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 chất kết dính có độ bền cực cao để gắn những viên đá bọt lớn này vào các phụ kiện mà không cần phải 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 người cư ngụ trong tòa nhà và yêu cầu này vượt quá hoặc vượt quá yêu cầu về tải trọng gió thông thường.Một số thử nghiệm đã được thực hiện trên hệ thống cố định điểm để khoan nhưng chưa thực hiện trên phương pháp liên kết.
Mục đích của bài viết này là ghi lại thử nghiệm mô phỏng sử dụng ống sốc có tích điện nổ để mô phỏng một vụ nổ nhằm mô phỏng tác động của tải nổ lên một bộ phận trong suốt được liên kết.Các biến này bao gồm tải trọng nổ được xác định bởi ASTM F2912 [1], được thực hiện trên một tấm mỏng có gắn bánh sandwich ionomer SGP.Nghiên cứu này là lần đầu tiên nó có thể định lượng hiệu suất bùng nổ tiềm tàng 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 tấm kính có kích thước 1524 x 1524 mm (60 inch x 60 inch).
Bốn thành phần được tải ở mức 48,3 kPa (7 psi) trở xuống không làm hỏng hoặc ảnh hưởng đến TSSA và kính.Năm bộ phận được đặt dưới áp suất trên 62 kPa (9 psi) và bốn trong số năm bộ phận bị vỡ kính, khiến kính dịch chuyển khỏi lỗ mở.Trong mọi trường hợp, TSSA vẫn được gắn vào các phụ kiện kim loại và không tìm thấy trục trặc, độ bám dính hoặc liên kết nào.Thử nghiệm đã chỉ ra rằng, 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 được tạo ở đây có thể được sử dụng để thiết kế hệ thống TSSA nhằm đáp ứng tải được chỉ định.
Jon Kimberlain (Jon Kimberlain) là chuyên gia ứng dụng tiên tiến về silicon 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 về silicone và ASTM của Dow Corning.
Việc gắn silicone cấu trúc của các tấm kính 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 có thể làm cho bức tường bên ngoài mịn màng liên tục với độ trong suốt cao.Mong muốn tăng cường tính minh bạch trong kiến ​​trúc đã dẫn đến sự phát triển và sử dụng các bức tường lưới cáp và các bức tường bên ngoài được hỗ trợ bằng bu lông.Các tòa nhà mang tính bước ngoặt về mặt kiến ​​trúc đầy thách thức sẽ sử dụng công nghệ hiện đại ngày nay và phải tuân thủ các quy tắc và tiêu chuẩn xây dựng và an toàn của địa phương.
Chất kết dính silicon cấu trúc trong suốt (TSSA) đã được nghiên cứu và phương pháp đỡ kính bằng các bộ phận cố định bu lông thay vì khoan lỗ đã được đề xuất [6] [7].Công nghệ keo trong suốt với độ bền, độ bám dính và độ bền cao có hàng loạt tính chất vật lý cho phép các nhà thiết kế rèm vách ngăn thiết kế hệ thống kết nối một cách độc đáo và mới lạ.
Các phụ kiện hình tròn, hình chữ nhật và hình tam giác đáp ứng tính thẩm mỹ và kết cấu rất dễ thiết kế.TSSA được xử lý cùng với kính nhiều lớp được xử lý trong nồi hấp.Sau khi loại bỏ vật liệu khỏi chu trình hấp, quá trình kiểm tra xác minh 100% có thể được hoàn thành.Ưu điểm đảm bảo chất lượng này là duy nhất của TSSA vì nó có thể cung cấp phản hồi ngay lập tức về tính toàn vẹn cấu trúc của tổ hợp.
Khả năng chống va đập [8] và hiệu quả hấp thụ sốc của vật liệu silicon kết cấu thông thường đã được nghiên cứu [9].Sói và cộng sự.cung cấp dữ liệu do Đại học Stuttgart tạo ra.Những dữ liệu này cho thấy rằng, so với tốc độ biến dạng bán tĩnh được quy định trong ASTM C1135, độ bền kéo của vật liệu silicon kết cấu ở tốc độ biến dạng tối đa là 5m/s (197in/s).Sức mạnh và độ giãn dài tăng lên.Cho biết mối quan hệ giữa biến dạng và tính chất vật lý.
