Šį architektūrinį reikalavimą atitinkančios taškinio tvirtinimo stiklo sistemos yra ypač populiarios įėjimuose į grindis arba viešosiose erdvėse. Naujausi technologiniai pasiekimai leido naudoti itin didelio stiprumo klijus, kad šias dideles pemzas būtų galima pritvirtinti prie priedų, nereikalaujant gręžti skylių stikle.
Įprasta žemės vieta padidina tikimybę, kad sistema turės atlikti apsauginio sluoksnio vaidmenį pastato gyventojams, o šis reikalavimas viršija arba viršija įprastus vėjo apkrovos reikalavimus. Buvo atlikti kai kurie taškinio tvirtinimo sistemos gręžimo bandymai, bet ne su klijavimo metodu.
Šio straipsnio tikslas – užfiksuoti modeliavimo bandymą, naudojant smūginį vamzdį su sprogstamaisiais užtaisais, siekiant imituoti sprogimą ir sprogstamojo krovinio poveikį sujungtam skaidriam komponentui. Šie kintamieji apima sprogimo apkrovą, apibrėžtą ASTM F2912 [1], kuri atliekama ant plonos plokštės su SGP jonomero sluoksniu. Šis tyrimas yra pirmas kartas, kai galima kiekybiškai įvertinti galimą sprogstamąjį našumą didelio masto bandymams ir architektūriniam projektavimui. Prie 1524 x 1524 mm (60 colių x 60 colių) matmenų stiklinės plokštės pritvirtinkite keturias 60 mm (2,36 colio) skersmens TSSA jungtis.
Keturi komponentai, apkrauti iki 48,3 kPa (7 psi) ar mažesnio slėgio, nepažeidė ir nepaveikė TSSA ir stiklo. Penki komponentai buvo apkrauti didesniu nei 62 kPa (9 psi) slėgiu, ir keturiems iš penkių komponentų dūžo stiklas, dėl ko stiklas pasislinko iš angos. Visais atvejais TSSA liko pritvirtinta prie metalinių jungiamųjų detalių ir nebuvo nustatyta jokių gedimų, sukibimo ar sukibimo požymių. Bandymai parodė, kad pagal AAMA 510-14 reikalavimus išbandytas TSSA dizainas gali užtikrinti veiksmingą saugos sistemą esant 48,3 kPa (7 psi) ar mažesnei apkrovai. Čia sugeneruoti duomenys gali būti naudojami TSSA sistemai suprojektuoti taip, kad ji atitiktų nurodytą apkrovą.
Jonas Kimberlainas (Jon Kimberlain) yra pažangus „Dow Corning“ aukštos kokybės silikonų taikymo ekspertas. Lawrence'as D. Carbary (Lawrence D. Carbary) yra „Dow Corning“ aukštos kokybės statybų pramonės mokslininkas, kuris yra „Dow Corning“ silikonų ir ASTM tyrėjas.
Stiklo plokščių tvirtinimas prie silikono konstrukciniu būdu buvo naudojamas beveik 50 metų, siekiant pagerinti modernių pastatų estetiką ir eksploatacines savybes [2] [3] [4] [5]. Šis tvirtinimo būdas gali sukurti lygią, ištisinę išorinę sieną su dideliu skaidrumu. Noras padidinti architektūros skaidrumą paskatino sukurti ir naudoti vielinio tinklo sienas ir varžtais paremtas išorines sienas. Architektūriškai sudėtinguose orientyruose bus naudojamos šiuolaikinės technologijos ir jie turės atitikti vietinius statybos ir saugos kodeksus bei standartus.
Buvo ištirti skaidrūs struktūriniai silikoniniai klijai (TSSA) ir pasiūlytas stiklo tvirtinimo varžtais, o ne gręžiant skyles, metodas [6] [7]. Skaidrių klijų technologija, pasižyminti stiprumu, sukibimu ir ilgaamžiškumu, turi daug fizinių savybių, kurios leidžia fasadų projektuotojams unikaliai ir naujoviškai suprojektuoti jungimo sistemą.
