Els sistemes de vidre fixats per punts que compleixen aquest requisit arquitectònic són especialment populars en entrades de terra o zones públiques. Els avenços tecnològics recents han permès l'ús d'adhesius d'ultraalta resistència per fixar aquestes grans pedres tosques a accessoris sense necessitat de perforar el vidre.
La ubicació típica al terra augmenta la probabilitat que el sistema hagi d'actuar com a capa protectora per als ocupants de l'edifici, i aquest requisit supera o supera els requisits típics de càrrega de vent. S'han fet algunes proves sobre el sistema de fixació puntual per a la perforació, però no sobre el mètode d'unió.
L'objectiu d'aquest article és registrar una prova de simulació utilitzant un tub de xoc amb càrregues explosives per simular una explosió per simular l'impacte d'una càrrega explosiva sobre un component transparent unit. Aquestes variables inclouen la càrrega d'explosió definida per ASTM F2912 [1], que es duu a terme en una placa prima amb un sandvitx d'ionòmer SGP. Aquesta investigació és la primera vegada que es pot quantificar el rendiment explosiu potencial per a proves a gran escala i disseny arquitectònic. Connecteu quatre accessoris TSSA amb un diàmetre de 60 mm (2,36 polzades) a una placa de vidre que mesura 1524 x 1524 mm (60 polzades x 60 polzades).
Els quatre components carregats a 48,3 kPa (7 psi) o menys no van danyar ni afectar el TSSA ni el vidre. Cinc components es van carregar sota una pressió superior a 62 kPa (9 psi), i quatre dels cinc components van mostrar trencaments de vidre, cosa que va fer que el vidre es desplacés de l'obertura. En tots els casos, el TSSA va romandre unit als accessoris metàl·lics i no es va trobar cap mal funcionament, adhesió o unió. Les proves han demostrat que, d'acord amb els requisits de l'AAMA 510-14, el disseny del TSSA provat pot proporcionar un sistema de seguretat eficaç sota una càrrega de 48,3 kPa (7 psi) o menys. Les dades generades aquí es poden utilitzar per dissenyar el sistema TSSA per complir amb la càrrega especificada.
Jon Kimberlain (Jon Kimberlain) és l'expert en aplicacions avançades de les silicones d'alt rendiment de Dow Corning. Lawrence D. Carbary (Lawrence D. Carbary) és un científic de la indústria de la construcció d'alt rendiment de Dow Corning i investigador de silicones i ASTM de Dow Corning.
La fixació estructural de silicona dels panells de vidre s'ha utilitzat durant gairebé 50 anys per millorar l'estètica i el rendiment dels edificis moderns [2] [3] [4] [5]. El mètode de fixació pot fer que la paret exterior contínua i llisa tingui una alta transparència. El desig d'una major transparència en l'arquitectura va conduir al desenvolupament i l'ús de parets de malla de cable i parets exteriors suportades per cargols. Els edificis emblemàtics arquitectònicament desafiadors inclouran la tecnologia moderna actual i hauran de complir amb els codis i estàndards de construcció i seguretat locals.
S'ha estudiat l'adhesiu de silicona estructural transparent (TSSA) i s'ha proposat un mètode per suportar el vidre amb peces de fixació de cargols en lloc de perforar forats [6] [7]. La tecnologia de cola transparent amb resistència, adhesió i durabilitat té una sèrie de propietats físiques que permeten als dissenyadors de murs cortina dissenyar el sistema de connexió d'una manera única i novedosa.
Els accessoris rodons, rectangulars i triangulars que compleixen amb l'estètica i el rendiment estructural són fàcils de dissenyar. El TSSA es cura juntament amb el vidre laminat que es processa en un autoclau. Després de treure el material del cicle d'autoclau, es pot completar la prova de verificació del 100%. Aquest avantatge de garantia de qualitat és exclusiu del TSSA perquè pot proporcionar informació immediata sobre la integritat estructural del conjunt.
