Bodově upevněné skleněné systémy, které splňují tento architektonický požadavek, jsou obzvláště oblíbené u vchodů do terénu nebo veřejných prostor. Nedávný technologický pokrok umožnil použití ultrapevnostních lepidel k připevnění těchto velkých pemz k doplňkům bez nutnosti vrtat otvory do skla.
Typické umístění na zemi zvyšuje pravděpodobnost, že systém musí fungovat jako ochranná vrstva pro obyvatele budovy, a tento požadavek přesahuje nebo dokonce překračuje typické požadavky na zatížení větrem. Některé testy byly provedeny na systému bodového upevnění pro vrtání, ale ne na metodě lepení.
Účelem tohoto článku je zaznamenat simulační test s použitím rázové trubice s výbušnými náplněmi k simulaci exploze a simulaci dopadu výbušného zatížení na lepenou průhlednou součást. Mezi tyto proměnné patří explozní zatížení definované normou ASTM F2912 [1], které se provádí na tenké desce se sendvičovou vrstvou ionomerů SGP. Tento výzkum je prvním, kdy dokáže kvantifikovat potenciální explozivní výkon pro testování ve velkém měřítku a architektonický návrh. Připevněte čtyři tvarovky TSSA o průměru 60 mm (2,36 palce) na skleněnou desku o rozměrech 1524 x 1524 mm (60 x 60 palců).
Čtyři komponenty zatížené tlakem 48,3 kPa (7 psi) nebo nižším nepoškodily ani neovlivnily TSSA a sklo. Pět komponentů bylo zatíženo tlakem nad 62 kPa (9 psi) a u čtyř z pěti komponent došlo k rozbití skla, což způsobilo jeho posunutí z otvoru. Ve všech případech zůstalo TSSA připevněno k kovovým armaturám a nebyla zjištěna žádná porucha, přilnavost ani spojení. Testování ukázalo, že v souladu s požadavky normy AAMA 510-14 může testovaná konstrukce TSSA poskytovat účinný bezpečnostní systém při zatížení 48,3 kPa (7 psi) nebo nižším. Zde získaná data lze použít k návrhu systému TSSA tak, aby splňoval specifikované zatížení.
Jon Kimberlain (Jon Kimberlain) je pokročilý aplikační expert na vysoce výkonné silikony společnosti Dow Corning. Lawrence D. Carbary (Lawrence D. Carbary) je vědec společnosti Dow Corning zabývající se vysoce výkonnými stavebními materiály a zároveň výzkumník v oblasti silikonů a certifikace ASTM.
Konstrukční silikonové upevnění skleněných panelů se používá již téměř 50 let ke zlepšení estetiky a funkčnosti moderních budov [2] [3] [4] [5]. Tato metoda upevnění umožňuje vytvořit hladkou souvislou vnější stěnu s vysokou průhledností. Touha po zvýšené transparentnosti v architektuře vedla k vývoji a použití kabelových pletivových stěn a vnějších stěn podepřených šrouby. Architektonicky náročné památkové budovy budou zahrnovat dnešní moderní technologie a musí splňovat místní stavební a bezpečnostní předpisy a normy.
Bylo studováno transparentní strukturální silikonové lepidlo (TSSA) a byla navržena metoda podepření skla pomocí šroubových upevňovacích dílů namísto vrtání otvorů [6] [7]. Technologie transparentního lepidla s pevností, přilnavostí a trvanlivostí má řadu fyzikálních vlastností, které umožňují návrhářům fasád navrhnout spojovací systém jedinečným a novým způsobem.
Kulaté, obdélníkové a trojúhelníkové doplňky, které splňují estetické a konstrukční požadavky, se snadno navrhují. TSSA se vytvrzuje společně se zpracováním vrstveného skla v autoklávu. Po vyjmutí materiálu z autoklávového cyklu lze provést 100% ověřovací test. Tato výhoda v oblasti zajištění kvality je pro TSSA jedinečná, protože může poskytnout okamžitou zpětnou vazbu o strukturální integritě sestavy.
