости от типа панели и направления сетки.».

Как известно, SCIP-панель состоит из 2-х бетонных и 1 слоя пенополистирола. Вот что думают промышленные инженеры Университет Болоньи о такой конструкции:

«Хотя окончательная прочность стенки сильно зависит от толщины обоих слоев, такая конфигурация представляет собой особенно подходящее решение для получения хорошей стойкости к баллистическим ударам. В исследовании рассматривается, в частности, панель толщиной 180 мм, состоящая из 2-х бетонных панелей толщиной 50 мм, разделенных листом пенополистирола толщиной 80 мм. Бетон с пределом прочности при сжатии fc = 15-35 МПа».

В исследовании они опирались на Европейский стандарт EN 1522 по требованиям и классификации защиты от снарядов, обеспечиваемой окнами, дверями, ставнями и жалюзи, и EN 1523 по методам испытаний. В частности, EN 1522/1523 включает в качестве классов снарядов:

• 22 Long Rifle (LR), свинцовая пуля (LB), литая с закругленным концом (RN), весом 2,6 г, выпущенная из пистолета со скоростью 360 м/с (класс FB1).
• 9 mm Luger, полностью стальная оболочка (FSJ) вокруг свинцового мягкого сердечника (SC) с круглым носом, массой 8 г, стрелял из пистолета со скоростью 400 м/с, (Класс FB2).
• 357 Magnum, полностью стальная оболочка, вокруг конической пули (CB) с мягким сердечником, весом 8 г, выпущенной из пистолета со скоростью 430 м/с (класс FB3).
• 44 Magnum, цельномедная (FCJ), с мягким сердечником и плоским носиком (FN), массой 10,2 г, выстрелил из пистолета со скоростью 440 м/с (класс FB4).
• 5,56×45 Nato, сердечник из стали SS109, вес 6 г, стрелял из пистолета/винтовки на скорости 950 м/с (класс FB5).
• 7,62×51 М80, цельнометаллическая оболочка вокруг мягкого сердечника, вес 10 г, выстрелил из неавтоматического/автоматического пистолета/винтовки со скоростью 830 м/с (Класс ФБ6).
• 7,62×51, аналогичный предыдущему, но с жестким сердечником, вес 9,8 г, скорость стрельбы 820 м/с (Класс FB7).
• 12-го калибра, сплошная свинцовая пуля Бреннеке, вес 32 г, выпущенная из неавтоматического/автоматического ружья/винтовки со скоростью 420 м/с (класс FSG).

Исследователи описывают, что «этот тип модульной конструкции из железобетона, является особенно крепким и прочным, поскольку он получается путём соединения двух армированных панелей» и приводят некоторые из результатов исследования:

• Большая часть кинетической энергии поглощалась бетонной панелью, а часть трансформировалась в деформацию снарядов. Поглощение кинетической энергии происходило в разные моменты времени для разных снарядов из-за их разных масс и скоростей.
• Снаряды 22LR, .44 Magnum, .357 Magnum, 9 мм, 7,62 мм и 5,56 мм были захвачены стенкой соответственно через 0,1 мс, 0,8 мс, 0,1 мс, 0,1 мс, 1,4 мс и 0,8 мс.
• Диаграммы проникновения также показывают эффект отскока, особенно заметный в случае 7,62 мм, из-за смещения в стене. Постепенная релаксация упругой составляющей деформаций действует отталкивая снаряд.

Тест баллистический и взрывной нагрузки в Эквадоре (2010)

Группа Вооруженного Вмешательства и Спасения (GIR) Эквадора в 2010 году провела баллистический и антивзрывной тест в тире образцов стеновых панелей итальянской франшизы Emmedue SCIP Hormi2 (Эквадор). Все этапы испытаний тщательно документировались на фото/видео.

Испытания проводили как на одинарной панели (single panel) с толщиной утеплителя 80 мм (на видео это зона попадания 1-4) и 40 мм (зона попадания 5-8), так и панели с двойным утеплителем (duo panel), которая имеет вид «бетон-утеплитель-бетон-утеплитель-бетон» (зона попадания 9 и 10). Все панели имеют усиленное армирование — двойная сетка диаметром 2,5 мм на каждой стороне сердечника.

