Punktgehaltene Glassysteme, die diese architektonische Anforderung erfüllen, sind besonders in ebenerdigen Eingängen oder öffentlichen Bereichen beliebt. Jüngste technologische Fortschritte ermöglichen die Verwendung von ultrahochfesten Klebstoffen, um diese großen Bimssteine ​​an Zubehörteilen zu befestigen, ohne Löcher in das Glas bohren zu müssen.
Die typische Bodenlage erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass das System als Schutzschicht für die Gebäudenutzer fungieren muss, und diese Anforderung übersteigt oder übertrifft die typischen Windlastanforderungen. Es wurden einige Tests zum Punktbefestigungssystem für das Bohren durchgeführt, jedoch nicht zur Klebemethode.
Der Zweck dieses Artikels ist die Aufzeichnung eines Simulationstests mit einem Stoßrohr mit Sprengladungen zur Simulation einer Explosion, um die Auswirkungen einer Sprengladung auf ein geklebtes transparentes Bauteil zu simulieren. Zu diesen Variablen gehört die in ASTM F2912 [1] definierte Explosionslast, die auf einer dünnen Platte mit einem SGP-Ionomer-Sandwich durchgeführt wird. Diese Forschung ist das erste Mal, dass sie die potenzielle Sprengleistung für groß angelegte Tests und architektonische Gestaltung quantifizieren kann. Befestigen Sie vier TSSA-Armaturen mit einem Durchmesser von 60 mm (2,36 Zoll) an einer Glasplatte mit den Maßen 1524 x 1524 mm (60 Zoll x 60 Zoll).
Die vier Komponenten, die mit 48,3 kPa (7 psi) oder weniger belastet wurden, beschädigten oder beeinträchtigten weder TSSA noch Glas. Fünf Komponenten wurden mit einem Druck von über 62 kPa (9 psi) belastet, und bei vier der fünf Komponenten kam es zu Glasbruch, wodurch sich das Glas aus der Öffnung löste. In allen Fällen blieb das TSSA an den Metallbeschlägen haften, und es wurden keine Fehlfunktionen, Haftungen oder Verklebungen festgestellt. Tests haben gezeigt, dass das getestete TSSA-Design gemäß den Anforderungen von AAMA 510-14 ein wirksames Sicherheitssystem unter einer Belastung von 48,3 kPa (7 psi) oder weniger bietet. Die hier generierten Daten können verwendet werden, um das TSSA-System so zu konstruieren, dass es der angegebenen Belastung standhält.
Jon Kimberlain ist ein Experte für fortgeschrittene Anwendungen der Hochleistungssilikone von Dow Corning. Lawrence D. Carbary ist ein Wissenschaftler für die Hochleistungsbauindustrie von Dow Corning und forscht zu Silikonen und ASTM-Produkten von Dow Corning.
Die strukturelle Befestigung von Glasplatten mit Silikon wird seit fast 50 Jahren eingesetzt, um die Ästhetik und Leistung moderner Gebäude zu verbessern [2] [3] [4] [5]. Diese Befestigungsmethode ermöglicht die Herstellung glatter, durchgehender Außenwände mit hoher Transparenz. Der Wunsch nach mehr Transparenz in der Architektur führte zur Entwicklung und Verwendung von Seilnetzwänden und bolzengestützten Außenwänden. Architektonisch anspruchsvolle Wahrzeichen werden mit modernster Technologie ausgestattet und müssen den örtlichen Bau- und Sicherheitsvorschriften entsprechen.
Der transparente Struktursilikonkleber (TSSA) wurde untersucht und eine Methode zur Befestigung des Glases mit Bolzenbefestigungsteilen anstelle von Bohrlöchern vorgeschlagen [6] [7]. Die transparente Klebetechnologie mit Festigkeit, Haftung und Haltbarkeit verfügt über eine Reihe physikalischer Eigenschaften, die es Fassadenplanern ermöglichen, das Verbindungssystem auf einzigartige und neuartige Weise zu gestalten.