S'ha estudiat la resistència a l'impacte [8] i l'efecte d'absorció d'impactes dels materials de silicona estructurals convencionals [9]. Wolf et al. van proporcionar dades generades per la Universitat de Stuttgart. Aquestes dades mostren que, en comparació amb la velocitat de deformació quasiestàtica especificada a la norma ASTM C1135, la resistència a la tracció del material de silicona estructural es troba a una velocitat de deformació màxima de 5 m/s (197 polzades/s). Augment de la resistència i l'allargament. Indica la relació entre la deformació i les propietats físiques.
Com que el TSSA és un material altament elàstic amb un mòdul i una resistència més alts que la silicona estructural, s'espera que segueixi el mateix rendiment general. Tot i que no s'han realitzat proves de laboratori amb taxes de deformació elevades, es pot esperar que l'alta taxa de deformació en l'explosió no afecti la resistència.
El vidre cargolat ha estat provat, compleix les normes de mitigació d'explosions [11] i es va exposar al Glass Performance Day del 2013. Els resultats visuals mostren clarament els avantatges de fixar mecànicament el vidre després que es trenqui. Per als sistemes amb fixació adhesiva pura, això serà un repte.
El marc està fet de canal d'acer estàndard americà amb unes dimensions de 151 mm de profunditat x 48,8 mm d'amplada x 5,08 mm de gruix de l'ànima (6" x 1,92" x 0,20"), normalment anomenat ranura C de 6" x 8,2#. Els canals en C estan soldats entre si a les cantonades, i una secció triangular de 9 mm (0,375 polzades) de gruix està soldada a les cantonades, allunyada de la superfície del marc. Es va perforar un forat de 18 mm (0,71") a la placa de manera que s'hi pugui inserir fàcilment un cargol amb un diàmetre de 14 mm (0,55").
Els accessoris metàl·lics TSSA amb un diàmetre de 60 mm (2,36 polzades) es troben a 50 mm (2 polzades) de cada cantonada. Apliqueu quatre accessoris a cada peça de vidre per fer que tot sigui simètric. La característica única del TSSA és que es pot col·locar a prop de la vora del vidre. Els accessoris de perforació per a la fixació mecànica en vidre tenen dimensions específiques a partir de la vora, que s'han d'incorporar al disseny i s'han de perforar abans del tremp.
La mida propera a la vora millora la transparència del sistema acabat i, alhora, redueix l'adherència de la junta d'estrella a causa del menor parell de torsió en la junta d'estrella típica. El vidre seleccionat per a aquest projecte són dues capes transparents temperats de 6 mm (1/4″) de 1524 mm x 1524 mm (5′ x 5′) laminades amb una pel·lícula intermèdia d'ionòmer Sentry Glass Plus (SGP) d'1,52 mm (0,060″).
S'aplica un disc de TSSA d'1 mm (0,040 polzades) de gruix a un accessori d'acer inoxidable imprimat de 60 mm (2,36 polzades) de diàmetre. L'imprimació està dissenyada per millorar la durabilitat de l'adhesió a l'acer inoxidable i és una barreja de silà i titanat en un dissolvent. El disc metàl·lic es pressiona contra el vidre amb una força mesurada de 0,7 MPa (100 psi) durant un minut per proporcionar humectació i contacte. Col·loqueu els components en un autoclau que arribi a 11,9 bar (175 psi) i 133 C° (272 °F) perquè el TSSA pugui assolir el temps de remull de 30 minuts necessari per al curat i la unió a l'autoclau.
Després que l'autoclau s'hagi completat i refredat, inspeccioneu cada connexió TSSA i després estrenyeu-la a 55 Nm (40,6 peus-lliura) per mostrar una càrrega estàndard d'1,3 MPa (190 psi). Els accessoris per a TSSA són proporcionats per Sadev i s'identifiquen com a accessoris TSSA R1006.
Munteu el cos principal de l'accessori al disc de curat del vidre i baixeu-lo dins del marc d'acer. Ajusteu i fixeu les femelles dels cargols de manera que el vidre exterior quedi a ras amb l'exterior del marc d'acer. La junta de 13 mm x 13 mm (1/2″ x ½”) que envolta el perímetre del vidre està segellada amb una estructura de silicona de dues parts perquè la prova de càrrega de pressió pugui començar l'endemà.
