Punktgehaltene Glassysteme, die diese architektonische Anforderung erfüllen, sind besonders in ebenerdigen Eingängen oder öffentlichen Bereichen beliebt. Dank neuester technologischer Fortschritte können diese großen Bimssteine ​​mithilfe von ultrahochfesten Klebstoffen an Zubehörteilen befestigt werden, ohne dass Löcher in das Glas gebohrt werden müssen.
Die typische Bodenlage erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass das System als Schutzschicht für die Gebäudenutzer dienen muss, und diese Anforderung übersteigt die typischen Windlastanforderungen. Es wurden einige Tests zum Punktbefestigungssystem für das Bohren durchgeführt, jedoch nicht zur Klebemethode.
Ziel 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 Explosionslast gemäß ASTM F2912 [1], die auf einer dünnen Platte mit einem SGP-Ionomer-Sandwich durchgeführt wird. Diese Forschung ermöglicht erstmals die Quantifizierung des potenziellen Explosionsverhaltens für groß angelegte Tests und die architektonische Gestaltung. Befestigen Sie vier TSSA-Armaturen mit einem Durchmesser von 60 mm (2,36 Zoll) an einer Glasplatte mit den Abmessungen 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 vier der fünf Komponenten wiesen Glasbruch auf, wodurch sich das Glas aus der Öffnung löste. In allen Fällen blieb das TSSA an den Metallbeschlägen haften, und es wurden keine Fehlfunktionen, Verklebungen 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 Experte für fortgeschrittene Anwendungen der Hochleistungssilikone von Dow Corning. Lawrence D. Carbary ist 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 eine glatte, durchgehende Außenwand mit hoher Transparenz. Der Wunsch nach mehr Transparenz in der Architektur führte zur Entwicklung und Nutzung 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 Bolzen anstelle von Bohrlöchern vorgeschlagen [6] [7]. Die transparente Klebetechnologie zeichnet sich durch Festigkeit, Haftung und Haltbarkeit aus und 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 im Autoklaven verarbeiteten Verbundglas ausgehärtet. Nach der Entnahme des Materials aus dem Autoklavenzyklus kann die 100%ige Verifizierungsprüfung 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 nach ASTM C1135 bei einer maximalen Dehnungsrate von 5 m/s (197 in/s) liegt. Festigkeit und Dehnung nehmen zu. Dies zeigt den Zusammenhang zwischen Dehnung und physikalischen Eigenschaften.
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 geprüft, 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 miteinander verschweißt, und ein 9 mm (0,375 Zoll) dicker dreieckiger Abschnitt ist an den Ecken, von der Rahmenoberfläche zurückversetzt, angeschweißt. 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) problemlos 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 die Möglichkeit, es nahe am Glasrand zu platzieren. 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 eine grundierte Edelstahlarmatur 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 für die Aushärtung und Bindung erforderliche 30-minütige Einwirkzeit im Autoklaven erreichen kann.
Nach Fertigstellung und Abkühlung des Autoklaven prüfen Sie jede TSSA-Armatur und ziehen Sie sie anschließend mit 55 Nm (40,6 ft-pounds) 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. Richten Sie die Muttern an den Schrauben so aus und befestigen Sie sie, dass 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 installiert werden können.
Das Aufprallrohr wird durch die Platzierung von Sprengstoff entlang der Länge des Explosionsrohrs angetrieben, 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 MREL Ranger HR Hochgeschwindigkeitskamera in der Nähe des Fensters außerhalb des Stoßrohrs zeichnete den Test mit 500 Bildern pro Sekunde auf. Platzieren Sie einen 20-kHz-Ablenklaser 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 die Komponente erneut unter erhöhtem Druck und Aufprall geprüft. Zieldruck, Impuls und Glasverformung werden jeweils aufgezeichnet. Anschließend wird jeder Test gemäß AAMA 510-14 [Freiwillige Richtlinien des Festestration Systems zur Minderung von Explosionsgefahren] 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 × 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 zunehmender Dauerbelastung wurde Rahmen 2 dreimal geprüft. 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) beeinträchtigten 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, wie in Abbildung 7 dargestellt.
Unter Bedingungen zunehmender Dauerbelastung 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 im Video 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.
Mit zunehmender Dauerbelastung wurde Rahmen 4 dreimal getestet. Die Ergebnisse zeigten, dass der Fehler erst auftrat, als der Druck zum zweiten Mal den Zielwert von 10 psi erreichte. Die gemessenen Drücke von 46,8 kPa (6,79) 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 dem gleichen zerbrochenen Hartglas wie in Abbildung 7 befestigt. In allen Fällen lassen sich die Zubehörteile problemlos und ohne sichtbare Beschädigungen vom Stahlrahmen entfernen.
