Точечные системы стекла, которые отвечают этому архитектурному требованию, особенно популярны в наземных входах или общественных зонах. Недавние технологические достижения позволили использовать сверхпрочные клеи для крепления этих крупных пемз к аксессуарам без необходимости сверлить отверстия в стекле.
Типичное расположение на земле увеличивает вероятность того, что система должна действовать как защитный слой для жильцов здания, и это требование превышает или превосходит типичные требования к ветровой нагрузке. Некоторые испытания были проведены на системе точечного крепления для сверления, но не на методе склеивания.
Целью данной статьи является запись имитационного испытания с использованием ударной трубы с взрывными зарядами для имитации взрыва для имитации воздействия взрывной нагрузки на связанный прозрачный компонент. Эти переменные включают взрывную нагрузку, определенную ASTM F2912 [1], которая выполняется на тонкой пластине с иономерным сэндвичем SGP. Это исследование является первым случаем, когда оно может количественно оценить потенциальную взрывную эффективность для крупномасштабных испытаний и архитектурного проектирования. Прикрепите четыре фитинга TSSA диаметром 60 мм (2,36 дюйма) к стеклянной пластине размером 1524 x 1524 мм (60 дюймов x 60 дюймов).
Четыре компонента, нагруженные до 48,3 кПа (7 фунтов на кв. дюйм) или ниже, не повредили и не повлияли на TSSA и стекло. Пять компонентов были нагружены под давлением выше 62 кПа (9 фунтов на кв. дюйм), и четыре из пяти компонентов показали разрушение стекла, в результате чего стекло сместилось из проема. Во всех случаях TSSA оставалась прикрепленной к металлической арматуре, и не было обнаружено никаких неисправностей, адгезии или склеивания. Испытания показали, что в соответствии с требованиями AAMA 510-14 испытанная конструкция TSSA может обеспечить эффективную систему безопасности при нагрузке 48,3 кПа (7 фунтов на кв. дюйм) или ниже. Полученные здесь данные можно использовать для проектирования системы TSSA, соответствующей указанной нагрузке.
Джон Кимберлейн (Jon Kimberlain) — передовой эксперт по применению высокоэффективных силиконов Dow Corning. Лоуренс Д. Карбари (Lawrence D. Carbary) — высокоэффективный ученый строительной отрасли Dow Corning, исследователь силиконов Dow Corning и ASTM.
Структурное силиконовое крепление стеклянных панелей используется уже около 50 лет для улучшения эстетики и производительности современных зданий [2] [3] [4] [5]. Метод крепления позволяет сделать гладкую непрерывную внешнюю стену с высокой прозрачностью. Стремление к повышенной прозрачности в архитектуре привело к разработке и использованию стен из кабельной сетки и внешних стен с болтовой опорой. Архитектурно сложные знаковые здания будут включать в себя современные технологии и должны соответствовать местным строительным нормам и стандартам безопасности.
Был изучен прозрачный структурный силиконовый клей (TSSA), и был предложен метод поддержки стекла с помощью болтовых крепежных деталей вместо сверления отверстий [6] [7]. Технология прозрачного клея с прочностью, адгезией и долговечностью имеет ряд физических свойств, которые позволяют проектировщикам навесных стен проектировать систему соединения уникальным и новым способом.
Круглые, прямоугольные и треугольные аксессуары, которые соответствуют эстетике и структурным характеристикам, легко проектировать. TSSA отверждается вместе с ламинированным стеклом, обрабатываемым в автоклаве. После извлечения материала из цикла автоклава можно завершить 100%-ный проверочный тест. Это преимущество обеспечения качества является уникальным для TSSA, поскольку оно может обеспечить немедленную обратную связь по структурной целостности сборки.
Были изучены ударопрочность [8] и эффект поглощения удара обычных структурных силиконовых материалов [9]. Вольф и др. предоставили данные, полученные в Университете Штутгарта. Эти данные показывают, что по сравнению с квазистатической скоростью деформации, указанной в ASTM C1135, прочность на разрыв структурного силиконового материала составляет при предельной скорости деформации 5 м/с (197 дюймов/с). Прочность и удлинение увеличиваются. Указывает на связь между деформацией и физическими свойствами.
