Tämän arkkitehtonisen vaatimuksen täyttävät pistekiinnityslasijärjestelmät ovat erityisen suosittuja maanpäällisissä sisäänkäynneissä tai julkisilla alueilla. Viimeaikaiset teknologiset edistysaskeleet ovat mahdollistaneet erittäin lujien liimojen käytön näiden suurten hohkakivien kiinnittämiseksi lisävarusteisiin ilman, että lasiin tarvitsee porata reikiä.
Tyypillinen sijainti maassa lisää todennäköisyyttä, että järjestelmän on toimittava suojakerroksena rakennuksen asukkaille, ja tämä vaatimus ylittää tai ylittää tyypilliset tuulikuormavaatimukset. Pistekiinnitysjärjestelmää on testattu poraamalla, mutta ei liimausmenetelmää.
Tämän artikkelin tarkoituksena on tallentaa simulaatiokoe, jossa käytetään räjähdyspanoksilla varustettua iskuputkea räjähdyksen simuloimiseksi ja räjähdyskuorman vaikutuksen simuloimiseksi liimattuun läpinäkyvään komponenttiin. Näihin muuttujiin kuuluu standardin ASTM F2912 [1] mukainen räjähdyskuorma, joka suoritetaan ohuelle levylle, jossa on SGP-ionomeerikerros. Tämä tutkimus on ensimmäinen kerta, kun siinä voidaan kvantifioida mahdollinen räjähdyskyky laajamittaisessa testauksessa ja arkkitehtonisessa suunnittelussa. Kiinnitä neljä TSSA-liitintä, joiden halkaisija on 60 mm (2,36 tuumaa), lasilevyyn, jonka mitat ovat 1524 x 1524 mm (60 tuumaa x 60 tuumaa).
Neljä 48,3 kPa:n (7 psi) tai sitä alempaan paineeseen kuormitettua komponenttia eivät vahingoittaneet tai vaikuttaneet TSSA:han tai lasiin. Viisi komponenttia kuormitettiin yli 62 kPa:n (9 psi) paineella, ja neljässä viidestä komponentista lasi rikkoutui, minkä seurauksena lasi siirtyi aukosta. Kaikissa tapauksissa TSSA pysyi kiinni metalliosissa, eikä toimintahäiriöitä, tarttumista tai sitoutumista havaittu. Testit ovat osoittaneet, että AAMA 510-14 -standardin vaatimusten mukaisesti testattu TSSA-rakenne voi tarjota tehokkaan turvajärjestelmän 48,3 kPa:n (7 psi) tai sitä alemmalla kuormituksella. Tässä tuotettuja tietoja voidaan käyttää TSSA-järjestelmän suunnitteluun määritellyn kuormituksen täyttämiseksi.
Jon Kimberlain (Jon Kimberlain) on Dow Corningin korkean suorituskyvyn silikonien edistynyt sovellusasiantuntija. Lawrence D. Carbary (Lawrence D. Carbary) on Dow Corningin korkean suorituskyvyn rakennusteollisuuden tiedemies, joka on Dow Corningin silikoni- ja ASTM-tutkija.
Lasipaneelien rakenteellista silikonikiinnitystä on käytetty lähes 50 vuoden ajan parantamaan modernien rakennusten estetiikkaa ja suorituskykyä [2] [3] [4] [5]. Kiinnitysmenetelmällä voidaan luoda sileä, yhtenäinen ulkoseinä, jolla on suuri läpinäkyvyys. Halu lisätä arkkitehtuurin läpinäkyvyyttä johti vaijeriverkkoseinien ja pulttituettujen ulkoseinien kehittämiseen ja käyttöön. Arkkitehtonisesti haastavissa maamerkkirakennuksissa käytetään nykyaikaista teknologiaa, ja niiden on täytettävä paikalliset rakennus- ja turvallisuusmääräykset ja -standardit.
