Systemy szklane mocowane punktowo, spełniające ten wymóg architektoniczny, są szczególnie popularne w wejściach naziemnych i przestrzeniach publicznych. Najnowsze osiągnięcia technologiczne pozwoliły na zastosowanie klejów o bardzo wysokiej wytrzymałości do mocowania tych dużych pumeksów do akcesoriów bez konieczności wiercenia otworów w szkle.
Typowe położenie gruntu zwiększa prawdopodobieństwo, że system będzie musiał działać jako warstwa ochronna dla użytkowników budynku, a to wymaganie przekracza lub przewyższa typowe wymagania dotyczące obciążenia wiatrem. Przeprowadzono kilka testów systemu mocowania punktowego do wiercenia, ale nie przeprowadzono testów metody łączenia.
Celem niniejszego artykułu jest zarejestrowanie testu symulacyjnego z użyciem rury uderzeniowej z ładunkami wybuchowymi, aby zasymulować eksplozję i wpływ ładunku wybuchowego na połączony, przezroczysty element. Zmienne te obejmują obciążenie wybuchowe zdefiniowane w normie ASTM F2912 [1], które jest przeprowadzane na cienkiej płytce z kanapką z jonomeru SGP. Niniejsze badania po raz pierwszy pozwalają na ilościowe określenie potencjalnej odporności na wybuch w testach na dużą skalę i projektach architektonicznych. Zamocuj cztery łączniki TSSA o średnicy 60 mm (2,36 cala) do szklanej płyty o wymiarach 1524 x 1524 mm (60 x 60 cali).
Cztery komponenty obciążone ciśnieniem 48,3 kPa (7 psi) lub niższym nie uszkodziły ani nie wpłynęły na TSSA ani szkło. Pięć komponentów obciążono ciśnieniem powyżej 62 kPa (9 psi), a cztery z pięciu komponentów wykazały pęknięcie szkła, powodując jego przesunięcie z otworu. We wszystkich przypadkach TSSA pozostało przymocowane do metalowych okuć i nie stwierdzono żadnych nieprawidłowości, przylegania ani wiązania. Testy wykazały, że zgodnie z wymaganiami normy AAMA 510-14, testowana konstrukcja TSSA może zapewnić skuteczny system bezpieczeństwa pod obciążeniem 48,3 kPa (7 psi) lub niższym. Wygenerowane tutaj dane mogą być wykorzystane do zaprojektowania systemu TSSA w celu spełnienia określonego obciążenia.
Jon Kimberlain (Jon Kimberlain) jest ekspertem ds. zaawansowanych zastosowań wysokowydajnych silikonów Dow Corning. Lawrence D. Carbary (Lawrence D. Carbary) jest naukowcem Dow Corning zajmującym się wysokowydajnymi silikonami budowlanymi, a także badaczem w Dow Corning zajmującym się silikonami i ASTM.
Konstrukcyjne mocowanie paneli szklanych silikonem jest stosowane od prawie 50 lat w celu poprawy estetyki i wydajności nowoczesnych budynków [2] [3] [4] [5]. Ta metoda mocowania pozwala uzyskać gładką, ciągłą ścianę zewnętrzną o wysokiej przezroczystości. Dążenie do zwiększenia przezroczystości w architekturze doprowadziło do rozwoju i stosowania ścian z siatki kablowej oraz ścian zewnętrznych mocowanych na śrubach. Budynki stanowiące wyzwanie architektoniczne będą obejmować współczesne technologie i muszą być zgodne z lokalnymi przepisami i normami budowlanymi oraz przepisami bezpieczeństwa.
Przebadano przezroczysty silikon strukturalny (TSSA) i zaproponowano metodę podtrzymywania szkła za pomocą elementów mocujących na śruby zamiast wiercenia otworów [6] [7]. Technologia przezroczystego kleju o wysokiej wytrzymałości, przyczepności i trwałości posiada szereg właściwości fizycznych, które pozwalają projektantom ścian osłonowych na projektowanie systemu połączeń w unikalny i nowatorski sposób.
Okrągłe, prostokątne i trójkątne akcesoria, które spełniają wymagania estetyczne i konstrukcyjne, są łatwe w projektowaniu. TSSA jest utwardzana w autoklawie razem ze szkłem laminowanym. Po wyjęciu materiału z cyklu autoklawowego można przeprowadzić 100-procentowy test weryfikacyjny. Ta zaleta w zakresie kontroli jakości jest unikalna dla TSSA, ponieważ zapewnia natychmiastową informację zwrotną na temat integralności strukturalnej całego zestawu.
