Sustavi točkasto pričvršćenog stakla koji zadovoljavaju ovaj arhitektonski zahtjev posebno su popularni u prizemnim ulazima ili javnim prostorima. Nedavni tehnološki napredak omogućio je upotrebu ljepila ultra visoke čvrstoće za pričvršćivanje ovih velikih plovućca na dodatke bez potrebe za bušenjem rupa u staklu.
Tipična lokacija na tlu povećava vjerojatnost da sustav mora djelovati kao zaštitni sloj za stanare zgrade, a taj zahtjev premašuje ili premašuje tipične zahtjeve za opterećenje vjetrom. Neka su ispitivanja provedena na sustavu točkastog pričvršćivanja za bušenje, ali ne i na metodi lijepljenja.
Svrha ovog članka je zabilježiti simulacijski test korištenjem udarne cijevi s eksplozivnim nabojima za simulaciju eksplozije kako bi se simulirao utjecaj eksplozivnog opterećenja na spojenu prozirnu komponentu. Ove varijable uključuju eksplozivno opterećenje definirano standardom ASTM F2912 [1], koje se provodi na tankoj ploči sa SGP ionomernim sendvičem. Ovo istraživanje je prvi put da se mogu kvantificirati potencijalne eksplozivne performanse za ispitivanje velikih razmjera i arhitektonski dizajn. Pričvrstite četiri TSSA spojnice promjera 60 mm (2,36 inča) na staklenu ploču dimenzija 1524 x 1524 mm (60 inča x 60 inča).
Četiri komponente opterećene na 48,3 kPa (7 psi) ili manje nisu oštetile niti utjecale na TSSA i staklo. Pet komponenti bilo je opterećeno pod tlakom iznad 62 kPa (9 psi), a četiri od pet komponenti pokazale su lom stakla, što je uzrokovalo pomicanje stakla iz otvora. U svim slučajevima, TSSA je ostao pričvršćen za metalne spojnice i nije pronađen nikakav kvar, prianjanje ili lijepljenje. Ispitivanje je pokazalo da, u skladu sa zahtjevima AAMA 510-14, testirani TSSA dizajn može pružiti učinkovit sigurnosni sustav pod opterećenjem od 48,3 kPa (7 psi) ili manje. Podaci generirani ovdje mogu se koristiti za projektiranje TSSA sustava kako bi se zadovoljilo specificirano opterećenje.
Jon Kimberlain (Jon Kimberlain) je napredni stručnjak za primjenu visokoučinkovitih silikona tvrtke Dow Corning. Lawrence D. Carbary (Lawrence D. Carbary) je znanstvenik tvrtke Dow Corning za visokoučinkovitu građevinsku industriju, istraživač silikona i ASTM-a tvrtke Dow Corning.
Strukturno silikonsko pričvršćivanje staklenih panela koristi se gotovo 50 godina za poboljšanje estetike i performansi modernih zgrada [2] [3] [4] [5]. Metoda pričvršćivanja omogućuje glatki kontinuirani vanjski zid s visokom transparentnošću. Želja za povećanom transparentnošću u arhitekturi dovela je do razvoja i upotrebe zidova od kabelske mreže i vanjskih zidova poduprtih vijcima. Arhitektonski zahtjevne zgrade s značajkama uključivat će današnju modernu tehnologiju i moraju biti u skladu s lokalnim građevinskim i sigurnosnim propisima i standardima.
Proučeno je prozirno strukturno silikonsko ljepilo (TSSA) te je predložena metoda podupiranja stakla vijcima umjesto bušenja rupa [6] [7]. Tehnologija prozirnog ljepila s čvrstoćom, prianjanjem i izdržljivošću ima niz fizičkih svojstava koja omogućuju dizajnerima zidnih zavjesa da dizajniraju sustav spajanja na jedinstven i nov način.
Okrugli, pravokutni i trokutasti pribor koji zadovoljava estetske i strukturne zahtjeve jednostavan je za dizajn. TSSA se stvrdnjava zajedno s laminiranim staklom koje se obrađuje u autoklavu. Nakon uklanjanja materijala iz ciklusa autoklava, može se dovršiti 100%-tni test provjere. Ova prednost osiguranja kvalitete jedinstvena je za TSSA jer može pružiti neposrednu povratnu informaciju o strukturnom integritetu sklopa.
