Системите за точково закрепване на стъкло, които отговарят на това архитектурно изискване, са особено популярни в наземни входове или обществени зони. Последните технологични постижения позволиха използването на свръхвисокоякостни лепила за закрепване на тези големи пемзи към аксесоари, без да е необходимо пробиване на отвори в стъклото.
Типичното местоположение на земята увеличава вероятността системата да действа като защитен слой за обитателите на сградата и това изискване надвишава или дори надвишава типичните изисквания за натоварване от вятър. Проведени са някои тестове върху системата за точково закрепване за пробиване, но не и върху метода на залепване.
Целта на тази статия е да се запише симулационен тест, използващ ударна тръба с взривни заряди, за да се симулира експлозия, за да се симулира въздействието на взривен товар върху свързан прозрачен компонент. Тези променливи включват експлозивното натоварване, дефинирано от ASTM F2912 [1], което се провежда върху тънка плоча със сандвич от йономер SGP. Това изследване е първият път, когато може да се определи количествено потенциалната експлозивна производителност за мащабни тестове и архитектурен дизайн. Прикрепете четири TSSA фитинга с диаметър 60 мм (2,36 инча) към стъклена плоча с размери 1524 x 1524 мм (60 инча x 60 инча).
Четирите компонента, натоварени до 48,3 kPa (7 psi) или по-ниско, не са повредили или засегнали TSSA и стъклото. Пет компонента са били натоварени под налягане над 62 kPa (9 psi) и четири от петте компонента са показали счупване на стъклото, което е довело до изместване на стъклото от отвора. Във всички случаи TSSA е останала прикрепена към металните фитинги и не е открита неизправност, адхезия или свързване. Тестването е показало, че в съответствие с изискванията на AAMA 510-14, тестваният дизайн на TSSA може да осигури ефективна система за безопасност при натоварване от 48,3 kPa (7 psi) или по-ниско. Генерираните тук данни могат да бъдат използвани за проектиране на TSSA системата, която да отговаря на определеното натоварване.
Джон Кимбърлейн (Jon Kimberlain) е експерт по приложенията на високоефективните силикони на Dow Corning. Лорънс Д. Карбари (Lawrence D. Carbary) е учен от Dow Corning в областта на високоефективните строителни материали, който е изследовател на силиконите на Dow Corning и ASTM.
Структурното силиконово закрепване на стъклени панели се използва от близо 50 години за подобряване на естетиката и експлоатационните характеристики на съвременните сгради [2] [3] [4] [5]. Методът на закрепване може да направи гладка, непрекъсната външна стена с висока прозрачност. Желанието за повишена прозрачност в архитектурата доведе до разработването и използването на стени от кабелни мрежи и външни стени, поддържани от болтове. Архитектурно предизвикателните забележителни сгради ще включват съвременните технологии и трябва да отговарят на местните строителни и безопасни норми и стандарти.
Проучено е прозрачното структурно силиконово лепило (TSSA) и е предложен метод за поддържане на стъклото с болтове, вместо пробиване на отвори [6] [7]. Технологията на прозрачното лепило със здравина, адхезия и издръжливост има серия от физични свойства, които позволяват на проектантите на окачени фасади да проектират свързващата система по уникален и нов начин.
Кръгли, правоъгълни и триъгълни аксесоари, които отговарят на естетиката и структурните характеристики, са лесни за проектиране. TSSA се втвърдява заедно с обработката на ламинираното стъкло в автоклав. След изваждане на материала от цикъла на автоклава може да се извърши 100% тест за проверка. Това предимство за осигуряване на качеството е уникално за TSSA, защото може да осигури незабавна обратна връзка за структурната цялост на сглобката.
Удароустойчивостта [8] и ефектът на абсорбиране на удари на конвенционалните структурни силиконови материали са изследвани [9]. Волф и др. предоставиха данни, генерирани от Университета в Щутгарт. Тези данни показват, че в сравнение с квазистатичната скорост на деформация, посочена в ASTM C1135, якостта на опън на структурния силиконов материал е при максимална скорост на деформация от 5 m/s (197 in/s). Якостта и удължението се увеличават. Показва връзката между деформацията и физичните свойства.