Zbadano odporność na uderzenia [8] i efekt amortyzacji wstrząsów konwencjonalnych silikonów konstrukcyjnych [9]. Wolf i in. udostępnili dane wygenerowane przez Uniwersytet w Stuttgarcie. Dane te pokazują, że w porównaniu z quasi-statyczną szybkością odkształcania określoną w normie ASTM C1135, wytrzymałość na rozciąganie silikonu konstrukcyjnego wynosi 5 m/s (197 cali/s). Wytrzymałość i wydłużenie rosną. Wskazuje to na związek między odkształceniem a właściwościami fizycznymi.
Ponieważ TSSA jest materiałem o wysokiej elastyczności, wyższym module sprężystości i wytrzymałości niż silikon konstrukcyjny, oczekuje się, że będzie charakteryzować się takimi samymi ogólnymi parametrami. Chociaż nie przeprowadzono badań laboratoryjnych przy wysokich prędkościach odkształcania, można oczekiwać, że wysoka prędkość odkształcania podczas eksplozji nie wpłynie na wytrzymałość.
Szkło mocowane na śruby zostało przetestowane, spełnia normy dotyczące ochrony przed wybuchem [11] i zostało zaprezentowane podczas targów Glass Performance Day 2013. Wyniki wizualne wyraźnie pokazują zalety mechanicznego mocowania szkła po jego stłuczeniu. W przypadku systemów z mocowaniem wyłącznie klejowym będzie to stanowić wyzwanie.
Rama wykonana jest z amerykańskiego standardowego stalowego ceownika o wymiarach 151 mm głębokości x 48,8 mm szerokości x 5,08 mm grubości (6” x 1,92” x 0,20”), zwykle nazywanego ceownikiem C 6” x 8,2#. Ceowniki C są zespawane w narożnikach, a w narożnikach przyspawany jest trójkątny profil o grubości 9 mm (0,375 cala), cofnięty od powierzchni ramy. W płycie wywiercono otwór o średnicy 18 mm (0,71 cala), aby można było łatwo włożyć w niego śrubę o średnicy 14 mm (0,55 cala).
Metalowe łączniki TSSA o średnicy 60 mm (2,36 cala) są oddalone od każdego narożnika o 50 mm (2 cale). Aby uzyskać symetrię, należy zastosować cztery łączniki do każdego elementu szklanego. Unikalną cechą TSSA jest możliwość umieszczenia ich blisko krawędzi szkła. Akcesoria do mechanicznego mocowania w szkle mają określone wymiary, licząc od krawędzi, które muszą zostać uwzględnione w projekcie i wywiercone przed hartowaniem.
Rozmiar blisko krawędzi poprawia transparentność gotowego systemu, a jednocześnie zmniejsza przyczepność połączenia gwiaździstego dzięki niższemu momentowi obrotowemu w typowym połączeniu gwiaździstym. Szkło wybrane do tego projektu to dwie warstwy hartowanego szkła transparentnego o grubości 6 mm (1/4 cala) i wymiarach 1524 mm x 1524 mm (5′ x 5′), laminowane pośrednią folią jonomerową Sentry Glass Plus (SGP) o grubości 1,52 mm (0,060 cala).
Krążek TSSA o grubości 1 mm (0,040 cala) nakłada się na zagruntowany element ze stali nierdzewnej o średnicy 60 mm (2,36 cala). Podkład ma na celu poprawę trwałości adhezji do stali nierdzewnej i jest mieszaniną silanu i tytanianu w rozpuszczalniku. Metalowy krążek dociska się do szkła z siłą 0,7 MPa (100 psi) przez jedną minutę, aby zapewnić zwilżenie i kontakt. Umieścić elementy w autoklawie o ciśnieniu 11,9 bara (175 psi) i temperaturze 133°C (272°F), aby TSSA mogła osiągnąć 30-minutowy czas moczenia wymagany do utwardzenia i połączenia w autoklawie.
Po zakończeniu i ostygnięciu autoklawu należy sprawdzić każdą złączkę TSSA, a następnie dokręcić ją momentem 55 Nm (40,6 stopy-funtów), aby uzyskać standardowe obciążenie 1,3 MPa (190 psi). Akcesoria do TSSA są dostarczane przez firmę Sadev i oznaczone symbolem R1006 TSSA.
Zamontuj korpus główny akcesorium na tarczy utwardzającej na szkle i opuść go do stalowej ramy. Wyreguluj i dokręć nakrętki na śrubach tak, aby zewnętrzna powierzchnia szyby przylegała do zewnętrznej krawędzi stalowej ramy. Złącze o wymiarach 13 mm x 13 mm (1/2″ x ½”) otaczające obwód szkła jest uszczelnione dwuczęściową silikonową strukturą, aby następnego dnia można było rozpocząć próbę obciążeniową.