Runde, rechteckige und dreieckige Zubehörteile, die Ästhetik und strukturelle Leistung vereinen, lassen sich einfach gestalten. TSSA wird zusammen mit dem Verbundglas im Autoklaven ausgehärtet. Nach der Entnahme aus dem Autoklavenzyklus kann der 100%-Verifizierungstest durchgeführt werden. Dieser Qualitätssicherungsvorteil ist einzigartig bei TSSA, da es sofortiges Feedback zur strukturellen Integrität der Baugruppe liefert.
Die Schlagzähigkeit [8] und die Stoßdämpfungswirkung herkömmlicher struktureller Silikonmaterialien wurden untersucht [9]. Wolf et al. stellten Daten der Universität Stuttgart zur Verfügung. Diese Daten zeigen, dass die Zugfestigkeit des strukturellen Silikonmaterials im Vergleich zur quasistatischen Dehnungsrate gemäß ASTM C1135 bei einer maximalen Dehnungsrate von 5 m/s (197 in/s) liegt. Festigkeit und Dehnung nehmen zu. Zeigt den Zusammenhang zwischen Dehnung und physikalischen Eigenschaften an.
Da TSSA ein hochelastisches Material mit höherem Elastizitätsmodul und höherer Festigkeit als Struktursilikon ist, wird erwartet, dass es die gleiche allgemeine Leistung aufweist. Obwohl keine Labortests mit hohen Dehnungsraten durchgeführt wurden, ist davon auszugehen, dass die hohe Dehnungsrate bei der Explosion die Festigkeit nicht beeinträchtigt.
Das verschraubte Glas wurde getestet, erfüllt die Explosionsschutznormen [11] und wurde auf dem Glass Performance Day 2013 ausgestellt. Die visuellen Ergebnisse zeigen deutlich die Vorteile der mechanischen Befestigung des Glases nach dem Glasbruch. Für Systeme mit reiner Klebebefestigung stellt dies eine Herausforderung dar.
Der Rahmen besteht aus einem amerikanischen Standard-Stahlkanal mit den Abmessungen 151 mm Tiefe x 48,8 mm Breite x 5,08 mm Stegdicke (6" x 1,92" x 0,20"), üblicherweise als C 6" x 8,2# Schlitz bezeichnet. Die C-Kanäle sind an den Ecken zusammengeschweißt, und ein 9 mm (0,375 Zoll) dicker dreieckiger Abschnitt ist an den Ecken angeschweißt, von der Rahmenoberfläche zurückversetzt. In die Platte wurde ein 18 mm (0,71 Zoll) großes Loch gebohrt, sodass eine Schraube mit einem Durchmesser von 14 mm (0,55 Zoll) leicht hineingesteckt werden kann.
TSSA-Metallbeschläge mit einem Durchmesser von 60 mm (2,36 Zoll) befinden sich 50 mm (2 Zoll) von jeder Ecke entfernt. Bringen Sie vier Beschläge an jeder Glasscheibe an, um eine symmetrische Anordnung zu gewährleisten. Das Besondere an TSSA ist, dass es nahe am Glasrand platziert werden kann. Bohrzubehör für die mechanische Befestigung im Glas hat spezifische Abmessungen ab dem Rand, die in die Konstruktion integriert und vor dem Härten gebohrt werden müssen.
Die Größe nahe am Rand verbessert die Transparenz des fertigen Systems und verringert gleichzeitig die Haftung der Sternverbindung aufgrund des geringeren Drehmoments der typischen Sternverbindung. Das für dieses Projekt ausgewählte Glas besteht aus zwei 6 mm (1/4 Zoll) starken, gehärteten, transparenten 1524 mm x 1524 mm (5′ x 5′) Schichten, die mit einer 1,52 mm (0,060) Zoll starken Sentry Glass Plus (SGP) Ionomer-Zwischenfolie laminiert sind.
