Os sistemas de vidro fixados por puntos que cumpren este requisito arquitectónico son especialmente populares en entradas de chan ou zonas públicas. Os recentes avances tecnolóxicos permitiron o uso de adhesivos de ultra alta resistencia para unir estas grandes pedras pómez a accesorios sen necesidade de perforar o vidro.
A localización típica no chan aumenta a probabilidade de que o sistema deba actuar como unha capa protectora para os ocupantes do edificio, e este requisito supera ou supera os requisitos típicos de carga de vento. Realizáronse algunhas probas no sistema de fixación puntual para perforación, pero non no método de unión.
O obxectivo deste artigo é rexistrar unha proba de simulación empregando un tubo de choque con cargas explosivas para simular unha explosión e simular o impacto dunha carga explosiva nun compoñente transparente unido. Estas variables inclúen a carga de explosión definida pola norma ASTM F2912 [1], que se leva a cabo nunha placa delgada cun sándwich de ionómero SGP. Esta investigación é a primeira vez que se pode cuantificar o rendemento potencial explosivo para probas a grande escala e deseño arquitectónico. Fixar catro accesorios TSSA cun diámetro de 60 mm (2,36 polgadas) a unha placa de vidro que mide 1524 x 1524 mm (60 polgadas x 60 polgadas).
Os catro compoñentes cargados a 48,3 kPa (7 psi) ou menos non danaron nin afectaron o TSSA nin o vidro. Cinco compoñentes cargáronse a unha presión superior a 62 kPa (9 psi) e catro dos cinco compoñentes mostraron rotura do vidro, o que provocou que este se desprazase da abertura. En todos os casos, o TSSA permaneceu unido aos accesorios metálicos e non se atoparon avarías, adhesións nin unións. As probas demostraron que, de acordo cos requisitos da AAMA 510-14, o deseño do TSSA probado pode proporcionar un sistema de seguridade eficaz baixo unha carga de 48,3 kPa (7 psi) ou menos. Os datos xerados aquí pódense usar para deseñar o sistema TSSA para que cumpra a carga especificada.
Jon Kimberlain (Jon Kimberlain) é o experto en aplicacións avanzadas das siliconas de alto rendemento de Dow Corning. Lawrence D. Carbary (Lawrence D. Carbary) é un científico da industria da construción de alto rendemento de Dow Corning e investigador de siliconas e ASTM de Dow Corning.
A fixación estrutural de silicona dos paneis de vidro utilizouse durante case 50 anos para mellorar a estética e o rendemento dos edificios modernos [2] [3] [4] [5]. O método de fixación pode facer que a parede exterior lisa e continua teña unha alta transparencia. O desexo dunha maior transparencia na arquitectura levou ao desenvolvemento e uso de paredes de malla de cables e paredes exteriores soportadas por parafusos. Os edificios emblemáticos arquitectónicamente desafiantes incluirán a tecnoloxía moderna actual e deberán cumprir cos códigos e estándares locais de construción e seguridade.
Estudouse o adhesivo de silicona estrutural transparente (TSSA) e propúxose un método para soportar o vidro con pezas de fixación con pernos en lugar de perforar orificios [6] [7]. A tecnoloxía de cola transparente con resistencia, adhesión e durabilidade ten unha serie de propiedades físicas que permiten aos deseñadores de muros cortina deseñar o sistema de conexión dun xeito único e novedoso.
Os accesorios redondos, rectangulares e triangulares que cumpren cos requisitos estéticos e de rendemento estrutural son fáciles de deseñar. O TSSA cúrase xunto co vidro laminado que se procesa nun autoclave. Despois de retirar o material do ciclo de autoclave, pódese completar a proba de verificación do 100 %. Esta vantaxe de garantía de calidade é exclusiva do TSSA porque pode proporcionar información inmediata sobre a integridade estrutural do conxunto.