Apvalūs, stačiakampiai ir trikampiai priedai, atitinkantys estetinius ir konstrukcinius reikalavimus, yra lengvai projektuojami. TSSA kietinamas kartu su laminuotu stiklu, kuris apdorojamas autoklave. Pašalinus medžiagą iš autoklavo ciklo, galima atlikti 100 % patikros bandymą. Šis kokybės užtikrinimo pranašumas yra unikalus TSSA, nes jis gali suteikti tiesioginį grįžtamąjį ryšį apie surinkimo konstrukcinį vientisumą.
Buvo tirtas įprastų konstrukcinių silikoninių medžiagų atsparumas smūgiams [8] ir smūgių sugerties poveikis [9]. Wolf ir kt. pateikė Štutgarto universiteto sugeneruotus duomenis. Šie duomenys rodo, kad, palyginti su ASTM C1135 nurodytu kvazistatiniu deformacijos greičiu, konstrukcinės silikoninės medžiagos tempiamasis stipris yra ties ribiniu 5 m/s (197 in/s) deformacijos greičiu. Stipris ir pailgėjimas didėja. Rodo ryšį tarp deformacijos ir fizikinių savybių.
Kadangi TSSA yra labai elastinga medžiaga, kurios tamprumas ir stiprumas yra didesni nei konstrukcinio silikono, tikimasi, kad ji pasižymės tomis pačiomis bendromis eksploatacinėmis savybėmis. Nors laboratoriniai bandymai su dideliais deformacijos greičiais nebuvo atlikti, galima tikėtis, kad didelis deformacijos greitis sprogimo metu neturės įtakos stiprumui.
Varžtais pritvirtintas stiklas buvo išbandytas, atitinka sprogimo mažinimo standartus [11] ir buvo eksponuojamas 2013 m. Stiklo gaminių dienoje. Vizualiniai rezultatai aiškiai rodo mechaninio stiklo tvirtinimo po sudaužymo privalumus. Sistemoms su vien tik klijais tai bus iššūkis.
Rėmas pagamintas iš amerikietiško standarto plieninio profilio, kurio matmenys: 151 mm gylis x 48,8 mm plotis x 5,08 mm sienelės storis (6 coliai x 1,92 colio x 0,20 colio), paprastai vadinamas C 6 colių x 8,2 colio lizdu. C profiliai yra suvirinti kampuose, o kampuose, atitrauktuose nuo rėmo paviršiaus, suvirinta 9 mm (0,375 colio) storio trikampė dalis. Plokštėje buvo išgręžta 18 mm (0,71 colio) skylė, kad į ją būtų galima lengvai įstatyti 14 mm (0,55 colio) skersmens varžtą.
60 mm (2,36 colio) skersmens TSSA metalinės jungiamosios detalės yra 50 mm (2 colių) atstumu nuo kiekvieno kampo. Ant kiekvieno stiklo gabalo pritvirtinkite keturias jungiamąsias detales, kad viskas būtų simetriška. Unikali TSSA savybė yra ta, kad ją galima montuoti arti stiklo krašto. Mechaniniam tvirtinimui stikle skirti gręžimo priedai turi konkrečius matmenis, prasidedančius nuo krašto, kurie turi būti įtraukti į projektą ir prieš grūdinimą išgręžti.
Arti krašto esantis dydis pagerina galutinės sistemos skaidrumą ir tuo pačiu sumažina žvaigždės formos jungties sukibimą dėl mažesnio sukimo momento, tenkančio tipinei žvaigždės formos jungtiai. Šiam projektui pasirinktas stiklas yra du 6 mm (1/4 colio) storio grūdinti skaidrūs 1524 mm x 1524 mm (5′x5′) dydžio stiklai, laminuoti 1,52 mm (0,060 colio) storio „Sentry Glass Plus“ (SGP) jonomerų tarpine plėvele.