Eine 1 mm (0,040 Zoll) dicke TSSA-Scheibe wird auf ein grundiertes Edelstahl-Fitting mit 60 mm (2,36 Zoll) Durchmesser aufgebracht. Die Grundierung soll die Haftung auf Edelstahl verbessern und besteht aus einer Mischung aus Silan und Titanat in einem Lösungsmittel. Die Metallscheibe wird mit einer gemessenen Kraft von 0,7 MPa (100 psi) eine Minute lang gegen das Glas gedrückt, um Benetzung und Kontakt zu gewährleisten. Die Komponenten werden in einen Autoklaven mit 11,9 bar (175 psi) und 133 °C (272 °F) gegeben, damit die TSSA die zum Aushärten und Verkleben erforderliche 30-minütige Einwirkzeit im Autoklaven erreichen kann.
Nachdem der Autoklav fertig ist und abgekühlt ist, überprüfen Sie jede TSSA-Armatur und ziehen Sie sie anschließend mit 55 Nm (40,6 Fuß-Pfund) fest, um eine Standardbelastung von 1,3 MPa (190 psi) zu erreichen. Zubehör für TSSA wird von Sadev bereitgestellt und als R1006 TSSA-Zubehör bezeichnet.
Montieren Sie den Hauptkörper des Zubehörs an der Aushärtungsscheibe auf dem Glas und senken Sie ihn in den Stahlrahmen ab. Passen Sie die Muttern an den Schrauben an und ziehen Sie sie fest, sodass das äußere Glas bündig mit der Außenseite des Stahlrahmens abschließt. Die 13 mm x 13 mm (1/2″ x ½″) große Fuge um den Glasumfang wird mit einer zweiteiligen Silikonstruktur abgedichtet, sodass der Druckbelastungstest am nächsten Tag beginnen kann.
Der Test wurde mit einem Stoßdämpferrohr im Explosives Research Laboratory der University of Kentucky durchgeführt. Das Stoßdämpferrohr besteht aus einem verstärkten Stahlkörper, in dem Einheiten mit einer Größe von bis zu 3,7 m x 3,7 m an der Oberfläche installiert werden können.
Das Aufprallrohr wird angetrieben, indem Sprengstoff entlang der Länge des Explosionsrohrs platziert wird, um die positiven und negativen Phasen des Explosionsereignisses zu simulieren [12] [13]. Legen Sie die gesamte Glas- und Stahlrahmenbaugruppe zum Testen in das stoßdämpfende Rohr, wie in Abbildung 4 dargestellt.
Im Inneren des Stoßrohrs sind vier Drucksensoren installiert, sodass Druck und Puls präzise gemessen werden können. Zur Aufzeichnung des Tests wurden zwei digitale Videokameras und eine digitale Spiegelreflexkamera verwendet.
Die Hochgeschwindigkeitskamera MREL Ranger HR in der Nähe des Fensters außerhalb des Stoßrohrs zeichnete den Test mit 500 Bildern pro Sekunde auf. Platzieren Sie einen 20-kHz-Ablenklaserrekorder in der Nähe des Fensters, um die Ablenkung in der Mitte des Fensters zu messen.
Die vier Rahmenkomponenten wurden insgesamt neunmal geprüft. Verlässt das Glas die Öffnung nicht, wird das Bauteil erneut unter erhöhtem Druck und Aufprall geprüft. Dabei werden jeweils Zieldruck und Impuls sowie die Glasverformungsdaten aufgezeichnet. Anschließend wird jeder Test zusätzlich nach AAMA 510-14 [Freiwillige Richtlinien für Explosionsgefahrenminderung] bewertet.