Estudouse a resistencia ao impacto [8] e o efecto de absorción de impactos dos materiais de silicona estrutural convencionais [9]. Wolf et al. proporcionaron datos xerados pola Universidade de Stuttgart. Estes datos mostran que, en comparación coa taxa de deformación cuasiestática especificada na norma ASTM C1135, a resistencia á tracción do material de silicona estrutural está a unha taxa de deformación máxima de 5 m/s (197 polgadas/s). Aumento da resistencia e do alongamento. Indica a relación entre a deformación e as propiedades físicas.
Dado que o TSSA é un material altamente elástico con módulo e resistencia maiores que a silicona estrutural, espérase que teña o mesmo rendemento xeral. Aínda que non se realizaron probas de laboratorio con altas taxas de deformación, pódese esperar que a alta taxa de deformación na explosión non afecte á resistencia.
O vidro aparafusado foi probado, cumpre as normas de mitigación de explosións [11] e foi exhibido no Glass Performance Day de 2013. Os resultados visuais mostran claramente as vantaxes de fixar mecanicamente o vidro despois de que se rompa. Para os sistemas con fixación adhesiva pura, isto será un reto.
A estrutura está feita de canles de aceiro estándar americanas con dimensións de 151 mm de profundidade x 48,8 mm de ancho x 5,08 mm de grosor da alma (6” x 1,92” x 0,20”), normalmente chamada ranura C de 6” x 8,2#. As canles en C están soldadas entre si nas esquinas e unha sección triangular de 9 mm (0,375 polgadas) de grosor está soldada nas esquinas, separada da superficie da estrutura. Perforouse un orificio de 18 mm (0,71″) na placa para que se poida inserir facilmente un parafuso cun diámetro de 14 mm (0,55″).
Os accesorios metálicos TSSA cun diámetro de 60 mm (2,36 polgadas) están a 50 mm (2 polgadas) de cada esquina. Aplique catro accesorios a cada peza de vidro para que todo sexa simétrico. A característica única do TSSA é que se pode colocar preto do bordo do vidro. Os accesorios de perforación para a fixación mecánica no vidro teñen dimensións específicas a partir do bordo, que deben incorporarse ao deseño e deben perforarse antes do temperado.
O tamaño próximo ao bordo mellora a transparencia do sistema acabado e, ao mesmo tempo, reduce a adhesión da unión en estrela debido ao menor torque na unión en estrela típica. O vidro seleccionado para este proxecto son dúas capas transparentes temperadas de 6 mm (1/4″) de 1524 mm x 1524 mm (5′ x 5′) laminadas cunha película intermedia de ionómero Sentry Glass Plus (SGP) de 1,52 mm (0,060”).
Aplícase un disco de TSSA de 1 mm (0,040 polgadas) de grosor a un accesorio de aceiro inoxidable imprimado de 60 mm (2,36 polgadas) de diámetro. A imprimación está deseñada para mellorar a durabilidade da adhesión ao aceiro inoxidable e é unha mestura de silano e titanato nun disolvente. O disco metálico presiónase contra o vidro cunha forza medida de 0,7 MPa (100 psi) durante un minuto para proporcionar humectación e contacto. Coloque os compoñentes nun autoclave que alcance os 11,9 bar (175 psi) e os 133 °C (272 °F) para que o TSSA poida alcanzar o tempo de remollo de 30 minutos necesario para o curado e a unión no autoclave.
Despois de completar e arrefriar a autoclave, inspeccione cada conexión TSSA e aperte a 55 Nm (40,6 libras-pé) para mostrar unha carga estándar de 1,3 MPa (190 psi). Os accesorios para TSSA son subministrados por Sadev e identifícanse como accesorios TSSA R1006.
Monta o corpo principal do accesorio no disco de curado do vidro e báixao dentro da estrutura de aceiro. Axusta e fixa as porcas dos parafusos de xeito que o vidro exterior quede a ras coa parte exterior da estrutura de aceiro. A xunta de 13 mm x 13 mm (1/2″ x ½”) que rodea o perímetro do vidro está selada cunha estrutura de silicona de dúas partes para que a proba de carga de presión poida comezar ao día seguinte.
