Sellele arhitektuurilisele nõudele vastavad punktkinnitusega klaassüsteemid on eriti populaarsed maapealsete sissepääsude või avalike alade puhul. Hiljutised tehnoloogilised edusammud on võimaldanud kasutada ülitugevaid liime, et kinnitada neid suuri pimsskivisid aksessuaaridele ilma klaasi auke puurimata.
Tüüpiline asukoht maapinnal suurendab tõenäosust, et süsteem peab toimima hoone elanikele kaitsekihina ja see nõue ületab tüüpilisi tuulekoormuse nõudeid või ületab neid. Punktkinnitussüsteemi puurimiseks on tehtud mõningaid katseid, kuid mitte liimimismeetodit.
Selle artikli eesmärk on salvestada simulatsioonitest, milles kasutatakse lõhkelaenguga lööktoru plahvatuse simuleerimiseks ja lõhkeaine mõju liimitud läbipaistvale komponendile. Nende muutujate hulka kuulub standardi ASTM F2912 [1] kohaselt määratletud plahvatuskoormus, mis viiakse läbi õhukesel SGP ionomer-sandwich-plaadil. See uuring on esimene kord, kui see suudab kvantifitseerida potentsiaalset plahvatuslikku jõudlust suuremahuliste katsete ja arhitektuurilise projekteerimise jaoks. Kinnitage neli 60 mm (2,36 tolli) läbimõõduga TSSA liitmikku klaasplaadile mõõtmetega 1524 x 1524 mm (60 tolli x 60 tolli).
Neli komponenti, mis olid koormatud rõhuni 48,3 kPa (7 psi) või madalamale, ei kahjustanud ega mõjutanud TSSA-d ega klaasi. Viit komponenti koormati rõhu all üle 62 kPa (9 psi) ja neljal viiest komponendist ilmnes klaasi purunemine, mis põhjustas klaasi nihkumist avast. Kõigil juhtudel jäi TSSA metallliitmike külge kinnitatuks ning rikkeid, adhesiooni ega liimimist ei leitud. Katsed on näidanud, et vastavalt AAMA 510-14 nõuetele suudab testitud TSSA konstruktsioon pakkuda tõhusat ohutussüsteemi koormuse all 48,3 kPa (7 psi) või madalamal. Siin genereeritud andmeid saab kasutada TSSA süsteemi projekteerimiseks vastavalt ettenähtud koormusele.
Jon Kimberlain (Jon Kimberlain) on Dow Corningi kõrgjõudlusega silikoonide edasijõudnud rakendustekspert. Lawrence D. Carbary (Lawrence D. Carbary) on Dow Corningi kõrgjõudlusega ehitustööstuse teadlane, kes on Dow Corningi silikooni ja ASTM-i uurija.
Klaaspaneelide silikoonkinnitust on kasutatud ligi 50 aastat tänapäevaste hoonete esteetika ja toimivuse parandamiseks [2] [3] [4] [5]. See kinnitusmeetod võimaldab luua sileda ja pideva välisseina, millel on suur läbipaistvus. Soov suurendada arhitektuuri läbipaistvust viis kaabelvõrkseinte ja poltidega toestatud välisseinte väljatöötamiseni ja kasutamiseni. Arhitektuuriliselt keerukad maamärgid hõlmavad tänapäevast tehnoloogiat ning peavad vastama kohalikele ehitus- ja ohutusnormidele ja -standarditele.
Läbipaistvat struktuurset silikoonliimi (TSSA) on uuritud ja pakutud välja meetod klaasi toetamiseks poltidega kinnitusdetailidega aukude puurimise asemel [6] [7]. Läbipaistval liimitehnoloogial on tugevus, nakkuvus ja vastupidavus ning sellel on rida füüsikalisi omadusi, mis võimaldavad kardinaseinte projekteerijatel kujundada ühendussüsteemi ainulaadsel ja uudsel viisil.
Ümaraid, ristkülikukujulisi ja kolmnurkseid lisatarvikuid, mis vastavad nii esteetikale kui ka konstruktsioonilisele toimivusele, on lihtne disainida. TSSA-d kõvendatakse koos lamineeritud klaasiga, mida töödeldakse autoklaavis. Pärast materjali eemaldamist autoklaavitsüklist saab läbi viia 100% kontrolltesti. See kvaliteeditagamise eelis on TSSA-le ainulaadne, kuna see annab kohest tagasisidet konstruktsiooni terviklikkuse kohta.
