Системи точкового кріплення скла, що відповідають цій архітектурній вимозі, особливо популярні для входів на землю або громадських місць. Нещодавні технологічні досягнення дозволили використовувати надміцні клеї для кріплення цих великих пемз до аксесуарів без необхідності свердління отворів у склі.
Типове розташування на землі збільшує ймовірність того, що система повинна діяти як захисний шар для мешканців будівлі, і ця вимога перевищує або навіть перевищує типові вимоги до вітрового навантаження. Деякі випробування були проведені для системи точкового кріплення для свердління, але не для методу склеювання.
Метою цієї статті є запис симуляційного випробування з використанням ударної трубки з вибуховими зарядами для імітації вибуху, щоб імітувати вплив вибухового навантаження на склеєний прозорий компонент. Ці змінні включають вибухове навантаження, визначене стандартом ASTM F2912 [1], яке проводиться на тонкій пластині з іономерним сендвічем SGP. Це дослідження вперше дозволяє кількісно визначити потенційну вибухову ефективність для масштабних випробувань та архітектурного проектування. Прикріпіть чотири фітинги TSSA діаметром 60 мм (2,36 дюйма) до скляної пластини розміром 1524 x 1524 мм (60 дюймів x 60 дюймів).
Чотири компоненти, навантажені до тиску 48,3 кПа (7 фунтів на квадратний дюйм) або нижче, не пошкодили та не вплинули на TSSA та скло. П'ять компонентів були навантажені під тиском понад 62 кПа (9 фунтів на квадратний дюйм), і чотири з п'яти компонентів показали розбиття скла, що призвело до його зміщення з отвору. У всіх випадках TSSA залишалася прикріпленою до металевої арматури, і жодних несправностей, адгезії чи зчеплення не виявлено. Випробування показали, що відповідно до вимог AAMA 510-14, протестована конструкція TSSA може забезпечити ефективну систему безпеки під навантаженням 48,3 кПа (7 фунтів на квадратний дюйм) або нижче. Дані, отримані тут, можуть бути використані для проектування системи TSSA, яка відповідає заданому навантаженню.
Джон Кімберлейн (Jon Kimberlain) — передовий експерт із застосування високоефективних силіконів Dow Corning. Лоуренс Д. Карбарі (Lawrence D. Carbary) — науковець Dow Corning у сфері високоефективного будівництва, дослідник силіконів Dow Corning та ASTM.
Структурне силіконове кріплення скляних панелей використовується вже майже 50 років для покращення естетики та експлуатаційних характеристик сучасних будівель [2] [3] [4] [5]. Цей метод кріплення дозволяє створити гладку безперервну зовнішню стіну з високою прозорістю. Прагнення до підвищеної прозорості в архітектурі призвело до розробки та використання стін з кабельної сітки та зовнішніх стін на болтах. Архітектурно складні пам'ятки пам'яток включатимуть сучасні технології та повинні відповідати місцевим будівельним та безпековим нормам і стандартам.
Було досліджено прозорий структурний силіконовий клей (TSSA), і запропоновано метод кріплення скла за допомогою болтових кріпильних деталей замість свердління отворів [6] [7]. Технологія прозорого клею з міцністю, адгезією та довговічністю має низку фізичних властивостей, які дозволяють дизайнерам навісних стін проектувати систему з'єднання унікальним та новим способом.
Круглі, прямокутні та трикутні аксесуари, що відповідають естетичним та структурним вимогам, легко проектувати. TSSA затвердіває разом з обробкою ламінованого скла в автоклаві. Після вилучення матеріалу з циклу автоклавування можна провести 100% перевірочне випробування. Ця перевага забезпечення якості є унікальною для TSSA, оскільки вона може забезпечити негайний зворотний зв'язок щодо структурної цілісності збірки.
Ударостійкість [8] та ефект амортизації звичайних конструкційних силіконових матеріалів були досліджені [9]. Вольф та ін. надали дані, отримані Штутгартським університетом. Ці дані показують, що порівняно зі швидкістю квазістатичного деформування, зазначеною в ASTM C1135, міцність на розтяг конструкційного силіконового матеріалу становить граничну швидкість деформації 5 м/с (197 дюймів/с). Міцність та видовження збільшуються. Вказує на зв'язок між деформацією та фізичними властивостями.