La prova es va dur a terme utilitzant un tub d'absorció d'impactes al Laboratori de Recerca d'Explosius de la Universitat de Kentucky. El tub d'absorció d'impactes està compost per un cos d'acer reforçat, que permet instal·lar unitats de fins a 3,7 m x 3,7 m a la cara.
El tub d'impacte s'acciona col·locant explosius al llarg del tub d'explosió per simular les fases positiva i negativa de l'esdeveniment d'explosió [12] [13]. Col·loqueu tot el conjunt de marc de vidre i acer al tub amortidor per fer les proves, tal com es mostra a la Figura 4.
Hi ha quatre sensors de pressió instal·lats dins del tub de xoc, de manera que la pressió i el pols es poden mesurar amb precisió. Es van utilitzar dues càmeres de vídeo digitals i una càmera rèflex digital per enregistrar la prova.
La càmera d'alta velocitat MREL Ranger HR, situada a prop de la finestra fora del tub de xoc, va capturar la prova a 500 fotogrames per segon. Es va establir un rècord làser de desviació de 20 kHz a prop de la finestra per mesurar la desviació al centre de la finestra.
Els quatre components de l'estructura es van provar nou vegades en total. Si el vidre no surt de l'obertura, torneu a provar el component sota una pressió i un impacte més alts. En cada cas, es registren les dades de pressió objectiu, impuls i deformació del vidre. A continuació, cada prova també es classifica segons la norma AAMA 510-14 [Directrius voluntàries del sistema Festestration per a la mitigació del risc d'explosió].
Com s'ha descrit anteriorment, es van provar quatre conjunts de marc fins que es va treure el vidre de l'obertura del port de ràfega. L'objectiu de la primera prova és assolir els 69 kPa a un pols de 614 kPa-ms (10 psi A 89 psi-msec). Sota la càrrega aplicada, la finestra de vidre es va trencar i es va desprendre del marc. Els accessoris de punt Sadev fan que el TSSA s'adhereixi al vidre temperat trencat. Quan el vidre temperat es va trencar, el vidre va sortir de l'obertura després d'una desviació d'aproximadament 100 mm (4 polzades).
Sota la condició d'augment de càrrega contínua, el marc 2 es va provar 3 vegades. Els resultats van mostrar que la fallada no es va produir fins que la pressió va arribar als 69 kPa (10 psi). Les pressions mesurades de 44,3 kPa (6,42 psi) i 45,4 kPa (6,59 psi) no afectaran la integritat del component. Sota la pressió mesurada de 62 kPa (9 psi), la deflexió del vidre va provocar la ruptura, deixant la finestra de vidre a l'obertura. Tots els accessoris TSSA estan fixats amb vidre temperat trencat, igual que a la Figura 7.
Sota la condició d'augment de càrrega contínua, el marc 3 es va provar dues vegades. Els resultats van mostrar que la fallada no es va produir fins que la pressió va assolir l'objectiu de 69 kPa (10 psi). La pressió mesurada de 48,4 kPa (7,03) psi no afectarà la integritat del component. La recollida de dades no va permetre la deflexió, però l'observació visual del vídeo va mostrar que la deflexió del marc 2 prova 3 i el marc 4 prova 7 era similar. Sota la pressió de mesura de 64 kPa (9,28 psi), la deflexió del vidre mesurada a 190,5 mm (7,5″) va provocar la ruptura, deixant la finestra de vidre a l'obertura. Tots els accessoris TSSA estan fixats amb vidre temperat trencat, igual que a la Figura 7.
Amb una càrrega contínua creixent, el marc 4 es va provar 3 vegades. Els resultats van mostrar que la fallada no es va produir fins que la pressió va assolir l'objectiu de 10 psi per segona vegada. Les pressions mesurades de 46,8 kPa (6,79) i 64,9 kPa (9,42 psi) no afectaran la integritat del component. A la prova núm. 8, es va mesurar que el vidre es doblegava 100 mm (4 polzades). S'espera que aquesta càrrega faci que el vidre es trenqui, però es poden obtenir altres dades.