Die TSSA bleibt bei jedem Test unverändert. Nach dem Test, wenn das Glas intakt bleibt, gibt es keine sichtbare Veränderung der TSSA. Das Hochgeschwindigkeitsvideo zeigt, wie das Glas in der Mitte der Spannweite bricht und anschließend 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 Sprödfließgrenze 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 durch andere Maßnahmen 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 Glasbefestigung. Die berechneten Windlasten betragen 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 Haftung 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 ist bis zum Glasbruch funktionsfähig. 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 konstruktiver und leistungsbezogener Sicht hat sich das TSSA-Klebesystem als hochgradig schutzfähig für explosionsgefährdete Fassadenkomponenten erwiesen, was in der Branche breite Anerkennung findet. Die getestete Fassade zeigt, dass sich die Leistung bei einem Explosionsdruck 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 Glasgröße entsprechend angepasst, um die Durchbiegung zu minimieren und so Sprödigkeit durch erhöhte Scherkräfte an der Schnittstelle von Biegung und Befestigung zu verhindern, was ein entscheidender Leistungsfaktor 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.
[1] ASTM F2912-17 Standard-Glasfaserspezifikation, Glas und Glassysteme, die Belastungen in großen Höhen ausgesetzt sind, ASTM International, West Conshawken, Pennsylvania, 2017, https://doi.org/10.1520/F2912-17 [2 ] Hilliard, JR, Paris, CJ und Peterson, CO, Jr., „Structural Sealant Glass, Sealant Technology for Glass Systems“, ASTM STP 638, ASTM International, West Conshooken, Pennsylvania, 1977, S. 67–99 Seiten. [3] Zarghamee, MS, TA, Schwartz und Gladstone, M., „Seismic Performance of Structural Silica Glass“, Building Sealing, Sealant, Glass and Waterproof Technology, Band 1. 6. ASTM STP 1286, JC Myers, Herausgeber, ASTM International, West Conshohocken, Pennsylvania, 1996, S. 46-59. [4] Carbary, LD, „Review of Durability and Performance of Silicone Structural Glass Window Systems“, Glass Performance Day, Tampere, Finnland, Juni 2007, Konferenzberichte, Seiten 190-193. [5] Schmidt, CM, Schoenherr, WJ, Carbary LD, und Takish, MS, „Performance of Silicone Structural Adhesives“, Glass System Science and Technology, ASTM STP1054, CJ University of Paris, American Society for Testing and Materials, Philadelphia, 1989 Years, S. 22-45 [6] Wolf, AT, Sitte, S., Brasseur, M., J. und Carbary L. D, „Transparent Structural Silicone Adhesive for Fixing Glazing Dispensing (TSSA) Preliminary assessment of the mechanical properties and durability of the steel“, The Fourth International Durability Symposium „Construction Sealants and Adhesives“, ASTM International Magazine, online veröffentlicht, August 2011, Band 8, Ausgabe 10 (11. November 2011), JAI 104084, verfügbar auf der folgenden Website: www.astm.org/DIGITAL_LIBRARY/JOURNALS/JAI/PAGES/JAI104084.htm. [7] Clift, C., Hutley, P., Carbary, LD, Transparenter Struktur-Silikonklebstoff, Glass Performance Day, Tampere, Finnland, Juni 2011, Proceedings der Tagung, Seiten 650-653. [8] Clift, C., Carbary, LD, Hutley, P., Kimberlain, J., „Strukturelles Silikaglas der neuen Generation“ Facade Design and Engineering Journal 2 (2014) 137–161, DOI 10.3233 / FDE-150020 [ 9] Kenneth Yarosh, Andreas T. Wolf und Sigurd Sitte „Bewertung von Silikonkautschukdichtstoffen bei der Konstruktion von kugelsicheren Fenstern und Vorhangfassaden bei hohen Bewegungsraten“, ASTM International Magazine, Ausgabe 1. 6. Papier Nr. 2, ID JAI101953 [10] ASTM C1135-15, Standardprüfverfahren zur Bestimmung der Zughaftfestigkeit von Strukturdichtstoffen, ASTM International, West Conshohocken, Pennsylvania, 2015, https:/ /doi.org/10.1520/C1135-15 „Fortschritte bei explosionsgeschütztem, mit Bolzen befestigtem Glas“, Glass Performance Day, Juni 2103, Sitzungsprotokoll, S. 181–182 [12] ASTM F1642/F1642M-17 Standardprüfverfahren für Glas und Glassysteme, die hohen Windlasten ausgesetzt sind, ASTM International, West Conshohocken, Pennsylvania, 2017, https://doi.org/10.1520/F1642_F1642M-17 [13] Wedding, William Chad und Braden T. Lusk. „Eine neuartige Methode zur Bestimmung der Reaktion von explosionssicheren Glassystemen auf explosive Lasten.“ Metric 45.6 (2012): 1471–1479. [14] „Freiwillige Richtlinien zur Minderung der Explosionsgefahr vertikaler Fenstersysteme“ AAMA 510-14.