Byla studována odolnost proti nárazu [8] a tlumení nárazů u konvenčních strukturálních silikonových materiálů [9]. Wolf a kol. poskytli data získaná Univerzitou ve Stuttgartu. Tato data ukazují, že ve srovnání s kvazistatickou rychlostí deformace specifikovanou v normě ASTM C1135 je pevnost v tahu strukturálního silikonového materiálu při maximální rychlosti deformace 5 m/s (197 palců/s). Pevnost a prodloužení se zvyšují. To ukazuje na vztah mezi deformací a fyzikálními vlastnostmi.
Vzhledem k tomu, že TSSA je vysoce elastický materiál s vyšším modulem a pevností než strukturální silikon, očekává se, že bude mít stejné obecné vlastnosti. Ačkoli nebyly provedeny laboratorní testy s vysokými rychlostmi deformace, lze očekávat, že vysoká rychlost deformace při explozi neovlivní pevnost.
Šroubované sklo bylo testováno, splňuje normy pro zmírnění výbuchu [11] a bylo vystaveno na akci Glass Performance Day 2013. Vizuální výsledky jasně ukazují výhody mechanické fixace skla po jeho rozbití. U systémů s čistě lepeným upevněním to bude náročné.
Rám je vyroben z amerického standardního ocelového profilu o rozměrech 151 mm hloubka x 48,8 mm šířka x 5,08 mm tloušťka stěny (6” x 1,92” x 0,20”), obvykle nazývaného C-drážka 6” x 8,2#. Profily C jsou v rozích svařeny a v rozích je přivařen trojúhelníkový profil o tloušťce 9 mm (0,375 palce), který je odsazen od povrchu rámu. V desce byl vyvrtán otvor o průměru 18 mm (0,71″), aby do něj bylo možné snadno zasunout šroub o průměru 14 mm (0,55″).
Kovové tvarovky TSSA o průměru 60 mm (2,36 palce) jsou umístěny 50 mm (2 palce) od každého rohu. Na každý kus skla se aplikují čtyři tvarovky, aby vše bylo symetrické. Unikátní vlastností TSSA je, že ji lze umístit blízko okraje skla. Vrtací příslušenství pro mechanické upevnění do skla má specifické rozměry začínající od okraje, které musí být začleněny do návrhu a musí být vyvrtány před kalením.
Velikost blízko okraje zlepšuje průhlednost hotového systému a zároveň snižuje přilnavost hvězdicového spoje díky nižšímu točivému momentu na typickém hvězdicovém spoji. Pro tento projekt bylo zvoleno dvě 6mm (1/4″) tvrzené průhledné vrstvy o rozměrech 1524 mm x 1524 mm (5′x 5′) laminované ionomerovou mezivrstvou Sentry Glass Plus (SGP) o tloušťce 1,52 mm (0,060′).
Na nerezový fitinek o průměru 60 mm (2,36 palce) opatřený základním nátěrem se nanese 1 mm (0,040 palce) silný kotouč TSSA. Základní nátěr je navržen tak, aby zlepšil trvanlivost přilnavosti k nerezové oceli a jedná se o směs silanu a titaničitanu v rozpouštědle. Kovový kotouč se přitlačí ke sklu měřenou silou 0,7 MPa (100 psi) po dobu jedné minuty, aby se zajistilo smáčení a kontakt. Součásti se umístí do autoklávu, který dosahuje tlaku 11,9 barů (175 psi) a teploty 133 °C (272 °F), aby TSSA mohl dosáhnout 30minutové doby namáčení potřebné pro vytvrzení a spojení v autoklávu.
Po dokončení autoklávování a ochlazení zkontrolujte každou armaturu TSSA a poté ji utáhněte na 55 Nm (40,6 stopoliber), aby se dosáhlo standardního zatížení 1,3 MPa (190 psi). Příslušenství pro TSSA dodává společnost Sadev a je označeno jako příslušenství R1006 TSSA.
Namontujte hlavní část příslušenství k vytvrzovacímu disku na skle a spusťte jej do ocelového rámu. Nastavte a upevněte matice na šroubech tak, aby vnější sklo bylo v jedné rovině s vnější stranou ocelového rámu. Spoj 13 mm x 13 mm (1/2″ x½”) obklopující obvod skla je utěsněn dvoudílnou silikonovou strukturou, aby mohla zkouška tlakovým zatížením začít následující den.