Все испытываемые панели Hormi2 имели:

• усиленное армирование: двойная сетка диаметром 2,5 мм на каждой стороне от сердечника пенополистирол.
• по 35 мм наружный и внутренний слой бетона.
• бетон прочностью на сжатие 80 кг/см2 (7,8 МПа): смесь цемента, песка, латекса, микроволокон и добавок Enlumax Intaco.
• комплексную гидроизоляцию для бетона Tespecon.

Результаты на видео, они характеризуются как хорошие, или очень хорошие. Баллистический и тест взрывной нагрузки ж/б сэндвич-панели включал:

• Баллистика: Калибр 9 мм / 5,5 мм.
• Взрывоустойчивость: Подствольная граната / ТНТ / С4.

«Среди различных проведенных испытаний компания Emmedue (Италия) провела серию испытаний на взрывостойкость различных типов панелей Emmedue, выполненных из различных видов высокопрочного бетона. Панели отлично выдержали различные испытания и показали устойчивость к взрыву 29,5 т/м²» — говорится в описании этого ролика на официальном YouTube компании. Ниже баллистические тесты Emmedue.

Исследование Карим С. Нумайр и др. (2012)

Карим С. Нумайр и др. из Иорданского университета науки и технологий (Иордания), провели экспериментальные исследования поведения наружных стен SCIP при воздействии высокоскоростных снарядов или пуль огнестрельного оружия различного калибра [ 10 ]. Использовались 4 типа огнестрельного оружия: 9 мм, пулемет Magnum 0,357, пулемет M16 и пулемет Калашникова калибра 7,62 мм.

Размер сколов и глубина проникновения выпущенных пуль задокументировали и обсуждили. Выяснилось, что ни одна из выпущенных пуль не пробила два железобетонных слоя внешней стены. Авторы пришли к выводу, что наружные SCIP-стены обеспечивают высокий уровень защиты от боеприпасов, выпущенных из широко используемого огнестрельного оружия.

Используемую для теста в этом эксперименте SCIP-стена имела следующую конфигурацию: два железобетонных слоя толщиной 50 мм с шагом 100 мм сердечника из полистирола. Две стальные сетки в обоих железобетонных слоях — стальные проволоки Ø3 мм с пределом прочности на растяжение f = 500 МПа, с шагом 50 мм x 50 мм в обоих направлениях. Проволока фермы (Truss Wire Which Connects) соединяющая две сетки, представляет собой нержавеющую сталь Ø3,8 мм и имеет такую же прочность, как стальные сетки. Он имеет угол наклона около 73°. В 1 м² стены расположены 100 проволок фермы. Прочность бетона на сжатие составляет около 15 МПа.

Расстояние 25 м выбрано в соответствии с аналогичным тестом, проведённым судебно-медицинской лабораторией Королевской канадской конной полиции. Из каждого из 4-х огнестрельных орудий упомянутых выше, было произведено по 3 выстрела.

В аналогичном тесте на стойкость к огнестрельному оружию для наружных стен, проводимым Исследовательским центром королевской канадской полиции, испытанные стены были дважды обстреляны из винтовки каждого выбранного калибра. В их испытании использовалась L-образная стенка, так что одно плечо L-образной формы было перпендикулярно траектории пули при первом выстреле, а затем повернуто на 45° при втором выстреле [ 12 ]. Это потому, что некоторые пуль были способны пробить оба слоя некоторых стен. В нашем случае ни одна из выпущенных пуль не обладала достаточной кинетической энергией, чтобы достичь второго железобетонного слоя стены. Поэтому испытание было перенесено только для перпендикулярной ориентации, прямого выстрела.

Первичные входные отверстия испытуемых снарядов были круглыми и превышали диаметр пули прямого выстрела. Эти отверстия также имели круглую или эллиптическую форму, причем их ширина немного превышала высоту. Такой размер и форма, вероятно, были обусловлены характеристикой разрушения бетонного слоя и углом снаряда в вертикальной плоскости. Две пули из 9-мм ствола отскочили не застряв в бетоне, а третья пробила 20 мм и дала осколки диаметром около 30 мм.

