Systémy bodového upevnenia skla, ktoré spĺňajú túto architektonickú požiadavku, sú obzvlášť obľúbené v prízemných vstupoch alebo vo verejných priestoroch. Nedávny technologický pokrok umožnil použitie ultrapevných lepidiel na pripevnenie týchto veľkých pemz k doplnkom bez nutnosti vŕtania otvorov do skla.
Typické umiestnenie na zemi zvyšuje pravdepodobnosť, že systém musí pôsobiť ako ochranná vrstva pre obyvateľov budovy, a táto požiadavka presahuje typické požiadavky na zaťaženie vetrom. Niektoré testy boli vykonané na systéme bodového upevnenia pre vŕtanie, ale nie na metóde lepenia.
Účelom tohto článku je zaznamenať simulačný test s použitím rázovej trubice s výbušnými náplňami na simuláciu výbuchu a nárazu výbušného zaťaženia na lepený priehľadný komponent. Medzi tieto premenné patrí výbušné zaťaženie definované normou ASTM F2912 [1], ktoré sa vykonáva na tenkej doske so sendvičovou vrstvou SGP ionoméru. Tento výskum je prvým, čo dokáže kvantifikovať potenciálny výbušný výkon pre testovanie vo veľkom meradle a architektonický návrh. Pripevnite štyri tvarovky TSSA s priemerom 60 mm (2,36 palca) na sklenenú dosku s rozmermi 1524 x 1524 mm (60 palcov x 60 palcov).
Štyri komponenty zaťažené tlakom 48,3 kPa (7 psi) alebo nižším nepoškodili ani neovplyvnili TSSA a sklo. Päť komponentov bolo zaťažených tlakom nad 62 kPa (9 psi) a štyri z piatich komponentov vykazovali rozbitie skla, čo spôsobilo jeho posunutie z otvoru. Vo všetkých prípadoch zostalo TSSA pripevnené ku kovovým armatúram a nebola zistená žiadna porucha, priľnavosť ani spojenie. Testovanie ukázalo, že v súlade s požiadavkami normy AAMA 510-14 môže testovaná konštrukcia TSSA poskytnúť účinný bezpečnostný systém pri zaťažení 48,3 kPa (7 psi) alebo nižšom. Údaje získané v tomto dokumente možno použiť na návrh systému TSSA tak, aby spĺňal špecifikované zaťaženie.
Jon Kimberlain (Jon Kimberlain) je pokročilý aplikačný expert na vysokovýkonné silikóny od spoločnosti Dow Corning. Lawrence D. Carbary (Lawrence D. Carbary) je vedec spoločnosti Dow Corning zameraný na vysokovýkonné stavebné materiály, ktorý je výskumníkom spoločnosti Dow Corning v oblasti silikónov a ASTM.
Štrukturálne silikónové upevnenie sklenených panelov sa používa už takmer 50 rokov na zlepšenie estetiky a funkčnosti moderných budov [2] [3] [4] [5]. Táto metóda upevnenia umožňuje vytvoriť hladkú súvislú vonkajšiu stenu s vysokou priehľadnosťou. Túžba po zvýšenej transparentnosti v architektúre viedla k vývoju a použitiu káblových pletivových stien a vonkajších stien podopretých skrutkami. Architektonicky náročné významné budovy budú zahŕňať dnešné moderné technológie a musia spĺňať miestne stavebné a bezpečnostné predpisy a normy.
Bolo študované priehľadné štrukturálne silikónové lepidlo (TSSA) a bola navrhnutá metóda podopretia skla pomocou skrutiek namiesto vŕtania otvorov [6] [7]. Technológia priehľadného lepidla s pevnosťou, priľnavosťou a odolnosťou má rad fyzikálnych vlastností, ktoré umožňujú návrhárom fasád navrhnúť spojovací systém jedinečným a novým spôsobom.
Okrúhle, obdĺžnikové a trojuholníkové doplnky, ktoré spĺňajú estetiku a konštrukčné vlastnosti, sa ľahko navrhujú. TSSA sa vytvrdzuje spolu so spracovaním vrstveného skla v autokláve. Po vybratí materiálu z autoklávového cyklu je možné vykonať 100 % overovací test. Táto výhoda zabezpečenia kvality je pre TSSA jedinečná, pretože dokáže poskytnúť okamžitú spätnú väzbu o štrukturálnej integrite zostavy.