Оскільки TSSA є високоеластичним матеріалом з вищим модулем пружності та міцністю, ніж конструкційний силікон, очікується, що він матиме такі ж загальні характеристики. Хоча лабораторні випробування з високими швидкостями деформації не проводилися, можна очікувати, що висока швидкість деформації при вибуху не вплине на міцність.
Скло, скріплене болтами, пройшло випробування, відповідає стандартам зменшення вибухонебезпечності [11] та було представлено на Дні продуктивності скла 2013 року. Візуальні результати чітко показують переваги механічного кріплення скла після його розбиття. Для систем із суто клейовим кріпленням це буде складним завданням.
Рама виготовлена ​​зі сталевого швелера американського стандарту з розмірами 151 мм завглибшки x 48,8 мм завширшки x 5,08 мм завтовшки полотна (6 дюймів x 1,92 дюйма x 0,20 дюйма), який зазвичай називають C-подібним швелером 6 дюймів x 8,2 дюйма. C-подібні швелери зварені разом по кутах, а трикутний профіль товщиною 9 мм (0,375 дюйма) зварений по кутах, відступаючи від поверхні рами. У пластині просвердлено отвір діаметром 18 мм (0,71 дюйма), щоб у нього можна було легко вставити болт діаметром 14 мм (0,55 дюйма).
Металеві фітинги TSSA діаметром 60 мм (2,36 дюйма) розташовані на відстані 50 мм (2 дюйми) від кожного кута. Встановіть чотири фітинги на кожен шматок скла, щоб зробити все симетричним. Унікальною особливістю TSSA є те, що його можна розмістити близько до краю скла. Свердлильні аксесуари для механічного кріплення у склі мають певні розміри, починаючи від краю, які необхідно врахувати в конструкції та просвердлити перед загартуванням.
Розмір, близький до краю, покращує прозорість готової системи та водночас зменшує адгезію зіркоподібного з'єднання через менший крутний момент на типовому зіркоподібному з'єднанні. Для цього проєкту обрано два шари загартованого прозорого скла товщиною 6 мм (1/4 дюйма) розміром 1524 мм x 1524 мм (5′x 5′), ламінованих проміжною плівкою іономерного скловолокна Sentry Glass Plus (SGP) товщиною 1,52 мм (0,060 дюйма).
Диск TSSA товщиною 1 мм (0,040 дюйма) наноситься на загрунтований фітинг з нержавіючої сталі діаметром 60 мм (2,36 дюйма). Ґрунтовка призначена для покращення міцності адгезії до нержавіючої сталі та являє собою суміш силану та титанату в розчиннику. Металевий диск притискається до скла з виміряною силою 0,7 МПа (100 фунтів на квадратний дюйм) протягом однієї хвилини для забезпечення зволоження та контакту. Помістіть компоненти в автоклав, який досягає тиску 11,9 бар (175 фунтів на квадратний дюйм) та температури 133 C° (272°F), щоб TSSA міг досягти 30-хвилинного часу замочування, необхідного для затвердіння та склеювання в автоклаві.
Після завершення обробки в автоклаві та його охолодження перевірте кожен фітинг TSSA, а потім затягніть його з моментом 55 Нм (40,6 футо-фунтів), щоб показати стандартне навантаження 1,3 МПа (190 фунтів на квадратний дюйм). Аксесуари для TSSA надаються Sadev та позначені як аксесуари R1006 TSSA.
Зберіть основний корпус аксесуара з диском для затвердіння на склі та опустіть його в сталеву раму. Відрегулюйте та закріпіть гайки на болтах так, щоб зовнішнє скло було врівень із зовнішньою частиною сталевої рами. Стик 13 мм x 13 мм (1/2″ x½”) навколо периметра скла герметизується двокомпонентною силіконовою структурою, щоб випробування на тиск можна було розпочати наступного дня.