Поскольку TSSA является высокоэластичным материалом с более высоким модулем и прочностью, чем структурный силикон, ожидается, что он будет иметь те же общие характеристики. Хотя лабораторные испытания с высокими скоростями деформации не проводились, можно ожидать, что высокая скорость деформации при взрыве не повлияет на прочность.
Стекло с болтовым креплением было испытано, соответствует стандартам взрывозащиты [11] и было представлено на Glass Performance Day 2013. Визуальные результаты наглядно демонстрируют преимущества механического крепления стекла после его разрушения. Для систем с чисто клеевым креплением это будет проблемой.
Рама изготовлена ​​из американского стандартного стального швеллера с размерами 151 мм глубина x 48,8 мм ширина x 5,08 мм толщина стенки (6” x 1,92” x 0,20”), обычно называемого C 6” x 8,2# слот. Швеллеры C сварены вместе по углам, и треугольная секция толщиной 9 мм (0,375 дюйма) приварена по углам, отступая от поверхности рамы. В пластине просверлено отверстие диаметром 18 мм (0,71″), так что в него можно легко вставить болт диаметром 14 мм (0,55″).
Металлические фитинги TSSA диаметром 60 мм (2,36 дюйма) находятся на расстоянии 50 мм (2 дюйма) от каждого угла. Примените четыре фитинга к каждому стеклу, чтобы все было симметрично. Уникальная особенность TSSA заключается в том, что его можно разместить близко к краю стекла. Сверлильные принадлежности для механического крепления в стекле имеют определенные размеры, начиная с края, которые должны быть включены в конструкцию и должны быть просверлены перед закалкой.
Размер, близкий к краю, улучшает прозрачность готовой системы и в то же время снижает адгезию звездообразного соединения из-за более низкого крутящего момента на типичном звездообразном соединении. Стекло, выбранное для этого проекта, представляет собой два 6-миллиметровых (1/4″) закаленных прозрачных слоя 1524 мм x 1524 мм (5′x 5′), ламинированных иономерной промежуточной пленкой Sentry Glass Plus (SGP) 1,52 мм (0,060) “).
Диск TSSA толщиной 1 мм (0,040 дюйма) наносится на загрунтованный фитинг из нержавеющей стали диаметром 60 мм (2,36 дюйма). Грунтовка предназначена для повышения прочности адгезии к нержавеющей стали и представляет собой смесь силана и титаната в растворителе. Металлический диск прижимается к стеклу с измеренной силой 0,7 МПа (100 фунтов на кв. дюйм) в течение одной минуты для обеспечения смачивания и контакта. Поместите компоненты в автоклав, который достигает 11,9 бар (175 фунтов на кв. дюйм) и 133 C° (272°F), чтобы TSSA мог достичь 30-минутного времени выдержки, необходимого для отверждения и склеивания в автоклаве.
После завершения и охлаждения автоклава проверьте каждый фитинг TSSA, а затем затяните его с моментом 55 Нм (40,6 фут-фунтов), чтобы показать стандартную нагрузку 1,3 МПа (190 фунтов на кв. дюйм). Аксессуары для TSSA поставляются Sadev и обозначены как аксессуары R1006 TSSA.
Соберите основной корпус аксессуара с отверждающим диском на стекле и опустите его в стальную раму. Отрегулируйте и закрепите гайки на болтах так, чтобы внешнее стекло было заподлицо с внешней стороной стальной рамы. Стык 13 мм x 13 мм (1/2″ x½”), окружающий периметр стекла, герметизируется двухкомпонентной структурой из силикона, так что испытание под нагрузкой можно начать на следующий день.
Испытание проводилось с использованием ударной трубы в Исследовательской лаборатории взрывчатых веществ в Университете Кентукки. Ударопоглощающая труба состоит из армированного стального корпуса, который может устанавливать на лице блоки размером до 3,7 м x 3,7 м.