Vì TSSA là vật liệu có độ đàn hồi cao với mô đun và độ bền cao hơn silicone kết cấu nên nó được kỳ vọng sẽ có hiệu suất chung tương tự.Mặc dù các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm với tốc độ biến dạng cao chưa được thực hiện nhưng có thể hy vọng rằng tốc độ biến dạng cao trong vụ nổ sẽ không ảnh hưởng đến độ bền.
Kính bắt vít đã được thử nghiệm, đáp ứng các tiêu chuẩn giảm thiểu cháy nổ [11] và được trưng bày tại Ngày trình diễn kính năm 2013.Kết quả trực quan cho thấy rõ ưu điểm của việc cố định kính bằng máy sau khi kính bị vỡ.Đối với các hệ thống chỉ có chất kết dính thuần túy, đây sẽ là một thách thức.
Khung được làm bằng kênh thép tiêu chuẩn Mỹ với kích thước sâu 151mm x rộng 48,8 mm x dày 5,08mm (6” x 1,92” x 0,20”), thường gọi là khe C 6” x 8,2#.Các kênh C được hàn với nhau ở các góc và một phần hình tam giác dày 9 mm (0,375 inch) được hàn ở các góc, đặt lùi lại khỏi bề mặt của khung.Một lỗ 18mm (0,71 inch) đã được khoan trên tấm để có thể dễ dàng lắp một bu lông có đường kính 14mm (0,55 inch) vào đó.
Các phụ kiện kim loại TSSA có đường kính 60 mm (2,36 inch) cách mỗi góc 50 mm (2 inch).Áp dụng bốn phụ kiện cho mỗi mảnh kính để làm cho mọi thứ trở nên đối xứng.Điểm độc đáo của TSSA là có thể đặt sát mép kính.Các phụ kiện khoan để cố định cơ học trên kính có kích thước cụ thể bắt đầu từ cạnh, kích thước này phải được tích hợp vào thiết kế và phải được khoan trước khi tôi luyện.
Kích thước gần mép giúp cải thiện độ trong suốt của hệ thống hoàn thiện, đồng thời làm giảm độ bám dính của khớp sao do mô-men xoắn tác dụng lên khớp sao thông thường thấp hơn.Kính được chọn cho dự án này là hai lớp cường lực trong suốt 6mm (1/4"), kích thước 1524mm x 1524mm (5'x 5') được dán với màng trung gian ionomer Sentry Glass Plus (SGP) 1,52mm (0,060)").
Một đĩa TSSA dày 1 mm (0,040 inch) được áp dụng cho khớp nối bằng thép không gỉ sơn lót có đường kính 60 mm (2,36 inch).Lớp sơn lót được thiết kế để cải thiện độ bền bám dính với thép không gỉ và là hỗn hợp của silan 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 bộ phận vào nồi hấp đạt áp suất 11,9 Bar (175 psi) và 133 C° (272°F) để TSSA có thể đạt thời gian ngâm 30 phút cần thiết để xử lý và liên kết trong nồi hấp.
Sau khi nồi hấp hoàn tất và nguội, kiểm tra từng khớp nối TSSA rồi siết chặt đến 55Nm (40,6 foot pound) để hiển thị tải trọng tiêu chuẩn 1,3 MPa (190 psi).Phụ kiện dành cho TSSA được cung cấp bởi Sadev và được xác định là phụ kiện TSSA R1006.
Lắp phần thân chính của phụ kiện vào đĩa bảo dưỡng trên kính và hạ nó vào khung thép.Điều chỉnh và cố định các đai ốc trên bu lông sao cho kính bên ngoài ngang bằng với mặt ngoài của khung thép.Mối nối 13mm x 13mm (1/2″ x½”) bao quanh chu vi kính được bịt kín bằng cấu trúc hai phần bằng silicone để quá trình kiểm tra tải áp suất có thể bắt đầu vào ngày hôm sau.