Випробування було проведено з використанням ударної труби в Лабораторії дослідження вибухових речовин при Університеті Кентуккі. Ударопоглинальна труба складається з армованого сталевого корпусу, на який можна встановлювати установки розміром до 3,7 м x 3,7 м на вибоїні.
Ударна труба приводиться в дію шляхом розміщення вибухових речовин вздовж її довжини для імітації позитивної та негативної фаз вибухової події [12] [13]. Помістіть всю скляно-сталеву рамну конструкцію в ударопоглинаючу трубу для випробувань, як показано на рисунку 4.
Всередині ударної трубки встановлено чотири датчики тиску, завдяки чому тиск і пульс можна точно виміряти. Для запису випробування використовувалися дві цифрові відеокамери та цифрова дзеркальна камера.
Високошвидкісна камера MREL Ranger HR, розташована біля вікна зовні ударної труби, знімала випробування зі швидкістю 500 кадрів на секунду. Встановіть лазерний запис відхилення з частотою 20 кГц біля вікна, щоб виміряти відхилення в центрі вікна.
Чотири компоненти каркаса були випробувані дев'ять разів. Якщо скло не виходить з отвору, компонент випробовують повторно під вищим тиском та ударом. У кожному випадку записуються дані про цільовий тиск, імпульс та деформацію скла. Потім кожне випробування також оцінюється відповідно до AAMA 510-14 [Добровільні рекомендації щодо зменшення небезпеки вибуху для систем фестерації].
Як описано вище, чотири рамні збірки були випробувані до моменту видалення скла з отвору вибухового порту. Метою першого випробування є досягнення тиску 69 кПа при імпульсі 614 кПа·мс (10 фунтів на квадратний дюйм 89 фунтів на квадратний дюйм·мс). Під дією прикладеного навантаження скляне вікно розбилося та відірвалося від рами. Точкові фітинги Sadev забезпечують приклеювання TSSA до розбитого загартованого скла. Коли загартоване скло розбилося, воно вийшло з отвору після прогину приблизно на 100 мм (4 дюйми).
За умови постійного зростання навантаження раму 2 випробовували 3 рази. Результати показали, що руйнування не відбувалося, доки тиск не досяг 69 кПа (10 фунтів на квадратний дюйм). Виміряні тиски 44,3 кПа (6,42 фунтів на квадратний дюйм) та 45,4 кПа (6,59 фунтів на квадратний дюйм) не впливали на цілісність компонента. За виміряного тиску 62 кПа (9 фунтів на квадратний дюйм) прогин скла спричинив його розбиття, залишивши скляне вікно в отворі. Усі аксесуари TSSA кріпляться з розбитого загартованого скла, як показано на рисунку 7.
За умови постійного зростання навантаження раму 3 було випробувано двічі. Результати показали, що руйнування не відбулося, доки тиск не досяг цільового значення 69 кПа (10 фунтів на квадратний дюйм). Виміряний тиск 48,4 кПа (7,03 фунтів на квадратний дюйм) не вплине на цілісність компонента. Збір даних не дозволив виявити прогин, але візуальне спостереження на відео показало, що прогин рами 2 у випробуванні 3 та рами 4 у випробуванні 7 був подібним. За вимірювального тиску 64 кПа (9,28 фунтів на квадратний дюйм) прогин скла, виміряний на відстані 190,5 мм (7,5 дюйма), призвів до розбиття, в результаті чого скляне вікно залишилося в отворі. Усі аксесуари TSSA кріпляться з розбитого загартованого скла, як на рисунку 7.
Зі збільшенням постійного навантаження раму 4 випробовували 3 рази. Результати показали, що руйнування не відбувалося, доки тиск не досяг цільового значення 10 psi вдруге. Виміряні тиски 46,8 кПа (6,79) та 64,9 кПа (9,42 psi) не вплинуть на цілісність компонента. У випробуванні №8 скло було виміряно на вигин 100 мм (4 дюйми). Очікується, що це навантаження призведе до руйнування скла, але можна отримати й інші дані.