Ударная трубка приводится в действие путем размещения взрывчатых веществ по всей длине взрывной трубки для имитации положительной и отрицательной фаз события взрыва [12] [13]. Поместите всю сборку стекла и стальной рамы в амортизирующую трубку для испытания, как показано на рисунке 4.
Внутри ударной трубки установлены четыре датчика давления, что позволяет точно измерять давление и пульс. Для записи теста использовались две цифровые видеокамеры и цифровая зеркальная камера.
Высокоскоростная камера MREL Ranger HR, расположенная около окна снаружи ударной трубы, запечатлела испытание со скоростью 500 кадров в секунду. Установите лазерную запись отклонения 20 кГц около окна, чтобы измерить отклонение в центре окна.
Четыре компонента каркаса были испытаны в общей сложности девять раз. Если стекло не покидает отверстие, повторно испытайте компонент при более высоком давлении и ударе. В каждом случае регистрируются данные о целевом давлении, импульсе и деформации стекла. Затем каждое испытание также оценивается в соответствии с AAMA 510-14 [Добровольные руководящие принципы системы Festestration для снижения опасности взрыва].
Как описано выше, четыре сборки рам были испытаны до тех пор, пока стекло не было удалено из отверстия взрывного порта. Цель первого испытания — достичь 69 кПа при импульсе 614 кПа-мс (10 фунтов на квадратный дюйм A 89 фунтов на квадратный дюйм-мс). Под приложенной нагрузкой стеклянное окно разбилось и вышло из рамы. Точечные фитинги Sadev заставляют TSSA прилипать к разбитому закаленному стеклу. Когда закаленное стекло разбилось, стекло покинуло отверстие после прогиба примерно на 100 мм (4 дюйма).
При условии увеличения непрерывной нагрузки рама 2 была испытана 3 раза. Результаты показали, что отказ не произошел, пока давление не достигло 69 кПа (10 фунтов на кв. дюйм). Измеренные давления 44,3 кПа (6,42 фунтов на кв. дюйм) и 45,4 кПа (6,59 фунтов на кв. дюйм) не повлияют на целостность компонента. При измеренном давлении 62 кПа (9 фунтов на кв. дюйм) прогиб стекла привел к поломке, в результате чего стеклянное окно осталось в проеме. Все аксессуары TSSA крепятся с помощью битого закаленного стекла, как на рисунке 7.
При условии увеличения непрерывной нагрузки рама 3 была испытана дважды. Результаты показали, что отказ не произошел, пока давление не достигло целевого значения 69 кПа (10 фунтов на кв. дюйм). Измеренное давление 48,4 кПа (7,03) фунтов на кв. дюйм не повлияет на целостность компонента. Сбор данных не позволил обнаружить прогиб, но визуальное наблюдение по видео показало, что прогиб рамы 2, тест 3, и рамы 4, тест 7, был одинаковым. При измерительном давлении 64 кПа (9,28 фунтов на кв. дюйм) прогиб стекла, измеренный на 190,5 мм (7,5″), привел к поломке, в результате чего стеклянное окно осталось в проеме. Все аксессуары TSSA прикреплены с разбитым закаленным стеклом, как на рисунке 7.
При увеличении непрерывной нагрузки рама 4 была испытана 3 раза. Результаты показали, что отказ не произошел, пока давление не достигло целевого значения 10 фунтов на квадратный дюйм во второй раз. Измеренные значения давления 46,8 кПа (6,79) и 64,9 кПа (9,42 фунтов на квадратный дюйм) не повлияют на целостность компонента. В испытании № 8 стекло было измерено на изгиб 100 мм (4 дюйма). Ожидается, что эта нагрузка приведет к разрушению стекла, но можно получить и другие данные.