Тъй като TSSA е високоеластичен материал с по-висок модул и якост от структурния силикон, се очаква той да следва същите общи характеристики. Въпреки че не са провеждани лабораторни тестове с високи скорости на деформация, може да се очаква, че високата скорост на деформация при експлозията няма да повлияе на якостта.
Закрепеното с болтове стъкло е тествано, отговаря на стандартите за смекчаване на експлозии [11] и е било изложено на Деня на стъклените характеристики през 2013 г. Визуалните резултати ясно показват предимствата на механичното фиксиране на стъклото след счупване. За системи с чисто лепилно закрепване това ще бъде предизвикателство.
Рамката е изработена от стоманен канал по американски стандарт с размери 151 мм дълбочина x 48,8 мм ширина x 5,08 мм дебелина на стената (6” x 1,92” x 0,20”), обикновено наричан C-образен слот 6” x 8,2#. C-образните канали са заварени заедно в ъглите, а в ъглите е заварена триъгълна секция с дебелина 9 мм (0,375 инча), отдалечена от повърхността на рамката. В плочата е пробит отвор с диаметър 18 мм (0,71″), така че в него да може лесно да се вкара болт с диаметър 14 мм (0,55″).
Металните фитинги TSSA с диаметър 60 мм (2,36 инча) са разположени на 50 мм (2 инча) от всеки ъгъл. Поставете четири фитинга към всяко парче стъкло, за да направите всичко симетрично. Уникалната характеристика на TSSA е, че може да се постави близо до ръба на стъклото. Аксесоарите за пробиване за механично закрепване в стъкло имат специфични размери, започващи от ръба, които трябва да бъдат включени в дизайна и трябва да бъдат пробити преди закаляване.
Размерът близо до ръба подобрява прозрачността на готовата система и същевременно намалява адхезията на звездообразното съединение поради по-ниския въртящ момент върху типичното звездообразно съединение. Избраното за този проект стъкло е два 6 мм (1/4″) закалени прозрачни слоя с размери 1524 мм x 1524 мм (5′x 5′), ламинирани с междинен йономерен филм Sentry Glass Plus (SGP) с дебелина 1,52 мм (0,060)′).
Диск от TSSA с дебелина 1 мм (0,040 инча) се нанася върху грундирана фитинг от неръждаема стомана с диаметър 60 мм (2,36 инча). Грундът е предназначен да подобри трайността на адхезията към неръждаема стомана и представлява смес от силан и титанат в разтворител. Металният диск се притиска към стъклото с измерена сила от 0,7 MPa (100 psi) за една минута, за да се осигури омокряне и контакт. Поставете компонентите в автоклав, който достига 11,9 бара (175 psi) и 133°C (272°F), така че TSSA да може да достигне 30-минутното време на накисване, необходимо за втвърдяване и свързване в автоклава.
След като автоклавът е завършен и охладен, проверете всеки TSSA фитинг и след това го затегнете до 55 Nm (40,6 футо-паунда), за да се получи стандартно натоварване от 1,3 MPa (190 psi). Аксесоарите за TSSA се предоставят от Sadev и са обозначени като R1006 TSSA аксесоари.
Сглобете основното тяло на аксесоара към диска за втвърдяване на стъклото и го спуснете в стоманената рамка. Регулирайте и фиксирайте гайките на болтовете, така че външното стъкло да е наравно с външната страна на стоманената рамка. Фугата 13 мм x 13 мм (1/2″ x½”) около периметъра на стъклото е запечатана с двукомпонентна силиконова структура, така че тестът за натоварване под налягане да може да започне на следващия ден.