Две отскочившие пули нанесли повреждения в виде сколов диаметром от 45 до 60 мм и максимальной глубиной около 15 мм. Пистолет 0,357 «Магнум» давал мелкие сколы диаметрами 80 мм, 72,5 мм и 67,5 мм, а пробития в наружном ж/б слое 22,5 мм, 25 мм и 30 мм. Пули пулемета М16 образовывали сколы вне поверхности слоя бетона диаметром около 70 мм, 50 мм и 35 мм с максимальной глубиной проникновения 50 мм, 45 мм и 40 мм.

Результаты стрельбы по образцам ж/б сэндвич-панелей SCIP учёных из Иорданского университета науки и технологий, факультета гражданского строительства (Иордания, 2012). Полного пробития нет нигде с расстояния 25 метров. Открыть изображение в новом окне

Ни один из 3-х размеров боеприпасов не смог полностью проникнуть в первый слой бетона толщиной 50 мм. Однако пули 7,62-мм пулемета Калашникова полностью пробили первый слой, но никогда не достигали 2-го слоя с общим пробитием 130 мм, 130 мм и 115 мм. Пули ушли в полистирол. Сколы от этой автоматической винтовки составили 45 мм, 57,5 мм и 35 мм. В заключение следует отметить, что ни один из испытанных снарядов не нанес серьезных повреждений стене и ни один из них не пробивал стену полностью. Таким образом, SCIP-стену можно рассматривать как стойкую к огнестрельному оружию наружную стену с высоким запасом прочности по сравнению с некоторыми каменными стенами.

ПОДОБНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

Об успешном испытании такой же конфигурации SCIP-панели сообщается в литературе: прочность бетона тоже 15 МПа, слои бетона толщиной 50 мм, полистирол 100 мм, стальная сетка 50 мм x 50 мм в обоих направлениях с проволокой Ø3 мм и пределом прочности при растяжении f = 500 МПа.

Стреляли так же с дистанции 25 метров тремя классами огнестрельного оружия: полуавтоматическим пистолетом, пистолетом и винтовкой. Все пули имели цельнометаллическую оболочку, их калибр отличался: 9 мм Luger, 0,357 Magnum и 7,62 Rex. Результаты схожи с тестом Карима С. Нумайра.

Баллистический тест в Австрии

Gras провёл баллистические испытания SCIP 3D-панелей EVG (Австрия). Испытания проводились при следующих условиях:

Тип оружия: военная винтовка. Боеприпасы: 7,62 мм NATO калибр/ патрон. Дистанция стрельбы: 100 м и 150 м.

Испытываемая панель имела следующие характеристики (тип панели):

• 100 мм утеплитель пенополистирол (EPS).
• 45-50 мм наружный слой бетона.
• 35-45 мм внутренний слой бетона.
• прочность бетона на сжатие 25-30 Н/мм².
• металлическая сетка ячейкой 50 х 50 мм; диаметр проволоки 3 мм.
• зигзагообразные проволока диаметром 3,8 мм.

Во всех огневых испытаниях пули пробивали только внешний слой бетона. Сердечник из пенополистирола был повреждён частицами отколовшегося бетона. Внутренний бетонный слой оставался неповрежденным во всех испытаниях, энергия удара пули была полностью поглощена внешним бетонным слоем. См. фото.

Оригинальный отчёт баллистического теста панели 3D EVG Panel (Австрия). Открыть изображение в новом окне

Баллистический тест в Турции (2012)

Запатентованная, произведенная компанией Zenon Panel Construction Technologies строительная панель SCIP Zenon, согласно заявления компании, используется в тысячах проектов во многих регионах Турции, а также в 11 странах.

Перед вами результаты баллистических испытаний пуленепробиваемости сэндвич-панелей SCIP Zenon Panel (Турция), которые были проведены подразделением специального назначения и жандармерии Турции в апреле 2012 г. Все 3 образца панелей имели пенополистирольный теплоизолятор толщиной 100 мм:

• Панель 1: Цемент дозировкой 350 кг/м³, класс по прочности при сжатии на 28-е сутки Р42,5 МПа, толщина бетонного слоя на край 3 см.
• Панель 2: Цемент дозировкой 350 кг/м³, класс по прочности при сжатии на 28-е сутки Р32,5 МПа, толщина бетонного слоя на край 3,5 см.
• Панель 3: Цемент дозировкой 350 кг/м³, класс по прочности при сжатии на 28-е сутки Р42,5 МПа, толщина бетонного слоя на край 3,5 см.