Tavapäraste silikoonstruktuuriliste materjalide löögikindlust [8] ja lööke neelavat toimet on uuritud [9]. Wolf jt. esitasid Stuttgarti ülikooli genereeritud andmed. Need andmed näitavad, et võrreldes ASTM C1135 standardis määratletud kvaasistaatilise deformatsioonikiirusega on silikoonstruktuurilise materjali tõmbetugevus piirdeformatsioonikiirusel 5 m/s (197 tolli/s). Tugevus ja venivus suurenevad. Näitab seost deformatsiooni ja füüsikaliste omaduste vahel.
Kuna TSSA on väga elastne materjal, millel on suurem elastsusmoodul ja tugevus kui struktuursilikoonil, eeldatakse, et sellel on samad üldised omadused. Kuigi suure deformatsioonikiirusega laborikatseid ei ole läbi viidud, võib eeldada, et plahvatuse ajal tekkiv suur deformatsioonikiirus tugevust ei mõjuta.
Poltidega kinnitatud klaasi on testitud, see vastab plahvatusohutusstandarditele [11] ja seda esitleti 2013. aasta klaasitööstuse päeval. Visuaalsed tulemused näitavad selgelt klaasi mehaanilise kinnitamise eeliseid pärast klaasi purunemist. Puhtalt liimkinnitusega süsteemide puhul on see väljakutse.
Raam on valmistatud Ameerika standardsest terasprofiilist mõõtmetega 151 mm sügavus x 48,8 mm laius x 5,08 mm võrgu paksus (6” x 1,92” x 0,20”), mida tavaliselt nimetatakse C 6” x 8,2# piluks. C-profiilid on nurkadest kokku keevitatud ja nurkadesse on keevitatud raami pinnast eemale nihutatud 9 mm (0,375 tolli) paksune kolmnurkne profiil. Plaati puuriti 18 mm (0,71 tolli) auk, et sinna saaks hõlpsalt sisestada 14 mm (0,55 tolli) läbimõõduga poldi.
60 mm (2,36 tolli) läbimõõduga TSSA metallliitmikud asuvad igast nurgast 50 mm (2 tolli) kaugusel. Sümmeetriliseks muutmiseks paigaldage igale klaasitükile neli liitmikku. TSSA ainulaadne omadus on see, et seda saab paigutada klaasi serva lähedale. Klaasi mehaaniliseks kinnitamiseks mõeldud puurimistarvikute mõõtmed algavad servast ja need tuleb disaini sisse ehitada ning enne karastamist puurida.
Servale lähedane suurus parandab valmissüsteemi läbipaistvust ja samal ajal vähendab tähtliite nakkumist tüüpilise tähtliite väiksema pöördemomendi tõttu. Selle projekti jaoks valitud klaas on kaks 6 mm (1/4 tolli) karastatud läbipaistvat 1524 mm x 1524 mm (5′x5′) kihti, mis on lamineeritud Sentry Glass Plus (SGP) ionomervahekilega paksusega 1,52 mm (0,060 tolli).
1 mm (0,040 tolli) paksune TSSA-ketas kantakse 60 mm (2,36 tolli) läbimõõduga krunditud roostevabast terasest liitmikule. Krunt on loodud roostevaba terase nakkekindluse parandamiseks ning see on silaani ja titanaadi segu lahustis. Metallketast surutakse klaasi vastu mõõdetud jõuga 0,7 MPa (100 psi) ühe minuti jooksul, et tagada märgumine ja kontakt. Asetage komponendid autoklaavi, mille rõhk on 11,9 baari (175 psi) ja temperatuur 133 °C (272 °F), et TSSA saavutaks autoklaavis kõvenemiseks ja liimimiseks vajaliku 30-minutilise leotusaja.
Pärast autoklaavi valmimist ja jahtumist kontrollige iga TSSA liitmikku ja pingutage see seejärel 55 Nm-ni (40,6 jalga naela), et näidata standardkoormust 1,3 MPa (190 psi). TSSA lisatarvikud on tarninud Sadev ja need on tähistatud kui R1006 TSSA lisatarvikud.