Test byl proveden s použitím rázové trubky v Laboratoři pro výzkum výbušnin na Univerzitě v Kentucky. Tlumicí trubka se skládá z vyztuženého ocelového tělesa, které umožňuje instalaci jednotek o rozměrech až 3,7 m x 3,7 m na čelní ploše.
Nárazová trubice je poháněna umístěním výbušnin podél její délky, aby se simulovaly pozitivní a negativní fáze exploze [12] [13]. Celou sestavu skleněného a ocelového rámu vložte do tlumicí trubice pro testování, jak je znázorněno na obrázku 4.
Uvnitř rázové trubice jsou instalovány čtyři tlakové senzory, takže lze přesně měřit tlak a puls. K záznamu testu byly použity dvě digitální videokamery a digitální zrcadlovka.
Vysokorychlostní kamera MREL Ranger HR umístěná poblíž okna vně rázové trubice zachytila ​​test rychlostí 500 snímků za sekundu. Pro měření výchylky ve středu okna byl poblíž okna nastaven laserový záznam s frekvencí 20 kHz.
Čtyři komponenty rámové konstrukce byly testovány celkem devětkrát. Pokud sklo neopustí otvor, proveďte opakovaný test komponenty za vyššího tlaku a nárazu. V každém případě se zaznamenají cílový tlak, impuls a údaje o deformaci skla. Poté je každý test také hodnocen podle normy AAMA 510-14 [Dobrovolné směrnice pro zmírňování nebezpečí výbuchu pro systémy festestration].
Jak je popsáno výše, byly testovány čtyři rámové sestavy, dokud nebylo sklo vyjmuto z otvoru tryskacího otvoru. Cílem prvního testu je dosáhnout tlaku 69 kPa při pulzu 614 kPa-ms (10 psi A 89 psi-ms). Pod vlivem aplikovaného zatížení se skleněné okno roztříštilo a uvolnilo z rámu. Bodové kování Sadev zajišťuje přilnavost TSSA k rozbitému tvrzenému sklu. Když se tvrzené sklo roztříštilo, sklo opustilo otvor po vychýlení přibližně 100 mm (4 palce).
Za podmínek rostoucího trvalého zatížení byl rám 2 testován třikrát. Výsledky ukázaly, že k selhání nedošlo, dokud tlak nedosáhl 69 kPa (10 psi). Naměřené tlaky 44,3 kPa (6,42 psi) a 45,4 kPa (6,59 psi) neovlivnily integritu součásti. Při naměřeném tlaku 62 kPa (9 psi) způsobilo vychýlení skla prasknutí, které zanechalo skleněné okénko v otvoru. Veškeré příslušenství TSSA je upevněno rozbitým tvrzeným sklem, stejně jako na obrázku 7.
Za podmínek rostoucího trvalého zatížení byl rám 3 testován dvakrát. Výsledky ukázaly, že k selhání nedošlo, dokud tlak nedosáhl cílové hodnoty 69 kPa (10 psi). Naměřený tlak 48,4 kPa (7,03 psi) neovlivní integritu součásti. Sběr dat neumožnil průhyb, ale vizuální pozorování z videa ukázalo, že průhyb rámu 2 v testu 3 a rámu 4 v testu 7 byl podobný. Při měřeném tlaku 64 kPa (9,28 psi) vedla průhyb skla naměřený ve vzdálenosti 190,5 mm (7,5") k rozbití, přičemž skleněné okno zůstalo v otvoru. Veškeré příslušenství TSSA je připevněno rozbitým tvrzeným sklem, stejně jako na obrázku 7.
S rostoucím trvalým zatížením byl rám 4 testován třikrát. Výsledky ukázaly, že k selhání nedošlo, dokud tlak podruhé nedosáhl cílové hodnoty 10 psi. Naměřené tlaky 46,8 kPa (6,79) a 64,9 kPa (9,42 psi) neovlivní integritu součásti. V testu č. 8 bylo sklo ohnuto o 100 mm (4 palce). Očekává se, že toto zatížení způsobí prasknutí skla, ale lze získat i další datové body.