Стена Zenon Panel не пропускает ни одной пули благодаря двум высокопрочным слоям бетона. Стреляли боеприпасом:

• 9 мм.
• 5,56 х 45 мм — малоимпульсный промежуточный патрон принятый на вооружение странами НАТО в 1980-х гг. SS109 NATO с 50 и 100 метров.
• 7,62 х 39 мм с 50 и 100 метров.

Затем проверили на пулепробитие эти панели с помощью автоматов Калашникова, М5, М16 Rifle (NATO), STEIR, Zigzauer-Kanas с расстояния 25-100 метров. Все длинноствольные винтовки были испытаны на наиболее эффективных дистанциях и углах. Были получены успешные результаты, см. таблицу ниже.

Результаты стрельбы по образцам ж/б сэндвич-панелей SCIP Zenon (Турция) из автоматического стрелкового оружия с расстояния 25-100 м. Открыть изображение в новом окне

Баллистические испытания в Греции (2019)

SCIP Ecobest (Греция) сообщает, что панель успешно прошла баллистические испытания в соответствии со стандартами Федерального агентства по чрезвычайным ситуациям США FEMA P-320 и P-361 Национального руководства по убежищам от штормов (NSSA).

Баллистический тест Габриеля Оливейра (2022)

Практически такую же конфигурацию SCIP-панели тестировал неутомимый блогер-евангелист SCIP из Бразилии, инженер-строитель Gabriel Oliveira.

В апреле 2022 он взял образец ж/б сэндвич-панели SCIP и отправился в стрелковый тир где пострелял по ней из нескольких разных калибров и оружия, от 22 до 5,56 мм. Благодаря его 22 минутному видео мы можем на практике убедится, насколько высокой баллистической защитой обладает стена SCIP. Его комментарии на португальском языке. О прочности бетона в испытуемых образцах панели Оливейра не сообщает.

Баллистический тест в Бразилии (2020, 2021)

ТЕСТ SCIP MONOLITUS (2020)

Популярная в Бразилии SCIP Monolitus в 2020 году провела тест своей панели E42-90. Эта модель имеет 90 мм сердечник из пенополистирола высокой плотности и 4,2-миллиметровую стальную арматуру Ca60, покрытую 30 мм микробетоном с каждой стороны. Образец размером 38 х 40 см.

Баллистический тест проводили профессионалы в аккредитованном тире с дистанции 12 метров. Сделали по 4 выстрела калибрами: .380; 9 мм и 38 со специальными боеприпасами. Ни одна пуля не прошила панель насквозь, даже при пробитии первого слоя микробетона на глубину более 5 мм. 100% пуленепробиваемость. Согласно информации компании, панели Monolitus будут использоваться в перегородках для парирования баллистических снарядов в стенды для пулевой стрельбы. Видео здесь.

ТЕСТ SCIP MONOLITUS (2021)

SCIP Monolitus продолжили испытания на пулепробиваемость своей панели E42-90, с той лишь разницей, что в состав бетона вошла добавка Kalfix M07, эта сильно щелочная добавка (pH 13-14) защищает стальные сетки и соединители. Использовались калибры 9 мм, .40, 5,56 и 357. Видео с испытаний ниже, они проводились в Clube de Tiro Guns de Maringá. Отличные результаты!

Баллистический тест в Тайланде (2013)

В Тайланде панели SCIP LiteCast используются для крупнопанельного строительства, т. е. бетон наносится в цеховых условиях, а затем транспортируется на стройплощадку. Чтобы показать устойчивость панелей к огнестрельному оружию, для панелей LiteCast были проведены государственные испытания. Так получилось, что LiteCast стали первыми сборными железобетонными конструкциями, прошедшими баллистические испытания в Таиланде.