Proučavana je otpornost na udar [8] i učinak apsorpcije udara konvencionalnih strukturnih silikonskih materijala [9]. Wolf i suradnici dostavili su podatke koje je generiralo Sveučilište u Stuttgartu. Ti podaci pokazuju da je, u usporedbi s kvazistatičkom brzinom deformacije navedenom u ASTM C1135, vlačna čvrstoća strukturnog silikonskog materijala pri konačnoj brzini deformacije od 5 m/s (197 in/s). Čvrstoća i istezanje se povećavaju. Označava odnos između deformacije i fizičkih svojstava.
Budući da je TSSA visoko elastičan materijal s većim modulom i čvrstoćom od strukturnog silikona, očekuje se da će slijediti iste opće performanse. Iako nisu provedena laboratorijska ispitivanja s visokim brzinama deformacije, može se očekivati ​​da visoka brzina deformacije pri eksploziji neće utjecati na čvrstoću.
Vijčano pričvršćeno staklo je testirano, zadovoljava standarde za ublažavanje eksplozije [11] i izloženo je na Danu performansi stakla 2013. Vizualni rezultati jasno pokazuju prednosti mehaničkog pričvršćivanja stakla nakon što je staklo razbijeno. Za sustave s isključivo lijepljenjem, ovo će biti izazov.
Okvir je izrađen od američkog standardnog čeličnih profila dimenzija 151 mm dubine x 48,8 mm širine x 5,08 mm debljine mreže (6” x 1,92” x 0,20”), obično nazvanih C utor 6” x 8,2#. C-profili su zavareni zajedno u kutovima, a trokutasti presjek debljine 9 mm (0,375 inča) zavaren je na kutovima, pomaknut od površine okvira. U ploči je izbušena rupa od 18 mm (0,71″) tako da se u nju može lako umetnuti vijak promjera 14 mm (0,55″).
Metalni spojevi TSSA promjera 60 mm (2,36 inča) nalaze se 50 mm (2 inča) od svakog kuta. Na svaki komad stakla postavite četiri spoja kako biste sve učinili simetričnim. Jedinstvena značajka TSSA-e je da se može postaviti blizu ruba stakla. Pribor za bušenje za mehaničko pričvršćivanje u staklu ima specifične dimenzije počevši od ruba, koje moraju biti uključene u dizajn i moraju se izbušiti prije kaljenja.
Veličina blizu ruba poboljšava prozirnost gotovog sustava, a istovremeno smanjuje prianjanje zvjezdastog spoja zbog nižeg momenta na tipičnom zvjezdastom spoju. Odabrano staklo za ovaj projekt su dva kaljena prozirna sloja debljine 6 mm (1/4″) dimenzija 1524 mm x 1524 mm (5′x 5′) laminirana Sentry Glass Plus (SGP) ionomernim međufilmom debljine 1,52 mm (0,060′).
Disk TSSA debljine 1 mm (0,040 inča) nanosi se na spoj od nehrđajućeg čelika promjera 60 mm (2,36 inča). Primer je osmišljen kako bi poboljšao trajnost prianjanja na nehrđajući čelik i mješavina je silana i titanata u otapalu. Metalni disk pritišće se na staklo izmjerenom silom od 0,7 MPa (100 psi) tijekom jedne minute kako bi se osiguralo vlaženje i kontakt. Komponente se stavljaju u autoklav koji postiže tlak od 11,9 bara (175 psi) i temperaturu od 133 C° (272°F) kako bi TSSA mogao postići 30-minutno vrijeme namakanja potrebno za stvrdnjavanje i lijepljenje u autoklavu.
Nakon što je autoklav završen i ohlađen, pregledajte svaki TSSA spoj, a zatim ga zategnite na 55 Nm (40,6 stopa-funti) kako biste pokazali standardno opterećenje od 1,3 MPa (190 psi). Pribor za TSSA osigurava Sadev i označen je kao R1006 TSSA pribor.
Sastavite glavni dio pribora na disk za stvrdnjavanje na staklu i spustite ga u čelični okvir. Podesite i pričvrstite matice na vijcima tako da vanjsko staklo bude u ravnini s vanjskim dijelom čeličnog okvira. Spoj od 13 mm x 13 mm (1/2″ x½”) koji okružuje obod stakla zabrtvljen je dvodijelnom silikonskom strukturom kako bi ispitivanje tlačnim opterećenjem moglo započeti sljedeći dan.