Тестът е проведен с помощта на ударопоглъщаща тръба в Лабораторията за изследване на взривни вещества към Университета на Кентъки. Ударопоглъщащата тръба е съставена от подсилено стоманено тяло, в което могат да се монтират устройства с размери до 3,7 м х 3,7 м върху повърхността.
Ударната тръба се задвижва чрез поставяне на експлозиви по дължината ѝ, за да се симулират положителната и отрицателната фаза на експлозивното събитие [12] [13]. Поставете целия стъклен и стоманен рамков модул в ударопоглъщащата тръба за тестване, както е показано на Фигура 4.
Вътре в ударната тръба са инсталирани четири сензора за налягане, така че налягането и пулсът могат да бъдат точно измерени. За запис на теста са използвани две цифрови видеокамери и цифров SLR фотоапарат.
Високоскоростната камера MREL Ranger HR, разположена близо до прозореца извън ударната тръба, е заснела теста с 500 кадъра в секунда. За да се измери отклонението в центъра на прозореца, е зададен лазерен запис с честота 20 kHz за отклонение.
Четирите компонента на рамката бяха тествани общо девет пъти. Ако стъклото не излезе от отвора, компонентът се тества отново под по-високо налягане и удар. Във всеки случай се записват данните за целевото налягане, импулс и деформация на стъклото. След това всеки тест се оценява и съгласно AAMA 510-14 [Доброволни насоки за системи за закрепване за смекчаване на опасността от експлозия].
Както е описано по-горе, бяха тествани четири рамкови сглобки, докато стъклото не беше извадено от отвора на взривния отвор. Целта на първия тест е да се достигне 69 kPa при импулс от 614 kPa-ms (10 psi A 89 psi-msec). Под приложеното натоварване стъкленият прозорец се счупи и се освободи от рамката. Точковите фитинги Sadev правят TSSA да се залепи за счупено закалено стъкло. Когато закаленото стъкло се счупи, стъклото напусна отвора след огъване от приблизително 100 mm (4 инча).
При условие на нарастващо непрекъснато натоварване, рамка 2 беше тествана 3 пъти. Резултатите показаха, че повредата не е настъпила, докато налягането не достигне 69 kPa (10 psi). Измерените налягания от 44,3 kPa (6,42 psi) и 45,4 kPa (6,59 psi) не биха повлияли на целостта на компонента. При измереното налягане от 62 kPa (9 psi), огъването на стъклото е причинило счупване, оставяйки стъкления прозорец в отвора. Всички аксесоари TSSA са закрепени със счупено закалено стъкло, както е показано на Фигура 7.
При условие на нарастващо непрекъснато натоварване, рамка 3 беше тествана два пъти. Резултатите показаха, че повредата не е настъпила, докато налягането не достигне целевите 69 kPa (10 psi). Измереното налягане от 48,4 kPa (7,03 psi) не е повлияло на целостта на компонента. Събирането на данни не е позволило огъване, но визуалното наблюдение от видеото показа, че огъването на рамка 2 при тест 3 и рамка 4 при тест 7 е било сходно. При измервателно налягане от 64 kPa (9,28 psi), огъването на стъклото, измерено на 190,5 mm (7,5″), е довело до счупване, оставяйки стъкления прозорец в отвора. Всички аксесоари TSSA са закрепени със счупено закалено стъкло, както е показано на Фигура 7.
С нарастващо непрекъснато натоварване, рамка 4 беше тествана 3 пъти. Резултатите показаха, че повредата не е настъпила, докато налягането не достигне целевите 10 psi за втори път. Измерените налягания от 46,8 kPa (6,79) и 64,9 kPa (9,42 psi) няма да повлияят на целостта на компонента. В тест №8 стъклото беше огънато на 100 mm (4 инча). Очаква се това натоварване да доведе до счупване на стъклото, но могат да се получат и други данни.
В тест №9 измереното налягане от 65,9 kPa (9,56 psi) е отклонило стъклото с 190,5 mm (7,5″) и е причинило счупване, оставяйки стъкления прозорец в отвора. Всички аксесоари TSSA са закрепени със същото счупено закалено стъкло, както на Фигура 7. Във всички случаи аксесоарите могат лесно да бъдат отстранени от стоманената рамка без видими повреди.