Cuộc thử nghiệm được thực hiện bằng cách sử dụng ống sốc tại Phòng thí nghiệm nghiên cứu chất nổ tại Đại học Kentucky.Ống giảm xóc bao gồm một thân thép gia cố, có thể lắp đặt các thiết bị có kích thước lên tới 3,7mx 3,7m trên mặt.
Ống tác động được dẫn động bằng cách đặt chất nổ dọc theo chiều dài của ống nổ nhằm mô phỏng các pha dương và âm của sự kiện nổ [12] [13].Đặt toàn bộ cụm khung kính và thép vào ống giảm chấn để thử nghiệm như hình 4.
Bốn cảm biến áp suất được lắp bên trong ống sốc nên có thể đo chính xác áp suất và nhịp tim.Hai máy quay video kỹ thuật số và một máy ảnh SLR kỹ thuật số đã được sử dụng để ghi lại bài kiểm tra.
Camera tốc độ cao MREL Ranger HR đặt gần cửa sổ bên ngoài ống sốc đã ghi lại bài thử nghiệm với tốc độ 500 khung hình/giây.Đặt bản ghi laser độ lệch 20 kHz gần cửa sổ để đo độ lệch ở tâm cửa sổ.
Tổng cộng bốn thành phần khung đã được thử nghiệm chín lần.Nếu kính không rời khỏi lỗ mở, hãy kiểm tra lại bộ phận dưới áp suất và tác động cao hơn.Trong mỗi trường hợp, áp suất mục tiêu, xung lực và dữ liệu biến dạng kính được ghi lại.Sau đó, mỗi thử nghiệm cũng được xếp hạng theo AAMA 510-14 [Hướng dẫn tự nguyện của Hệ thống Lễ hội để giảm thiểu nguy cơ cháy nổ].
Như đã mô tả ở trên, bốn cụm khung đã được thử nghiệm cho đến khi kính được lấy ra khỏi lỗ mở của lỗ nổ.Mục tiêu của thử nghiệm đầu tiên là đạt 69 kPa ở xung 614 kPa-ms (10 psi A 89 psi-msec).Dưới tác dụng của tải trọng, cửa sổ kính vỡ ra và rơi ra khỏi khung.Phụ kiện điểm Sadev giúp TSSA bám dính vào kính cường lực vỡ.Khi kính cường lực vỡ ra, kính rời khỏi lỗ sau khi bị lệch khoảng 100 mm (4 inch).
Trong điều kiện tăng tải liên tục, khung 2 được thử nghiệm 3 lần.Kết quả cho thấy sự cố không xảy ra cho đến khi áp suất đạt tới 69 kPa (10 psi).Áp suất đo được là 44,3 kPa (6,42 psi) và 45,4 kPa (6,59 psi) sẽ không ảnh hưởng đến tính toàn vẹn của bộ phận.Dưới áp suất đo được là 62 kPa (9 psi), độ lệch của kính gây ra vỡ, khiến cửa sổ kính bị hở.Tất cả các phụ kiện TSSA đều được gắn kính cường lực vỡ, giống như hình 7.
Trong điều kiện tăng tải liên tục, khung 3 được thử nghiệm hai lần.Kết quả cho thấy sự cố không xảy ra cho đến khi áp suất đạt 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 bộ phận.Việc thu thập dữ liệu không cho phép bị lệch, nhưng quan sát trực quan từ video cho thấy độ lệch của khung 2 thử nghiệm 3 và khung 4 thử nghiệm 7 là tương tự nhau.Dưới áp suất đo 64 kPa (9,28 psi), độ lệch của kính đo được ở 190,5 mm (7,5 inch) dẫn đến vỡ, khiến cửa sổ kính bị hở.Tất cả các phụ kiện TSSA đều được gắn kính cường lực vỡ, giống như Hình 7.