Läpinäkyvää rakenteellista silikoniliimaa (TSSA) on tutkittu, ja menetelmää lasin tukemiseksi pulttikiinnitysosilla reikien poraamisen sijaan on ehdotettu [6] [7]. Läpinäkyvällä liimatekniikalla on lujuutta, tarttuvuutta ja kestävyyttä sekä useita fysikaalisia ominaisuuksia, jotka mahdollistavat julkisivusuunnittelijoille liitosjärjestelmän suunnittelun ainutlaatuisella ja uudenlaisella tavalla.
Pyöreät, suorakaiteen muotoiset ja kolmionmuotoiset lisävarusteet, jotka täyttävät esteettiset ja rakenteelliset vaatimukset, on helppo suunnitella. TSSA kovetetaan yhdessä laminoituvan lasin kanssa autoklaavissa. Kun materiaali on poistettu autoklaavisyklistä, voidaan suorittaa 100 %:n varmistustesti. Tämä laadunvarmistuksen etu on TSSA:lle ainutlaatuinen, koska se voi antaa välitöntä palautetta kokoonpanon rakenteellisesta eheydestä.
Perinteisten rakenteellisten silikonimateriaalien iskunkestävyyttä [8] ja iskunvaimennuskykyä on tutkittu [9]. Wolf ym. toimittivat Stuttgartin yliopiston tuottamia tietoja. Nämä tiedot osoittavat, että ASTM C1135 -standardissa määriteltyyn kvaasistaattiseen venymänopeuteen verrattuna rakenteellisen silikonimateriaalin vetolujuus on 5 m/s (197 tuumaa/s) suurimmalla venymännopeudella. Lujuus ja venymä kasvavat. Osoittaa venymän ja fysikaalisten ominaisuuksien välisen suhteen.
Koska TSSA on erittäin elastinen materiaali, jonka moduuli ja lujuus ovat korkeammat kuin rakennesilikonin, sen odotetaan noudattavan samaa yleistä suorituskykyä. Vaikka laboratoriotestejä, joissa käytettiin suuria venymänopeuksia, ei ole tehty, voidaan olettaa, että räjähdyksen aiheuttama suuri venymännopeus ei vaikuta lujuuteen.
Pultattu lasi on testattu, se täyttää räjähdyksensuojausstandardit [11] ja se oli esillä vuoden 2013 Glass Performance Day -tapahtumassa. Visuaaliset tulokset osoittavat selvästi lasin mekaanisen kiinnittämisen edut lasin rikkoutumisen jälkeen. Pelkästään liimalla kiinnitetyissä järjestelmissä tämä on haaste.
Runko on valmistettu amerikkalaisen standardin mukaisesta teräskiskosta, jonka mitat ovat 151 mm syvyys x 48,8 mm leveys x 5,08 mm verkkopaksuus (6” x 1,92” x 0,20”), yleensä kutsutaan C 6” x 8,2# uraksi. C-kiskot on hitsattu yhteen kulmista, ja kulmiin on hitsattu 9 mm paksu kolmionmuotoinen osa, joka on asetettu taaksepäin rungon pinnasta. Levyyn porattiin 18 mm:n reikä, jotta 14 mm:n halkaisijaltaan oleva pultti voidaan helposti asettaa siihen.
TSSA-metallikiinnikkeet, joiden halkaisija on 60 mm (2,36 tuumaa), ovat 50 mm (2 tuumaa) päässä jokaisesta kulmasta. Aseta neljä kiinnikettä jokaiseen lasiin, jotta kaikki on symmetristä. TSSA:n ainutlaatuinen ominaisuus on, että se voidaan sijoittaa lähelle lasin reunaa. Lasin mekaaniseen kiinnitykseen tarkoitetuilla poraustarvikkeilla on tietyt mitat reunasta alkaen, jotka on sisällytettävä suunnitteluun ja porattava ennen karkaisua.