V štúdii [9] sa skúmala odolnosť voči nárazu [8] a účinok tlmenia nárazov konvenčných štrukturálnych silikónových materiálov. Wolf a kol. poskytli údaje získané Univerzitou v Stuttgarte. Tieto údaje ukazujú, že v porovnaní s kvázistatickou rýchlosťou deformácie špecifikovanou v norme ASTM C1135 je pevnosť v ťahu štrukturálneho silikónového materiálu pri konečnej rýchlosti deformácie 5 m/s (197 palcov/s). Pevnosť a predĺženie sa zvyšujú. To naznačuje vzťah medzi deformáciou a fyzikálnymi vlastnosťami.
Keďže TSSA je vysoko elastický materiál s vyšším modulom a pevnosťou ako konštrukčný silikón, očakáva sa, že bude mať rovnaký všeobecný výkon. Hoci neboli vykonané laboratórne testy s vysokými rýchlosťami deformácie, dá sa očakávať, že vysoká rýchlosť deformácie pri explózii neovplyvní pevnosť.
Skrutkované sklo bolo testované, spĺňa normy na zmiernenie výbuchu [11] a bolo vystavené na Dni výkonnosti skla 2013. Vizuálne výsledky jasne ukazujú výhody mechanického upevnenia skla po jeho rozbití. Pre systémy s čisto lepeným upevnením to bude výzva.
Rám je vyrobený z amerického štandardného oceľového profilu s rozmermi hĺbka 151 mm x šírka 48,8 mm x hrúbka steny 5,08 mm (6” x 1,92” x 0,20”), zvyčajne nazývaného C-drážka 6” x 8,2#. C-profily sú zvarené v rohoch a v rohoch je zvarený trojuholníkový profil s hrúbkou 9 mm (0,375 palca), ktorý je odsadený od povrchu rámu. Do dosky bol vyvŕtaný otvor s priemerom 18 mm (0,71″), aby sa doň dala ľahko zasunúť skrutka s priemerom 14 mm (0,55″).
Kovové tvarovky TSSA s priemerom 60 mm (2,36 palca) sú umiestnené 50 mm (2 palce) od každého rohu. Na každý kus skla sa aplikujú štyri tvarovky, aby bolo všetko symetrické. Jedinečnou vlastnosťou TSSA je, že sa dá umiestniť blízko okraja skla. Vŕtacie príslušenstvo na mechanické upevnenie do skla má špecifické rozmery začínajúce od okraja, ktoré musia byť zapracované do dizajnu a musia byť vyvŕtané pred kalením.
Veľkosť blízko okraja zlepšuje priehľadnosť hotového systému a zároveň znižuje priľnavosť hviezdicového spoja v dôsledku nižšieho krútiaceho momentu na typickom hviezdicovom spoji. Pre tento projekt bolo zvolené dve 6 mm (1/4″) tvrdené priehľadné vrstvy s rozmermi 1524 mm x 1524 mm (5′x 5′) laminované ionomérovou medzivrstvou Sentry Glass Plus (SGP) s hrúbkou 1,52 mm (0,060′).
Na nerezový tvarovací kus s priemerom 60 mm (2,36 palca) so základným náterom sa nanesie 1 mm (0,040 palca) hrubý kotúč TSSA. Základný náter je určený na zlepšenie odolnosti priľnavosti k nerezovej oceli a je to zmes silánu a titaničitanu v rozpúšťadle. Kovový kotúč sa pritlačí na sklo nameranou silou 0,7 MPa (100 psi) na jednu minútu, aby sa zabezpečilo zmáčanie a kontakt. Komponenty sa umiestnia do autoklávu, ktorý dosahuje tlak 11,9 baru (175 psi) a teplotu 133 °C (272 °F), aby TSSA mohol dosiahnuť 30-minútový čas namáčania potrebný na vytvrdnutie a spojenie v autokláve.
Po dokončení autoklávovania a ochladení skontrolujte každý spoj TSSA a potom ho utiahnite na 55 Nm (40,6 stôp-libier), aby ste dosiahli štandardné zaťaženie 1,3 MPa (190 psi). Príslušenstvo pre TSSA dodáva spoločnosť Sadev a je označené ako príslušenstvo R1006 TSSA.
Namontujte hlavné teleso príslušenstva k vytvrdzovaciemu disku na skle a vložte ho do oceľového rámu. Nastavte a upevnite matice na skrutkách tak, aby vonkajšie sklo bolo v jednej rovine s vonkajšou stranou oceľového rámu. Spoj 13 mm x 13 mm (1/2″ x½”) okolo obvodu skla je utesnený dvojdielnou silikónovou štruktúrou, aby sa tlaková záťažová skúška mohla začať nasledujúci deň.