Paigaldage lisatarviku põhiosa klaasil oleva kõvendusketta külge ja langetage see terasraami sisse. Reguleerige ja kinnitage poltide mutrid nii, et välisklaas oleks terasraami välisküljega ühetasane. Klaasi perimeetrit ümbritsev 13 mm x 13 mm (1/2″ x ½″) vuuk suletakse kaheosalise silikoonstruktuuriga, et survekoormustesti saaks alustada järgmisel päeval.
Katse viidi läbi Kentucky Ülikooli lõhkeainete uurimislaboris löögitoruga. Lööke neelav toru koosneb tugevdatud terasest korpusest, mille külge saab paigaldada kuni 3,7 m x 3,7 m suuruseid üksusi.
Löögitoru käivitatakse lõhkeainete paigutamisega piki plahvatustoru pikkust, et simuleerida plahvatussündmuse positiivset ja negatiivset faasi [12] [13]. Asetage kogu klaasist ja terasest raamikomplekt katsetamiseks lööke neelavasse torusse, nagu on näidatud joonisel 4.
Löögitorusse on paigaldatud neli rõhuandurit, et rõhku ja pulssi saaks täpselt mõõta. Testi salvestamiseks kasutati kahte digitaalset videokaamerat ja digitaalset peegelkaamerat.
Akna lähedal lööktoru välisküljel asuv MREL Ranger HR kiire kaamera jäädvustas katset kiirusega 500 kaadrit sekundis. Akna keskel oleva läbipainde mõõtmiseks paigaldati akna lähedale 20 kHz läbipaindelaser.
Nelja raamistiku komponenti testiti kokku üheksa korda. Kui klaas avausest ei välju, testiti komponenti uuesti suurema rõhu ja löögi all. Igal juhul registreeriti sihtrõhk, impulss ja klaasi deformatsiooniandmed. Seejärel hinnati iga katset ka vastavalt standardile AAMA 510-14 [Festestration System Voluntary Guidelines for Explosion Hazard Mitigation].
Nagu eespool kirjeldatud, testiti nelja raamikomplekti, kuni klaas eemaldati lööklaine ava avast. Esimese katse eesmärk on saavutada rõhk 69 kPa impulsiga 614 kPa-ms (10 psi A 89 psi-ms). Rakendatud koormuse all klaasaken purunes ja vabanes raamist. Sadev-punktiühendused panevad TSSA kleepuma purunenud karastatud klaasile. Kui karastatud klaas purunes, lahkus klaas avast umbes 100 mm (4 tolli) läbipainde järel.
Kasvava pideva koormuse tingimustes testiti raami 2 3 korda. Tulemused näitasid, et purunemine ei toimunud enne, kui rõhk saavutas 69 kPa (10 psi). Mõõdetud rõhud 44,3 kPa (6,42 psi) ja 45,4 kPa (6,59 psi) ei mõjutanud komponendi terviklikkust. Mõõdetud rõhu 62 kPa (9 psi) all põhjustas klaasi läbipainde purunemise, jättes klaasakna avasse. Kõik TSSA lisatarvikud on kinnitatud purunenud karastatud klaasiga, nagu joonisel 7.
Pideva koormuse suurenemise tingimustes testiti raami 3 kaks korda. Tulemused näitasid, et purunemine ei toimunud enne, kui rõhk saavutas sihtväärtuse 69 kPa (10 psi). Mõõdetud rõhk 48,4 kPa (7,03 psi) ei mõjutanud komponendi terviklikkust. Andmete kogumine ei võimaldanud läbipainde olemasolu, kuid video visuaalne vaatlus näitas, et raami 2 katse 3 ja raami 4 katse 7 läbipainded olid sarnased. Mõõtmisrõhu 64 kPa (9,28 psi) all põhjustas klaasi läbipainde, mõõdetuna 190,5 mm (7,5 tolli) juures, purunemise, jättes klaasakna avasse. Kõik TSSA lisatarvikud on kinnitatud katkise karastatud klaasiga, nagu joonisel 7.
Pideva koormuse suurenemisega testiti raami 4 3 korda. Tulemused näitasid, et purunemine ei toimunud enne, kui rõhk saavutas teist korda sihtväärtuse 10 psi. Mõõdetud rõhud 46,8 kPa (6,79 g) ja 64,9 kPa (9,42 psi) ei mõjuta komponendi terviklikkust. Katses nr 8 mõõdeti klaasi paindumist 100 mm (4 tolli). Eeldatakse, et see koormus põhjustab klaasi purunemise, kuid on võimalik saada ka teisi andmepunkte.