И хотя на уровне экспертов и госинститутов в Тайланде давно говорят об энергоэффективности, стандартная толщина утеплителя EPS всего 50 мм. Для этой конфигурации панели 3 декабря 2013 года образец LiteCast был доставлен на завод Thai Military Explosives Factory в г. Накхонсаван.

Тест состоял из стрельбы пулями М193 (ТТХ патрон 5,56 x 45 мм), летящими со скоростью 970 (+/- 12) м/с с 3-х разных дистанций: 15 м, 30 м, и 60 м. Испытатели произвели по 5 выстрелов с каждого расстояния. Результаты показали, что ни одна пуля не пробила образец [ 13 ].

На фото образец сэндвич-панели LiteCast обстрелянный с расстояния 15 м пулями M194. Открыть изображение в новом окне

Пути повышения пуленепробиваемости ж/б сэндвич-панели

SCIP очень гибкая технология, она позволяет строить архитектурные объекты любой сложности. При этом гибкой может быть и сама панель — любой из элементов конструкции панели может быть изменён, как в сторону увеличения её прочности, так и в сторону её удешевления, например, вы можете сэкономить на конструкции панели, если она используется в качестве ограждающей конструкции на готовом каркасе (панель самонесущая). В зависимости от назначения панели, в SCIP-конструкции «играть» можно следующими элементами:

• толщина бетонного слоя/слоёв,
• состав бетонного слоя/слоёв,
• размер ячейки стальной сетки,
• диаметр стальной проволоки сетки,
• диаметр стальной проволоки соединителей,
• плотность соединителей,
• угол атаки соединителей,
• дополнительное/комбинированное армирование,
• толщина сердечника изолятора,
• дополнительный лист-вкладыш,
• использование 2-х панелей чтобы получить 3-х слойную ж/б панель (например, модель Duo Panel у SCIP Emmedue).

Первое большое исследование сопротивления бетонных стен ударам высокоскоростных снарядов из огнестрельного оружия относится к середине 18 века. Тогда не было компьютеров, поэтому до 21 века численное моделирование баллистического удара по ж/б конструкциям было редкостью. Сегодня наиболее часто используемыми моделями для условий экстремального нагружения ж/б конструкций являются модели HJC, K&C, RHT и CDP. Эти определяющие соотношения реализованы в различных коммерческих нелинейных решателях конечных элементов, таких как LS-DYNA и ABAQUS.

М. Кристофферсен и др. (2021) [ 14 ] в LS-DYNA провели численное моделирование баллистических испытаний на удар плит толщиной 50 мм из 3-х видов бетона с номинальным пределом прочности при неограниченном сжатии 35, 75 и 110 МПа, и получили хорошее соответствие между экспериментальными и численными результатами.

ПРОЧНОСТЬ НА РАСТЯЖЕНИЕ

Они пришли к выводу, что во время баллистического удара прочность на растяжение является наиболее доминирующим параметром материала, определяющим поведение тонких бетонных плит используемых в этом тесте. Диаметры кратеров откола и корки увеличиваются с увеличением прочности бетона, в то время как нет заметного влияния скорости удара на диаметры кратеров. В то время как прочность бетона на сжатие важна во многих отношениях, прочность на растяжение представляется более важным параметром для обсуждения сопротивления перфорации тонких бетонных плит.

От бетона C35 до бетона C110 прочность на неограниченное сжатие увеличивается на 260%, в то время как прочность на растяжение увеличивается только на 55%, и, наконец, баллистическая предельная скорость увеличивается примерно на 27%. Установлено, что трудно повысить прочность на растяжение пропорционально прочности на сжатие для бетонов с неограниченной прочностью на сжатие выше 75 МПа. Баллистический предел плит увеличивается почти линейно с конкретной прочностью. Для тонких плит предел прочности при растяжении является наиболее важным параметром материала. [ 14 ]

Баллистический тест 50 мм бетонных плит М. Кристофферсена и других (2021). Открыть изображение в новом окне