A proba realizouse empregando un tubo de choque no Laboratorio de Investigación de Explosivos da Universidade de Kentucky. O tubo de absorción de impactos está composto por un corpo de aceiro reforzado, no que se poden instalar unidades de ata 3,7 m x 3,7 m na cara.
O tubo de impacto impúlsase colocando explosivos ao longo da lonxitude do tubo de explosión para simular as fases positiva e negativa do evento de explosión [12] [13]. Coloque todo o conxunto de estrutura de vidro e aceiro no tubo de absorción de impactos para as probas, como se mostra na Figura 4.
Catro sensores de presión están instalados dentro do tubo de choque, polo que a presión e o pulso pódense medir con precisión. Empregáronse dúas cámaras de vídeo dixitais e unha cámara réflex dixital para gravar a proba.
A cámara de alta velocidade MREL Ranger HR situada preto da xanela, fóra do tubo de choque, capturou a proba a 500 fotogramas por segundo. Estableceu un récord láser de deflexión de 20 kHz preto da xanela para medir a deflexión no centro da xanela.
Os catro compoñentes da estrutura foron probados nove veces en total. Se o vidro non sae da abertura, volva probar o compoñente baixo unha presión e un impacto máis altos. En cada caso, rexístranse os datos de presión obxectivo, impulso e deformación do vidro. Despois, cada proba tamén se cualifica segundo a norma AAMA 510-14 [Directrices voluntarias do sistema Festestration para a mitigación do risco de explosión].
Como se describiu anteriormente, probáronse catro conxuntos de marco ata que se retirou o vidro da abertura da porta de explosión. O obxectivo da primeira proba é alcanzar os 69 kPa a un pulso de 614 kPa-ms (10 psi A 89 psi-ms). Baixo a carga aplicada, a xanela de vidro esnaquizouse e separouse do marco. Os accesorios de punto Sadev fan que o TSSA se adhira ao vidro temperado roto. Cando o vidro temperado se esnaquizaba, o vidro saía da abertura despois dunha deflexión de aproximadamente 100 mm (4 polgadas).
En condicións de carga continua crecente, o marco 2 foi probado 3 veces. Os resultados mostraron que a falla non se produciu ata que a presión alcanzou os 69 kPa (10 psi). As presións medidas de 44,3 kPa (6,42 psi) e 45,4 kPa (6,59 psi) non afectarán a integridade do compoñente. Baixo a presión medida de 62 kPa (9 psi), a deflexión do vidro provocou a rotura, deixando a xanela de vidro na abertura. Todos os accesorios TSSA están unidos con vidro temperado roto, igual que na Figura 7.
En condicións de carga continua crecente, o marco 3 foi probado dúas veces. Os resultados mostraron que a falla non se produciu ata que a presión alcanzou o obxectivo de 69 kPa (10 psi). A presión medida de 48,4 kPa (7,03) psi non afectará a integridade do compoñente. A recollida de datos non permitiu a deflexión, pero a observación visual do vídeo mostrou que a deflexión da proba 3 do marco 2 e da proba 7 do marco 4 foi similar. Baixo a presión de medición de 64 kPa (9,28 psi), a deflexión do vidro medida a 190,5 mm (7,5″) provocou a rotura, deixando a xanela de vidro na abertura. Todos os accesorios TSSA están unidos con vidro temperado roto, igual que na Figura 7.
Cunha carga continua crecente, o marco 4 foi probado 3 veces. Os resultados mostraron que a falla non se produciu ata que a presión alcanzou o obxectivo de 10 psi por segunda vez. As presións medidas de 46,8 kPa (6,79) e 64,9 kPa (9,42 psi) non afectarán a integridade do compoñente. Na proba nº 8, mediuse que o vidro se dobrara 100 mm (4 polgadas). Espérase que esta carga provoque a rotura do vidro, pero pódense obter outros datos.