Test przeprowadzono z użyciem rury amortyzującej w Laboratorium Badań Materiałów Wybuchowych Uniwersytetu Kentucky. Rura amortyzująca składa się ze wzmocnionego stalowego korpusu, na którym można zamontować jednostki o wymiarach do 3,7 m x 3,7 m.
Rura uderzeniowa jest napędzana poprzez umieszczenie materiałów wybuchowych wzdłuż jej długości, aby symulować dodatnią i ujemną fazę wybuchu [12] [13]. W celu przeprowadzenia testu należy umieścić cały zespół ramy ze szkła i stali w rurze amortyzującej, jak pokazano na rysunku 4.
W rurze uderzeniowej zamontowano cztery czujniki ciśnienia, co umożliwia dokładny pomiar ciśnienia i tętna. Do nagrania testu użyto dwóch cyfrowych kamer wideo i cyfrowej lustrzanki.
Kamera szybkoobrotowa MREL Ranger HR, umieszczona w pobliżu okna na zewnątrz rury uderzeniowej, rejestrowała test z prędkością 500 klatek na sekundę. Ustawiono laserowy rejestrator odchylania o częstotliwości 20 kHz w pobliżu okna, aby zmierzyć odchylenie w jego środku.
Cztery elementy konstrukcji nośnej zostały przetestowane łącznie dziewięć razy. Jeśli szkło nie opuści otworu, należy ponownie przetestować element pod wyższym ciśnieniem i uderzeniem. W każdym przypadku rejestruje się dane dotyczące ciśnienia docelowego, impulsu i odkształcenia szkła. Następnie każdy test jest oceniany zgodnie z normą AAMA 510-14 [Dobrowolne wytyczne systemu łączenia w celu ograniczenia zagrożenia wybuchem].
Jak opisano powyżej, testowano cztery zespoły ramowe, aż do momentu usunięcia szkła z otworu portu strzałowego. Celem pierwszego testu było osiągnięcie ciśnienia 69 kPa przy impulsie 614 kPa·ms (10 psi·A 89 psi·ms). Pod wpływem przyłożonego obciążenia szyba pękła i oderwała się od ramy. Okucia punktowe Sadev zapewniają przyczepność TSSA do stłuczonego szkła hartowanego. Po rozbiciu szkła hartowanego, szkło opuściło otwór po ugięciu około 100 mm (4 cale).
Rama 2 została przetestowana trzykrotnie pod rosnącym ciągłym obciążeniem. Wyniki wykazały, że awaria nie wystąpiła, dopóki ciśnienie nie osiągnęło 69 kPa (10 psi). Zmierzone ciśnienia 44,3 kPa (6,42 psi) i 45,4 kPa (6,59 psi) nie wpłynęły na integralność elementu. Przy zmierzonym ciśnieniu 62 kPa (9 psi) ugięcie szkła spowodowało pęknięcie, pozostawiając szybę w otworze. Wszystkie akcesoria TSSA są mocowane za pomocą stłuczonego szkła hartowanego, tak jak na rysunku 7.
W warunkach wzrastającego ciągłego obciążenia rama 3 została przetestowana dwukrotnie. Wyniki pokazały, że awaria nie wystąpiła, dopóki ciśnienie nie osiągnęło docelowej wartości 69 kPa (10 psi). Zmierzone ciśnienie 48,4 kPa (7,03 psi) nie wpłynie na integralność elementu. Zbieranie danych nie pozwoliło na ugięcie, ale obserwacja wizualna z nagrania wideo wykazała, że ​​ugięcie ramy 2 test 3 i ramy 4 test 7 było podobne. Pod ciśnieniem pomiarowym 64 kPa (9,28 psi) ugięcie szkła zmierzone na 190,5 mm (7,5″) spowodowało pęknięcie, pozostawiając szklane okno w otworze. Wszystkie akcesoria TSSA są przymocowane za pomocą stłuczonego szkła hartowanego, tak samo jak na rysunku 7.
Wraz ze wzrostem obciążenia ciągłego, rama nr 4 została przetestowana trzykrotnie. Wyniki wykazały, że awaria nie wystąpiła, dopóki ciśnienie nie osiągnęło docelowej wartości 10 psi po raz drugi. Zmierzone ciśnienia wynoszące 46,8 kPa (6,79) i 64,9 kPa (9,42 psi) nie wpłyną na integralność elementu. W teście nr 8 zmierzono, że szkło wygięło się o 100 mm (4 cale). Oczekuje się, że to obciążenie spowoduje pęknięcie szkła, ale można uzyskać inne dane.
