تحظى أنظمة الزجاج المثبتة بنقاط، والتي تلبي هذا المطلب المعماري، بشعبية كبيرة في المداخل الأرضية أو الأماكن العامة. وقد أتاحت التطورات التكنولوجية الحديثة استخدام مواد لاصقة فائقة القوة لتثبيت هذه الأحجار الخفافية الكبيرة على الملحقات دون الحاجة إلى حفر ثقوب في الزجاج.
يزيد الموقع الأرضي النموذجي من احتمالية عمل النظام كطبقة واقية لشاغلي المبنى، وهذا الشرط يتجاوز أو يفوق متطلبات أحمال الرياح النموذجية. أُجريت بعض الاختبارات على نظام التثبيت النقطي للحفر، ولكن لم تُجرَ على طريقة الترابط.
الغرض من هذه المقالة هو تسجيل اختبار محاكاة باستخدام أنبوب صدمات محمّل بشحنات متفجرة لمحاكاة انفجار، وذلك لمحاكاة تأثير حمل متفجر على مكون شفاف ملتصق. تشمل هذه المتغيرات حمل الانفجار المحدد في معيار ASTM F2912 [1]، والذي يُجرى على صفيحة رقيقة مزودة بساندويتش أيونومر SGP. يُعد هذا البحث أول مرة يُمكّن من تحديد الأداء الانفجاري المحتمل لاختبارات واسعة النطاق وتصميم معماري. رُكّبت أربعة تجهيزات TSSA بقطر 60 مم (2.36 بوصة) على صفيحة زجاجية قياسها 1524 × 1524 مم (60 بوصة × 60 بوصة).
لم تُلحق المكونات الأربعة المُحمَّلة بضغط 48.3 كيلو باسكال (7 رطل/بوصة مربعة) أو أقل ضررًا أو تأثيرًا على نظام TSSA والزجاج. حُمِّلت خمسة مكونات تحت ضغط يزيد عن 62 كيلو باسكال (9 رطل/بوصة مربعة)، وظهر كسر في الزجاج في أربعة من المكونات الخمسة، مما تسبب في انحراف الزجاج عن الفتحة. في جميع الحالات، ظل نظام TSSA مُثبَّتًا بالتركيبات المعدنية، ولم يُعثر على أي عطل أو التصاق أو ترابط. أظهرت الاختبارات أنه، وفقًا لمتطلبات AAMA 510-14، يُمكن لتصميم نظام TSSA المُختَبَر توفير نظام أمان فعّال تحت ضغط 48.3 كيلو باسكال (7 رطل/بوصة مربعة) أو أقل. يُمكن استخدام البيانات المُولَّدة هنا لتصميم نظام TSSA لتلبية الحمل المُحدَّد.
جون كيمبرلين (جون كيمبرلين) هو خبير التطبيقات المتقدمة للسيليكونات عالية الأداء من شركة داو كورنينج. أما لورانس د. كارباري (لورانس د. كارباري) فهو عالم متخصص في صناعة الإنشاءات عالية الأداء في داو كورنينج، وباحث في مجال السيليكون والاختبار والمواد في داو كورنينج.
استُخدمت مادة السيليكون الهيكلية لتثبيت الألواح الزجاجية لما يقرب من 50 عامًا لتعزيز جماليات المباني الحديثة وأدائها [2] [3] [4] [5]. وتُمكّن طريقة التثبيت هذه من جعل الجدار الخارجي سلسًا ومتواصلًا بشفافية عالية. وقد أدى السعي إلى زيادة الشفافية في الهندسة المعمارية إلى تطوير واستخدام جدران شبكية كابلية وجدران خارجية مدعومة بمسامير. وستتضمن المباني البارزة ذات التحديات المعمارية تقنيات حديثة، ويجب أن تتوافق مع معايير وقوانين البناء والسلامة المحلية.