Na proba nº 9, a presión medida de 65,9 kPa (9,56 psi) desviou o vidro 190,5 mm (7,5 polgadas) e provocou a rotura, deixando a xanela de vidro na abertura. Todos os accesorios TSSA están fixados co mesmo vidro temperado roto que na Figura 7. En todos os casos, os accesorios pódense retirar facilmente da estrutura de aceiro sen ningún dano evidente.
A TSSA para cada proba permanece inalterada. Despois da proba, cando o vidro permanece intacto, non hai ningún cambio visual na TSSA. O vídeo de alta velocidade mostra o vidro rompendo no punto medio do vano e despois saíndo da abertura.
A partir da comparación da falla do vidro e da ausencia de falla na Figura 8 e na Figura 9, é interesante notar que o modo de fractura do vidro ocorre lonxe do punto de unión, o que indica que a parte non unida do vidro alcanzou o punto de flexión, que se achega rapidamente. O punto de cedencia fráxil do vidro é relativo á parte que permanece unida.
Isto indica que, durante a proba, é probable que as placas rotas nestas pezas se movan baixo forzas de cizallamento. Combinando este principio e a observación de que o modo de fallo parece ser a fragilización do grosor do vidro na interface adhesiva, a medida que aumenta a carga prescrita, o rendemento debería mellorar aumentando o grosor do vidro ou controlando a deflexión por outros medios.
A proba 8 do marco 4 é unha grata sorpresa nas instalacións de probas. Aínda que o vidro non está danado, polo que se pode volver probar o marco, o TSSA e as tiras de selado circundantes aínda poden manter esta gran carga. O sistema TSSA usa catro fixacións de 60 mm para soportar o vidro. As cargas de vento de deseño son cargas vivas e permanentes, ambas as dúas a 2,5 kPa (50 psf). Trátase dun deseño moderado, cunha transparencia arquitectónica ideal, presenta cargas extremadamente elevadas e o TSSA permanece intacto.
Este estudo realizouse para determinar se a adhesión adhesiva do sistema de vidro presenta algúns riscos ou defectos inherentes en termos de requisitos de baixo nivel para o rendemento do chorro de area. Obviamente, un sistema de accesorios TSSA sinxelo de 60 mm instálase preto do bordo do vidro e ten o rendemento ata que o vidro se rompe. Cando o vidro está deseñado para resistir a rotura, o TSSA é un método de conexión viable que pode proporcionar un certo grao de protección mantendo ao mesmo tempo os requisitos de transparencia e apertura do edificio.
Segundo a norma ASTM F2912-17, os compoñentes da fiestra probados alcanzan o nivel de perigo H1 no nivel estándar C1. O accesorio Sadev R1006 empregado no estudo non se ve afectado.
O vidro temperado empregado neste estudo é o "elo débil" do sistema. Unha vez que o vidro se rompe, o TSSA e a tira de selado circundante non poden reter unha gran cantidade de vidro, porque unha pequena cantidade de fragmentos de vidro permanecen no material de silicona.
Desde o punto de vista do deseño e o rendemento, demostrouse que o sistema adhesivo TSSA proporciona un alto nivel de protección en compoñentes de fachada de grao explosivo no nivel inicial dos indicadores de rendemento explosivo, o que foi amplamente aceptado pola industria. A fachada probada mostra que cando o risco de explosión está entre 41,4 kPa (6 psi) e 69 kPa (10 psi), o rendemento no nivel de perigo é significativamente diferente.
Non obstante, é importante que a diferenza na clasificación de perigo non sexa atribuíble á falla do adhesivo, como indica o modo de falla cohesiva do adhesivo e dos fragmentos de vidro entre os limiares de perigo. Segundo as observacións, o tamaño do vidro axústase axeitadamente para minimizar a deflexión e evitar a fraxilidade debido ao aumento da resposta ao corte na interface de flexión e adhesión, o que parece ser un factor clave no rendemento.
