Sistemi tačkastog pričvršćivanja stakla koji ispunjavaju ovaj arhitektonski zahtjev posebno su popularni kod ulaza u prizemlje ili javnih prostora. Nedavni tehnološki napredak omogućio je upotrebu ljepila ultra visoke čvrstoće za pričvršćivanje ovih velikih plovućca na dodatke bez potrebe za bušenjem rupa u staklu.
Tipična lokacija na tlu povećava vjerovatnoću da sistem mora djelovati kao zaštitni sloj za stanare zgrade, a ovaj zahtjev premašuje ili čak prevazilazi tipične zahtjeve za opterećenje vjetrom. Neki testovi su provedeni na sistemu tačkastog pričvršćivanja za bušenje, ali ne i na metodi lijepljenja.
Svrha ovog članka je zabilježiti simulacijski test korištenjem udarne cijevi s eksplozivnim punjenjem za simulaciju eksplozije i simulaciju utjecaja eksplozivnog opterećenja na spojenu prozirnu komponentu. Ove varijable uključuju eksplozivno opterećenje definirano standardom ASTM F2912 [1], koje se provodi na tankoj ploči sa SGP ionomernim sendvičem. Ovo istraživanje je prvi put da se mogu kvantificirati potencijalne eksplozivne performanse za testiranje velikih razmjera i arhitektonski dizajn. Pričvrstite četiri TSSA spojnice promjera 60 mm (2,36 inča) na staklenu ploču dimenzija 1524 x 1524 mm (60 inča x 60 inča).
Četiri komponente opterećene na 48,3 kPa (7 psi) ili niže nisu oštetile niti uticale na TSSA i staklo. Pet komponenti je opterećeno pod pritiskom iznad 62 kPa (9 psi), a kod četiri od pet komponenti došlo je do loma stakla, što je uzrokovalo pomicanje stakla iz otvora. U svim slučajevima, TSSA je ostao pričvršćen za metalne spojnice i nije pronađen nikakav kvar, prianjanje ili lijepljenje. Testiranje je pokazalo da, u skladu sa zahtjevima AAMA 510-14, testirani TSSA dizajn može obezbijediti efikasan sigurnosni sistem pod opterećenjem od 48,3 kPa (7 psi) ili nižim. Podaci generisani ovdje mogu se koristiti za projektovanje TSSA sistema kako bi se zadovoljilo specificirano opterećenje.
Jon Kimberlain (Jon Kimberlain) je napredni stručnjak za primjenu visokoučinkovitih silikona kompanije Dow Corning. Lawrence D. Carbary (Lawrence D. Carbary) je Dow Corningov naučnik u građevinskoj industriji visokih performansi, istraživač silikona i ASTM-a u kompaniji Dow Corning.
Strukturno silikonsko pričvršćivanje staklenih panela koristi se već skoro 50 godina za poboljšanje estetike i performansi modernih zgrada [2] [3] [4] [5]. Metoda pričvršćivanja omogućava stvaranje glatkog, kontinuiranog vanjskog zida s visokom transparentnošću. Želja za povećanom transparentnošću u arhitekturi dovela je do razvoja i upotrebe zidova od kablovske mreže i vanjskih zidova poduprtih vijcima. Arhitektonski zahtjevne zgrade od značaja uključivat će današnju modernu tehnologiju i moraju biti u skladu s lokalnim građevinskim i sigurnosnim propisima i standardima.
Proučen je prozirni strukturni silikonski ljepilo (TSSA) i predložena je metoda podupiranja stakla vijcima umjesto bušenja rupa [6] [7]. Tehnologija prozirnog ljepila sa čvrstoćom, prianjanjem i izdržljivošću ima niz fizičkih svojstava koja omogućavaju dizajnerima zidova zavjesa da dizajniraju sistem spajanja na jedinstven i nov način.
Okrugli, pravokutni i trokutasti dodaci koji zadovoljavaju estetske i strukturne performanse lako se dizajniraju. TSSA se stvrdnjava zajedno s laminiranim staklom koje se obrađuje u autoklavu. Nakon uklanjanja materijala iz ciklusa autoklava, može se završiti 100% verifikacijski test. Ova prednost osiguranja kvalitete jedinstvena je za TSSA jer može pružiti neposrednu povratnu informaciju o strukturnom integritetu sklopa.