Test sa uskutočnil s použitím rázovej trubice v Laboratóriu pre výskum výbušnín na Univerzite v Kentucky. Rúra tlmiaca nárazy sa skladá z vystuženého oceľového telesa, ktoré umožňuje inštaláciu jednotiek s rozmermi až 3,7 m x 3,7 m na čelnú plochu.
Nárazová trubica je poháňaná umiestnením výbušnín pozdĺž nej, aby sa simulovali kladné a záporné fázy výbuchu [12] [13]. Celú zostavu skleneného a oceľového rámu vložte do tlmiacej trubice na testovanie, ako je znázornené na obrázku 4.
Vo vnútri rázovej trubice sú nainštalované štyri tlakové senzory, takže je možné presne merať tlak a pulz. Na zaznamenanie testu boli použité dve digitálne videokamery a digitálna zrkadlovka.
Vysokorýchlostná kamera MREL Ranger HR umiestnená v blízkosti okna mimo rázovej trubice zachytila ​​test rýchlosťou 500 snímok za sekundu. Na meranie vychýlenia v strede okna sa v blízkosti okna nastavil laserový záznam s frekvenciou 20 kHz.
Štyri komponenty rámovej konštrukcie boli testované celkovo deväťkrát. Ak sklo neopustí otvor, komponent sa znova otestuje pri vyššom tlaku a náraze. V každom prípade sa zaznamenajú údaje o cieľovom tlaku, impulze a deformácii skla. Každý test sa potom hodnotí aj podľa normy AAMA 510-14 [Dobrovoľné usmernenia pre systémy krycích konštrukcií na zmiernenie nebezpečenstva výbuchu].
Ako je opísané vyššie, testovali sa štyri rámové zostavy, kým sa sklo neodstránilo z otvoru výfukového otvoru. Cieľom prvého testu je dosiahnuť tlak 69 kPa pri pulze 614 kPa-ms (10 psi A 89 psi-ms). Pod pôsobením zaťaženia sa sklenené okno rozbilo a uvoľnilo z rámu. Bodové kovania Sadev zabezpečujú priľnutie TSSA k rozbitému tvrdenému sklu. Keď sa tvrdené sklo rozbilo, sklo opustilo otvor po vychýlení približne 100 mm (4 palce).
Za podmienok zvyšujúceho sa trvalého zaťaženia bol rám 2 testovaný 3-krát. Výsledky ukázali, že k poruche nedošlo, kým tlak nedosiahol 69 kPa (10 psi). Namerané tlaky 44,3 kPa (6,42 psi) a 45,4 kPa (6,59 psi) neovplyvnili integritu komponentu. Pri nameranom tlaku 62 kPa (9 psi) spôsobilo vychýlenie skla rozbitie, pričom sklenené okno zostalo v otvore. Všetky príslušenstvo TSSA je pripevnené rozbitým kaleným sklom, rovnako ako na obrázku 7.
Za podmienok zvyšujúceho sa trvalého zaťaženia bol rám 3 testovaný dvakrát. Výsledky ukázali, že k poruche nedošlo, kým tlak nedosiahol cieľovú hodnotu 69 kPa (10 psi). Nameraný tlak 48,4 kPa (7,03 psi) neovplyvnil integritu komponentu. Zber údajov neumožnil vychýlenie, ale vizuálne pozorovanie z videa ukázalo, že vychýlenie rámu 2 v teste 3 a rámu 4 v teste 7 bolo podobné. Pri meracom tlaku 64 kPa (9,28 psi) viedlo vychýlenie skla namerané vo vzdialenosti 190,5 mm (7,5") k rozbitiu, pričom sklenené okno zostalo v otvore. Všetko príslušenstvo TSSA je pripevnené rozbitým tvrdeným sklom, rovnako ako na obrázku 7.
So zvyšujúcim sa trvalým zaťažením bol rám 4 testovaný trikrát. Výsledky ukázali, že k poruche nedošlo, kým tlak druhýkrát nedosiahol cieľovú hodnotu 10 psi. Namerané tlaky 46,8 kPa (6,79) a 64,9 kPa (9,42 psi) neovplyvnia integritu komponentu. V teste č. 8 sa sklo ohlo o 100 mm (4 palce). Očakáva sa, že toto zaťaženie spôsobí prasknutie skla, ale je možné získať aj iné údaje.