Ispitivanje je provedeno korištenjem udarne cijevi u Laboratoriju za istraživanje eksploziva Sveučilišta Kentucky. Cijev za apsorpciju udara sastoji se od ojačanog čeličnog tijela, koje na površinu može instalirati jedinice do 3,7 m x 3,7 m.
Udarna cijev se pokreće postavljanjem eksploziva duž cijele duljine eksplozivne cijevi kako bi se simulirale pozitivne i negativne faze eksplozije [12] [13]. Stavite cijeli sklop okvira od stakla i čelika u cijev za apsorpciju udara radi ispitivanja, kao što je prikazano na slici 4.
Četiri senzora tlaka ugrađena su unutar cijevi za udar, tako da se tlak i puls mogu točno izmjeriti. Za snimanje testa korištene su dvije digitalne video kamere i digitalni SLR fotoaparat.
MREL Ranger HR brza kamera smještena blizu prozora izvan cijevi za udarne valove snimila je test brzinom od 500 sličica u sekundi. Postavite laserski snimač otklona od 20 kHz blizu prozora kako biste izmjerili otklon u središtu prozora.
Četiri komponente okvira testirane su ukupno devet puta. Ako staklo ne izađe iz otvora, ponovno se testira komponenta pod većim tlakom i udarom. U svakom slučaju bilježe se ciljani tlak i impuls te podaci o deformaciji stakla. Zatim se svako ispitivanje ocjenjuje i prema AAMA 510-14 [Dobrovoljne smjernice sustava festestracije za ublažavanje opasnosti od eksplozije].
Kao što je gore opisano, testirana su četiri sklopa okvira sve dok staklo nije uklonjeno iz otvora otvora za eksploziju. Cilj prvog testa je postići 69 kPa pri pulsu od 614 kPa-ms (10 psi A 89 psi-msec). Pod primijenjenim opterećenjem, stakleni prozor se razbio i otpustio iz okvira. Sadev točkasti spojevi omogućuju prianjanje TSSA-e na razbijeno kaljeno staklo. Kada se kaljeno staklo razbilo, staklo je napustilo otvor nakon otklona od približno 100 mm (4 inča).
Pod uvjetom povećanja kontinuiranog opterećenja, okvir 2 je testiran 3 puta. Rezultati su pokazali da do loma nije došlo sve dok tlak nije dosegao 69 kPa (10 psi). Izmjereni tlakovi od 44,3 kPa (6,42 psi) i 45,4 kPa (6,59 psi) neće utjecati na integritet komponente. Pod izmjerenim tlakom od 62 kPa (9 psi), otklon stakla uzrokovao je lom, ostavljajući stakleni prozor u otvoru. Sav TSSA pribor pričvršćen je razbijenim kaljenim staklom, isto kao na slici 7.
Pod uvjetom povećanja kontinuiranog opterećenja, okvir 3 je testiran dva puta. Rezultati su pokazali da do loma nije došlo sve dok tlak nije dosegao ciljanih 69 kPa (10 psi). Izmjereni tlak od 48,4 kPa (7,03 psi) neće utjecati na integritet komponente. Prikupljanje podataka nije omogućilo otklon, ali vizualno promatranje s videa pokazalo je da je otklon okvira 2 u testu 3 i okvira 4 u testu 7 bio sličan. Pod mjernim tlakom od 64 kPa (9,28 psi), otklon stakla izmjeren na 190,5 mm (7,5″) rezultirao je lomom, ostavljajući stakleni prozor u otvoru. Sav TSSA pribor pričvršćen je razbijenim kaljenim staklom, isto kao na slici 7.
S povećanjem kontinuiranog opterećenja, okvir 4 je testiran 3 puta. Rezultati su pokazali da do loma nije došlo sve dok tlak nije dosegao ciljanih 10 psi po drugi put. Izmjereni tlakovi od 46,8 kPa (6,79) i 64,9 kPa (9,42 psi) neće utjecati na integritet komponente. U testu #8, staklo se savilo 100 mm (4 inča). Očekuje se da će ovo opterećenje uzrokovati lom stakla, ali mogu se dobiti i drugi podaci.