Testis nr 9 painutas mõõdetud rõhk 65,9 kPa (9,56 psi) klaasi 190,5 mm (7,5 tolli) võrra ja põhjustas purunemise, jättes klaasakna avasse. Kõik TSSA lisatarvikud on kinnitatud sama purunenud karastatud klaasiga nagu joonisel 7. Kõigil juhtudel saab lisatarvikuid terasraamilt hõlpsalt ilma nähtavate kahjustusteta eemaldada.
Iga testi TSSA jääb samaks. Pärast testi, kui klaas jääb terveks, ei ole TSSA-s visuaalset muutust. Kiire video näitab, kuidas klaas puruneb sildeava keskel ja seejärel avast väljub.
Klaasi purunemise ja purunemata oleku võrdlusest joonisel 8 ja joonisel 9 on huvitav märkida, et klaasi purunemisrežiim toimub kinnituspunktist kaugel, mis näitab, et klaasi sidumata osa on jõudnud paindepunkti, mis läheneb kiiresti klaasi hapra voolavuspiirile. Klaasi hapra voolavuspiir on seotud sidumata osaga.
See näitab, et katse ajal liiguvad nendes osades purunenud plaadid tõenäoliselt nihkejõudude mõjul. Kombineerides seda põhimõtet ja tähelepanekut, et purunemisviisiks näib olevat klaasi paksuse haprumine liimimisliideses, tuleks ettenähtud koormuse suurenedes jõudlust parandada klaasi paksuse suurendamise või läbipainde reguleerimise abil muul viisil.
Raami 4 8. katse on katseasutuses meeldiv üllatus. Kuigi klaas ei ole kahjustatud, nii et raami saab uuesti testida, suudavad TSSA ja seda ümbritsevad tihendusribad seda suurt koormust siiski taluda. TSSA süsteem kasutab klaasi toestamiseks nelja 60 mm kinnitust. Projekteeritud tuulekoormused on nii elu- kui ka püsikoormused, mõlemad 2,5 kPa (50 psf) juures. See on mõõdukas disain, millel on ideaalne arhitektuuriline läbipaistvus, mis avaldab äärmiselt suurt koormust ja TSSA jääb terveks.
See uuring viidi läbi selleks, et teha kindlaks, kas klaasisüsteemi liimnakkuvusel on mingeid loomupäraseid ohte või puudusi liivapritsimise madalate nõuete osas. Ilmselgelt paigaldatakse klaasi serva lähedale lihtne 60 mm TSSA lisatarvikute süsteem, mis toimib kuni klaasi purunemiseni. Kui klaas on konstrueeritud purunemiskindlalt, on TSSA elujõuline ühendusmeetod, mis pakub teatud kaitset, säilitades samal ajal hoone läbipaistvuse ja avatuse nõuded.
Standardi ASTM F2912-17 kohaselt saavutavad testitud aknakomponendid C1 standardi tasemel H1 ohutaseme. Uuringus kasutatud Sadev R1006 lisatarvikut see ei mõjuta.
Selles uuringus kasutatud karastatud klaas on süsteemi „nõrk lüli“. Kui klaas puruneb, ei suuda TSSA ja seda ümbritsev tihendusriba suures koguses klaasi kinni hoida, kuna väike kogus klaasikilde jääb silikoonmaterjalile.
Projekteerimise ja toimivuse seisukohast on TSSA liimisüsteem tõestanud, et see pakub plahvatusohtlikele fassaadikomponentidele kõrgetasemelist kaitset plahvatusohtlike toimivusnäitajate algtasemel, mis on tööstuses laialdaselt aktsepteeritud. Testitud fassaad näitab, et kui plahvatusoht on vahemikus 41,4 kPa (6 psi) kuni 69 kPa (10 psi), on toimivus ohutasemel oluliselt erinev.
Siiski on oluline, et ohtlikkuse klassifikatsiooni erinevus ei oleks tingitud liimi purunemisest, nagu näitab liimi ja klaasikildude kohesioonipurunemise viis ohulävede vahel. Vaatluste kohaselt on klaasi suurus sobivalt reguleeritud, et minimeerida läbipaindet ja vältida haprust, mis on tingitud suurenenud nihkevastusest painutamise ja kinnituse liidesel, mis näib olevat jõudluse võtmetegur.