Wie oben beschrieben, wurden vier Rahmenbaugruppen getestet, bis das Glas aus der Öffnung der Explosionsöffnung entfernt wurde. Ziel des ersten Tests ist es, 69 kPa bei einem Impuls von 614 kPa-ms (10 psi A 89 psi-ms) zu erreichen. Unter der aufgebrachten Last zersplitterte das Glasfenster und löste sich vom Rahmen. Sadev-Punktbeschläge sorgen dafür, dass TSSA an zerbrochenem gehärtetem Glas haftet. Als das gehärtete Glas zerbrach, verließ es die Öffnung nach einer Auslenkung von ca. 100 mm (4 Zoll).
Unter der Bedingung einer zunehmenden Dauerbelastung wurde Rahmen 2 dreimal getestet. Die Ergebnisse zeigten, dass der Ausfall erst bei einem Druck von 69 kPa (10 psi) auftrat. Die gemessenen Drücke von 44,3 kPa (6,42 psi) und 45,4 kPa (6,59 psi) beeinträchtigen die Integrität des Bauteils nicht. Unter dem gemessenen Druck von 62 kPa (9 psi) führte die Durchbiegung des Glases zum Bruch, sodass das Glasfenster in der Öffnung verblieb. Alle TSSA-Zubehörteile sind mit zerbrochenem gehärtetem Glas befestigt, genau wie in Abbildung 7.
Unter der Bedingung einer zunehmenden Dauerlast wurde Rahmen 3 zweimal getestet. Die Ergebnisse zeigten, dass der Fehler erst auftrat, als der Druck den Zielwert von 69 kPa (10 psi) erreichte. Der gemessene Druck von 48,4 kPa (7,03) psi beeinträchtigt die Integrität der Komponente nicht. Die Datenerfassung ließ keine Durchbiegung erkennen, aber die visuelle Beobachtung anhand des Videos zeigte, dass die Durchbiegung von Rahmen 2, Test 3, und Rahmen 4, Test 7 ähnlich war. Unter dem Messdruck von 64 kPa (9,28 psi) führte die bei 190,5 mm (7,5″) gemessene Durchbiegung des Glases zum Bruch, wodurch das Glasfenster in der Öffnung verblieb. Alle TSSA-Zubehörteile sind mit zerbrochenem gehärtetem Glas befestigt, genau wie in Abbildung 7.
Rahmen 4 wurde dreimal mit zunehmender Dauerbelastung getestet. Die Ergebnisse zeigten, dass der Bruch erst beim zweiten Druckanstieg von 10 psi auftrat. Die gemessenen Drücke von 46,8 kPa (6,79 psi) und 64,9 kPa (9,42 psi) beeinträchtigen die Integrität des Bauteils nicht. Im Test Nr. 8 wurde eine Biegung des Glases von 100 mm (4 Zoll) gemessen. Es ist zu erwarten, dass diese Belastung zum Bruch des Glases führt, es können jedoch auch andere Datenpunkte ermittelt werden.
Im Test Nr. 9 lenkte der gemessene Druck von 65,9 kPa (9,56 psi) das Glas um 190,5 mm (7,5 Zoll) ab und verursachte einen Bruch, wodurch das Glasfenster in der Öffnung verblieb. Alle TSSA-Zubehörteile sind mit demselben zerbrochenen gehärteten Glas wie in Abbildung 7 befestigt. In allen Fällen können die Zubehörteile problemlos und ohne sichtbare Beschädigungen vom Stahlrahmen entfernt werden.
Der TSSA bleibt für jeden Test unverändert. Nach dem Test, wenn das Glas intakt bleibt, gibt es keine sichtbare Veränderung des TSSA. Das Hochgeschwindigkeitsvideo zeigt, wie das Glas in der Mitte der Spannweite bricht und dann die Öffnung verlässt.
Beim Vergleich von Glasversagen und Nichtversagen in Abbildung 8 und Abbildung 9 fällt auf, dass der Glasbruch weit entfernt vom Befestigungspunkt auftritt, was darauf hinweist, dass der ungebundene Teil des Glases den Biegepunkt erreicht hat, der sich schnell der Sprödigkeitsgrenze des Glases nähert und relativ zum Teil ist, der gebunden bleibt.