U testu br. 9, izmjereni tlak od 65,9 kPa (9,56 psi) otklonio je staklo za 190,5 mm (7,5″) i uzrokovao lom, ostavljajući stakleni prozor u otvoru. Sav TSSA pribor pričvršćen je istim razbijenim kaljenim staklom kao na slici 7. U svim slučajevima, pribor se može lako ukloniti iz čeličnog okvira bez ikakvih vidljivih oštećenja.
TSSA za svako ispitivanje ostaje nepromijenjena. Nakon ispitivanja, kada staklo ostane netaknuto, nema vizualne promjene u TSSA-i. Videozapis velike brzine prikazuje lom stakla na sredini raspona, a zatim izlazak iz otvora.
Iz usporedbe loma stakla i stanja bez loma na slici 8 i slici 9, zanimljivo je primijetiti da se način loma stakla događa daleko od točke spajanja, što ukazuje na to da je nevezani dio stakla dosegao točku savijanja, koja se brzo približava. Granica krhkog razvlačenja stakla je relativna u odnosu na dio koji ostaje vezan.
To ukazuje na to da će se tijekom ispitivanja slomljene ploče u tim dijelovima vjerojatno pomicati pod djelovanjem sila smicanja. Kombinirajući ovo načelo i opažanje da se čini da je način loma krhkost debljine stakla na adhezivnom spoju, kako se propisano opterećenje povećava, performanse bi trebale biti poboljšane povećanjem debljine stakla ili kontroliranjem otklona drugim sredstvima.
Test 8 okvira 4 ugodno je iznenađenje u ispitnom laboratoriju. Iako staklo nije oštećeno tako da se okvir može ponovno ispitati, TSSA i okolne brtvene trake i dalje mogu izdržati ovo veliko opterećenje. TSSA sustav koristi četiri priključka od 60 mm za podupiranje stakla. Projektirana opterećenja vjetrom su korisna i trajna opterećenja, oba pri 2,5 kPa (50 psf). Ovo je umjereni dizajn, s idealnom arhitektonskom transparentnošću, pokazuje izuzetno visoka opterećenja, a TSSA ostaje netaknut.
Ova je studija provedena kako bi se utvrdilo ima li adhezivno prianjanje staklenog sustava neke inherentne opasnosti ili nedostatke u smislu niskih zahtjeva za performanse pjeskarenja. Očito je da se jednostavan TSSA sustav dodatne opreme od 60 mm ugrađuje blizu ruba stakla i ima performanse dok se staklo ne razbije. Kada je staklo dizajnirano da se odupre lomljenju, TSSA je održiva metoda spajanja koja može pružiti određeni stupanj zaštite uz održavanje zahtjeva zgrade za transparentnost i otvorenost.
Prema standardu ASTM F2912-17, testirane komponente prozora dosežu razinu opasnosti H1 na standardnoj razini C1. Dodatna oprema Sadev R1006 korištena u studiji nije pogođena.
Kaljeno staklo korišteno u ovoj studiji je „slaba karika“ u sustavu. Nakon što se staklo razbije, TSSA i okolna brtvena traka ne mogu zadržati veliku količinu stakla jer mala količina fragmenata stakla ostaje na silikonskom materijalu.
S gledišta dizajna i performansi, dokazano je da TSSA sustav ljepila pruža visoku razinu zaštite u komponentama fasada eksplozivne kvalitete na početnoj razini pokazatelja eksplozivnih performansi, što je široko prihvaćeno u industriji. Testirana fasada pokazuje da kada je opasnost od eksplozije između 41,4 kPa (6 psi) i 69 kPa (10 psi), performanse na razini opasnosti značajno se razlikuju.
Međutim, važno je da se razlika u klasifikaciji opasnosti ne može pripisati lomu adhezije, što je naznačeno kohezivnim načinom loma adhezije i fragmenata stakla između pragova opasnosti. Prema opažanjima, veličina stakla je prikladno prilagođena kako bi se smanjio otklon i spriječila krhkost zbog povećanog odziva smicanja na granici savijanja i pričvršćivanja, što se čini ključnim čimbenikom performansi.
