Punktowo mocowane szklane systemy, które spełniają ten architektoniczny wymóg, są szczególnie popularne w wejściach naziemnych lub miejscach publicznych. Ostatnie postępy technologiczne pozwoliły na użycie klejów o bardzo dużej wytrzymałości, aby przymocować te duże pumeks do akcesoriów bez konieczności wiercenia otworów w szkle.
Typowa lokalizacja gruntu zwiększa prawdopodobieństwo, że system musi działać jako warstwa ochronna dla użytkowników budynku, a ten wymóg przekracza lub przewyższa typowe wymagania dotyczące obciążenia wiatrem. Przeprowadzono pewne testy systemu mocowania punktowego do wiercenia, ale nie metody łączenia.
Celem tego artykułu jest zarejestrowanie testu symulacyjnego z użyciem rury uderzeniowej z ładunkami wybuchowymi w celu symulacji eksplozji, aby symulować wpływ ładunku wybuchowego na sklejony przezroczysty element. Zmienne te obejmują obciążenie wybuchowe zdefiniowane w normie ASTM F2912 [1], które jest przeprowadzane na cienkiej płytce z kanapką z jonomerem SGP. Badania te są pierwszymi, w których można określić ilościowo potencjalną wydajność wybuchową w przypadku testów na dużą skalę i projektowania architektonicznego. Przymocuj cztery łączniki TSSA o średnicy 60 mm (2,36 cala) do szklanej płyty o wymiarach 1524 x 1524 mm (60 cali x 60 cali).
Cztery komponenty obciążone do 48,3 kPa (7 psi) lub niższego nie uszkodziły ani nie wpłynęły na TSSA i szkło. Pięć komponentów zostało obciążonych pod ciśnieniem powyżej 62 kPa (9 psi), a cztery z pięciu komponentów wykazały pęknięcie szkła, powodując przesunięcie szkła z otworu. We wszystkich przypadkach TSSA pozostało przymocowane do metalowych okuć i nie stwierdzono żadnego nieprawidłowego działania, przyczepności ani wiązania. Testy wykazały, że zgodnie z wymogami AAMA 510-14, testowana konstrukcja TSSA może zapewnić skuteczny system bezpieczeństwa pod obciążeniem 48,3 kPa (7 psi) lub niższym. Dane wygenerowane tutaj mogą być wykorzystane do zaprojektowania systemu TSSA w celu spełnienia określonego obciążenia.
Jon Kimberlain (Jon Kimberlain) jest ekspertem od zaawansowanych zastosowań wysokowydajnych silikonów Dow Corning. Lawrence D. Carbary (Lawrence D. Carbary) jest naukowcem Dow Corning zajmującym się wysokowydajnym przemysłem budowlanym, który jest badaczem silikonów Dow Corning i ASTM.
Konstrukcyjne silikonowe mocowanie paneli szklanych jest stosowane od prawie 50 lat w celu poprawy estetyki i wydajności nowoczesnych budynków [2] [3] [4] [5]. Metoda mocowania może sprawić, że gładka, ciągła ściana zewnętrzna będzie miała wysoką przezroczystość. Pragnienie zwiększonej przezroczystości w architekturze doprowadziło do opracowania i zastosowania ścian z siatki kablowej i ścian zewnętrznych podpartych śrubami. Architektonicznie wymagające budynki będące zabytkami będą obejmować dzisiejszą nowoczesną technologię i muszą być zgodne z lokalnymi przepisami i normami budowlanymi i bezpieczeństwa.
Przebadano przezroczysty silikonowy klej strukturalny (TSSA) i zaproponowano metodę podtrzymywania szkła za pomocą elementów mocujących na śruby zamiast wiercenia otworów [6] [7]. Technologia przezroczystego kleju o wytrzymałości, przyczepności i trwałości ma szereg właściwości fizycznych, które pozwalają projektantom ścian osłonowych na projektowanie systemu połączeń w wyjątkowy i nowatorski sposób.
Okrągłe, prostokątne i trójkątne akcesoria, które spełniają wymagania estetyczne i konstrukcyjne, są łatwe do zaprojektowania. TSSA jest utwardzane razem z laminowanym szkłem przetwarzanym w autoklawie. Po wyjęciu materiału z cyklu autoklawu można wykonać 100% test weryfikacyjny. Ta zaleta zapewnienia jakości jest unikalna dla TSSA, ponieważ może zapewnić natychmiastową informację zwrotną na temat integralności konstrukcyjnej zespołu.