Với tải 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 bộ phận.Trong thử nghiệm số 8, kính được đo để uốn cong 100 mm (4 inch).Người ta cho rằng tải trọng này sẽ làm vỡ kính nhưng có thể thu được các điểm 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, khiến cửa sổ kính bị hở.Tất cả các phụ kiện TSSA đều được gắn bằng kính cường lực vỡ giống như trong Hình 7. Trong mọi trường hợp, các phụ kiện có thể dễ dàng tháo ra khỏi khung thép mà không có bất kỳ hư hỏng rõ ràng nào.
TSSA cho mỗi bài kiểm tra không thay đổi.Sau khi thử nghiệm, khi kính vẫn còn nguyên vẹn thì TSSA không có sự thay đổi về mặt hình ảnh.Đoạn video tốc độ cao cho thấy kính vỡ ở điểm giữa nhịp rồi rời khỏi khe hở.
Từ việc so sánh mức độ hỏng hóc và không hỏng hóc của kính trong Hình 8 và Hình 9, điều thú vị cần lưu ý là chế độ nứt kính xảy ra ở xa điểm gắn, điều này cho thấy phần không được liên kết của kính đã đạt đến điểm uốn, điều này cho thấy phần kính không được liên kết đã đạt đến điểm uốn. đang nhanh chóng đến gần Điểm chảy dẻo của thủy tinh liên quan đến phần vẫn được liên kết.
Điều này cho thấy rằng trong quá trình thử nghiệm, các tấm bị vỡ ở những bộ phận này có khả năng di chuyển dưới lực cắt.Kết hợp nguyên tắc này và quan sát rằng dạng hư hỏng dường như là sự giòn của độ dày kính ở bề mặt dính, khi tải trọng quy định tăng lên, hiệu suất cần được cải thiện bằng cách tăng độ dày kính hoặc kiểm soát độ lệch bằng các phương tiện khác.
Thử nghiệm 8 của Khung 4 là một bất ngờ thú vị tại cơ sở thử nghiệm.Dù kính không bị hư hại nên khung có thể được kiểm tra lại nhưng TSSA và các dải niêm phong xung quanh vẫn có thể duy trì được tải trọng lớn này.Hệ thống TSSA sử dụng bốn phụ kiện 60mm để đỡ kính.Tải trọng gió thiết kế là tải trực tiếp và tải thường xuyên, cả hai đều ở mức 2,5 kPa (50 psf).Đây là một thiết kế vừa phải, có kiến ​​trúc trong suốt lý tưởng, chịu được tải trọng cực cao và TSSA vẫn còn nguyên vẹn.
Nghiên cứu này được thực hiện để xác định xem độ bám dính của hệ thống kính có một số mối nguy hiểm hoặc khiếm khuyết cố hữu về mặt yêu cầu ở mức độ thấp đối với hiệu suất phun cát hay không.Rõ ràng, một hệ thống phụ kiện TSSA 60mm đơn giản được lắp đặt gần mép kính và có tác dụng cho đến khi kính vỡ.Khi kính được thiết kế để chống vỡ, TSSA là phương pháp kết nối khả thi có thể cung cấp mức độ bảo vệ nhất định trong khi vẫn duy trì các yêu cầu của tòa nhà về tính minh bạch và cởi mở.
Theo tiêu chuẩn ASTM F2912-17, các thành phần cửa sổ được thử nghiệm đạt mức nguy hiểm H1 trên mức tiêu chuẩn C1.Phụ kiện Sadev R1006 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 một lượng lớn kính, vì một lượng nhỏ mảnh thủy tinh vẫn còn sót lại trên vật liệu silicon.