Reunan lähellä oleva koko parantaa valmiin järjestelmän läpinäkyvyyttä ja samalla vähentää tähtiliitoksen tarttumista tyypillisen tähtiliitoksen pienemmän vääntömomentin vuoksi. Tähän projektiin valittu lasi on kaksi 6 mm:n (1/4 tuuman) karkaistua läpinäkyvää 1524 mm x 1524 mm (5′ x 5′) kerrosta, jotka on laminoitu 1,52 mm:n (0,060) Sentry Glass Plus (SGP) -ionomeerivälikalvolla.
1 mm:n (0,040 tuuman) paksuinen TSSA-levy asetetaan halkaisijaltaan 60 mm:n (2,36 tuuman) pohjamaalatulle ruostumattomasta teräksestä valmistetulle liitokselle. Pohjustusaine on suunniteltu parantamaan tarttuvuutta ruostumattomaan teräkseen, ja se on silaanin ja titanaatin seos liuottimessa. Metallilevyä painetaan lasia vasten 0,7 MPa:n (100 psi) voimalla yhden minuutin ajan kostutuksen ja kosketuksen aikaansaamiseksi. Aseta komponentit autoklaaviin, jonka paine on 11,9 bar (175 psi) ja lämpötila 133 °C (272 °F), jotta TSSA voi saavuttaa autoklaavissa kovettumista ja sitoutumista varten tarvittavan 30 minuutin liotusajan.
Kun autoklaavi on valmis ja jäähtynyt, tarkasta jokainen TSSA-liitin ja kiristä se sitten 55 Nm:iin (40,6 jalka-paunaa) osoittaaksesi 1,3 MPa:n (190 psi:n) vakiokuormituksen. TSSA:n lisävarusteet toimittaa Sadev, ja ne on merkitty R1006 TSSA-lisävarusteina.
Kokoa lisävarusteen runko lasin kovetuslevyyn ja laske se teräskehykseen. Säädä ja kiristä pulttien mutterit siten, että ulkolasi on tasassa teräskehyksen ulkopinnan kanssa. Lasin reunoja ympäröivä 13 mm x 13 mm:n (1/2″ x ½”) sauma tiivistetään kaksiosaisella silikonirakenteella, jotta painekuormituskoe voidaan aloittaa seuraavana päivänä.
Testi suoritettiin iskunkestävällä putkella Kentuckyn yliopiston räjähdysaineiden tutkimuslaboratoriossa. Iskuja vaimentava putki koostuu vahvistetusta teräsrungosta, johon voidaan asentaa jopa 3,7 m x 3,7 m kokoisia yksiköitä.
Törmäysputkea käynnistetään asettamalla räjähdysaineita räjähdysputken pituudelle simuloimaan räjähdystapahtuman positiivista ja negatiivista vaihetta [12] [13]. Aseta koko lasi- ja teräsrunkokokoonpano iskuja vaimentaviin putkiin testausta varten, kuten kuvassa 4 on esitetty.
Iskuputken sisään on asennettu neljä paineanturia, jotta paine ja pulssi voidaan mitata tarkasti. Testin tallentamiseen käytettiin kahta digitaalivideokameraa ja digitaalista järjestelmäkameraa.
Iskuputken ulkopuolella ikkunan lähellä sijaitseva MREL Ranger HR -suurnopeuskamera tallensi testin 500 kuvan sekuntinopeudella. Aseta 20 kHz:n poikkeutuslasertallennin ikkunan lähelle mitataksesi taipuman ikkunan keskellä.
Neljää runkokomponenttia testattiin yhteensä yhdeksän kertaa. Jos lasi ei irtoa aukosta, testaa komponentti uudelleen suuremmalla paineella ja iskulla. Jokaisessa tapauksessa tallennetaan kohdepaine, -impulssi ja lasin muodonmuutostiedot. Tämän jälkeen jokainen testi luokitellaan myös AAMA 510-14 -standardin [Festestration System Voluntary Guidelines for Explosion Hazard Mitigation] mukaisesti.