V testu č. 9 naměřený tlak 65,9 kPa (9,56 psi) vychýlil sklo o 190,5 mm (7,5 palce) a způsobil jeho rozbití, přičemž skleněné okno zůstalo v otvoru. Veškeré příslušenství TSSA je připevněno stejným rozbitým tvrzeným sklem jako na obrázku 7. Ve všech případech lze příslušenství snadno vyjmout z ocelového rámu bez jakéhokoli zjevného poškození.
Hodnota TSSA pro každý test zůstává nezměněna. Po testu, když sklo zůstane neporušené, nedojde k žádné vizuální změně TSSA. Vysokorychlostní video ukazuje rozbití skla uprostřed rozpětí a jeho následné opuštění otvoru.
Z porovnání selhání skla a bez selhání na obrázku 8 a obrázku 9 je zajímavé poznamenat, že k lomu skla dochází daleko od bodu spojení, což naznačuje, že neslepená část skla dosáhla bodu ohybu, ke kterému se rychle blíží. Mez kluzu křehkosti skla je relativní vzhledem k části, která zůstává spojena.
To naznačuje, že během zkoušky se rozbité desky v těchto částech pravděpodobně pohybují vlivem smykových sil. Kombinací tohoto principu a pozorování, že způsobem porušení se zdá být zkřehnutí tloušťky skla na adhezním rozhraní s rostoucím předepsaným zatížením, by se měl výkon zlepšit zvětšením tloušťky skla nebo regulací průhybu jinými prostředky.
Test 8 rámu 4 je v testovacím zařízení příjemným překvapením. Přestože sklo není poškozeno, takže rám lze znovu otestovat, TSSA a okolní těsnicí pásky stále unesou toto velké zatížení. Systém TSSA používá čtyři 60mm úchyty k podepření skla. Návrhové zatížení větrem je provozní i trvalé zatížení, obojí o síle 2,5 kPa (50 psf). Jedná se o mírné provedení s ideální architektonickou transparentností, vykazuje extrémně vysoké zatížení a TSSA zůstává neporušená.
Tato studie byla provedena s cílem zjistit, zda adheze skleněného systému s sebou nese nějaká inherentní rizika nebo vady z hlediska nízkých požadavků na pískovací výkon. Je zřejmé, že jednoduchý 60mm systém příslušenství TSSA se instaluje poblíž okraje skla a funguje, dokud se sklo nerozbije. Pokud je sklo navrženo tak, aby odolávalo rozbití, je TSSA schůdnou metodou spojení, která může poskytnout určitý stupeň ochrany a zároveň zachovat požadavky budovy na transparentnost a otevřenost.
Podle normy ASTM F2912-17 dosahují testované okenní komponenty úrovně nebezpečí H1 na úrovni normy C1. Příslušenství Sadev R1006 použité ve studii není touto skutečností dotčeno.
Tvrzené sklo použité v této studii je „slabým článkem“ systému. Jakmile je sklo rozbito, TSSA a okolní těsnicí páska nemohou zadržet velké množství skla, protože na silikonovém materiálu zůstává malé množství úlomků skla.
Z hlediska designu a výkonu se ukázalo, že lepicí systém TSSA poskytuje vysokou úroveň ochrany fasádních prvků s výbušným povrchem na počáteční úrovni ukazatelů výbušného výkonu, což bylo v průmyslu široce akceptováno. Testovaná fasáda ukazuje, že při tlaku výbuchu mezi 41,4 kPa (6 psi) a 69 kPa (10 psi) se výkon na úrovni nebezpečí výrazně liší.
Je však důležité, aby rozdíl v klasifikaci nebezpečí nebyl přičítán adheznímu selhání, jak ukazuje způsob kohezního selhání lepidla a úlomků skla mezi prahovými hodnotami nebezpečí. Podle pozorování je velikost skla vhodně upravena tak, aby se minimalizovalo prohnutí a zabránilo se křehnutí v důsledku zvýšené smykové odezvy na rozhraní ohybu a uchycení, což se jeví jako klíčový faktor výkonu.