A la prova núm. 9, la pressió mesurada de 65,9 kPa (9,56 psi) va desviar el vidre 190,5 mm (7,5″) i va provocar-ne la ruptura, deixant la finestra de vidre a l'obertura. Tots els accessoris TSSA estan fixats amb el mateix vidre temperat trencat que a la Figura 7. En tots els casos, els accessoris es poden treure fàcilment del marc d'acer sense cap dany evident.
La TSSA per a cada prova es manté sense canvis. Després de la prova, quan el vidre roman intacte, no hi ha cap canvi visual en la TSSA. El vídeo d'alta velocitat mostra el vidre trencant-se al punt mig del tram i després sortint de l'obertura.
A partir de la comparació de la fallada del vidre i l'absència de fallada a la Figura 8 i la Figura 9, és interessant observar que el mode de fractura del vidre es produeix lluny del punt d'unió, la qual cosa indica que la part no unida del vidre ha arribat al punt de flexió, que s'acosta ràpidament. El punt elàstic de fragilitat del vidre és relatiu a la part que roman unida.
Això indica que durant la prova, és probable que les plaques trencades en aquestes parts es moguin sota forces de cisallament. Combinant aquest principi i l'observació que el mode de fallada sembla ser la fragilització del gruix del vidre a la interfície adhesiva, a mesura que augmenta la càrrega prescrita, el rendiment s'hauria de millorar augmentant el gruix del vidre o controlant la deflexió per altres mitjans.
La prova 8 del marc 4 és una sorpresa agradable a les instal·lacions de proves. Tot i que el vidre no està danyat, de manera que es pot tornar a provar el marc, el TSSA i les tires de segellat circumdants encara poden mantenir aquesta gran càrrega. El sistema TSSA utilitza quatre fixacions de 60 mm per suportar el vidre. Les càrregues de vent de disseny són càrregues vives i permanents, ambdues a 2,5 kPa (50 psf). Es tracta d'un disseny moderat, amb una transparència arquitectònica ideal, presenta càrregues extremadament elevades i el TSSA roman intacte.
Aquest estudi es va dur a terme per determinar si l'adhesió del sistema de vidre presenta alguns riscos o defectes inherents pel que fa als requisits de baix nivell per al rendiment del sorrejat. Òbviament, un sistema d'accessoris TSSA simple de 60 mm s'instal·la a prop de la vora del vidre i té el rendiment fins que el vidre es trenca. Quan el vidre està dissenyat per resistir la ruptura, el TSSA és un mètode de connexió viable que pot proporcionar un cert grau de protecció alhora que manté els requisits de transparència i obertura de l'edifici.
Segons la norma ASTM F2912-17, els components de la finestra provats assoleixen el nivell de perill H1 en el nivell estàndard C1. L'accessori Sadev R1006 utilitzat en l'estudi no es veu afectat.
El vidre temperat utilitzat en aquest estudi és el "punt feble" del sistema. Un cop trencat el vidre, el TSSA i la tira de segellat que l'envolta no poden retenir una gran quantitat de vidre, perquè una petita quantitat de fragments de vidre romanen al material de silicona.
Des del punt de vista del disseny i el rendiment, s'ha demostrat que el sistema adhesiu TSSA proporciona un alt nivell de protecció en components de façana de grau explosiu al nivell inicial dels indicadors de rendiment explosiu, cosa que ha estat àmpliament acceptada per la indústria. La façana provada mostra que quan el risc d'explosió es troba entre 41,4 kPa (6 psi) i 69 kPa (10 psi), el rendiment en el nivell de perill és significativament diferent.
Tanmateix, és important que la diferència en la classificació de perill no sigui atribuïble a la fallada de l'adhesiu, tal com indica el mode de fallada cohesiva de l'adhesiu i els fragments de vidre entre els llindars de perill. Segons les observacions, la mida del vidre s'ajusta adequadament per minimitzar la deflexió per evitar la fragilitat a causa de l'augment de la resposta de cisallament a la interfície de flexió i fixació, que sembla ser un factor clau en el rendiment.