Badano odporność na uderzenia [8] i efekt pochłaniania wstrząsów konwencjonalnych materiałów silikonowych konstrukcyjnych [9]. Wolf i in. dostarczyli dane wygenerowane przez Uniwersytet w Stuttgarcie. Dane te pokazują, że w porównaniu z quasi-statyczną szybkością odkształcenia określoną w normie ASTM C1135, wytrzymałość na rozciąganie materiału silikonowego konstrukcyjnego wynosi przy maksymalnej szybkości odkształcenia 5 m/s (197 cali/s). Wytrzymałość i wydłużenie wzrastają. Wskazuje to na związek między odkształceniem a właściwościami fizycznymi.
Ponieważ TSSA jest wysoce elastycznym materiałem o wyższym module i wytrzymałości niż silikon strukturalny, oczekuje się, że będzie miał takie same ogólne parametry. Chociaż nie przeprowadzono testów laboratoryjnych z wysokimi prędkościami odkształceń, można oczekiwać, że wysoki współczynnik odkształceń w eksplozji nie wpłynie na wytrzymałość.
Przykręcane szkło zostało przetestowane, spełnia normy dotyczące ograniczania wybuchu [11] i zostało zaprezentowane na Glass Performance Day 2013. Wyniki wizualne wyraźnie pokazują zalety mechanicznego mocowania szkła po jego stłuczeniu. W przypadku systemów z czystym mocowaniem klejowym będzie to stanowić wyzwanie.
Rama wykonana jest z amerykańskiego standardowego stalowego kanału o wymiarach 151 mm głębokości x 48,8 mm szerokości x 5,08 mm grubości wstęgi (6” x 1,92” x 0,20”), zwykle nazywanego szczeliną C 6” x 8,2#. Kanały C są zespawane ze sobą w rogach, a trójkątna sekcja o grubości 9 mm (0,375 cala) jest zespawana w rogach, cofnięta od powierzchni ramy. W płycie wywiercono otwór o średnicy 18 mm (0,71″), tak aby można było łatwo włożyć do niego śrubę o średnicy 14 mm (0,55″).
Metalowe okucia TSSA o średnicy 60 mm (2,36 cala) znajdują się w odległości 50 mm (2 cale) od każdego narożnika. Zastosuj cztery okucia do każdego kawałka szkła, aby wszystko było symetryczne. Unikalną cechą TSSA jest to, że można je umieścić blisko krawędzi szkła. Akcesoria wiertnicze do mechanicznego mocowania w szkle mają określone wymiary, zaczynając od krawędzi, które muszą być uwzględnione w projekcie i muszą zostać wywiercone przed hartowaniem.
Rozmiar blisko krawędzi poprawia przejrzystość gotowego systemu, a jednocześnie zmniejsza przyczepność połączenia gwiazdowego ze względu na niższy moment obrotowy na typowym połączeniu gwiazdowym. Szkło wybrane do tego projektu to dwie warstwy hartowanego szkła przezroczystego o grubości 6 mm (1/4 cala) o wymiarach 1524 mm x 1524 mm (5′ x 5′) laminowane pośrednią folią ionomerową Sentry Glass Plus (SGP) o grubości 1,52 mm (0,060) „).
Na zagruntowaną stalową złączkę o średnicy 60 mm (2,36 cala) nakłada się 1 mm (0,040 cala) krążek TSSA. Podkład ma na celu poprawę trwałości przyczepności do stali nierdzewnej i jest mieszaniną silanu i tytanianu w rozpuszczalniku. Metalowy krążek jest dociskany do szkła zmierzoną siłą 0,7 MPa (100 psi) przez jedną minutę, aby zapewnić zwilżenie i kontakt. Umieść komponenty w autoklawie, który osiąga 11,9 bara (175 psi) i 133 C° (272°F), aby TSSA mogła osiągnąć 30-minutowy czas namaczania wymagany do utwardzenia i połączenia w autoklawie.
Po zakończeniu i ostygnięciu autoklawu sprawdź każde złącze TSSA, a następnie dokręć je do 55 Nm (40,6 stopy funtów), aby uzyskać standardowe obciążenie 1,3 MPa (190 psi). Akcesoria do TSSA są dostarczane przez Sadev i są oznaczone jako akcesoria R1006 TSSA.
Zamontuj główny korpus akcesorium do tarczy utwardzającej na szkle i opuść go do stalowej ramy. Wyreguluj i zamocuj nakrętki na śrubach tak, aby zewnętrzna szyba była na równi z zewnętrzną częścią stalowej ramy. Złącze 13 mm x 13 mm (1/2″ x½”) otaczające obwód szkła jest uszczelnione dwuczęściową strukturą silikonową, aby następnego dnia można było rozpocząć test obciążenia ciśnieniem.
