Hệ thống kính cố định điểm đáp ứng yêu cầu kiến ​​trúc này đặc biệt phổ biến ở lối vào mặt đất hoặc khu vực công cộng. Những tiến bộ công nghệ gần đây đã cho phép sử dụng keo dán siêu bền để gắn những viên đá bọt lớn này vào các phụ kiện mà không cần khoan lỗ trên kính.
Vị trí mặt đất điển hình làm tăng khả năng hệ thống phải hoạt động như một lớp bảo vệ cho cư dân tòa nhà, và yêu cầu này vượt quá hoặc vượt quá các yêu cầu tải trọng gió thông thường. Một số thử nghiệm đã được thực hiện trên hệ thống cố định điểm để khoan, nhưng chưa được thực hiện trên phương pháp liên kết.
Mục đích của bài viết này là ghi lại một thử nghiệm mô phỏng sử dụng ống va đập chứa thuốc nổ để mô phỏng một vụ nổ nhằm mô phỏng tác động của tải trọng nổ lên một cấu kiện trong suốt được liên kết. Các biến số này bao gồm tải trọng nổ được định nghĩa theo ASTM F2912 [1], được thực hiện trên một tấm mỏng với lớp kẹp ionomer SGP. Nghiên cứu này là lần đầu tiên có thể định lượng hiệu suất nổ tiềm năng cho thử nghiệm quy mô lớn và thiết kế kiến ​​trúc. Gắn bốn phụ kiện TSSA có đường kính 60 mm (2,36 inch) vào một tấm kính có kích thước 1524 x 1524 mm (60 inch x 60 inch).
Bốn bộ phận được tải ở áp suất 48,3 kPa (7 psi) hoặc thấp hơn không làm hỏng hoặc ảnh hưởng đến TSSA và kính. Năm bộ phận được tải dưới áp suất trên 62 kPa (9 psi), và bốn trong số năm bộ phận bị vỡ kính, khiến kính bị dịch chuyển khỏi vị trí mở. Trong tất cả các trường hợp, TSSA vẫn bám chặt vào các phụ kiện kim loại và không phát hiện bất kỳ trục trặc, hiện tượng bám dính hoặc liên kết nào. Thử nghiệm đã cho thấy, theo các yêu cầu của AAMA 510-14, thiết kế TSSA được thử nghiệm có thể cung cấp một hệ thống an toàn hiệu quả dưới tải trọng 48,3 kPa (7 psi) hoặc thấp hơn. Dữ liệu thu được ở đây có thể được sử dụng để thiết kế hệ thống TSSA nhằm đáp ứng tải trọng quy định.
Jon Kimberlain (Jon Kimberlain) là chuyên gia ứng dụng tiên tiến về silicone hiệu suất cao của Dow Corning. Lawrence D. Carbary (Lawrence D. Carbary) là nhà khoa học ngành xây dựng hiệu suất cao của Dow Corning, đồng thời là nhà nghiên cứu silicone và ASTM của Dow Corning.
Việc gắn kết các tấm kính bằng silicone kết cấu đã được sử dụng trong gần 50 năm để nâng cao tính thẩm mỹ và hiệu suất của các tòa nhà hiện đại [2] [3] [4] [5]. Phương pháp cố định này có thể tạo ra một bức tường ngoài liền mạch, nhẵn mịn với độ trong suốt cao. Mong muốn tăng cường độ trong suốt trong kiến ​​trúc đã dẫn đến sự phát triển và sử dụng tường lưới cáp và tường ngoài được hỗ trợ bằng bu lông. Các tòa nhà mang tính biểu tượng đầy thách thức về mặt kiến ​​trúc sẽ bao gồm công nghệ hiện đại ngày nay và phải tuân thủ các quy tắc và tiêu chuẩn xây dựng và an toàn tại địa phương.