Otpornost na udar [8] i efekat apsorpcije udara konvencionalnih strukturnih silikonskih materijala proučavani su [9]. Wolf i saradnici su dostavili podatke koje je generirao Univerzitet u Stuttgartu. Ovi podaci pokazuju da je, u poređenju sa kvazistatičkom brzinom deformacije specificiranom u ASTM C1135, zatezna čvrstoća strukturnog silikonskog materijala pri maksimalnoj brzini deformacije od 5 m/s (197 in/s). Čvrstoća i izduženje se povećavaju. To ukazuje na odnos između deformacije i fizičkih svojstava.
Budući da je TSSA visoko elastičan materijal s većim modulom i čvrstoćom od strukturnog silikona, očekuje se da će imati iste opće performanse. Iako laboratorijski testovi s visokim brzinama deformacije nisu provedeni, može se očekivati ​​da visoka brzina deformacije pri eksploziji neće utjecati na čvrstoću.
Staklo pričvršćeno vijcima je testirano, ispunjava standarde za ublažavanje eksplozije [11] i izloženo je na Danu performansi stakla 2013. godine. Vizuelni rezultati jasno pokazuju prednosti mehaničkog fiksiranja stakla nakon što je staklo razbijeno. Za sisteme sa čistim lijepljenjem, ovo će biti izazov.
Okvir je napravljen od američkog standardnog čeličnih profila dimenzija 151 mm dubine x 48,8 mm širine x 5,08 mm debljine mreže (6” x 1,92” x 0,20”), obično nazvanih C 6” x 8,2# utor. C-profili su zavareni zajedno u uglovima, a trouglasti presjek debljine 9 mm (0,375 inča) je zavaren na uglovima, povučen od površine okvira. U ploči je izbušena rupa od 18 mm (0,71″) tako da se u nju može lako umetnuti vijak promjera 14 mm (0,55″).
TSSA metalni fitinzi promjera 60 mm (2,36 inča) nalaze se 50 mm (2 inča) od svakog ugla. Postavite četiri fitinga na svaki komad stakla kako biste sve učinili simetričnim. Jedinstvena karakteristika TSSA je da se može postaviti blizu ruba stakla. Pribor za bušenje za mehaničko pričvršćivanje u staklo ima specifične dimenzije počevši od ruba, koje moraju biti uključene u dizajn i moraju se izbušiti prije kaljenja.
Veličina blizu ruba poboljšava transparentnost gotovog sistema, a istovremeno smanjuje prianjanje zvjezdastog spoja zbog nižeg obrtnog momenta na tipičnom zvjezdastom spoju. Staklo odabrano za ovaj projekat su dva kaljena prozirna sloja debljine 6 mm (1/4″) dimenzija 1524 mm x 1524 mm (5′x 5′) laminirana Sentry Glass Plus (SGP) ionomernim međuslojem debljine 1,52 mm (0,060′).
TSSA disk debljine 1 mm (0,040 inča) nanosi se na spoj od nehrđajućeg čelika promjera 60 mm (2,36 inča). Prajmer je dizajniran da poboljša trajnost prianjanja na nehrđajući čelik i predstavlja mješavinu silana i titanata u rastvaraču. Metalni disk se pritišće uz staklo izmjerenom silom od 0,7 MPa (100 psi) tokom jedne minute kako bi se osiguralo vlaženje i kontakt. Komponente se stavljaju u autoklav koji dostiže 11,9 bara (175 psi) i 133 C° (272°F) tako da TSSA može dostići 30-minutno vrijeme namakanja potrebno za stvrdnjavanje i lijepljenje u autoklavu.
Nakon što je autoklav završen i ohlađen, pregledajte svaki TSSA spoj, a zatim ga zategnite na 55 Nm (40,6 stopa-funti) kako biste pokazali standardno opterećenje od 1,3 MPa (190 psi). Pribor za TSSA osigurava Sadev i označen je kao R1006 TSSA pribor.
Sastavite glavni dio pribora na disk za stvrdnjavanje na staklu i spustite ga u čelični okvir. Podesite i pričvrstite matice na vijcima tako da vanjsko staklo bude u ravnini s vanjskim dijelom čeličnog okvira. Spoj od 13 mm x 13 mm (1/2″ x½”) koji okružuje obod stakla zapečaćen je dvodijelnom silikonskom strukturom tako da ispitivanje opterećenja pritiskom može početi sljedećeg dana.