W teście nr 9 zmierzone ciśnienie 65,9 kPa (9,56 psi) spowodowało ugięcie szyby o 190,5 mm (7,5 cala) i pęknięcie, pozostawiając szybę w otworze. Wszystkie akcesoria TSSA są mocowane za pomocą tego samego szkła hartowanego, co na rysunku 7. We wszystkich przypadkach akcesoria można łatwo zdjąć ze stalowej ramy bez widocznych uszkodzeń.
Wartość TSSA dla każdego testu pozostaje niezmieniona. Po teście, gdy szkło pozostaje nienaruszone, nie obserwuje się wizualnej zmiany wartości TSSA. Na nagraniu wideo w wysokiej rozdzielczości widać pęknięcie szkła w połowie rozpiętości, a następnie jego wybicie z otworu.
Z porównania pęknięcia szkła i jego braku na rysunkach 8 i 9 wynika, że ​​tryb pękania szkła występuje daleko od punktu połączenia, co oznacza, że ​​niepołączona część szkła osiągnęła punkt zgięcia, który szybko się zbliża. Granica kruchości szkła jest względna w stosunku do części, która pozostaje połączona.
Oznacza to, że podczas testu pęknięte płytki w tych częściach prawdopodobnie będą się przemieszczać pod wpływem sił ścinających. Łącząc tę ​​zasadę z obserwacją, że przyczyną uszkodzenia wydaje się kruchość grubości szkła na styku kleju, wraz ze wzrostem zadanego obciążenia, należy poprawić wydajność poprzez zwiększenie grubości szkła lub kontrolowanie ugięcia innymi metodami.
Test 8 ramy 4 to miła niespodzianka w laboratorium testowym. Chociaż szkło nie uległo uszkodzeniu, co umożliwiło ponowne przetestowanie ramy, TSSA i otaczające ją uszczelki nadal wytrzymują to duże obciążenie. System TSSA wykorzystuje cztery 60-milimetrowe mocowania do podparcia szkła. Projektowane obciążenia wiatrem to obciążenia zmienne i stałe, oba o ciśnieniu 2,5 kPa (50 psf). Jest to konstrukcja o umiarkowanych parametrach, z idealną transparentnością architektoniczną, charakteryzująca się ekstremalnie wysokimi obciążeniami, a TSSA pozostaje nienaruszona.
Niniejsze badanie przeprowadzono w celu ustalenia, czy klejenie systemu szklanego wiąże się z pewnymi nieodłącznymi zagrożeniami lub wadami w kontekście niskich wymagań dotyczących jakości piaskowania. Oczywiście, prosty system akcesoriów TSSA o szerokości 60 mm jest instalowany blisko krawędzi szkła i zapewnia odpowiednią wydajność aż do jego pęknięcia. Jeśli szkło jest zaprojektowane tak, aby było odporne na pękanie, TSSA jest skuteczną metodą łączenia, która może zapewnić pewien stopień ochrony, jednocześnie spełniając wymagania budynku dotyczące przejrzystości i otwartości.
Zgodnie z normą ASTM F2912-17, badane elementy okienne osiągają poziom zagrożenia H1 na poziomie C1. Akcesorium Sadev R1006 użyte w badaniu nie jest zagrożone.
Szkło hartowane użyte w tym badaniu jest „słabym ogniwem” w systemie. Po rozbiciu, TSSA i otaczający ją pasek uszczelniający nie są w stanie zatrzymać dużej ilości szkła, ponieważ na materiale silikonowym pozostaje niewielka ilość odłamków szkła.
Z punktu widzenia konstrukcji i wydajności, system klejowy TSSA udowodnił, że zapewnia wysoki poziom ochrony w elementach elewacji o zagrożeniu wybuchem na początkowym poziomie wskaźników odporności na wybuch, co zostało powszechnie zaakceptowane w branży. Testowana elewacja pokazuje, że przy ciśnieniu wybuchu od 41,4 kPa (6 psi) do 69 kPa (10 psi), wydajność na tym poziomie zagrożenia znacząco się różni.