Keo dán silicon cấu trúc trong suốt (TSSA) đã được nghiên cứu và phương pháp hỗ trợ kính bằng các bộ phận cố định bu lông thay vì khoan lỗ đã được đề xuất [6] [7]. Công nghệ keo dán trong suốt có độ bền, độ bám dính và độ bền cao, có một loạt các tính chất vật lý cho phép các nhà thiết kế tường rèm thiết kế hệ thống kết nối theo cách độc đáo và mới lạ.
Các phụ kiện hình tròn, hình chữ nhật và hình tam giác đáp ứng tính thẩm mỹ và hiệu suất kết cấu dễ thiết kế. TSSA được xử lý cùng lúc với kính nhiều lớp trong lò hấp. Sau khi lấy vật liệu ra khỏi lò hấp, quá trình kiểm tra xác minh 100% có thể được hoàn tất. Ưu điểm đảm bảo chất lượng này là độc nhất của TSSA vì nó có thể cung cấp phản hồi tức thì về tính toàn vẹn cấu trúc của cụm lắp ráp.
Khả năng chống va đập [8] và hiệu ứng hấp thụ sốc của vật liệu silicon cấu trúc thông thường đã được nghiên cứu [9]. Wolf và cộng sự đã cung cấp dữ liệu do Đại học Stuttgart tạo ra. Dữ liệu này cho thấy, so với tốc độ biến dạng gần tĩnh được quy định trong ASTM C1135, cường độ kéo của vật liệu silicon cấu trúc đạt tốc độ biến dạng cực đại là 5 m/s (197 in/s). Độ bền và độ giãn dài tăng lên. Biểu thị mối quan hệ giữa biến dạng và tính chất vật lý.
Vì TSSA là vật liệu có độ đàn hồi cao, có mô đun đàn hồi và độ bền cao hơn silicone cấu trúc, nên hiệu suất chung của nó được kỳ vọng sẽ tương đương. Mặc dù chưa có thử nghiệm trong phòng thí nghiệm với tốc độ biến dạng cao, nhưng có thể dự đoán rằng tốc độ biến dạng cao trong vụ nổ sẽ không ảnh hưởng đến độ bền.
Kính bu lông đã được thử nghiệm, đáp ứng các tiêu chuẩn giảm thiểu nổ [11] và được trưng bày tại Ngày Hiệu suất Kính năm 2013. Kết quả trực quan cho thấy rõ ràng những ưu điểm của việc cố định kính bằng phương pháp cơ học sau khi kính bị vỡ. Đối với các hệ thống chỉ sử dụng keo dán, đây sẽ là một thách thức.
Khung được làm bằng thép rãnh tiêu chuẩn Mỹ với kích thước 151mm chiều sâu x 48,8mm chiều rộng x 5,08mm độ dày thanh thép (6” x 1,92” x 0,20”), thường được gọi là rãnh C 6” x 8,2#. Các rãnh C được hàn lại với nhau ở các góc, và một đoạn tam giác dày 9mm (0,375 inch) được hàn ở các góc, nằm thụt vào so với bề mặt khung. Một lỗ 18mm (0,71 inch) được khoan trên tấm thép để có thể dễ dàng lắp bu lông có đường kính 14mm (0,55 inch).
Phụ kiện kim loại TSSA có đường kính 60 mm (2,36 inch) cách mỗi góc 50 mm (2 inch). Lắp bốn phụ kiện vào mỗi tấm kính để tạo sự cân xứng. Điểm độc đáo của TSSA là có thể lắp sát mép kính. Phụ kiện khoan dùng để cố định cơ học kính có kích thước cụ thể bắt đầu từ mép kính, phải được tích hợp vào thiết kế và phải được khoan trước khi tôi.
Kích thước gần mép giúp cải thiện độ trong suốt của hệ thống hoàn thiện, đồng thời giảm độ bám dính của mối nối sao do mô-men xoắn thấp hơn trên mối nối sao thông thường. Kính được chọn cho dự án này là hai lớp kính cường lực trong suốt dày 6mm (1/4″) kích thước 1524mm x 1524mm (5′x5′) được ghép bằng màng trung gian ionomer Sentry Glass Plus (SGP) dày 1,52mm (0,060) “).