У випробуванні №9 виміряний тиск 65,9 кПа (9,56 фунтів на квадратний дюйм) відхилив скло на 190,5 мм (7,5 дюйма) та спричинив його розбиття, залишивши скляне вікно в отворі. Усі аксесуари TSSA кріпляться з того ж розбитого загартованого скла, як на рисунку 7. У всіх випадках аксесуари можна легко зняти зі сталевої рами без будь-яких видимих ​​пошкоджень.
Значення TSSA для кожного випробування залишається незмінним. Після випробування, коли скло залишається цілим, візуальних змін TSSA не спостерігається. На високошвидкісному відео видно, як скло розбивається посередині прольоту, а потім виходить з отвору.
З порівняння руйнування скла та його відсутності на рисунках 8 та 9 цікаво відзначити, що режим руйнування скла відбувається далеко від точки кріплення, що вказує на те, що незв'язана частина скла досягла точки вигину, до якої швидко наближається. Границя крихкості скла залежить від частини, яка залишається зв'язаною.
Це вказує на те, що під час випробування зламані пластини в цих частинах, ймовірно, рухатимуться під дією сил зсуву. Поєднуючи цей принцип і спостереження, що режимом руйнування, ймовірно, є окрихчення товщини скла на адгезійному межі розділу зі збільшенням заданого навантаження, характеристики слід покращити, збільшивши товщину скла або контролюючи прогин іншими засобами.
Випробування 8 рами 4 стало приємним сюрпризом у випробувальному лабораторії. Хоча скло не пошкоджене, тому раму можна випробувати ще раз, TSSA та навколишні ущільнювальні стрічки все ще можуть витримувати це велике навантаження. Система TSSA використовує чотири 60-міліметрові кріплення для підтримки скла. Розрахункові вітрові навантаження – це динамічні та постійні навантаження, обидва зі швидкістю 2,5 кПа (50 фунтів на квадратний фут). Це помірна конструкція з ідеальною архітектурною прозорістю, яка демонструє надзвичайно високі навантаження, а TSSA залишається неушкодженою.
Це дослідження було проведено для визначення того, чи має адгезія скляної системи деякі притаманні небезпеки або дефекти з точки зору низьких вимог до продуктивності піскоструминної обробки. Очевидно, що проста 60-міліметрова допоміжна система TSSA встановлюється біля краю скла та працює до розбиття скла. Коли скло розроблено таким чином, щоб воно було стійким до розбиття, TSSA є життєздатним методом з'єднання, який може забезпечити певний ступінь захисту, зберігаючи при цьому вимоги будівлі щодо прозорості та відкритості.
Згідно зі стандартом ASTM F2912-17, протестовані компоненти вікон досягають рівня небезпеки H1 за стандартним рівнем C1. Аксесуар Sadev R1006, що використовувався в дослідженні, не постраждав.
Загартоване скло, яке використовується в цьому дослідженні, є «слабкою ланкою» системи. Після розбиття скла TSSA та навколишня герметизуюча стрічка не можуть утримувати велику кількість скла, оскільки невелика кількість фрагментів скла залишається на силіконовому матеріалі.
З точки зору дизайну та експлуатаційних характеристик, клейова система TSSA довела свою ефективність у забезпеченні високого рівня захисту вибухонебезпечних фасадних компонентів на початковому рівні показників вибухонебезпечності, що отримало широке визнання в галузі. Випробуваний фасад показує, що коли рівень вибухонебезпечності становить від 41,4 кПа (6 фунтів на квадратний дюйм) до 69 кПа (10 фунтів на квадратний дюйм), експлуатаційні характеристики на рівні небезпеки суттєво відрізняються.
Однак важливо, щоб різниця в класифікації небезпеки не була пов'язана з адгезійним руйнуванням, про що свідчить когезійний режим руйнування клею та фрагментів скла між порогами небезпеки. Згідно зі спостереженнями, розмір скла відповідним чином регулюється, щоб мінімізувати прогин та запобігти крихкості через збільшення реакції зсуву на межі згинання та кріплення, що, здається, є ключовим фактором експлуатаційних характеристик.