Tulevased konstruktsioonid võivad suuremate koormuste korral ohutaset vähendada, suurendades klaasi paksust, fikseerides punkti asukoha serva suhtes ja suurendades liimi kokkupuute läbimõõtu.
[1] ASTM F2912-17 Standardne klaaskiu spetsifikatsioon, klaas ja klaassüsteemid, mis alluvad suurele kõrgusele tekitatud koormustele, ASTM International, West Conshawken, Pennsylvania, 2017, https://doi.org/10.1520/F2912-17 [2] Hilliard, JR, Paris, CJ ja Peterson, CO, Jr., „Konstruktsioonklaas, klaassüsteemide tihendustehnoloogia“, ASTM STP 638, ASTM International, West Conshawken, Pennsylvania, 1977, lk 67–99. [3] Zarghamee, MS, TA, Schwartz ja Gladstone, M., „Struktuurse ränidioksiidiklaasi seismiline jõudlus“, Building Sealing, Sealant, Glass and Waterproof Technology, 1. köide. 6. ASTM STP 1286, toimetaja JC Myers, ASTM International, West Conshohocken, Pennsylvania, 1996, lk 46–59. [4] Carbary, LD, „Silikoonist klaasakende vastupidavuse ja toimivuse ülevaade“, Glass Performance Day, Tampere, Soome, juuni 2007, konverentsimaterjalid, lk 190–193. [5] Schmidt, CM, Schoenherr, WJ, Carbary LD ja Takish, MS, „Silikoonstruktuuriliste liimide toimivus“, Glass System Science and Technology, ASTM STP1054, CJ Pariisi Ülikool, American Society for Testing and Materials, Philadelphia, 1989, lk 22–45 [6] Wolf, AT, Sitte, S., Brasseur, M., J. ja Carbary L. D, „Läbipaistev struktuurne silikoonliim klaaside kinnitamiseks ja doseerimiseks (TSSA). Terase mehaaniliste omaduste ja vastupidavuse esialgne hindamine“, Neljas rahvusvaheline vastupidavussümpoosion „Ehitushermeetikud ja -liimid“, ASTM International Magazine, avaldatud veebis, august 2011, 8. köide, 10. väljaanne (11. november 2011), JAI 104084, saadaval järgmisel veebisaidil: www.astm.org/DIGITAL_LIBRARY/JOURNALS/JAI/PAGES/JAI104084.htm. [7] Clift, C., Hutley, P., Carbary, LD, Läbipaistva struktuuriga silikoonliim, Glass Performance Day, Tampere, Soome, juuni 2011, Koosoleku materjalid, lk 650–653. [8] Clift, C., Carbary, LD, Hutley, P., Kimberlain, J., „Uue põlvkonna struktuurne ränidioksiidklaas“, Facade Design and Engineering Journal 2 (2014) 137–161, DOI 10.3233 / FDE-150020 [9] Kenneth Yarosh, Andreas T. Wolf ja Sigurd Sitte „Silikoonkummist hermeetikute hindamine kuulikindlate akende ja kardinseinte projekteerimisel suure liikumiskiiruse korral“, ASTM International Magazine, väljaanne 1. 6. Artikkel nr 2, ID JAI101953 [10] ASTM C1135-15, Standardne katsemeetod konstruktsiooniliste hermeetikute tõmbetugevuse määramiseks, ASTM International, West Conshohocken, Pennsylvania, 2015, https:/ /doi.org/10.1520/C1135-15 [11] Morgan, T., „Edusammud plahvatuskindlate Poltidega kinnitatud klaas”, klaasi jõudluspäev, juuni 2013, koosoleku protokoll, lk 181–182 [12] ASTM F1642 / F1642M-17 Standardne katsemeetod suure tuulekoormusega klaasile ja klaasisüsteemidele, ASTM International, West Conshohocken, Pennsylvania, 2017, https://doi.org/10.1520/F1642_F1642M-17 [13] Wedding, William Chad ja Braden T. Lusk. „Uudne meetod plahvatusvastaste klaasisüsteemide reageerimise määramiseks plahvatuskoormustele.” Metric 45.6 (2012): 1471–1479. [14] „Vabatahtlikud juhised vertikaalsete aknasüsteemide plahvatusohu leevendamiseks” AAMA 510-14.