Một đĩa TSSA dày 1 mm (0,040 inch) được phủ lên một phụ kiện thép không gỉ đã được sơn lót đường kính 60 mm (2,36 inch). Lớp sơn lót được thiết kế để cải thiện độ bền bám dính trên thép không gỉ và là hỗn hợp silane và titanate trong dung môi. Đĩa kim loại được ép vào kính với lực đo được là 0,7 MPa (100 psi) trong một phút để tạo độ ẩm và tiếp xúc. Đặt các thành phần vào nồi hấp áp suất đạt áp suất 11,9 Bar (175 psi) và nhiệt độ 133 °C (272 °F) để TSSA đạt được thời gian ngâm 30 phút cần thiết để đóng rắn và liên kết trong nồi hấp.
Sau khi nồi hấp hoàn tất và làm nguội, hãy kiểm tra từng khớp nối TSSA và siết chặt đến 55Nm (40,6 foot-pound) để đạt tải trọng tiêu chuẩn là 1,3 MPa (190 psi). Phụ kiện cho TSSA do Sadev cung cấp và được xác định là phụ kiện R1006 TSSA.
Lắp ráp phần thân chính của phụ kiện vào đĩa bảo dưỡng trên kính và hạ xuống khung thép. Điều chỉnh và cố định các đai ốc trên bu lông sao cho mặt kính bên ngoài bằng phẳng với mặt ngoài của khung thép. Mối nối 13mm x 13mm (1/2″ x ½”) bao quanh chu vi kính được bịt kín bằng cấu trúc hai phần bằng silicon để có thể bắt đầu thử nghiệm tải trọng áp suất vào ngày hôm sau.
Thử nghiệm được thực hiện bằng cách sử dụng ống giảm chấn tại Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Chất nổ thuộc Đại học Kentucky. Ống giảm chấn được cấu tạo từ thân thép gia cường, có thể lắp đặt các khối có kích thước lên đến 3,7m x 3,7m trên bề mặt.
Ống va chạm được dẫn động bằng cách đặt thuốc nổ dọc theo chiều dài của ống nổ để mô phỏng các pha dương và âm của sự kiện nổ [12] [13]. Đặt toàn bộ cụm khung kính và thép vào ống giảm xóc để thử nghiệm, như minh họa trong Hình 4.
Bốn cảm biến áp suất được lắp bên trong ống giảm xóc, giúp đo chính xác áp suất và nhịp đập. Hai máy quay video kỹ thuật số và một máy ảnh SLR kỹ thuật số đã được sử dụng để ghi lại quá trình thử nghiệm.
Camera tốc độ cao MREL Ranger HR đặt gần cửa sổ bên ngoài ống giảm xóc đã ghi lại thử nghiệm ở tốc độ 500 khung hình/giây. Đặt máy ghi laser lệch hướng 20 kHz gần cửa sổ để đo độ lệch ở tâm cửa sổ.
Bốn thành phần khung đã được thử nghiệm tổng cộng chín lần. Nếu kính không thoát ra khỏi lỗ mở, hãy thử nghiệm lại thành phần dưới áp suất và va đập cao hơn. Trong mỗi trường hợp, dữ liệu áp suất mục tiêu, xung lực và biến dạng kính đều được ghi lại. Sau đó, mỗi thử nghiệm cũng được đánh giá theo AAMA 510-14 [Hướng dẫn Tự nguyện của Hệ thống Festestration về Giảm thiểu Nguy cơ Nổ].
Như đã mô tả ở trên, bốn cụm khung đã được thử nghiệm cho đến khi kính được tháo ra khỏi lỗ mở của cổng nổ. Mục tiêu của thử nghiệm đầu tiên là đạt áp suất 69 kPa với xung lực 614 kPa-ms (10 psi A 89 psi-msec). Dưới tác động của tải trọng, cửa sổ kính vỡ ra và tách khỏi khung. Khớp nối điểm Sadev giúp TSSA bám dính vào kính cường lực bị vỡ. Khi kính cường lực vỡ, kính rời khỏi lỗ mở sau khi bị lệch khoảng 100 mm (4 inch).