Els dissenys futurs podrien reduir el nivell de perill sota càrregues més elevades augmentant el gruix del vidre, fixant la posició del punt respecte a la vora i augmentant el diàmetre de contacte de l'adhesiu.
[1] Especificació estàndard de fibra de vidre ASTM F2912-17, Vidre i sistemes de vidre subjectes a càrregues d'alta altitud, ASTM International, West Conshawken, Pennsilvània, 2017, https://doi.org/10.1520/F2912-17 [2] Hilliard, JR, Paris, CJ i Peterson, CO, Jr., “Vidre segellador estructural, tecnologia segelladora per a sistemes de vidre”, ASTM STP 638, ASTM International, West Conshooken, Pennsilvània, 1977, pàg. 67-99 pàgines. [3] Zarghamee, MS, TA, Schwartz i Gladstone, M., “Rendiment sísmic del vidre de sílice estructural”, Segellat d'edificis, segellador, vidre i tecnologia impermeable, volum 1. 6. ASTM STP 1286, JC Myers, editor, ASTM International, West Conshohocken, Pennsilvània, 1996, pàg. 46-59. [4] Carbary, LD, “Revisió de la durabilitat i el rendiment dels sistemes de finestres de vidre estructural de silicona”, Glass Performance Day, Tampere, Finlàndia, juny de 2007, Actes de la conferència, pàgines 190-193. [5] Schmidt, CM, Schoenherr, WJ, Carbary LD i Takish, MS, “Rendiment dels adhesius estructurals de silicona”, Glass System Science and Technology, ASTM STP1054, CJ University of Paris, American Society for Testing and Materials, Filadèlfia, 1989 Anys, pàg. 22-45 [6] Wolf, AT, Sitte, S., Brasseur, M., J. i Carbary L. D, “Adhesiu estructural de silicona transparent per a la fixació i dispensació de vidres (TSSA). Avaluació preliminar de les propietats mecàniques i la durabilitat de l'acer”, Quart Simposi Internacional de Durabilitat “Segelladors i adhesius per a la construcció”, Revista ASTM International, publicada en línia, agost de 2011, volum 8, número 10 (11 de novembre de 2011), JAI 104084, disponible al següent lloc web: www.astm.org/DIGITAL_LIBRARY/JOURNALS/JAI/PAGES/JAI104084.htm. [7] Clift, C., Hutley, P., Carbary, LD, Adhesiu de silicona d'estructura transparent, Dia del Rendiment del Vidre, Tampere, Finlàndia, juny de 2011, Actes de la reunió, pàgines 650-653. [8] Clift, C., Carbary, LD, Hutley, P., Kimberlain, J., “Vidre de sílice estructural de nova generació” Facade Design and Engineering Journal 2 (2014) 137–161, DOI 10.3233 / FDE-150020 [9] Kenneth Yarosh, Andreas T. Wolf i Sigurd Sitte “Avaluació dels segelladors de cautxú de silicona en el disseny de finestres a prova de bales i murs cortina a altes velocitats de moviment”, ASTM International Magazine, número 1. 6. Article núm. 2, ID JAI101953 [10] ASTM C1135-15, Mètode de prova estàndard per determinar el rendiment d'adherència a la tracció dels segelladors estructurals, ASTM International, West Conshohocken, Pennsilvània, 2015, https://doi.org/10.1520/C1135-15 [11] Morgan, T., “Progrés en "Vidre fixat amb perns a prova d'explosió", Glass Performance Day, juny de 2103, actes de la reunió, pàg. 181-182 [12] ASTM F1642 / F1642M-17 Mètode d'assaig estàndard per a vidre i sistemes de vidre sotmesos a càrregues de vent elevades, ASTM International, West Conshohocken, Pennsilvània, 2017, https://doi.org/10.1520/F1642_F1642M-17 [13] Wedding, William Chad i Braden T. Lusk. "Un nou mètode per determinar la resposta dels sistemes de vidre antiexplosius a càrregues explosives". Metric 45.6 (2012): 1471-1479. [14] "Directrius voluntàries per mitigar el risc d'explosió dels sistemes de finestres verticals" AAMA 510-14.