Test przeprowadzono przy użyciu rury uderzeniowej w Explosives Research Laboratory na University of Kentucky. Rura amortyzująca składa się ze wzmocnionego stalowego korpusu, który może montować jednostki do 3,7 mx 3,7 m na twarzy.
Rura uderzeniowa jest napędzana poprzez umieszczenie materiałów wybuchowych wzdłuż rury wybuchowej w celu symulacji dodatniej i ujemnej fazy zdarzenia wybuchu [12] [13]. Umieść cały zespół ramy szklanej i stalowej w rurze amortyzującej w celu przeprowadzenia testu, jak pokazano na rysunku 4.
Cztery czujniki ciśnienia są zainstalowane wewnątrz rury uderzeniowej, dzięki czemu ciśnienie i puls można dokładnie zmierzyć. 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 szybkością 500 klatek na sekundę. Ustaw 20-kilohercowy rejestrator odchylania laserowego w pobliżu okna, aby zmierzyć odchylenie w środku okna.
Cztery elementy ramy testowano łącznie dziewięć razy. Jeśli szkło nie opuszcza 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 również oceniany zgodnie z AAMA 510-14 [Dobrowolne wytyczne systemu Festestration dotyczące łagodzenia zagrożenia wybuchem].
Jak opisano powyżej, testowano cztery zestawy ram, aż szkło zostało usunięte z otworu portu strzałowego. Celem pierwszego testu jest osiągnięcie 69 kPa przy impulsie 614 kPa-ms (10 psi A 89 psi-msec). Pod wpływem zastosowanego obciążenia okno szklane rozbiło się i uwolniło z ramy. Okucia punktowe Sadev sprawiają, że TSSA przylega do stłuczonego szkła hartowanego. Gdy szkło hartowane rozbiło się, szkło opuściło otwór po ugięciu wynoszącym około 100 mm (4 cale).
W warunkach wzrastającego obciążenia ciągłego rama 2 została przetestowana 3 razy. 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 wpłyną na integralność komponentu. Pod zmierzonym ciśnieniem 62 kPa (9 psi) ugięcie szkła spowodowało pęknięcie, pozostawiając szklane okno w otworze. Wszystkie akcesoria TSSA są przymocowane za pomocą stłuczonego szkła hartowanego, tak samo jak na rysunku 7.
W warunkach wzrastającego obciążenia ciągłego rama 3 została przetestowana dwukrotnie. Wyniki wykazały, 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 komponentu. Zbieranie danych nie pozwoliło na ugięcie, ale obserwacja wizualna z filmu 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 jak na rysunku 7.
Przy wzrastającym ciągłym obciążeniu rama 4 została przetestowana 3 razy. Wyniki wykazały, że awaria nie wystąpiła, dopóki ciśnienie nie osiągnęło docelowej wartości 10 psi po raz drugi. Zmierzone ciśnienia 46,8 kPa (6,79) i 64,9 kPa (9,42 psi) nie wpłyną na integralność komponentu. W teście nr 8 zmierzono, że szkło zgina 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) odchyliło szkło o 190,5 mm (7,5 cala) i spowodowało pęknięcie, pozostawiając szklane okno w otworze. Wszystkie akcesoria TSSA są przymocowane za pomocą tego samego stłuczonego szkła hartowanego, co na rysunku 7. We wszystkich przypadkach akcesoria można łatwo usunąć ze stalowej ramy bez żadnych widocznych uszkodzeń.
TSSA dla każdego testu pozostaje niezmienione. Po teście, gdy szkło pozostaje nienaruszone, nie ma wizualnej zmiany w TSSA. Na nagraniu wideo o dużej prędkości widać pęknięcie szkła w połowie rozpiętości, a następnie opuszczenie otworu.
Z porównania pęknięcia szkła i jego braku na rysunkach 8 i 9 wynika, że ​​tryb pękania szkła występuje daleko od punktu mocowania, co oznacza, że ​​niepołączona część szkła osiągnęła punkt zgięcia, który szybko się zbliża. Granica plastyczności szkła jest względna w stosunku do części, która pozostaje połączona.
Oznacza to, że podczas testu pęknięte płyty w tych częściach prawdopodobnie przesuną się pod wpływem sił ścinających. Łącząc tę ​​zasadę i obserwację, że trybem awarii wydaje się być kruchość grubości szkła na styku kleju, w miarę wzrostu zalecanego obciążenia, wydajność powinna zostać poprawiona poprzez zwiększenie grubości szkła lub kontrolowanie ugięcia innymi środkami.