Trong điều kiện tải trọng liên tục tăng dần, khung 2 đã được thử nghiệm 3 lần. Kết quả cho thấy sự cố chỉ xảy ra khi áp suất đạt đến 69 kPa (10 psi). Áp suất đo được là 44,3 kPa (6,42 psi) và 45,4 kPa (6,59 psi) không ảnh hưởng đến tính toàn vẹn của cấu kiện. Dưới áp suất đo được là 62 kPa (9 psi), độ võng của kính gây ra hiện tượng vỡ, để lại cửa sổ kính trong lỗ hở. Tất cả các phụ kiện TSSA đều được gắn bằng kính cường lực đã vỡ, giống như trong Hình 7.
Trong điều kiện tải trọng liên tục tăng dần, khung 3 đã được thử nghiệm hai lần. Kết quả cho thấy sự cố không xảy ra cho đến khi áp suất đạt đến mục tiêu 69 kPa (10 psi). Áp suất đo được là 48,4 kPa (7,03) psi sẽ không ảnh hưởng đến tính toàn vẹn của thành phần. Việc thu thập dữ liệu không cho phép độ lệch, nhưng quan sát trực quan từ video cho thấy độ lệch của thử nghiệm khung 2 số 3 và thử nghiệm khung 4 số 7 là tương tự nhau. Dưới áp suất đo là 64 kPa (9,28 psi), độ lệch của kính đo được ở 190,5 mm (7,5 inch) dẫn đến vỡ, để lại cửa sổ kính trong lỗ hở. Tất cả các phụ kiện TSSA đều được gắn bằng kính cường lực đã vỡ, giống như Hình 7.
Với tải trọng liên tục tăng dần, khung 4 đã được thử nghiệm 3 lần. Kết quả cho thấy sự cố không xảy ra cho đến khi áp suất đạt mục tiêu 10 psi lần thứ hai. Áp suất đo được là 46,8 kPa (6,79) và 64,9 kPa (9,42 psi) sẽ không ảnh hưởng đến tính toàn vẹn của cấu kiện. Trong thử nghiệm số 8, kính được đo uốn cong 100 mm (4 inch). Dự kiến ​​tải trọng này sẽ khiến kính vỡ, nhưng có thể thu thập được các dữ liệu khác.
Trong thử nghiệm số 9, áp suất đo được là 65,9 kPa (9,56 psi) đã làm lệch kính 190,5 mm (7,5 inch) và gây vỡ, để lại cửa sổ kính trong lỗ hở. Tất cả các phụ kiện TSSA đều được gắn bằng cùng một loại kính cường lực bị vỡ như trong Hình 7. Trong mọi trường hợp, các phụ kiện có thể dễ dàng tháo rời khỏi khung thép mà không gây ra hư hỏng rõ ràng.
TSSA cho mỗi lần thử nghiệm vẫn không thay đổi. Sau khi thử nghiệm, khi kính vẫn còn nguyên vẹn, không có thay đổi trực quan nào về TSSA. Video tốc độ cao cho thấy kính vỡ ở điểm giữa của nhịp và sau đó rời khỏi khe hở.
Từ sự so sánh giữa kính bị hỏng và không bị hỏng trong Hình 8 và Hình 9, điều thú vị cần lưu ý là chế độ vỡ kính xảy ra ở rất xa điểm gắn kết, điều này cho thấy phần kính không liên kết đã đạt đến điểm uốn, đang nhanh chóng tiến đến điểm giới hạn chảy giòn của kính so với phần vẫn liên kết.