1 mm (0,040 colio) storio TSSA diskas uždedamas ant 60 mm (2,36 colio) skersmens gruntuoto nerūdijančio plieno jungiamosios detalės. Gruntas skirtas pagerinti sukibimo su nerūdijančiu plienu ilgaamžiškumą ir yra silano bei titanato mišinys tirpiklyje. Metalinis diskas spaudžiamas prie stiklo 0,7 MPa (100 psi) jėga vieną minutę, kad būtų užtikrintas sudrėkinimas ir kontaktas. Sudėkite komponentus į autoklavą, kuriame pasiekiamas 11,9 baro (175 psi) slėgis ir 133 °C (272 °F) temperatūra, kad TSSA galėtų 30 minučių mirkyti autoklave, kad sukietėtų ir suliptų.
Užbaigus autoklavą ir atvėsus, patikrinkite kiekvieną TSSA jungtį ir priveržkite ją 55 Nm (40,6 pėdų svarų) momentu, kad būtų rodoma standartinė 1,3 MPa (190 psi) apkrova. TSSA priedus tiekia „Sadev“, ir jie žymimi kaip R1006 TSSA priedai.
Pritvirtinkite pagrindinį priedo korpusą prie stiklo kietinimo disko ir nuleiskite jį į plieninį rėmą. Sureguliuokite ir pritvirtinkite varžtų veržles taip, kad išorinis stiklas būtų viename lygyje su plieninio rėmo išore. 13 mm x 13 mm (1/2 colio x ½ colio) jungtis aplink stiklo perimetrą užsandarinama dviejų dalių silikono konstrukcija, kad slėgio apkrovos bandymą būtų galima pradėti kitą dieną.
Bandymas buvo atliktas naudojant smūginį vamzdį Kentukio universiteto Sprogmenų tyrimų laboratorijoje. Smūgius sugeriantis vamzdis pagamintas iš sustiprinto plieno korpuso, ant kurio galima sumontuoti iki 3,7 m x 3,7 m dydžio įrenginius.
Smūginis vamzdis sužadinamas išdėstant sprogmenis išilgai sprogimo vamzdžio, kad būtų imituojamos teigiamos ir neigiamos sprogimo fazės [12] [13]. Įdėkite visą stiklo ir plieno rėmo konstrukciją į smūgius sugeriantį vamzdį bandymui, kaip parodyta 4 paveiksle.
Smūginio vamzdžio viduje įmontuoti keturi slėgio jutikliai, kad būtų galima tiksliai išmatuoti slėgį ir pulsą. Bandymui įrašyti buvo naudojamos dvi skaitmeninės vaizdo kameros ir skaitmeninis veidrodinis fotoaparatas.
Šalia lango, už smūgio vamzdžio ribų, įrengta MREL Ranger HR didelės spartos kamera užfiksavo bandymą 500 kadrų per sekundę greičiu. Šalia lango buvo nustatytas 20 kHz deformacijos lazerinis įrašiklis, kad būtų galima išmatuoti deformaciją lango centre.
Keturi karkaso komponentai buvo išbandyti iš viso devynis kartus. Jei stiklas neišeina iš angos, komponentas turi būti išbandytas dar kartą didesniu slėgiu ir smūgiu. Kiekvienu atveju užregistruojami tikslinio slėgio, impulso ir stiklo deformacijos duomenys. Tada kiekvienas bandymas taip pat įvertinamas pagal AAMA 510-14 [Sprogimo pavojaus mažinimo savanoriškos sprogimo sistemos gairės].
Kaip aprašyta aukščiau, buvo išbandyti keturi rėmo mazgai, kol stiklas buvo ištrauktas iš sprogimo angos angos. Pirmojo bandymo tikslas – pasiekti 69 kPa slėgį esant 614 kPa-ms (10 psi A 89 psi-ms) impulsui. Veikiant apkrovai, stiklinis langas sudužęs atsikabino nuo rėmo. Sadev taškinės jungtys leidžia TSSA prilipti prie sudužusio grūdinto stiklo. Grūdintam stiklui sudužus, stiklas išslydo iš angos maždaug 100 mm (4 colių) deformacijos.