Test je proveden korištenjem udarne cijevi u Laboratoriji za istraživanje eksploziva na Univerzitetu u Kentuckyju. Cijev za apsorpciju udara sastoji se od ojačanog čeličnog tijela, koje može instalirati jedinice do 3,7 m x 3,7 m na prednjoj strani.
Udarna cijev se pokreće postavljanjem eksploziva duž cijele cijevi kako bi se simulirale pozitivne i negativne faze eksplozije [12] [13]. Stavite cijeli sklop okvira od stakla i čelika u cijev za apsorpciju udara radi testiranja, kao što je prikazano na slici 4.
Četiri senzora pritiska su ugrađena unutar cijevi za udar, tako da se pritisak i puls mogu precizno izmjeriti. Za snimanje testa korištene su dvije digitalne video kamere i digitalni SLR fotoaparat.
MREL Ranger HR kamera velike brzine smještena blizu prozora izvan cijevi za udarne valove snimila je test brzinom od 500 sličica u sekundi. Postavite laserski snimač od 20 kHz za otklon blizu prozora kako biste izmjerili otklon u središtu prozora.
Četiri komponente okvira testirane su ukupno devet puta. Ako staklo ne izađe iz otvora, ponovo se testira komponenta pod većim pritiskom i udarom. U svakom slučaju, bilježe se podaci o ciljanom pritisku, impulsu i deformaciji stakla. Zatim se svaki test ocjenjuje i prema AAMA 510-14 [Dobrovoljne smjernice sistema festestracije za ublažavanje opasnosti od eksplozije].
Kao što je gore opisano, testirana su četiri sklopa okvira sve dok staklo nije uklonjeno iz otvora eksplozijskog otvora. Cilj prvog testa je dostići 69 kPa pri pulsu od 614 kPa-ms (10 psi A 89 psi-msec). Pod primijenjenim opterećenjem, stakleni prozor se razbio i otpustio iz okvira. Sadev point fitingi omogućavaju da TSSA prianja uz razbijeno kaljeno staklo. Kada se kaljeno staklo razbilo, staklo je napustilo otvor nakon otklona od približno 100 mm (4 inča).
Pod uslovima rastućeg kontinuiranog opterećenja, okvir 2 je testiran 3 puta. Rezultati su pokazali da do loma nije došlo sve dok pritisak nije dostigao 69 kPa (10 psi). Izmjereni pritisci od 44,3 kPa (6,42 psi) i 45,4 kPa (6,59 psi) neće uticati na integritet komponente. Pod izmjerenim pritiskom od 62 kPa (9 psi), otklon stakla je uzrokovao lom, ostavljajući stakleni prozor u otvoru. Svi TSSA dodaci su pričvršćeni razbijenim kaljenim staklom, isto kao na slici 7.
Pod uslovima rastućeg kontinuiranog opterećenja, okvir 3 je testiran dva puta. Rezultati su pokazali da do loma nije došlo sve dok pritisak nije dostigao ciljnih 69 kPa (10 psi). Izmjereni pritisak od 48,4 kPa (7,03 psi) neće uticati na integritet komponente. Prikupljanje podataka nije omogućilo otklon, ali vizuelno posmatranje sa videa pokazalo je da je otklon okvira 2 u testu 3 i okvira 4 u testu 7 bio sličan. Pod mjernim pritiskom od 64 kPa (9,28 psi), otklon stakla izmjeren na 190,5 mm (7,5") rezultirao je lomom, ostavljajući stakleni prozor u otvoru. Svi TSSA dodaci su pričvršćeni razbijenim kaljenim staklom, isto kao na slici 7.
S povećanjem kontinuiranog opterećenja, okvir 4 je testiran 3 puta. Rezultati su pokazali da do loma nije došlo sve dok pritisak nije dostigao ciljanih 10 psi po drugi put. Izmjereni pritisci od 46,8 kPa (6,79) i 64,9 kPa (9,42 psi) neće utjecati na integritet komponente. U testu #8, staklo se savilo za 100 mm (4 inča). Očekuje se da će ovo opterećenje uzrokovati lom stakla, ali mogu se dobiti i drugi podaci.