В тесте № 9 измеренное давление 65,9 кПа (9,56 фунтов на кв. дюйм) прогнуло стекло на 190,5 мм (7,5″) и вызвало поломку, оставив стеклянное окно в проеме. Все аксессуары TSSA прикреплены с тем же разбитым закаленным стеклом, что и на рисунке 7. Во всех случаях аксессуары можно легко снять со стальной рамы без каких-либо очевидных повреждений.
TSSA для каждого теста остается неизменным. После теста, когда стекло остается целым, визуального изменения TSSA не наблюдается. Высокоскоростное видео показывает, как стекло разбивается в середине пролета и затем покидает проем.
При сравнении разрушения стекла и отсутствия разрушения на рисунках 8 и 9 интересно отметить, что режим разрушения стекла происходит вдали от точки крепления, что указывает на то, что несвязанная часть стекла достигла точки изгиба, которая быстро приближается к пределу хрупкой текучести стекла относительно той части, которая остается связанной.
Это указывает на то, что во время испытания сломанные пластины в этих частях, вероятно, будут двигаться под действием сдвигающих сил. Объединяя этот принцип и наблюдение, что режим отказа, по-видимому, заключается в охрупчивании толщины стекла на адгезионном интерфейсе, по мере увеличения предписанной нагрузки, производительность должна быть улучшена за счет увеличения толщины стекла или контроля прогиба другими способами.
Тест 8 рамы 4 — приятный сюрприз на испытательном стенде. Хотя стекло не повреждено, так что раму можно снова проверить, TSSA и окружающие уплотнительные полосы все еще могут выдерживать эту большую нагрузку. Система TSSA использует четыре 60-миллиметровых крепления для поддержки стекла. Проектные ветровые нагрузки являются переменными и постоянными нагрузками, обе по 2,5 кПа (50 фунтов на кв. фут). Это умеренная конструкция с идеальной архитектурной прозрачностью, демонстрирует чрезвычайно высокие нагрузки, и TSSA остается неповрежденным.
Это исследование было проведено с целью определить, имеет ли адгезионная адгезия стеклянной системы некоторые присущие ей опасности или дефекты с точки зрения требований низкого уровня к производительности пескоструйной обработки. Очевидно, что простая 60-миллиметровая система аксессуаров TSSA устанавливается вблизи края стекла и имеет производительность до тех пор, пока стекло не разобьется. Когда стекло спроектировано так, чтобы противостоять разрушению, TSSA является жизнеспособным методом соединения, который может обеспечить определенную степень защиты, сохраняя при этом требования здания к прозрачности и открытости.
Согласно стандарту ASTM F2912-17, протестированные оконные компоненты достигают уровня опасности H1 на уровне стандарта C1. Аксессуар Sadev R1006, используемый в исследовании, не подвержен влиянию.
Закаленное стекло, использованное в этом исследовании, является «слабым звеном» в системе. После того, как стекло разбивается, TSSA и окружающая уплотнительная полоса не могут удерживать большое количество стекла, поскольку небольшое количество осколков стекла остается на силиконовом материале.
С точки зрения конструкции и производительности, система клея TSSA доказала, что обеспечивает высокий уровень защиты во взрывоопасных фасадных компонентах на начальном уровне показателей взрывоопасности, что было широко принято в отрасли. Испытанный фасад показывает, что когда опасность взрыва составляет от 41,4 кПа (6 фунтов на кв. дюйм) до 69 кПа (10 фунтов на кв. дюйм), производительность на уровне опасности существенно отличается.
Однако важно, чтобы разница в классификации опасности не была связана с разрушением адгезии, как указано в режиме когезионного разрушения адгезива и фрагментов стекла между порогами опасности. Согласно наблюдениям, размер стекла соответствующим образом регулируется, чтобы минимизировать прогиб, чтобы предотвратить хрупкость из-за повышенной реакции сдвига на границе изгиба и крепления, что, по-видимому, является ключевым фактором производительности.
Будущие конструкции, возможно, смогут снизить уровень опасности при более высоких нагрузках за счет увеличения толщины стекла, фиксации положения точки относительно края и увеличения диаметра контакта клея.