تمت دراسة لاصق السيليكون الهيكلي الشفاف (TSSA)، واقتراح طريقة لدعم الزجاج بأجزاء تثبيت البراغي بدلاً من حفر الثقوب [6] [7]. تتميز تقنية الغراء الشفاف بالقوة والالتصاق والمتانة، مما يسمح لمصممي جدران الستارة بتصميم نظام التوصيل بطريقة فريدة ومبتكرة.
تتميز ملحقات TSSA الدائرية والمستطيلة والمثلثة بسهولة تصميمها، حيث تجمع بين الجمال والأداء الهيكلي. تُعالَج TSSA مع الزجاج الرقائقي الذي يُعالَج في جهاز التعقيم. بعد إخراج المادة من دورة التعقيم، يُمكن إكمال اختبار التحقق الكامل. تتميز TSSA بهذه الميزة الفريدة لضمان الجودة، إذ تُقدم تقييمًا فوريًا لسلامة هيكل التجميع.
دُرست مقاومة الصدمات [8] وتأثير امتصاص الصدمات لمواد السيليكون الهيكلية التقليدية [9]. قدّم وولف وآخرون بياناتٍ من جامعة شتوتغارت. تُظهر هذه البيانات أنه مقارنةً بمعدل الانفعال شبه الساكن المحدد في المعيار ASTM C1135، فإن قوة الشد لمادة السيليكون الهيكلية تبلغ معدل انفعال أقصى قدره 5 م/ثانية (197 بوصة/ثانية). تزداد القوة والاستطالة. يُشير هذا إلى العلاقة بين الانفعال والخصائص الفيزيائية.
بما أن TSSA مادة عالية المرونة ذات معامل مرونة وقوة أعلى من السيليكون الهيكلي، فمن المتوقع أن يكون أداؤها العام مماثلاً. ورغم عدم إجراء اختبارات معملية ذات معدلات إجهاد عالية، فمن المتوقع ألا يؤثر معدل الإجهاد العالي الناتج عن الانفجار على القوة.
تم اختبار الزجاج المُثبّت، وهو يفي بمعايير تخفيف الانفجار [11]، وعُرض في يوم أداء الزجاج لعام 2013. تُظهر النتائج المرئية بوضوح مزايا التثبيت الميكانيكي للزجاج بعد كسره. بالنسبة للأنظمة ذات التثبيت اللاصق فقط، سيُشكّل هذا تحديًا.
الإطار مصنوع من قناة فولاذية قياسية أمريكية، بأبعاد 151 مم عمقًا × 48.8 مم عرضًا × 5.08 مم سمكًا للشبكة (6 بوصات × 1.92 بوصة × 0.20 بوصة)، وتُسمى عادةً فتحة C مقاس 6 بوصات × 8.2#. تُلحم قنوات C معًا عند الزوايا، ويُلحم مقطع مثلثي بسمك 9 مم (0.375 بوصة) عند الزوايا، بعيدًا عن سطح الإطار. حُفر ثقب بقطر 18 مم (0.71 بوصة) في الصفيحة ليسهل إدخال مسمار بقطر 14 مم (0.55 بوصة) فيها.
تركيبات TSSA المعدنية بقطر 60 مم (2.36 بوصة) تبعد 50 مم (2 بوصة) عن كل زاوية. ثبّت أربع تركيبات على كل قطعة زجاج لجعلها متناسقة. تتميز TSSA بإمكانية تركيبها بالقرب من حافة الزجاج. تتميز ملحقات الحفر للتثبيت الميكانيكي في الزجاج بأبعاد محددة تبدأ من الحافة، والتي يجب دمجها في التصميم ويجب حفرها قبل التقسية.
يُحسّن الحجم القريب من الحافة شفافية النظام النهائي، ويُقلل في الوقت نفسه من التصاق الوصلة النجمية نظرًا لانخفاض عزم الدوران عليها. الزجاج المُختار لهذا المشروع عبارة عن طبقتين شفافتين مُقسّيتين بسمك 6 مم (ربع بوصة) بأبعاد 1524 مم × 1524 مم (5 أقدام × 5 أقدام)، مُغلّفتين بغشاء أيونومر متوسط ​​من Sentry Glass Plus (SGP) بسمك 1.52 مم (0.060 بوصة).