U testu br. 9, izmjereni pritisak od 65,9 kPa (9,56 psi) skrenuo je staklo za 190,5 mm (7,5″) i uzrokovao lom, ostavljajući stakleni prozor u otvoru. Svi TSSA dodaci su pričvršćeni istim razbijenim kaljenim staklom kao na slici 7. U svim slučajevima, dodaci se mogu lako ukloniti iz čeličnog okvira bez ikakvih vidljivih oštećenja.
TSSA za svaki test ostaje nepromijenjena. Nakon testa, kada staklo ostane netaknuto, nema vizualne promjene u TSSA. Video snimljen velikom brzinom prikazuje lom stakla na sredini raspona, a zatim izlazak iz otvora.
Iz poređenja loma stakla i stanja bez loma na slici 8 i slici 9, zanimljivo je primijetiti da se način loma stakla javlja daleko od tačke vezivanja, što ukazuje na to da je nepovezani dio stakla dostigao tačku savijanja, koja se brzo približava. Granica krhkosti stakla je relativna u odnosu na dio koji ostaje vezan.
Ovo ukazuje na to da će se tokom ispitivanja slomljene ploče u ovim dijelovima vjerovatno pomicati pod djelovanjem sila smicanja. Kombinujući ovaj princip i zapažanje da se čini da je način loma krhkost debljine stakla na adhezivnom spoju, kako se propisano opterećenje povećava, performanse bi trebalo poboljšati povećanjem debljine stakla ili kontrolom otklona na druge načine.
Test 8 okvira 4 je ugodno iznenađenje u ispitnom objektu. Iako staklo nije oštećeno tako da se okvir može ponovo testirati, TSSA i okolne zaptivne trake i dalje mogu izdržati ovo veliko opterećenje. TSSA sistem koristi četiri priključka od 60 mm za podupiranje stakla. Projektovana opterećenja vjetrom su korisna i trajna opterećenja, oba na 2,5 kPa (50 psf). Ovo je umjeren dizajn, s idealnom arhitektonskom transparentnošću, pokazuje izuzetno visoka opterećenja, a TSSA ostaje netaknut.
Ova studija je provedena kako bi se utvrdilo da li adhezija staklenog sistema ima neke inherentne opasnosti ili nedostatke u smislu niskih zahtjeva za performanse pjeskarenja. Očigledno je da se jednostavan TSSA sistem dodatne opreme od 60 mm instalira blizu ruba stakla i ima performanse sve dok se staklo ne razbije. Kada je staklo dizajnirano da se odupre lomljenju, TSSA je održiva metoda povezivanja koja može pružiti određeni stepen zaštite uz održavanje zahtjeva zgrade za transparentnost i otvorenost.
Prema standardu ASTM F2912-17, testirane komponente prozora dostižu nivo opasnosti H1 na nivou standarda C1. Dodatna oprema Sadev R1006 korištena u studiji nije pogođena.
Kaljeno staklo korišteno u ovoj studiji je "slaba karika" u sistemu. Nakon što se staklo razbije, TSSA i okolna zaptivna traka ne mogu zadržati veliku količinu stakla, jer mala količina fragmenata stakla ostaje na silikonskom materijalu.
Sa stanovišta dizajna i performansi, dokazano je da TSSA sistem ljepila pruža visok nivo zaštite kod komponenti fasada eksplozivnog kvaliteta na početnom nivou indikatora eksplozivnih performansi, što je široko prihvaćeno u industriji. Testirana fasada pokazuje da kada je opasnost od eksplozije između 41,4 kPa (6 psi) i 69 kPa (10 psi), performanse na nivou opasnosti su značajno drugačije.
Međutim, važno je da se razlika u klasifikaciji opasnosti ne može pripisati lomu adhezije, što pokazuje kohezivni način loma adhezije i fragmenata stakla između pragova opasnosti. Prema zapažanjima, veličina stakla je odgovarajuće podešena kako bi se minimizirao otklon i spriječila krhkost zbog povećanog odgovora na smicanje na granici savijanja i pričvršćivanja, što se čini ključnim faktorom performansi.