Os deseños futuros poderían reducir o nivel de perigo baixo cargas máis elevadas aumentando o grosor do vidro, fixando a posición da punta en relación co bordo e aumentando o diámetro de contacto do adhesivo.
[1] Especificación estándar de fibra de vidro ASTM F2912-17, Vidro e sistemas de vidro suxeitos a cargas de altitude elevada, ASTM International, West Conshawken, Pensilvania, 2017, https://doi.org/10.1520/F2912-17 [2] Hilliard, JR, Paris, CJ e Peterson, CO, Jr., “Vidro selante estrutural, tecnoloxía de selantes para sistemas de vidro”, ASTM STP 638, ASTM International, West Conshooken, Pensilvania, 1977, páx. 67-99. [3] Zarghamee, MS, TA, Schwartz e Gladstone, M., “Rendemento sísmico do vidro de sílice estrutural”, Sellado de edificios, selantes, vidro e tecnoloxía impermeable, volume 1. 6. ASTM STP 1286, JC Myers, editor, ASTM International, West Conshohocken, Pensilvania, 1996, páx. 46-59. [4] Carbary, LD, “Revisión da durabilidade e o rendemento dos sistemas de fiestras de vidro estrutural de silicona”, Glass Performance Day, Tampere, Finlandia, xuño de 2007, actas da conferencia, páxinas 190-193. [5] Schmidt, CM, Schoenherr, WJ, Carbary LD e Takish, MS, “Rendemento dos adhesivos estruturais de silicona”, Glass System Science and Technology, ASTM STP1054, CJ University of Paris, American Society for Testing and Materials, Filadelfia, 1989 Years, pp. 22-45 [6] Wolf, AT, Sitte, S., Brasseur, M., J. e Carbary L. D, “Adhesivo estrutural de silicona transparente para a fixación e dispensación de vidros (TSSA). Avaliación preliminar das propiedades mecánicas e da durabilidade do aceiro”, The Fourth International Durabilité Symposium “Construction Sealants and Adesives”, ASTM International Magazine, publicado en liña, agosto de 2011, volume 8, número 10 (11 de novembro de 2011), JAI 104084, dispoñible no seguinte sitio web: www.astm.org/DIGITAL_LIBRARY/JOURNALS/JAI/PAGES/JAI104084.htm. [7] Clift, C., Hutley, P., Carbary, LD, Adhesivo de silicona de estrutura transparente, Día do Rendemento do Vidro, Tampere, Finlandia, xuño de 2011, Actas da reunión, páxinas 650-653. [8] Clift, C., Carbary, LD, Hutley, P., Kimberlain, J., “Vidro de sílice estrutural de nova xeración” Facade Design and Engineering Journal 2 (2014) 137–161, DOI 10.3233 / FDE-150020 [9] Kenneth Yarosh, Andreas T. Wolf e Sigurd Sitte “Avaliación dos selantes de goma de silicona no deseño de fiestras a proba de balas e muros cortina a altas velocidades de movemento”, ASTM International Magazine, número 1. 6. Artigo núm. 2, ID JAI101953 [10] ASTM C1135-15, Método de ensaio estándar para determinar o rendemento de adhesión á tracción dos selantes estruturais, ASTM International, West Conshohocken, Pensilvania, 2015, https://doi.org/10.1520/C1135-15 [11] Morgan, T., “Progreso en "Vidro fixado con parafusos a proba de explosións", Glass Performance Day, xuño de 2103, actas da reunión, pp. 181-182 [12] ASTM F1642 / F1642M-17 Método de ensaio estándar para vidro e sistemas de vidro sometidos a cargas de vento elevadas, ASTM International, West Conshohocken, Pensilvania, 2017, https://doi.org/10.1520/F1642_F1642M-17 [13] Wedding, William Chad e Braden T. Lusk. "Un novo método para determinar a resposta dos sistemas de vidro antiexplosivo a cargas explosivas". Metric 45.6 (2012): 1471-1479. [14] "Directrices voluntarias para mitigar o risco de explosión dos sistemas de fiestras verticais" AAMA 510-14.