Didėjant nuolatinei apkrovai, rėmas 2 buvo išbandytas 3 kartus. Rezultatai parodė, kad gedimas neįvyko, kol slėgis nepasiekė 69 kPa (10 psi). Išmatuoti 44,3 kPa (6,42 psi) ir 45,4 kPa (6,59 psi) slėgiai neturėjo įtakos komponento vientisumui. Esant 62 kPa (9 psi) slėgiui, stiklo deformacija sukėlė dūžį, palikdama stiklinį langą angoje. Visi TSSA priedai pritvirtinti sudužusiu grūdintu stiklu, kaip parodyta 7 paveiksle.
Didėjant nuolatinei apkrovai, rėmas 3 buvo išbandytas du kartus. Rezultatai parodė, kad gedimas neįvyko, kol slėgis nepasiekė tikslinės 69 kPa (10 psi) vertės. Išmatuotas 48,4 kPa (7,03 psi) slėgis neturėjo įtakos komponento vientisumui. Duomenų rinkimas neparodė deformacijos, tačiau vizualinis stebėjimas iš vaizdo įrašo parodė, kad rėmo 2 (3 bandymo) ir rėmo 4 (7 bandymo) deformacijos buvo panašios. Esant 64 kPa (9,28 psi) matavimo slėgiui, stiklo deformacija, išmatuota ties 190,5 mm (7,5 colio), lėmė stiklo dūžį, palikdama stiklo langą angoje. Visi TSSA priedai pritvirtinti sudužusiu grūdintu stiklu, kaip parodyta 7 paveiksle.
Didėjant nuolatinei apkrovai, rėmas 4 buvo išbandytas 3 kartus. Rezultatai parodė, kad gedimas neįvyko, kol slėgis antrą kartą nepasiekė tikslinio 10 psi. Išmatuoti 46,8 kPa (6,79) ir 64,9 kPa (9,42 psi) slėgiai neturėjo įtakos komponento vientisumui. 8 bandymo metu stiklas buvo išmatuotas taip, kad sulinktų 100 mm (4 colių). Tikimasi, kad dėl šios apkrovos stiklas sudužtų, tačiau galima gauti ir kitų duomenų taškų.
9 bandyme išmatuotas 65,9 kPa (9,56 psi) slėgis nukrypo stiklą 190,5 mm (7,5 colio) ir jį suduždė, palikdamas stiklinį langą angoje. Visi TSSA priedai pritvirtinti tuo pačiu sudužusiu grūdintu stiklu, kaip ir 7 paveiksle. Visais atvejais priedus galima lengvai nuimti nuo plieninio rėmo be jokių akivaizdžių pažeidimų.
Kiekvieno bandymo TSSA išlieka nepakitęs. Po bandymo, kai stiklas lieka nepažeistas, TSSA vizualiai nepasikeičia. Didelės spartos vaizdo įraše matyti, kaip stiklas dūžta tarpatramio viduryje ir išeina iš angos.
Palyginus stiklo lūžio ir nesuirimo atvejus 8 ir 9 paveiksluose, įdomu pastebėti, kad stiklo lūžio būdas vyksta toli nuo pritvirtinimo taško, o tai rodo, kad nesujungta stiklo dalis pasiekė lenkimo tašką, kuris sparčiai artėja prie stiklo trapumo takumo ribos, palyginti su dalimi, kuri lieka sujungta.
Tai rodo, kad bandymo metu šių dalių sulaužytos plokštės greičiausiai judės veikiamos šlyties jėgų. Atsižvelgiant į šį principą ir pastebėjimą, kad gedimo būdas, atrodo, yra stiklo storio trapumas klijų sąsajoje, didėjant nustatytai apkrovai, eksploatacines savybes reikėtų pagerinti didinant stiklo storį arba kontroliuojant deformaciją kitomis priemonėmis.