Budući dizajni bi mogli smanjiti nivo opasnosti pri većim opterećenjima povećanjem debljine stakla, fiksiranjem položaja vrha u odnosu na ivicu i povećanjem kontaktnog prečnika ljepila.
[1] ASTM F2912-17 Standardna specifikacija za staklena vlakna, Staklo i stakleni sistemi podložni opterećenjima na velikim nadmorskim visinama, ASTM International, West Conshawken, Pennsylvania, 2017, https://doi.org/10.1520/F2912-17 [2] Hilliard, JR, Paris, CJ i Peterson, CO, Jr., „Strukturno zaptivanje stakla, tehnologija zaptivanja za staklene sisteme“, ASTM STP 638, ASTM International, West Conshooken, Pennsylvania, 1977, str. 67-99 stranica. [3] Zarghamee, MS, TA, Schwartz i Gladstone, M., „Seizmičke performanse strukturnog silikatnog stakla“, Zaptivanje zgrada, zaptivanje, tehnologija stakla i vodootpornosti, svezak 1. 6. ASTM STP 1286, JC Myers, urednik, ASTM International, West Conshohocken, Pennsylvania, 1996, str. 46-59. [4] Carbary, LD, „Pregled trajnosti i performansi silikonskih konstrukcijskih staklenih prozorskih sistema“, Dan performansi stakla, Tampere, Finska, juni 2007., Zbornik radova konferencije, stranice 190-193. [5] Schmidt, CM, Schoenherr, WJ, Carbary LD i Takish, MS, „Performanse silikonskih strukturnih ljepila“, Glass System Science and Technology, ASTM STP1054, CJ Univerzitet u Parizu, Američko društvo za testiranje i materijale, Philadelphia, 1989. godine, str. 22-45 [6] Wolf, AT, Sitte, S., Brasseur, M., J. i Carbary L. D, „Transparentno strukturno silikonsko ljepilo za pričvršćivanje i doziranje stakla (TSSA) Preliminarna procjena mehaničkih svojstava i trajnosti čelika“, Četvrti međunarodni simpozij o trajnosti „Građevinski zaptivači i ljepila“, ASTM International Magazine, objavljeno online, august 2011., svezak 8, broj 10 (11. novembar 2011.), JAI 104084, dostupno na sljedećoj web stranici: www.astm.org/DIGITAL_LIBRARY/JOURNALS/JAI/PAGES/JAI104084.htm. [7] Clift, C., Hutley, P., Carbary, LD, Silikonski ljepilo prozirne strukture, Dan performansi stakla, Tampere, Finska, juni 2011., Zbornik radova sa sastanka, stranice 650-653. [8] Clift, C., Carbary, LD, Hutley, P., Kimberlain, J., „Strukturno silicijsko staklo nove generacije“ Časopis za dizajn i inženjering fasada 2 (2014) 137–161, DOI 10.3233 / FDE-150020 [9] Kenneth Yarosh, Andreas T. Wolf i Sigurd Sitte „Procjena silikonskih gumenih zaptivača u dizajnu neprobojnih prozora i zavjesnih zidova pri velikim brzinama kretanja“, ASTM International Magazine, broj 1. 6. Rad br. 2, ID JAI101953 [10] ASTM C1135-15, Standardna metoda ispitivanja za određivanje performansi zatezne adhezije strukturnih zaptivača, ASTM International, West Conshohocken, Pennsylvania, 2015, https:/ /doi.org/10.1520/C1135-15 [11] Morgan, T., „Napredak u „Staklo otporno na eksploziju pričvršćeno vijcima“, Dan performansi stakla, juni 2013., zapisnik sa sastanka, str. 181-182 [12] ASTM F1642 / F1642M-17 Standardna metoda ispitivanja za staklo i staklene sisteme izložene velikim opterećenjima vjetra, ASTM International, West Conshohocken, Pennsylvania, 2017, https://doi.org/10.1520/F1642_F1642M-17 [13] Wedding, William Chad i Braden T. Lusk. „Nova metoda za određivanje odziva antieksplozivnih staklenih sistema na eksplozivna opterećenja.“ Metric 45.6 (2012): 1471-1479. [14] „Dobrovoljne smjernice za ublažavanje opasnosti od eksplozije vertikalnih prozorskih sistema“ AAMA 510-14.