Budući dizajni mogli bi smanjiti razinu opasnosti pod većim opterećenjima povećanjem debljine stakla, fiksiranjem položaja vrha u odnosu na rub i povećanjem kontaktnog promjera ljepila.
[1] ASTM F2912-17 Standardna specifikacija za staklena vlakna, Staklo i stakleni sustavi podložni opterećenjima na velikim nadmorskim visinama, ASTM International, West Conshawken, Pennsylvania, 2017., https://doi.org/10.1520/F2912-17 [2] Hilliard, JR, Paris, CJ i Peterson, CO, Jr., „Strukturno brtvilo za staklo, tehnologija brtvila za staklene sustave“, ASTM STP 638, ASTM International, West Conshooken, Pennsylvania, 1977., str. 67-99 stranica. [3] Zarghamee, MS, TA, Schwartz i Gladstone, M., „Seizmičke performanse strukturnog silicijevog stakla“, Brtvljenje zgrada, brtvilo, tehnologija stakla i vodootpornosti, svezak 1. 6. ASTM STP 1286, JC Myers, urednik, ASTM International, West Conshohocken, Pennsylvania, 1996., str. 46-59. [4] Carbary, LD, „Pregled trajnosti i performansi silikonskih strukturnih staklenih prozorskih sustava“, Dan performansi stakla, Tampere, Finska, lipanj 2007., Zbornik radova konferencije, stranice 190-193. [5] Schmidt, CM, Schoenherr, WJ, Carbary LD i Takish, MS, „Performanse silikonskih strukturnih ljepila“, Glass System Science and Technology, ASTM STP1054, CJ Sveučilište u Parizu, Američko društvo za ispitivanje i materijale, Philadelphia, 1989. godine, str. 22-45 [6] Wolf, AT, Sitte, S., Brasseur, M., J. i Carbary L. D, „Prozirno strukturno silikonsko ljepilo za pričvršćivanje i doziranje ostakljenja (TSSA) Preliminarna procjena mehaničkih svojstava i trajnosti čelika“, Četvrti međunarodni simpozij o trajnosti „Građevinska brtvila i ljepila“, ASTM International Magazine, objavljeno na mreži, kolovoz 2011., svezak 8, broj 10 (mjesec 11. studenog 2011.), JAI 104084, dostupno na sljedećoj web stranici: www.astm.org/DIGITAL_LIBRARY/JOURNALS/JAI/PAGES/JAI104084.htm. [7] Clift, C., Hutley, P., Carbary, LD, Silikonsko ljepilo prozirne strukture, Dan performansi stakla, Tampere, Finska, lipanj 2011., Zbornik radova sa sastanka, stranice 650-653. [8] Clift, C., Carbary, LD, Hutley, P., Kimberlain, J., „Nova generacija strukturnog silikatnog stakla“ Časopis za dizajn i inženjerstvo fasada 2 (2014.) 137–161, DOI 10.3233 / FDE-150020 [9] Kenneth Yarosh, Andreas T. Wolf i Sigurd Sitte „Procjena silikonskih gumenih brtvila u dizajnu neprobojnih prozora i zavjesnih zidova pri velikim brzinama kretanja“, Časopis ASTM International, broj 1. 6. Rad br. 2, ID JAI101953 [10] ASTM C1135-15, Standardna metoda ispitivanja za određivanje vlačne adhezije strukturnih brtvila, ASTM International, West Conshohocken, Pennsylvania, 2015., https:/ /doi.org/10.1520/C1135-15 [11] Morgan, T., „Napredak u „Staklo otporno na eksploziju pričvršćeno vijcima“, Dan performansi stakla, lipanj 2103., zapisnik sastanka, str. 181-182 [12] ASTM F1642 / F1642M-17 Standardna metoda ispitivanja za staklo i staklene sustave izložene velikim opterećenjima vjetra, ASTM International, West Conshohocken, Pennsylvania, 2017., https://doi.org/10.1520/F1642_F1642M-17 [13] Wedding, William Chad i Braden T. Lusk. „Nova metoda za određivanje odziva protueksplozivnih staklenih sustava na eksplozivna opterećenja.“ Metric 45.6 (2012.): 1471-1479. [14] „Dobrovoljne smjernice za ublažavanje opasnosti od eksplozije vertikalnih prozorskih sustava“ AAMA 510-14.