8-ojo rėmo 4 bandymas bandymų laboratorijoje maloniai nustebino. Nors stiklas nepažeistas, todėl rėmą galima išbandyti dar kartą, TSSA ir aplinkinės sandarinimo juostelės vis tiek gali išlaikyti šią didelę apkrovą. TSSA sistemoje stiklui paremti naudojami keturi 60 mm tvirtinimo elementai. Projektinės vėjo apkrovos yra gyvosios ir nuolatinės apkrovos, abi yra 2,5 kPa (50 psf). Tai vidutinio stiprumo konstrukcija, pasižyminti idealiu architektūriniu skaidrumu, pasižyminti itin didelėmis apkrovomis, o TSSA lieka nepažeista.
Šis tyrimas buvo atliktas siekiant nustatyti, ar stiklo sistemos klijavimo procesas yra pavojingas ar turi trūkumų, atsižvelgiant į smėliasrovei keliamus žemus reikalavimus. Akivaizdu, kad paprasta 60 mm TSSA priedų sistema sumontuojama prie stiklo krašto ir veikia tol, kol stiklas sudužta. Kai stiklas yra suprojektuotas taip, kad būtų atsparus dūžiams, TSSA yra tinkamas jungimo būdas, galintis užtikrinti tam tikrą apsaugos lygį, kartu išlaikant pastato skaidrumo ir atvirumo reikalavimus.
Pagal ASTM F2912-17 standartą, išbandyti langų komponentai pasiekia H1 pavojaus lygį pagal C1 standarto lygį. Tyrime naudotas „Sadev R1006“ priedas nepaveiktas.
Šiame tyrime naudotas grūdintas stiklas yra sistemos „silpnoji grandis“. Sudaužius stiklą, TSSA ir aplinkinė sandarinimo juostelė negali išlaikyti didelio kiekio stiklo, nes nedidelis kiekis stiklo šukių lieka ant silikoninės medžiagos.
Projektavimo ir eksploatacinių savybių požiūriu įrodyta, kad TSSA klijų sistema užtikrina aukštą sprogstamųjų fasadų komponentų apsaugos lygį esant pradiniam sprogstamųjų savybių rodiklių lygiui, o tai yra plačiai pripažinta pramonėje. Išbandytas fasadas rodo, kad kai sprogimo pavojus yra nuo 41,4 kPa (6 psi) iki 69 kPa (10 psi), eksploatacinės savybės pavojingumo lygyje gerokai skiriasi.
Tačiau svarbu, kad pavojingumo klasifikacijos skirtumas nebūtų susijęs su klijų gedimu, kaip rodo klijų ir stiklo fragmentų kohezinis gedimo būdas tarp pavojingumo slenksčių. Remiantis stebėjimais, stiklo dydis yra tinkamai sureguliuotas, kad būtų kuo labiau sumažinta deformacija ir išvengta trapumo dėl padidėjusio šlyties atsako lenkimo ir tvirtinimo sąsajoje, o tai, atrodo, yra pagrindinis našumo veiksnys.
Ateities projektai gali sumažinti pavojaus lygį esant didesnėms apkrovoms, padidindami stiklo storį, fiksuodami taško padėtį krašto atžvilgiu ir padidindami klijų sąlyčio skersmenį.