Kuten edellä on kuvattu, neljää runkokokoonpanoa testattiin, kunnes lasi poistettiin puhallusaukon aukosta. Ensimmäisen testin tavoitteena on saavuttaa 69 kPa:n paine 614 kPa-ms:n (10 psi A 89 psi-ms) pulssilla. Kuormituksen vaikutuksesta lasi-ikkuna särkyi ja irtosi karmista. Sadev-pistekiinnikkeet saavat TSSA:n tarttumaan rikkoutuneeseen karkaistuun lasiin. Kun karkaistu lasi särkyi, lasi irtosi aukosta noin 100 mm:n (4 tuuman) taipuman jälkeen.
Jatkuvan kuormituksen kasvaessa kehystä 2 testattiin kolme kertaa. Tulokset osoittivat, että vikaantuminen tapahtui vasta, kun paine saavutti 69 kPa (10 psi). Mitatut 44,3 kPa (6,42 psi) ja 45,4 kPa (6,59 psi) paineet eivät vaikuttaneet komponentin eheyteen. Mitatussa 62 kPa (9 psi) paineessa lasin taipuminen aiheutti rikkoutumisen, jolloin lasi-ikkuna jäi aukkoon. Kaikki TSSA-lisävarusteet on kiinnitetty rikkoutuneella karkaistulla lasilla, samoin kuin kuvassa 7.
Jatkuvan kuormituksen kasvaessa kehystä 3 testattiin kahdesti. Tulokset osoittivat, että vikaantumista ei tapahtunut ennen kuin paine saavutti tavoitepaineen 69 kPa (10 psi). Mitattu 48,4 kPa (7,03 psi) paine ei vaikuta komponentin eheyteen. Tiedonkeruussa ei havaittu taipumaa, mutta videosta tehty visuaalinen havainto osoitti, että kehyksen 2 testin 3 ja kehyksen 4 testin 7 taipumat olivat samankaltaisia. 64 kPa (9,28 psi) mittauspaineessa lasin taipuma 190,5 mm:n (7,5 tuuman) kohdalta johti lasin rikkoutumiseen, jolloin lasi-ikkuna jäi aukkoon. Kaikki TSSA-lisävarusteet on kiinnitetty rikkoutuneella karkaistulla lasilla, kuten kuvassa 7.
Jatkuvan kuormituksen kasvaessa kehystä 4 testattiin kolme kertaa. Tulokset osoittivat, että vikaantuminen tapahtui vasta, kun paine saavutti tavoitepaineen 10 psi toisen kerran. Mitatut paineet 46,8 kPa (6,79 g) ja 64,9 kPa (9,42 psi) eivät vaikuta komponentin eheyteen. Testissä nro 8 lasin taipumiseksi mitattiin 100 mm (4 tuumaa). On odotettavissa, että tämä kuormitus aiheuttaa lasin rikkoutumisen, mutta muita datapisteitä voidaan saada.
Testissä nro 9 mitattu 65,9 kPa:n (9,56 psi:n) paine taivutti lasia 190,5 mm (7,5 tuumaa) ja aiheutti lasin rikkoutumisen, jolloin lasi-ikkuna jäi aukkoon. Kaikki TSSA-lisävarusteet on kiinnitetty samalla rikkoutuneella karkaistulla lasilla kuin kuvassa 7. Kaikissa tapauksissa lisävarusteet voidaan helposti irrottaa teräskehyksestä ilman näkyviä vaurioita.
Kunkin testin TSSA pysyy muuttumattomana. Testin jälkeen, kun lasi pysyy ehjänä, TSSA:ssa ei näy visuaalista muutosta. Nopea video näyttää, kuinka lasi rikkoutuu jännevälin puolivälissä ja sitten poistuu aukosta.
Kuvioiden 8 ja 9 lasin murtumisen ja murtumattoman tilan vertailusta on mielenkiintoista huomata, että lasin murtuminen tapahtuu kaukana kiinnityskohdasta. Tämä osoittaa, että lasin irtonainen osa on saavuttanut taivutuspisteen, joka lähestyy nopeasti lasin haurasmyötörajaa.