ПРОЧНОСТЬ НА СЖАТИЕ

Результаты исследования Х. Ву и др. (2015) [ 5 ] показывают, при воздействии 12,6 мм остроголового снаряда в диапазоне скоростей ~620–700 РС на бетон с пределом прочности на сжатие 45–235 МПа, глубина проникновения и диаметр кратера в образцах-мишенях в целом уменьшаются с увеличением прочности бетона на сжатие. При этом тенденция не является линейной. Дальнейшее повышение прочности на сжатие требует снижения соотношения воды и цементного материала и устранения крупных заполнителей, однако это не приводит к уменьшению глубины проникновения и диаметра кратера. Наличие крупных заполнителей гранита, по-видимому, полезно с точки зрения уменьшения глубины проникновения, диаметра кратера и распространения трещин, что способствует повышению ударопрочности. Включение стальной фибры в бетон уменьшило диаметр кратера и распространение трещины, но не оказало существенного влияния на глубину проникновения.

«Композиты на основе цемента со сверхвысокими характеристиками с пределом прочности при сжатии 90 МПа и соотношением стальной фибры 1,5% являются наиболее эффективным и экономичным выбором для конструкций защитных сооружений» — говорится в исследовании Х. Ву, К. Фанг и др. «Проникновение снаряда в сверхвысокоэффективные композиты на основе цемента со скоростью 510–1320 м/с» (2015) [ 5 ].

Интересно, что Чжан и др. [ 15 ] ещё в 2005 обнаружил, что в их исследовании высокопрочный бетон армированным стальным волокном (Steel Fiber Reinforced High Strength Concrete, SFRHSC) с прочность на сжатие 100 МПа был наиболее эффективным выбором для противоударных защитных сооружений.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ФИБРЫ

Композиты на основе цемента, такие как высокопрочный бетон (High Strength Concrete, HSC) и HSC армированный стальным волокном (Steel Fiber Reinforced High Strength Concrete, SFRHSC) считаются правильным материалом как для военных, так и для гражданских защищенных сооружений, таких как защитная оболочка АЭС и другие конструкции которые спроектированы так, чтобы выдерживать преднамеренные и случайные ударные нагрузки, вызванные снарядами, осколками и т.д.

Х. Ву и др. [ 5 ] в 2015 году провели испытания высокоскоростных снарядов на пробитие мишеней SFRHSC со скоростями поражения 510–1320 м/с. Эксперименты подтвердили, что SFRHSC обладает отличной ударопрочностью против проникновения снаряда, например, уменьшением глубины проникновения и размеров кратера твердого материала, а также разрушает структуру и отклоняет конечную баллистическую траекторию абразивного снаряда.

Они определили, что стальные волокна значительно не улучшают сопротивление проникновению, но препятствуют видимым повреждениям бетона, вносят основной вклад к уменьшению диаметра кратера и предотвращению распространения трещины. Так же выяснили, что SFRHSC с прочностью на сжатие 90 МПа и соотношение стальной фибры 1,5% — наиболее эффективный и экономичный выбор для защитной конструкции.

От себя добавим, что стальная фибра обычно используется при строительстве ответственных объектов (оборонного) двойного назначения. При строительстве гражданских объектов мы в SCIP в основном используем полипропиленовую фибру, она нужна чтобы уменьшить трещины на поверхности слоя бетона.

Бонус: баллистический тест однослойного монолитного купола

Монолитный тонкостенный купол Monolithic Dome (Техас, США) изготавливается по подобной SCIP технологии, но в один слой вместо двух. Баллистический тест показал, что конструкция может противостоять пулям различных винтовок и пистолетов, начиная от винтовки калибра .22 на 15 ярдах и заканчивая винтовкой калибра .30-06 на 15 ярдах. После испытаний 6 различного оружия разной мощности, изогнутая конструкция монолитного купола оказалась пуленепробиваемой, поскольку ни одна из пуль не смогла пробить купол. Внешние повреждения купола были минимальными, а внутренний купол не пострадал.

#

Если статья была вам полезна — воспользуйтесь кнопкой Поделиться, лайк и коммент по ссылкам ниже, спасибо! Если у вас остались вопросы, вы можете спросить нас личным сообщением в Телеграм, написать электропочтой или в форму обратной связи (в нижней части страницы). Также вы можете задать вопрос публично в ЧАТ Телеграм или YouTube.

К Содержанию FAQ