Майбутні конструкції можуть знизити рівень небезпеки за вищих навантажень, збільшуючи товщину скла, фіксуючи положення точки відносно краю та збільшуючи діаметр контакту клею.
[1] ASTM F2912-17 Стандартна специфікація скловолокна, Скло та скляні системи, що підлягають навантаженням на великій висоті, ASTM International, Вест-Консхокен, Пенсільванія, 2017, https://doi.org/10.1520/F2912-17 [2] Хілліард, Дж. Р., Паріс, К. Дж. та Петерсон, К. О., Дж., «Конструкційне герметичне скло, технологія герметика для скляних систем», ASTM STP 638, ASTM International, Вест-Консхокен, Пенсільванія, 1977, с. 67–99 сторінок. [3] Заргамі, М. С., Т. А., Шварц та Гладстон, М., «Сейсмічні характеристики конструкційного кварцового скла», Герметизація будівель, герметики, технології скла та водонепроникності, том 1. 6. ASTM STP 1286, Дж. К. Майєрс, редактор, ASTM International, Вест-Консхокен, Пенсільванія, 1996, с. 46–59. [4] Карбарі, Л.Д., «Огляд довговічності та експлуатаційних характеристик силіконових віконних систем зі структурного скла», День ефективності склопластику, Тампере, Фінляндія, червень 2007 р., Матеріали конференції, сторінки 190-193. [5] Шмідт, К.М., Шенхерр, В.Дж., Карбарі Л.Д. та Такіш, М.С., «Ефективність силіконових структурних клеїв», Glass System Science and Technology, ASTM STP1054, Паризький університет К.Дж., Американське товариство випробувань та матеріалів, Філадельфія, 1989 років, с. 22-45 [6] Вольф, А.Т., Сітте, С., Брассер, М., Дж. та Карбарі Л. Д., «Прозорий структурний силіконовий клей для фіксації склопакетів (TSSA). Попередня оцінка механічних властивостей та довговічності сталі», Четвертий міжнародний симпозіум з довговічності «Будівельні герметики та клеї», журнал ASTM International, опубліковано онлайн, серпень 2011 р., том 8, випуск 10 (11 листопада 2011 р.), JAI 104084, доступно на наступному вебсайті: www.astm.org/DIGITAL_LIBRARY/JOURNALS/JAI/PAGES/JAI104084.htm. [7] Кліфт, К., Хатлі, П., Карбарі, Л.Д., Силіконовий клей із прозорою структурою, День продуктивності скла, Тампере, Фінляндія, червень 2011 р., Матеріали зустрічі, сторінки 650-653. [8] Кліфт, К., Карбарі, Л.Д., Хатлі, П., Кімберлен, Дж., «Структурне кварцове скло нового покоління», Журнал дизайну та інженерії фасадів 2 (2014) 137–161, DOI 10.3233 / FDE-150020 [9] Кеннет Ярош, Андреас Т. Вольф та Сігурд Сітте «Оцінка силіконових гумових герметиків у конструкції куленепробивних вікон та навісних стін з високими швидкостями руху», журнал ASTM International, випуск 1.6. Документ № 2, ID JAI101953 [10] ASTM C1135-15, Стандартний метод випробувань для визначення адгезійних характеристик на розтяг структурних герметиків, ASTM International, Вест-Коншохокен, Пенсильванія, 2015, https:/ /doi.org/10.1520/C1135-15 [11] Морган, Т., «Прогрес у «Вибухобезпечне скло, закріплене болтами», День продуктивності скла, червень 2013 р., протокол засідання, стор. 181-182 [12] ASTM F1642 / F1642M-17 Стандартний метод випробування скла та скляних систем, що піддаються високим вітровим навантаженням, ASTM International, Вест-Коншохокен, Пенсильванія, 2017, https://doi.org/10.1520/F1642_F1642M-17 [13] Веддінг, Вільям Чад та Брейден Т. Ласк. «Новий метод визначення реакції противибухових скляних систем на вибухові навантаження». Metric 45.6 (2012): 1471-1479. [14] «Добровільні рекомендації щодо зменшення небезпеки вибуху вертикальних віконних систем» AAMA 510-14.