Tämä osoittaa, että testin aikana näiden osien rikkoutuneet levyt todennäköisesti liikkuvat leikkausvoimien alaisena. Yhdistämällä tämän periaatteen ja havainnon, että vikaantumistapa näyttää olevan lasin paksuuden haurastuminen liimarajapinnassa, ennalta määrätyn kuormituksen kasvaessa suorituskykyä tulisi parantaa lisäämällä lasin paksuutta tai hallitsemalla taipumaa muilla keinoin.
Kehyksen 4 testi 8 on miellyttävä yllätys testilaitoksessa. Vaikka lasi ei vaurioitunut, joten kehystä voidaan testata uudelleen, TSSA ja sitä ympäröivät tiivistenauhat kestävät silti tämän suuren kuormituksen. TSSA-järjestelmässä käytetään neljää 60 mm:n kiinnikettä lasin tukemiseen. Suunnitellut tuulikuormat ovat lyhyitä ja pysyviä kuormia, molemmat 2,5 kPa:n (50 psf) paineella. Tämä on kohtuullinen rakenne, jolla on ihanteellinen arkkitehtoninen läpinäkyvyys, ja se aiheuttaa erittäin suuria kuormia, ja TSSA pysyy ehjänä.
Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää, onko lasijärjestelmän liimakiinnikkeessä joitakin luontaisia ​​vaaroja tai puutteita hiekkapuhallusominaisuuksien matalatasoisten vaatimusten kannalta. On selvää, että yksinkertainen 60 mm:n TSSA-lisävarustejärjestelmä asennetaan lähelle lasin reunaa ja sillä on suorituskyky, kunnes lasi rikkoutuu. Kun lasi on suunniteltu kestämään rikkoutumista, TSSA on käyttökelpoinen liitosmenetelmä, joka voi tarjota tietyn suojaustason samalla, kun se täyttää rakennuksen läpinäkyvyys- ja avoimuusvaatimukset.
Standardin ASTM F2912-17 mukaan testatut ikkunakomponentit saavuttavat H1-vaaratason C1-standarditasolla. Tutkimuksessa käytettyyn Sadev R1006 -lisävarusteeseen tämä ei vaikuta.
Tässä tutkimuksessa käytetty karkaistu lasi on järjestelmän "heikko lenkki". Kun lasi rikkoutuu, TSSA ja sitä ympäröivä tiivistenauha eivät pysty pidättämään suurta määrää lasia, koska pieni määrä lasinsirpaleita jää silikonimateriaaliin.
Suunnittelun ja suorituskyvyn näkökulmasta TSSA-liimajärjestelmän on osoitettu tarjoavan korkeatasoisen suojan räjähdysvaarallisissa julkisivukomponenteissa räjähdysvaarallisten suorituskykyindikaattoreiden alkutasolla, mikä on alan laajalti hyväksymä. Testattu julkisivu osoittaa, että räjähdysvaaran ollessa 41,4 kPa:n (6 psi) ja 69 kPa:n (10 psi) välillä, suorituskyky vaaratasolla on merkittävästi erilainen.
On kuitenkin tärkeää, että vaaraluokituksen ero ei johdu liimamurtumasta, kuten liiman ja lasinsirpaleiden koheesiomurtumistapa vaarakynnysten välillä osoittaa. Havaintojen mukaan lasin kokoa säädetään asianmukaisesti taipuman minimoimiseksi ja haurauden estämiseksi lisääntyneen leikkausvasteen vuoksi taivutuksen ja kiinnityksen rajapinnassa, mikä näyttää olevan keskeinen tekijä suorituskyvyn kannalta.
Tulevaisuuden malleissa voidaan mahdollisesti vähentää vaaratasoa suuremmilla kuormilla lisäämällä lasin paksuutta, kiinnittämällä kärjen sijainti reunaan nähden ja lisäämällä liiman kosketushalkaisijaa.