Ważne jest jednak, aby różnica w klasyfikacji zagrożenia nie wynikała z uszkodzenia kleju, na co wskazuje kohezyjny tryb uszkodzenia kleju i fragmentów szkła pomiędzy progami zagrożenia. Zgodnie z obserwacjami, rozmiar szkła jest odpowiednio dostosowany, aby zminimalizować ugięcie i zapobiec kruchości spowodowanej zwiększoną reakcją ścinającą na styku zginania i mocowania, co wydaje się być kluczowym czynnikiem wpływającym na wydajność.
Przyszłe projekty mogą zmniejszyć poziom zagrożenia przy większych obciążeniach poprzez zwiększenie grubości szkła, ustalenie położenia punktu względem krawędzi i zwiększenie średnicy styku kleju.
[1] ASTM F2912-17 Standardowa specyfikacja włókna szklanego, Szkło i systemy szklane poddane obciążeniom na dużych wysokościach, ASTM International, West Conshawken, Pensylwania, 2017, https://doi.org/10.1520/F2912-17 [2 ] Hilliard, JR, Paris, CJ i Peterson, CO, Jr., „Szkło uszczelniające konstrukcyjne, technologia uszczelniania systemów szklanych”, ASTM STP 638, ASTM International, West Conshooken, Pensylwania, 1977, s. 67–99 stron. [3] Zarghamee, MS, TA, Schwartz i Gladstone, M., „Wydajność sejsmiczna szkła konstrukcyjnego krzemionkowego”, Building Sealing, Sealant, Glass and Waterproof Technology, tom 1. 6. ASTM STP 1286, JC Myers, redaktor, ASTM International, West Conshohocken, Pensylwania, 1996, s. 46–59. [4] Carbary, LD, „Przegląd trwałości i wydajności silikonowych systemów okiennych ze szkła konstrukcyjnego”, Glass Performance Day, Tampere, Finlandia, czerwiec 2007, materiały konferencyjne, s. 190–193. [5] Schmidt, CM, Schoenherr, WJ, Carbary LD i Takish, MS, „Wydajność silikonowych klejów konstrukcyjnych”, Glass System Science and Technology, ASTM STP1054, CJ University of Paris, American Society for Testing and Materials, Philadelphia, 1989 Years, s. 22–45 [6] Wolf, AT, Sitte, S., Brasseur, M., J. i Carbary LD, „Przezroczysty silikonowy klej konstrukcyjny do mocowania przeszkleń (TSSA) Wstępna ocena właściwości mechanicznych i trwałości stali”, The Fourth International Durability Symposium „Construction Sealants and Adhesives”, ASTM International Magazine, publikacja online, sierpień 2011, tom 8, numer 10 (miesiąc 11 listopada 2011), JAI 104084, dostępne na następującej stronie internetowej: www.astm.org/DIGITAL_LIBRARY/JOURNALS/JAI/PAGES/JAI104084.htm. [7] Clift, C., Hutley, P., Carbary, LD, Przezroczysty silikonowy klej strukturalny, Glass Performance Day, Tampere, Finlandia, czerwiec 2011, Materiały ze spotkania, strony 650-653. [8] Clift, C., Carbary, LD, Hutley, P., Kimberlain, J., „Nowa generacja szkła konstrukcyjnego krzemionkowego” Facade Design and Engineering Journal 2 (2014) 137–161, DOI 10.3233 / FDE-150020 [ 9] Kenneth Yarosh, Andreas T. Wolf i Sigurd Sitte „Ocena silikonowych uszczelniaczy gumowych w projektowaniu kuloodpornych okien i ścian osłonowych przy dużych prędkościach ruchu”, ASTM International Magazine, wydanie 1. 6. Dokument nr 2, ID JAI101953 [10] ASTM C1135-15, Standardowa metoda testowa do określania właściwości przyczepności rozciągającej uszczelniaczy konstrukcyjnych, ASTM International, West Conshohocken, Pensylwania, 2015, https:/ /doi.org/10.1520/C1135-15 [11] Morgan, T., „Postęp w dziedzinie przeciwwybuchowych szyb mocowanych na śruby”, Glass Performance Day, czerwiec 2013, protokół ze spotkania, s. 181–182 [12] ASTM F1642/F1642M-17 Standardowa metoda badania szkła i systemów szklanych poddanych dużym obciążeniom wiatrem, ASTM International, West Conshohocken, Pensylwania, 2017, https://doi.org/10.1520/F1642_F1642M-17 [13] Wedding, William Chad i Braden T. Lusk. „Nowa metoda określania reakcji przeciwwybuchowych systemów szklanych na obciążenia wybuchowe.” Metric 45.6 (2012): 1471–1479. [14] „Dobrowolne wytyczne dotyczące ograniczania ryzyka wybuchu w pionowych systemach okiennych” AAMA 510-14.