Điều này cho thấy trong quá trình thử nghiệm, các tấm vỡ ở những bộ phận này có khả năng dịch chuyển dưới tác động của lực cắt. Kết hợp nguyên lý này với quan sát cho thấy chế độ hỏng hóc dường như là sự giòn của độ dày kính tại giao diện keo dán, khi tải trọng quy định tăng lên, hiệu suất cần được cải thiện bằng cách tăng độ dày kính hoặc kiểm soát độ võng bằng các biện pháp khác.
Thử nghiệm 8 của Khung 4 là một bất ngờ thú vị tại cơ sở thử nghiệm. Mặc dù kính không bị hư hại để có thể thử nghiệm lại khung, nhưng TSSA và các dải niêm phong xung quanh vẫn có thể chịu được tải trọng lớn này. Hệ thống TSSA sử dụng bốn phụ kiện 60mm để đỡ kính. Tải trọng gió thiết kế là tải trọng động và tải trọng vĩnh cửu, cả hai đều ở mức 2,5 kPa (50 psf). Đây là một thiết kế vừa phải, với độ trong suốt lý tưởng về mặt kiến ​​trúc, thể hiện tải trọng cực kỳ cao, và TSSA vẫn được giữ nguyên.
Nghiên cứu này được thực hiện để xác định xem độ bám dính của hệ thống kính có một số nguy cơ tiềm ẩn hoặc khiếm khuyết nào không, xét về yêu cầu cấp thấp đối với hiệu suất phun cát. Rõ ràng, một hệ thống phụ kiện TSSA 60mm đơn giản được lắp đặt gần mép kính và vẫn duy trì hiệu suất cho đến khi kính vỡ. Khi kính được thiết kế để chống vỡ, TSSA là một phương pháp kết nối khả thi, có thể cung cấp một mức độ bảo vệ nhất định trong khi vẫn duy trì các yêu cầu về độ trong suốt và độ mở của tòa nhà.
Theo tiêu chuẩn ASTM F2912-17, các thành phần cửa sổ được thử nghiệm đạt mức nguy hiểm H1 theo tiêu chuẩn C1. Phụ kiện Sadev R1006 được sử dụng trong nghiên cứu không bị ảnh hưởng.
Kính cường lực được sử dụng trong nghiên cứu này là “mắt xích yếu” trong hệ thống. Một khi kính bị vỡ, TSSA và dải niêm phong xung quanh không thể giữ lại lượng kính lớn, vì một lượng nhỏ mảnh kính vẫn còn sót lại trên vật liệu silicon.
Xét về mặt thiết kế và hiệu suất, hệ thống keo dán TSSA đã được chứng minh mang lại mức độ bảo vệ cao cho các cấu kiện mặt tiền chịu nổ ở mức chỉ số hiệu suất nổ ban đầu, điều này đã được ngành công nghiệp chấp nhận rộng rãi. Mặt tiền được thử nghiệm cho thấy khi nguy cơ nổ nằm trong khoảng từ 41,4 kPa (6 psi) đến 69 kPa (10 psi), hiệu suất ở mức nguy hiểm nổ có sự khác biệt đáng kể.
Tuy nhiên, điều quan trọng là sự khác biệt trong phân loại nguy cơ không phải do lỗi kết dính, thể hiện qua chế độ lỗi kết dính của keo và mảnh thủy tinh giữa các ngưỡng nguy cơ. Theo quan sát, kích thước của kính được điều chỉnh phù hợp để giảm thiểu độ võng, ngăn ngừa hiện tượng giòn do phản ứng cắt tăng lên tại giao diện uốn và gắn kết, đây dường như là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất.
Các thiết kế trong tương lai có thể giúp giảm mức độ nguy hiểm khi chịu tải trọng cao hơn bằng cách tăng độ dày của kính, cố định vị trí của điểm so với cạnh và tăng đường kính tiếp xúc của chất kết dính.