يُوضع قرص TSSA بسمك 1 مم (0.040 بوصة) على وصلة من الفولاذ المقاوم للصدأ مُجهّزة بطبقة أساس بقطر 60 مم (2.36 بوصة). صُمم هذا الطلاء الأساسي لتحسين متانة الالتصاق بالفولاذ المقاوم للصدأ، وهو مزيج من السيلان والتيتانات في مذيب. يُضغط القرص المعدني على الزجاج بقوة مُقاسة تبلغ 0.7 ميجا باسكال (100 رطل/بوصة مربعة) لمدة دقيقة واحدة لتوفير البلل والتلامس. تُوضع المكونات في وعاء ضغط يصل ضغطه إلى 11.9 بار (175 رطل/بوصة مربعة) ودرجة حرارته إلى 133 درجة مئوية (272 درجة فهرنهايت) حتى يصل TSSA إلى مدة النقع المطلوبة للتصلب والالتصاق في وعاء الضغط.
بعد اكتمال عملية التعقيم وتبريدها، افحص كل وصلة من وصلات TSSA، ثم شدّها إلى 55 نيوتن متر (40.6 رطل قدم) لإظهار حمل قياسي قدره 1.3 ميجا باسكال (190 رطل/بوصة مربعة). تُوفّر Sadev ملحقات TSSA، وهي مُعرّفة بملحقات R1006 TSSA.
ركّب الهيكل الرئيسي للملحق على قرص المعالجة على الزجاج، ثم أنزله في الإطار الفولاذي. اضبط صواميل البراغي وثبتها بحيث يكون الزجاج الخارجي متوازيًا مع الجزء الخارجي من الإطار الفولاذي. الوصلة المحيطة بمحيط الزجاج، بأبعاد 13 مم × 13 مم (نصف بوصة × نصف بوصة)، مُحكمة بهيكل من جزأين من السيليكون، بحيث يمكن بدء اختبار حمل الضغط في اليوم التالي.
أُجري الاختبار باستخدام أنبوب امتصاص الصدمات في مختبر أبحاث المتفجرات بجامعة كنتاكي. يتكون أنبوب امتصاص الصدمات من هيكل فولاذي مُقوّى، قادر على تثبيت وحدات تصل أبعادها إلى 3.7 متر × 3.7 متر على سطحه.
يتم تشغيل أنبوب الصدمة بوضع متفجرات على طوله لمحاكاة المراحل الإيجابية والسلبية لحدث الانفجار [12] [13]. ضع كامل مجموعة الإطار الزجاجي والصلب في أنبوب امتصاص الصدمات للاختبار، كما هو موضح في الشكل 4.
تم تركيب أربعة مستشعرات ضغط داخل أنبوب الصدمة، مما يسمح بقياس الضغط والنبض بدقة. واستُخدمت كاميرتا فيديو رقميتان وكاميرا رقمية أحادية العدسة العاكسة (SLR) لتسجيل الاختبار.
التقطت كاميرا MREL Ranger HR عالية السرعة، المثبتة بالقرب من النافذة خارج أنبوب الصدمة، الاختبار بسرعة 500 إطار في الثانية. وجّه ليزر انحراف بتردد 20 كيلوهرتز بالقرب من النافذة لقياس الانحراف في مركزها.
تم اختبار مكونات الإطار الأربعة تسع مرات إجمالاً. إذا لم يخرج الزجاج من الفتحة، يُعاد اختبار المكون تحت ضغط وتأثير أعلى. في كل حالة، تُسجل بيانات الضغط المستهدف والنبضة وتشوه الزجاج. بعد ذلك، يُصنف كل اختبار وفقًا لمعيار AAMA 510-14 [المبادئ التوجيهية الطوعية لنظام اختبار التسرب لتخفيف مخاطر الانفجار].