Test 8 ramy 4 to miła niespodzianka w ośrodku testowym. Chociaż szkło nie jest uszkodzone, więc rama może zostać ponownie przetestowana, TSSA i otaczające ją paski uszczelniające nadal mogą utrzymać to duże obciążenie. System TSSA wykorzystuje cztery 60-milimetrowe mocowania do podtrzymywania szkła. Projektowane obciążenia wiatrem to obciążenia żywe i stałe, oba o ciśnieniu 2,5 kPa (50 psf). Jest to umiarkowana konstrukcja z idealną przejrzystością architektoniczną, wykazuje ekstremalnie wysokie obciążenia, a TSSA pozostaje nienaruszona.
Badanie to przeprowadzono w celu ustalenia, czy przyczepność klejowa systemu szklanego ma pewne nieodłączne zagrożenia lub wady pod względem wymagań niskiego poziomu dla wydajności piaskowania. Oczywistym jest, że prosty system akcesoriów TSSA o średnicy 60 mm jest instalowany blisko krawędzi szkła i ma wydajność do momentu pęknięcia szkła. Gdy szkło jest zaprojektowane tak, aby było odporne na pękanie, TSSA jest wykonalną metodą łączenia, która może zapewnić pewien stopień ochrony, jednocześnie spełniając wymagania budynku dotyczące przejrzystości i otwartości.
Zgodnie z normą ASTM F2912-17, testowane komponenty okienne osiągają poziom zagrożenia H1 na poziomie normy C1. Akcesorium Sadev R1006 używane w badaniu nie jest zagrożone.
Hartowane szkło użyte w tym badaniu jest „słabym ogniwem” w systemie. Po rozbiciu szkła TSSA i otaczający je pasek uszczelniający nie mogą zatrzymać dużej ilości szkła, ponieważ na materiale silikonowym pozostaje niewielka ilość odłamków szkła.
Z punktu widzenia projektu i wydajności, system klejowy TSSA udowodnił, że zapewnia wysoki poziom ochrony w elementach elewacji o stopniu wybuchowości na początkowym poziomie wskaźników wydajności wybuchowej, co zostało szeroko zaakceptowane przez branżę. Testowana elewacja pokazuje, że gdy zagrożenie wybuchem wynosi od 41,4 kPa (6 psi) do 69 kPa (10 psi), wydajność na poziomie zagrożenia jest znacząco różna.
Ważne jest jednak, aby różnica w klasyfikacji zagrożenia nie była przypisywana do awarii kleju, jak wskazuje tryb awarii kohezyjnej kleju i fragmentów szkła między progami zagrożenia. Zgodnie z obserwacjami, rozmiar szkła jest odpowiednio dostosowywany, aby zminimalizować ugięcie, zapobiegając kruchości z powodu zwiększonej reakcji ścinającej na styku zginania i mocowania, co wydaje się być kluczowym czynnikiem wydajności.
Przyszłe projekty mogą ograniczyć 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., „Uszczelniacz konstrukcyjny szkła, 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, ss. 46-59. [4] Carbary, LD, „Przegląd trwałości i wydajności systemów okiennych ze szkła konstrukcyjnego silikonowego”, Glass Performance Day, Tampere, Finlandia, czerwiec 2007, materiały konferencyjne, ss. 190-193. [5] Schmidt, CM, Schoenherr, WJ, Carbary LD i Takish, MS, „Performance of Silicone Structural Adhesives”, Glass System Science and Technology, ASTM STP1054, CJ University of Paris, American Society for Testing and Materials, Philadelphia, 1989 Years, ss. 22-45 [6] Wolf, AT, Sitte, S., Brasseur, M., J. i Carbary LD, „Transparent Structural Silicone Adhesive for Fixing Glazing Dispensing (TSSA) Preliminary assessment of the mechanical properties and persistence of the steel”, The Fourth International Durability Symposium „Construction Sealants and Adhesives”, ASTM International Magazine, opublikowane online, sierpień 2011, tom 8, wydanie 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 krzemionkowego konstrukcyjnego” Facade Design and Engineering Journal 2 (2014) 137–161, DOI 10.3233 / FDE-150020 [ 9] Kenneth Yarosh, Andreas T. Wolf i Sigurd Sitte „Ocena uszczelniaczy gumowych silikonowych w projektowaniu kuloodpornych okien i ścian osłonowych przy dużych prędkościach ruchu”, ASTM International Magazine, wydanie 1. 6. Artykuł nr 2, ID JAI101953 [10] ASTM C1135-15, Standardowa metoda testowa 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 szkła przeciwwybuchowego mocowanego 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 systemów szklanych przeciwwybuchowych na obciążenia wybuchowe.” Metric 45.6 (2012): 1471–1479. [14] „Dobrowolne wytyczne dotyczące ograniczania ryzyka wybuchu w pionowych systemach okiennych” AAMA 510-14.