[1] ASTM F2912-17 Стандартные технические условия на стекловолокно, стекло и стеклянные системы, подверженные нагрузкам на большой высоте, ASTM International, Уэст-Коншоукен, Пенсильвания, 2017 г., https://doi.org/10.1520/F2912-17 [2 ] Хиллиард, Дж. Р., Пэрис, К. Дж. и Петерсон, К. О., младший, «Конструкционное герметизирующее стекло, технология герметизации для стеклянных систем», ASTM STP 638, ASTM International, Уэст-Коншоукен, Пенсильвания, 1977 г., стр. 67–99 страниц. [3] Заргами, М.С., Т.А., Шварц и Гладстоун, М., «Сейсмические характеристики структурного кварцевого стекла», Building Sealing, Sealant, Glass and Waterproof Technology, том 1. 6. ASTM STP 1286, Дж. К. Майерс, редактор, ASTM International, Западный Коншохокен, Пенсильвания, 1996, стр. 46-59. [4] Карбари, Л.Д., «Обзор долговечности и эксплуатационных характеристик систем окон из структурного силиконового стекла», Glass Performance Day, Тампере, Финляндия, июнь 2007 г., Материалы конференции, стр. 190-193. [5] Schmidt, CM, Schoenherr, WJ, Carbary LD и Takish, MS, «Характеристики силиконовых структурных клеев», Glass System Science and Technology, ASTM STP1054, CJ University of Paris, American Society for Testing and Materials, Philadelphia, 1989 Years, стр. 22-45 [6] Wolf, AT, Sitte, S., Brasseur, M., J. и Carbary L. D, «Прозрачный структурный силиконовый клей для фиксации остекления (TSSA). Предварительная оценка механических свойств и долговечности стали», The Fourth International Durability Symposium «Construction Sealants and Adhesives», ASTM International Magazine, опубликовано онлайн, август 2011 г., том 8, выпуск 10 (месяц 11 ноября 2011 г.), JAI 104084, доступно по следующему адресу: веб-сайт: www.astm.org/DIGITAL_LIBRARY/JOURNALS/JAI/PAGES/JAI104084.htm. [7] Клифт, К., Хатли, П., Карбари, Л.Д., Прозрачный структурный силиконовый клей, Glass Performance Day, Тампере, Финляндия, июнь 2011 г., Труды встречи, страницы 650-653. [8] Клифт, К., Карбари, Л. Д., Хатли, П., Кимберлен, Дж., «Новое поколение структурного кремниевого стекла» Журнал проектирования и инжиниринга фасадов 2 (2014) 137–161, DOI 10.3233 / FDE-150020 [9] Кеннет Ярош, Андреас Т. Вольф и Сигурд Ситте «Оценка герметиков из силиконовой резины при проектировании пуленепробиваемых окон и навесных стен при высоких скоростях движения», Журнал ASTM International, выпуск 1. 6. Статья № 2, идентификатор JAI101953 [10] ASTM C1135-15, Стандартный метод испытаний для определения прочности на растяжение структурных герметиков, ASTM International, Западный Коншохокен, Пенсильвания, 2015, https:/ /doi.org/10.1520/C1135-15 [11] Морган, Т., «Прогресс во взрывобезопасном стекле с болтовым креплением», Glass Performance Day, июнь 2103 г., протокол заседания, стр. 181–182 [12] ASTM F1642 / F1642M-17 Стандартный метод испытаний стекла и стеклянных систем, подверженных сильным ветровым нагрузкам, ASTM International, Западный Коншохокен, Пенсильвания, 2017 г., https://doi.org/10.1520/F1642_F1642M-17 [13] Веддинг, Уильям Чед и Брейден Т. Ласк. «Новый метод определения реакции противовзрывных стеклянных систем на взрывные нагрузки». Метрика 45.6 (2012): 1471–1479. [14] «Добровольные рекомендации по снижению опасности взрыва вертикальных оконных систем» AAMA 510-14.