[1] ASTM F2912-17 Tiêu chuẩn kỹ thuật sợi thủy tinh, Kính và hệ thống kính chịu tải trọng ở độ cao lớn, ASTM International, West Conshawken, Pennsylvania, 2017, https://doi.org/10.1520/F2912-17 [2] Hilliard, JR, Paris, CJ và Peterson, CO, Jr., “Kính bịt kín kết cấu, Công nghệ bịt kín cho hệ thống kính”, ASTM STP 638, ASTM International, West Conshooken, Pennsylvania, 1977, trang 67-99. [3] Zarghamee, MS, TA, Schwartz và Gladstone, M., “Hiệu suất địa chấn của kính silica kết cấu”, Bịt kín tòa nhà, Chất bịt kín, Kính và Công nghệ chống thấm nước, Tập 1. 6. ASTM STP 1286, JC Myers, biên tập viên, ASTM International, West Conshohocken, Pennsylvania, 1996, trang 46-59. [4] Carbary, LD, “Đánh giá độ bền và hiệu suất của hệ thống cửa sổ kính kết cấu silicon”, Ngày hiệu suất kính, Tampere Phần Lan, tháng 6 năm 2007, Biên bản hội nghị, trang 190-193. [5] Schmidt, CM, Schoenherr, WJ, Carbary LD, và Takish, MS, “Hiệu suất của keo kết cấu silicon”, Khoa học và công nghệ hệ thống kính, ASTM STP1054, CJ Đại học Paris, Hiệp hội thử nghiệm và vật liệu Hoa Kỳ, Philadelphia, 1989 Năm, trang 22-45 [6] Wolf, AT, Sitte, S., Brasseur, M., J. và Carbary L. D, “Keo kết cấu silicon trong suốt để cố định kính (TSSA) Đánh giá sơ bộ các tính chất cơ học và độ bền của thép”, Hội nghị chuyên đề về độ bền quốc tế lần thứ tư “Chất bịt kín và keo kết dính xây dựng”, Tạp chí quốc tế ASTM, xuất bản trực tuyến, tháng 8 năm 2011, Tập 8, Số 10 (11 tháng 11 năm 2011), JAI 104084, có sẵn trên trang web sau: www.astm.org/DIGITAL_LIBRARY/JOURNALS/JAI/PAGES/JAI104084.htm. [7] Clift, C., Hutley, P., Carbary, LD, Keo dán silicon có cấu trúc trong suốt, Ngày hiệu suất kính, Tampere, Phần Lan, tháng 6 năm 2011, Biên bản cuộc họp, trang 650-653. [8] Clift, C., Carbary, LD, Hutley, P., Kimberlain, J., “Kính silica kết cấu thế hệ mới” Tạp chí thiết kế và kỹ thuật mặt tiền 2 (2014) 137–161, DOI 10.3233 / FDE-150020 [ 9] Kenneth Yarosh, Andreas T. Wolf và Sigurd Sitte “Đánh giá chất bịt kín cao su silicon trong thiết kế cửa sổ chống đạn và tường kính ở tốc độ di chuyển cao”, Tạp chí ASTM International, Số 1. 6. Bài báo số 2, ID JAI101953 [10] ASTM C1135-15, Phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn để xác định hiệu suất bám dính kéo của chất bịt kín kết cấu, ASTM International, West Conshohocken, Pennsylvania, 2015, https:/ /doi.org/10.1520/C1135-15 [11] Morgan, T., “Tiến bộ trong Kính chống nổ cố định bằng bu lông”, Ngày hiệu suất kính, tháng 6 năm 2013, biên bản cuộc họp, trang 181-182 [12] ASTM F1642 / F1642M-17 Phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn cho kính và hệ thống kính chịu tải trọng gió lớn, ASTM International, West Conshohocken, Pennsylvania, 2017, https://doi.org/10.1520/F1642_F1642M-17 [13] Wedding, William Chad và Braden T. Lusk. “Một phương pháp mới để xác định phản ứng của hệ thống kính chống nổ đối với tải trọng nổ.” Metric 45.6 (2012): 1471-1479. [14] “Hướng dẫn tự nguyện để giảm thiểu nguy cơ nổ của hệ thống cửa sổ thẳng đứng” AAMA 510-14.