V teste č. 9 nameraný tlak 65,9 kPa (9,56 psi) vychýlil sklo o 190,5 mm (7,5 palca) a spôsobil jeho rozbitie, pričom sklenené okno zostalo v otvore. Všetko príslušenstvo TSSA je pripevnené rovnakým rozbitým tvrdeným sklom ako na obrázku 7. Vo všetkých prípadoch je možné príslušenstvo ľahko odstrániť z oceľového rámu bez akéhokoľvek viditeľného poškodenia.
Hodnota TSSA pre každý test zostáva nezmenená. Po teste, keď sklo zostane neporušené, nedochádza k žiadnej vizuálnej zmene TSSA. Vysokorýchlostné video ukazuje, ako sa sklo rozbije v strede rozpätia a potom opustí otvor.
Z porovnania porušenia skla a neporušenia na obrázku 8 a obrázku 9 je zaujímavé poznamenať, že k lomu skla dochádza ďaleko od bodu pripojenia, čo naznačuje, že nespojená časť skla dosiahla bod ohybu, ku ktorému sa rýchlo približuje. Medza klzu krehkého skla je relatívna k časti, ktorá zostáva spojená.
To naznačuje, že počas skúšky sa zlomené dosky v týchto častiach pravdepodobne pohybujú vplyvom šmykových síl. Kombináciou tohto princípu a pozorovania, že spôsob poruchy sa javí ako krehnutie hrúbky skla na adhéznom rozhraní so zvyšujúcim sa predpísaným zaťažením, by sa mal výkon zlepšiť zvýšením hrúbky skla alebo reguláciou priehybu inými prostriedkami.
Test 8 rámu 4 je v testovacom zariadení príjemným prekvapením. Hoci sklo nie je poškodené, takže rám je možné otestovať znova, TSSA a okolité tesniace pásy stále dokážu uniesť toto veľké zaťaženie. Systém TSSA používa štyri 60 mm úchyty na podopretie skla. Návrhové zaťaženie vetrom je dynamické aj trvalé zaťaženie, obe s hodnotou 2,5 kPa (50 psf). Ide o mierny návrh s ideálnou architektonickou transparentnosťou, vykazuje extrémne vysoké zaťaženie a TSSA zostáva neporušená.
Táto štúdia bola vykonaná s cieľom zistiť, či adhézia skleneného systému predstavuje určité inherentné riziká alebo nedostatky z hľadiska nízkych požiadaviek na výkon pieskovania. Je zrejmé, že jednoduchý 60 mm systém príslušenstva TSSA sa inštaluje blízko okraja skla a zachováva si výkon, kým sa sklo nerozbije. Ak je sklo navrhnuté tak, aby odolávalo rozbitiu, TSSA je schodnou metódou spojenia, ktorá môže poskytnúť určitý stupeň ochrany a zároveň zachovať požiadavky budovy na transparentnosť a otvorenosť.
Podľa normy ASTM F2912-17 dosahujú testované okenné komponenty úroveň nebezpečenstva H1 na úrovni normy C1. Príslušenstvo Sadev R1006 použité v štúdii nie je ovplyvnené.
Kalené sklo použité v tejto štúdii je „slabým článkom“ systému. Po rozbití skla nedokáže TSSA a okolitý tesniaci pás zadržať veľké množstvo skla, pretože na silikónovom materiáli zostáva malé množstvo úlomkov skla.
Z hľadiska dizajnu a výkonu sa preukázalo, že lepiaci systém TSSA poskytuje vysokú úroveň ochrany fasádnych komponentov vo výbušnej kvalite na počiatočnej úrovni ukazovateľov výbušného výkonu, čo bolo v tomto odvetví všeobecne akceptované. Testovaná fasáda ukazuje, že pri nebezpečenstve výbuchu medzi 41,4 kPa (6 psi) a 69 kPa (10 psi) je výkon na úrovni nebezpečenstva výrazne odlišný.
Je však dôležité, aby rozdiel v klasifikácii nebezpečenstva nebol spôsobený zlyhaním lepidla, ako naznačuje spôsob kohézneho zlyhania lepidla a úlomkov skla medzi prahovými hodnotami nebezpečenstva. Podľa pozorovaní je veľkosť skla vhodne upravená tak, aby sa minimalizovalo priehybovanie a zabránilo sa krehkosti v dôsledku zvýšenej šmykovej odozvy na rozhraní ohybu a upevnenia, čo sa javí ako kľúčový faktor výkonu.