Dies deutet darauf hin, dass sich die gebrochenen Platten in diesen Teilen während des Tests wahrscheinlich unter Scherkräften bewegen. Kombiniert man dieses Prinzip mit der Beobachtung, dass die Versagensursache die Versprödung der Glasdicke an der Klebefläche zu sein scheint, wenn die vorgeschriebene Belastung zunimmt, sollte die Leistung durch eine Erhöhung der Glasdicke oder eine Kontrolle der Durchbiegung auf andere Weise verbessert werden.
Test 8 von Rahmen 4 ist eine positive Überraschung in der Prüfanlage. Obwohl das Glas unbeschädigt ist und der Rahmen erneut getestet werden kann, halten die TSSA und die umgebenden Dichtungsstreifen dieser hohen Belastung stand. Das TSSA-System verwendet vier 60-mm-Befestigungen zur Unterstützung des Glases. Die berechneten Windlasten betragen sowohl Nutzlast als auch Dauerlast, jeweils 2,5 kPa (50 psf). Dies ist ein moderates Design mit idealer architektonischer Transparenz, das extrem hohe Belastungen aufweist, und die TSSA bleibt intakt.
Diese Studie wurde durchgeführt, um festzustellen, ob die Klebehaftung des Glassystems hinsichtlich der geringen Anforderungen an die Sandstrahlleistung gewisse Gefahren oder Mängel birgt. Ein einfaches 60-mm-TSSA-Zubehörsystem wird nahe der Glaskante installiert und bietet seine Leistung bis zum Glasbruch. Bei bruchsicherem Glas ist TSSA eine praktikable Verbindungsmethode, die ein gewisses Maß an Schutz bietet und gleichzeitig die Anforderungen des Gebäudes an Transparenz und Offenheit erfüllt.
Gemäß der Norm ASTM F2912-17 erreichen die getesteten Fensterkomponenten die Gefahrenstufe H1 auf dem Standardniveau C1. Das in der Studie verwendete Zubehör Sadev R1006 ist davon nicht betroffen.
Das in dieser Studie verwendete gehärtete Glas ist das „schwache Glied“ im System. Sobald das Glas zerbricht, können TSSA und der umgebende Dichtungsstreifen keine große Menge Glas mehr zurückhalten, da eine kleine Menge Glassplitter auf dem Silikonmaterial verbleiben.
Aus Design- und Leistungssicht hat sich gezeigt, dass das TSSA-Klebesystem in explosionsgefährdeten Fassadenkomponenten einen hohen Schutz bietet, der bereits bei der anfänglichen Explosionsschutzstufe anerkannt ist. Die getestete Fassade zeigt, dass sich die Leistung bei Explosionsdruckwerten zwischen 41,4 kPa (6 psi) und 69 kPa (10 psi) deutlich unterscheidet.
Wichtig ist jedoch, dass die unterschiedliche Gefahrenklassifizierung nicht auf ein Versagen des Klebstoffs zurückzuführen ist, wie die Kohäsionsversagensart von Klebstoff und Glasfragmenten zwischen den Gefahrenschwellenwerten zeigt. Beobachtungen zufolge wird die Größe des Glases entsprechend angepasst, um die Durchbiegung zu minimieren und so Sprödigkeit durch erhöhte Scherkräfte an der Schnittstelle zwischen Biegung und Befestigung zu verhindern, was ein entscheidender Faktor für die Leistung zu sein scheint.
Zukünftige Designs können möglicherweise das Gefahrenniveau bei höheren Belastungen verringern, indem die Dicke des Glases erhöht, die Position des Punktes relativ zur Kante fixiert und der Kontaktdurchmesser des Klebstoffs vergrößert wird.
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