Стойността на TSSA за всеки тест остава непроменена. След теста, когато стъклото остане непокътнато, няма визуална промяна в TSSA. Видеото с висока скорост показва как стъклото се счупва в средата на отвора и след това излиза от него.
От сравнението на разрушаване на стъклото и липсата на разрушаване на Фигура 8 и Фигура 9 е интересно да се отбележи, че режимът на счупване на стъклото се случва далеч от точката на закрепване, което показва, че несвързаната част на стъклото е достигнала точката на огъване, която бързо се приближава. Границата на крехко провлачване на стъклото е относителна спрямо частта, която остава свързана.
Това показва, че по време на изпитването счупените плочи в тези части е вероятно да се движат под въздействието на сили на срязване. Комбинирайки този принцип и наблюдението, че начинът на разрушаване изглежда е крехкост на дебелината на стъклото на адхезивната граница, с увеличаване на предписаното натоварване, характеристиките трябва да се подобрят чрез увеличаване на дебелината на стъклото или контролиране на огъването по други начини.
Тест 8 на рамка 4 е приятна изненада в тестовото съоръжение. Въпреки че стъклото не е повредено, така че рамката може да бъде тествана отново, TSSA и околните уплътнителни ленти все още могат да издържат на това голямо натоварване. Системата TSSA използва четири 60 мм приставки за поддържане на стъклото. Проектните ветрови натоварвания са експлоатационни и постоянни, и двете при 2,5 kPa (50 psf). Това е умерен дизайн, с идеална архитектурна прозрачност, показва изключително високи натоварвания и TSSA остава непокътнат.
Това проучване е проведено, за да се определи дали адхезионната адхезия на стъклената система крие някои присъщи опасности или дефекти по отношение на ниските изисквания за пясъкоструене. Очевидно е, че обикновена 60-милиметрова TSSA аксесоарна система се монтира близо до ръба на стъклото и ще работи, докато стъклото се счупи. Когато стъклото е проектирано да устои на счупване, TSSA е жизнеспособен метод за свързване, който може да осигури определена степен на защита, като същевременно се запазят изискванията на сградата за прозрачност и откритост.
Съгласно стандарта ASTM F2912-17, тестваните компоненти на прозорците достигат ниво на опасност H1 по стандартно ниво C1. Аксесоарът Sadev R1006, използван в изследването, не е засегнат.
Закаленото стъкло, използвано в това проучване, е „слабото звено“ в системата. След като стъклото се счупи, TSSA и околната уплътнителна лента не могат да задържат голямо количество стъкло, тъй като върху силиконовия материал остават малко количество стъклени фрагменти.
От гледна точка на дизайна и производителността, лепилната система TSSA е доказано, че осигурява високо ниво на защита на фасадни компоненти с експлозивен клас на началното ниво на показателите за експлозивна производителност, което е широко прието от индустрията. Тестваната фасада показва, че когато опасността от експлозия е между 41,4 kPa (6 psi) и 69 kPa (10 psi), производителността на нивото на опасност е значително различна.
Важно е обаче разликата в класификацията на опасността да не се дължи на адхезивно разрушаване, както е показано от кохезионния режим на разрушаване на лепилото и стъклените фрагменти между праговете на опасност. Според наблюденията, размерът на стъклото е подходящо регулиран, за да се сведе до минимум огъването и да се предотврати крехкостта поради увеличения отговор на срязване на границата между огъване и закрепване, което изглежда е ключов фактор за производителността.
Бъдещите дизайни биха могли да намалят нивото на опасност при по-високи натоварвания чрез увеличаване на дебелината на стъклото, фиксиране на позицията на върха спрямо ръба и увеличаване на контактния диаметър на лепилото.