Từ quan điểm thiết kế và hiệu suất, hệ thống keo TSSA đã được chứng minh là mang lại mức độ bảo vệ cao cho các thành phần mặt tiền cấp độ dễ nổ ở mức ban đầu của các chỉ số hiệu suất nổ, đã được ngành công nghiệp chấp nhận rộng rãi.Mặt tiền được thử nghiệm cho thấy rằng khi nguy cơ nổ nằm trong khoảng từ 41,4 kPa (6 psi) đến 69 kPa (10 psi), hiệu suất ở mức nguy hiểm sẽ khác biệt đáng kể.
Tuy nhiên, điều quan trọng là sự khác biệt trong phân loại mối nguy hiểm không phải do hư hỏng chất kết dính như được biểu thị bằng dạng hư hỏng dính của chất kết dính và mảnh thủy tinh giữa các ngưỡng nguy hiểm.Theo quan sát, kích thước của kính được điều chỉnh phù hợp để giảm thiểu độ lệch nhằm tránh độ giòn do phản ứng cắt tăng lên ở bề mặt uốn cong và gắn vào, đây dường như là yếu tố then chốt trong hiệu suất.
Các thiết kế trong tương lai có thể giảm mức độ nguy hiểm dưới 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] Thông số kỹ thuật sợi thủy tinh tiêu chuẩn ASTM F2912-17, Hệ thống kính và kính chịu tải trọng ở độ cao, ASTM International, West Conshawken, Pennsylvania, 2017, https://doi.org/10.1520/F2912-17 [2] Hilliard, JR, Paris, CJ và Peterson, CO, Jr., “Kính kết cấu, Công nghệ keo cho hệ thống kính”, ASTM STP 638, ASTM International, West Conshooken, Pennsylvania, 1977, p.67- 99 trang.[3] Zarghamee, MS, TA, Schwartz và Gladstone, M. , “Hiệu suất địa chấn của kính silic kết cấu”, Công nghệ niêm phong, keo dán, kính và chống thấm tòa nhà, 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 về độ bền và hiệu suất của hệ thống cửa sổ kính kết cấu silicon”, Ngày trình diễn kính, Tampere Phần Lan, tháng 6 năm 2007, Kỷ yếu hội nghị, trang 190-193.[5] Schmidt, CM, Schoenherr, WJ, Carbary LD, và Takish, MS, “Hiệu suất của chất kết dính kết cấu silicon”, Khoa học và công nghệ hệ thống thủy tinh, ASTM STP1054, Đại học CJ 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, “Chất kết dính silicone kết cấu trong suốt để cố định phân phối kính (TSSA) Đánh giá sơ bộ về cơ khí tính chất và độ bền của thép”, Hội nghị chuyên đề về độ bền quốc tế lần thứ tư “Chất bịt kín và chất kết dính xây dựng”, Tạp chí quốc tế ASTM, xuất bản trực tuyến, tháng 8 năm 2011, Tập 8, Số 10 (Tháng 11 năm 2011), JAI 104084, có sẵn từ trang web sau : www.astm.org/DIGITAL_LIBRARY/JOURNALS/JAI/PAGES/JAI104084.htm.[7] Clift, C., Hutley, P., Carbary, LD, Chất kết dính silicon cấu trúc trong suốt, Ngày biểu diễn thủy tinh, Tampere, Phần Lan, tháng 6 năm 2011, Kỷ yếu cuộc họp, trang 650-653.[8] Clift, C., Carbary, LD, Hutley, P., Kimberlain, J., “Kính Silica kết cấu thế hệ mới” Tạp chí Kỹ thuật và Thiết kế 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 rèm ở tốc độ di chuyển cao”, Tạp chí quốc tế ASTM, Số 1. 6. Giấy 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 cố định bằng bu lông chống cháy nổ”, Ngày hiệu suất kính, tháng 6 năm 2103, biên bản cuộc họp, trang 181-182 [12] ASTM F1642 / F1642M-17 Phương pháp thử 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] Đám cưới, 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.”Số liệu 45,6 (2012): 1471-1479.[14] “Hướng dẫn tự nguyện để giảm thiểu nguy cơ cháy nổ của hệ thống cửa sổ dọc” AAMA 510-14.