Budoucí konstrukce by mohly být schopny snížit úroveň nebezpečí při vyšším zatížení zvětšením tloušťky skla, fixací polohy hrotu vzhledem k okraji a zvětšením kontaktního průměru lepidla.
[1] ASTM F2912-17 Standardní specifikace pro skleněná vlákna, Sklo a skleněné systémy vystavené zatížení ve vysoké nadmořské výšce, ASTM International, West Conshawken, Pensylvánie, 2017, https://doi.org/10.1520/F2912-17 [2] Hilliard, JR, Paris, CJ a Peterson, CO, Jr., „Konstrukční tmel do skla, technologie tmelů pro skleněné systémy“, ASTM STP 638, ASTM International, West Conshooken, Pensylvánie, 1977, str. 67–99 stran. [3] Zarghamee, MS, TA, Schwartz a Gladstone, M., „Seismické vlastnosti konstrukčního křemičitého skla“, Těsnění budov, tmely, technologie skla a vodotěsnosti, svazek 1. 6. ASTM STP 1286, JC Myers, editor, ASTM International, West Conshohocken, Pensylvánie, 1996, str. 46–59. [4] Carbary, LD, „Přehled trvanlivosti a vlastností silikonových strukturálních skleněných okenních systémů“, Glass Performance Day, Tampere, Finsko, červen 2007, sborník z konference, strany 190–193. [5] Schmidt, CM, Schoenherr, WJ, Carbary LD a Takish, MS, „Výkon silikonových strukturálních lepidel“, Glass System Science and Technology, ASTM STP1054, CJ University of Paris, American Society for Testing and Materials, Philadelphia, 1989 Years, str. 22–45. [6] Wolf, AT, Sitte, S., Brasseur, M., J. a Carbary L. D, „Transparentní strukturální silikonové lepidlo pro upevňování a dávkování zasklení (TSSA) Předběžné posouzení mechanických vlastností a trvanlivosti oceli“, The Fourth International Durability Symposium „Construction Sealants and Adhesives“, ASTM International Magazine, publikováno online, srpen 2011, svazek 8, číslo 10 (měsíc 11. listopadu 2011), JAI 104084, dostupné na následující webové stránce: www.astm.org/DIGITAL_LIBRARY/JOURNALS/JAI/PAGES/JAI104084.htm. [7] Clift, C., Hutley, P., Carbary, LD, Silikonové lepidlo s průhlednou strukturou, Glass Performance Day, Tampere, Finsko, červen 2011, Sborník z konference, strany 650–653. [8] Clift, C., Carbary, LD, Hutley, P., Kimberlain, J., „Nová generace strukturálního křemičitého skla“, Facade Design and Engineering Journal 2 (2014) 137–161, DOI 10.3233 / FDE-150020 [9] Kenneth Yarosh, Andreas T. Wolf a Sigurd Sitte „Hodnocení silikonových pryžových tmelů při návrhu neprůstřelných oken a obvodových plášťů při vysokých rychlostech pohybu“, ASTM International Magazine, číslo 1. 6. Článek č. 2, ID JAI101953 [10] ASTM C1135-15, Standardní zkušební metoda pro stanovení přilnavosti v tahu strukturálních tmelů, ASTM International, West Conshohocken, Pensylvánie, 2015, https:/ /doi.org/10.1520/C1135-15 [11] Morgan, T., „Pokrok v „Nevýbušné šroubované sklo“, Glass Performance Day, červen 2013, zápis ze schůze, str. 181–182 [12] ASTM F1642 / F1642M-17 Standardní zkušební metoda pro sklo a skleněné systémy vystavené vysokému zatížení větrem, ASTM International, West Conshohocken, Pensylvánie, 2017, https://doi.org/10.1520/F1642_F1642M-17 [13] Wedding, William Chad a Braden T. Lusk. „Nová metoda pro stanovení odezvy protivýbušných skleněných systémů na výbušné zatížení.“ Metric 45.6 (2012): 1471–1479. [14] „Dobrovolné pokyny pro zmírnění nebezpečí výbuchu u vertikálních okenních systémů“ AAMA 510-14.