[1] ASTM F2912-17 Стандартна спецификация за стъклени влакна, Стъкло и стъклени системи, подложени на натоварвания на голяма надморска височина, ASTM International, Уест Коншохокен, Пенсилвания, 2017 г., https://doi.org/10.1520/F2912-17 [2] Хилиард, младши, Париж, К. Дж. и Питърсън, К. О., младши, „Структурно уплътнително стъкло, технология на уплътнителите за стъклени системи“, ASTM STP 638, ASTM International, Уест Коншохокен, Пенсилвания, 1977 г., стр. 67-99 страници. [3] Заргами, М. С., Т. А., Шварц и Гладстон, М., „Сеизмични характеристики на структурно силициево стъкло“, Уплътняване на сгради, уплътнители, технология за стъкло и водоустойчивост, том 1. 6. ASTM STP 1286, Джей Си Майърс, редактор, ASTM International, Уест Коншохокен, Пенсилвания, 1996 г., стр. 46-59. [4] Карбари, Л.Д., „Преглед на издръжливостта и производителността на силиконови структурни стъклени прозоречни системи“, Ден на производителността на стъклата, Тампере, Финландия, юни 2007 г., Сборник от конференцията, страници 190-193. [5] Schmidt, CM, Schoenherr, WJ, Carbary LD и Takish, MS, „Производителност на силиконови структурни лепила“, Glass System Science and Technology, ASTM STP1054, CJ University of Paris, American Society for Testing and Materials, Philadelphia, 1989 Years, стр. 22-45 [6] Wolf, AT, Sitte, S., Brasseur, M., J. и Carbary L. D, „Прозрачно структурно силиконово лепило за фиксиране на остъкляване (TSSA) Предварителна оценка на механичните свойства и дълготрайността на стоманата“, The Fourth International Durability Symposium „Construction Sealants and Adhesives“, ASTM International Magazine, публикувано онлайн, август 2011 г., том 8, брой 10 (11 ноември 2011 г.), JAI 104084, достъпно от следния уебсайт: www.astm.org/DIGITAL_LIBRARY/JOURNALS/JAI/PAGES/JAI104084.htm. [7] Клифт, К., Хътли, П., Карбари, Л.Д., Силиконово лепило с прозрачна структура, Ден на стъклените характеристики, Тампере, Финландия, юни 2011 г., Сборник от срещата, страници 650-653. [8] Clift, C., Carbary, LD, Hutley, P., Kimberlain, J., „Структурно силициево стъкло от ново поколение“, Facade Design and Engineering Journal 2 (2014) 137–161, DOI 10.3233 / FDE-150020 [9] Kenneth Yarosh, Andreas T. Wolf и Sigurd Sitte „Оценка на силиконови гумени уплътнители при проектирането на бронирани прозорци и окачени фасади при високи скорости на движение“, ASTM International Magazine, брой 1.6. Документ № 2, ID JAI101953 [10] ASTM C1135-15, Стандартен метод за изпитване за определяне на сцеплението при опън на структурни уплътнители, ASTM International, Уест Коншохокен, Пенсилвания, 2015, https:/ /doi.org/10.1520/C1135-15 [11] Morgan, T., „Напредък в „Взривоустойчиво стъкло, закрепено с болтове“, Ден на производителността на стъклата, 21 юни 2013 г., протокол от заседанието, стр. 181-182 [12] ASTM F1642 / F1642M-17 Стандартен метод за изпитване на стъкло и стъклени системи, подложени на високи ветрови натоварвания, ASTM International, Уест Коншохокен, Пенсилвания, 2017 г., https://doi.org/10.1520/F1642_F1642M-17 [13] Уединг, Уилям Чад и Брейдън Т. Лъск. „Нов метод за определяне на реакцията на противоексплозивни стъклени системи на експлозивни натоварвания.“ Metric 45.6 (2012): 1471-1479. [14] „Доброволни насоки за смекчаване на опасността от експлозия на вертикални прозоречни системи“ AAMA 510-14.