[1] ASTM F2912-17 Lasikuitustandardin mukainen lasi ja lasijärjestelmät, jotka altistuvat korkealle sijaitseville kuormille, ASTM International, West Conshawken, Pennsylvania, 2017, https://doi.org/10.1520/F2912-17 [2] Hilliard, JR, Paris, CJ ja Peterson, CO, Jr., ”Rakenteellinen lasitiiviste, tiivisteteknologia lasijärjestelmille”, ASTM STP 638, ASTM International, West Conshawken, Pennsylvania, 1977, s. 67–99. [3] Zarghamee, MS, TA, Schwartz ja Gladstone, M., ”Rakenteellisen piidioksidilasin seisminen suorituskyky”, Building Sealing, Sealant, Glass and Waterproof Technology, osa 1. 6. ASTM STP 1286, toimittaja JC Myers, ASTM International, West Conshohocken, Pennsylvania, 1996, s. 46–59. [4] Carbary, LD, ”Silikonirakenteisten lasi-ikkunajärjestelmien kestävyyden ja suorituskyvyn tarkastelu”, Glass Performance Day, Tampere, kesäkuu 2007, konferenssijulkaisut, sivut 190–193. [5] Schmidt, CM, Schoenherr, WJ, Carbary LD ja Takish, MS, ”Silikonirakenteisten liimojen suorituskyky”, Glass System Science and Technology, ASTM STP1054, CJ University of Paris, American Society for Testing and Materials, Philadelphia, 1989 vuotta, s. 22–45 [6] Wolf, AT, Sitte, S., Brasseur, M., J. ja Carbary L. D, ”Läpinäkyvä rakenteellinen silikoniliima lasituksen kiinnittämiseen ja annosteluun (TSSA) Teräksen mekaanisten ominaisuuksien ja kestävyyden alustava arviointi”, Neljäs kansainvälinen kestävyyssymposium ”Rakennustiivisteet ja -liimat”, ASTM International Magazine, julkaistu verkossa, elokuu 2011, osa 8, numero 10 (11. marraskuuta 2011), JAI 104084, saatavilla seuraavalta verkkosivustolta: www.astm.org/DIGITAL_LIBRARY/JOURNALS/JAI/PAGES/JAI104084.htm. [7] Clift, C., Hutley, P., Carbary, LD, Läpinäkyvärakenteinen silikoniliima, Glass Performance Day, Tampere, Suomi, kesäkuu 2011, Kokouksen pöytäkirjat, sivut 650–653. [8] Clift, C., Carbary, LD, Hutley, P., Kimberlain, J., ”New Generation Structural Silica Glass” Facade Design and Engineering Journal 2 (2014) 137–161, DOI 10.3233 / FDE-150020 [9] Kenneth Yarosh, Andreas T. Wolf ja Sigurd Sitte ”Silikonikumitiivisteiden arviointi luodinkestävien ikkunoiden ja verhoseinien suunnittelussa suurilla liikkuvilla nopeuksilla”, ASTM International Magazine, numero 1. 6. Artikkeli nro 2, ID JAI101953 [10] ASTM C1135-15, Standardi testausmenetelmä rakennetiivisteiden vetolujuuden määrittämiseksi, ASTM International, West Conshohocken, Pennsylvania, 2015, https:/ /doi.org/10.1520/C1135-15 [11] Morgan, T., ”Edistystä räjähdyssuojattujen Pulttikiinnitteinen lasi”, Glass Performance Day, kesäkuu 2013, kokouspöytäkirja, s. 181-182 [12] ASTM F1642 / F1642M-17 Vakiotestausmenetelmä lasille ja lasijärjestelmille, jotka altistuvat suurille tuulikuormille, ASTM International, West Conshohocken, Pennsylvania, 2017, https://doi.org/10.1520/F1642_F1642M-17 [13] Wedding, William Chad ja Braden T. Lusk. ”Uusi menetelmä räjähdysnestolasijärjestelmien vasteen määrittämiseksi räjähdyskuormiin.” Metric 45.6 (2012): 1471-1479. [14] ”Vapaaehtoiset ohjeet pystysuuntaisten ikkunajärjestelmien räjähdysvaaran lieventämiseksi” AAMA 510-14.