[1] ASTM F2912-17 Standartinė stiklo pluošto specifikacija, stiklas ir stiklo sistemos, veikiamos didelio aukščio apkrovų, ASTM International, West Conshawken, Pensilvanija, 2017, https://doi.org/10.1520/F2912-17 [2] Hilliard, JR, Paris, CJ ir Peterson, CO, Jr., „Konstrukcinis sandarinimo stiklas, sandarinimo technologija stiklo sistemoms“, ASTM STP 638, ASTM International, West Conshawken, Pensilvanija, 1977, p. 67–99. [3] Zarghamee, MS, TA, Schwartz ir Gladstone, M., „Struktūrinio silicio stiklo seisminės charakteristikos“, Pastatų sandarinimo, sandarinimo, stiklo ir vandeniui atsparios technologijos, 1 tomas. 6. ASTM STP 1286, redaktorius JC Myers, ASTM International, West Conshohocken, Pensilvanija, 1996, p. 46–59. [4] Carbary, LD, „Silikoninių konstrukcinių stiklo langų sistemų patvarumo ir eksploatacinių savybių apžvalga“, „Stiklo eksploatacinių savybių diena“, Tampere, Suomija, 2007 m. birželis, konferencijos medžiaga, p. 190–193. [5] Schmidt, CM, Schoenherr, WJ, Carbary LD ir Takish, MS, „Silikoninių struktūrinių klijų charakteristikos“, Stiklo sistemų mokslas ir technologijos, ASTM STP1054, CJ Paryžiaus universitetas, Amerikos bandymų ir medžiagų draugija, Filadelfija, 1989 metai, p. 22–45 [6] Wolf, AT, Sitte, S., Brasseur, M., J. ir Carbary L. D, „Skaidrūs struktūriniai silikoniniai klijai stiklinimo dozavimui (TSSA). Preliminarus plieno mechaninių savybių ir ilgaamžiškumo įvertinimas“, Ketvirtasis tarptautinis ilgaamžiškumo simpoziumas „Statybiniai hermetikai ir klijai“, ASTM International Magazine, paskelbta internete, 2011 m. rugpjūčio mėn., 8 tomas, 10 numeris (2011 m. lapkričio 11 d. mėnuo), JAI 104084, galima rasti šioje svetainėje: www.astm.org/DIGITAL_LIBRARY/JOURNALS/JAI/PAGES/JAI104084.htm. [7] Clift, C., Hutley, P., Carbary, LD, Skaidrios struktūros silikoniniai klijai, „Glass Performance Day“, Tampere, Suomija, 2011 m. birželis, Susitikimo medžiaga, p. 650–653. [8] Clift, C., Carbary, LD, Hutley, P., Kimberlain, J., „Naujos kartos struktūrinis silicio stiklas“, „Fasadų projektavimo ir inžinerijos žurnalas“, 2 (2014), p. 137–161, DOI 10.3233 / FDE-150020. [9] Kenneth Yarosh, Andreas T. Wolf ir Sigurd Sitte „Silikoninių guminių hermetikų įvertinimas projektuojant neperšaunamus langus ir užuolaidines sienas esant dideliam judėjimo greičiui“, ASTM International Magazine, 1 leidimas, 6. Straipsnis Nr. 2, ID JAI101953. [10] ASTM C1135-15, Standartinis bandymo metodas konstrukcinių hermetikų tempiamojo sukibimo charakteristikoms nustatyti, ASTM International, West Conshohocken, Pensilvanija, 2015, https:/ /doi.org/10.1520/C1135-15. [11] Morgan, T., „Pažanga sprogimui atsparių „Vartais tvirtinamas stiklas“, „Glass Performance Day“, 2013 m. birželio mėn. posėdžio protokolas, p. 181–182 [12] ASTM F1642 / F1642M-17 Standartinis stiklo ir stiklo sistemų, veikiamų didelių vėjo apkrovų, bandymo metodas, ASTM International, West Conshohocken, Pensilvanija, 2017 m., https://doi.org/10.1520/F1642_F1642M-17 [13] Wedding, William Chad ir Braden T. Lusk. „Naujas metodas sprogstamosioms stiklo sistemoms reaguoti į sprogstamąsias apkrovas nustatyti“. Metric 45.6 (2012): 1471–1479. [14] „Savanoriškos vertikalių langų sistemų sprogimo pavojaus mažinimo gairės“, AAMA 510-14.