Budúce návrhy by mohli byť schopné znížiť úroveň nebezpečenstva pri vyššom zaťažení zvýšením hrúbky skla, fixáciou polohy hrotu vzhľadom na okraj a zvýšením kontaktného priemeru lepidla.
[1] ASTM F2912-17 Štandardná špecifikácia sklenených vlákien, Sklo a sklenené systémy vystavené zaťaženiu vo vysokej nadmorskej výške, ASTM International, West Conshawken, Pensylvánia, 2017, https://doi.org/10.1520/F2912-17 [2] Hilliard, JR, Paris, CJ a Peterson, CO, Jr., „Štrukturálne tesniace sklo, technológia tesniacich materiálov pre sklenené systémy“, ASTM STP 638, ASTM International, West Conshooken, Pensylvánia, 1977, str. 67 – 99 strán. [3] Zarghamee, MS, TA, Schwartz a Gladstone, M., „Seizmické vlastnosti konštrukčného kremičitého skla“, Tmely budov, tmely, technológia skla a vodotesnosti, zväzok 1. 6. ASTM STP 1286, JC Myers, editor, ASTM International, West Conshohocken, Pensylvánia, 1996, str. 46 – 59. [4] Carbary, LD, „Prehľad trvanlivosti a výkonnosti silikónových okenných systémov zo konštrukčného skla“, Glass Performance Day, Tampere Fínsko, jún 2007, Zborník z konferencie, strany 190 – 193. [5] Schmidt, CM, Schoenherr, WJ, Carbary LD a Takish, MS, „Výkon silikónových štrukturálnych lepidiel“, Glass System Science and Technology, ASTM STP1054, CJ University of Paris, American Society for Testing and Materials, Philadelphia, 1989 Years, str. 22 – 45 [6] Wolf, AT, Sitte, S., Brasseur, M., J. a Carbary L. D, „Transparentné štrukturálne silikónové lepidlo na upevňovanie a dávkovanie zasklenia (TSSA) Predbežné posúdenie mechanických vlastností a trvanlivosti ocele“, The Fourth International Durability Symposium „Construction Sealants and Adhesives“, ASTM International Magazine, publikované online, august 2011, zväzok 8, vydanie 10 (11. november 2011 mesiac), JAI 104084, dostupné na nasledujúcej webovej stránke: www.astm.org/DIGITAL_LIBRARY/JOURNALS/JAI/PAGES/JAI104084.htm. [7] Clift, C., Hutley, P., Carbary, LD, Silikónové lepidlo s priehľadnou štruktúrou, Glass Performance Day, Tampere, Fínsko, jún 2011, Zborník zo stretnutia, strany 650-653. [8] Clift, C., Carbary, LD, Hutley, P., Kimberlain, J., „Štrukturálne kremičité sklo novej generácie“, Facade Design and Engineering Journal 2 (2014) 137–161, DOI 10.3233 / FDE-150020 [9] Kenneth Yarosh, Andreas T. Wolf a Sigurd Sitte „Posúdenie silikónových gumových tmelov pri návrhu nepriestrelných okien a obvodových stien pri vysokých rýchlostiach pohybu“, ASTM International Magazine, vydanie 1. 6. Článok č. 2, ID JAI101953 [10] ASTM C1135-15, Štandardná skúšobná metóda na stanovenie pevnosti v ťahu konštrukčných tmelov, ASTM International, West Conshohocken, Pensylvánia, 2015, https:/ /doi.org/10.1520/C1135-15 [11] Morgan, T., „Pokrok v „Skrutkovane upevnené sklo odolné voči výbuchu“, Glass Performance Day, jún 2013, zápisnica zo zasadnutia, str. 181 – 182 [12] ASTM F1642 / F1642M-17 Štandardná skúšobná metóda pre sklo a sklenené systémy vystavené vysokému zaťaženiu vetrom, ASTM International, West Conshohocken, Pensylvánia, 2017, https://doi.org/10.1520/F1642_F1642M-17 [13] Wedding, William Chad a Braden T. Lusk. „Nová metóda na určenie odozvy protivýbušných sklenených systémov na výbušné zaťaženie.“ Metric 45.6 (2012): 1471 – 1479. [14] „Dobrovoľné usmernenia na zmiernenie nebezpečenstva výbuchu vertikálnych okenných systémov“ AAMA 510-14.