كما هو موضح سابقًا، تم اختبار أربع مجموعات إطارية حتى تم فصل الزجاج عن فتحة منفذ الانفجار. الهدف من الاختبار الأول هو الوصول إلى ضغط 69 كيلو باسكال عند نبضة 614 كيلو باسكال-مللي ثانية (10 رطل/بوصة مربعة أ، 89 رطل/بوصة مربعة-مللي ثانية). تحت تأثير الحمل المطبق، تحطمت نافذة الزجاج وانفصلت عن الإطار. تجعل وصلات ساديف النقطية مادة TSSA تلتصق بالزجاج المقسّى المكسور. عندما تحطم الزجاج المقسّى، غادر الزجاج الفتحة بعد انحراف يبلغ حوالي 100 مم (4 بوصات).
في ظل زيادة الحمل المستمر، تم اختبار الإطار 2 ثلاث مرات. أظهرت النتائج أن العطل لم يحدث إلا عند وصول الضغط إلى 69 كيلو باسكال (10 رطل/بوصة مربعة). ولن يؤثر الضغطان المُقاسان، وهما 44.3 كيلو باسكال (6.42 رطل/بوصة مربعة) و45.4 كيلو باسكال (6.59 رطل/بوصة مربعة)، على سلامة المكون. أما عند الضغط المُقاس البالغ 62 كيلو باسكال (9 رطل/بوصة مربعة)، فقد تسبب انحراف الزجاج في كسره، مما أدى إلى بقاء نافذة الزجاج في الفتحة. جميع ملحقات TSSA مُثبتة بزجاج مُقسّى مكسور، كما هو موضح في الشكل 7.
في ظل زيادة الحمل المستمر، تم اختبار الإطار 3 مرتين. أظهرت النتائج أن العطل لم يحدث إلا بعد وصول الضغط إلى الهدف 69 كيلو باسكال (10 رطل/بوصة مربعة). لن يؤثر الضغط المقاس البالغ 48.4 كيلو باسكال (7.03 رطل/بوصة مربعة) على سلامة المكون. لم يسمح جمع البيانات بالانحراف، ولكن أظهرت الملاحظة البصرية من الفيديو أن انحراف اختبار الإطار 2 3 واختبار الإطار 4 7 كان متشابهًا. تحت ضغط قياس 64 كيلو باسكال (9.28 رطل/بوصة مربعة)، أدى انحراف الزجاج المقاس عند 190.5 مم (7.5 بوصة) إلى كسر، تاركًا نافذة الزجاج في الفتحة. جميع ملحقات TSSA مرفقة بزجاج مقسّى مكسور، كما هو موضح في الشكل 7.
مع زيادة الحمل المستمر، تم اختبار الإطار 4 ثلاث مرات. أظهرت النتائج أن العطل لم يحدث إلا بعد وصول الضغط إلى الهدف 10 رطل/بوصة مربعة للمرة الثانية. لن يؤثر الضغطان المقاسان، وهما 46.8 كيلو باسكال (6.79) و64.9 كيلو باسكال (9.42 رطل/بوصة مربعة)، على سلامة المكون. في الاختبار رقم 8، تم قياس انحناء الزجاج بمقدار 100 مم (4 بوصات). من المتوقع أن يتسبب هذا الحمل في كسر الزجاج، ولكن يمكن الحصول على بيانات أخرى.
في الاختبار رقم 9، أدى الضغط المُقاس البالغ 65.9 كيلو باسكال (9.56 رطل/بوصة مربعة) إلى انحراف الزجاج بمقدار 190.5 مم (7.5 بوصة) وتسبب في كسره، مما أدى إلى ترك نافذة الزجاج في الفتحة. جميع ملحقات TSSA مُثبتة بنفس الزجاج المُقسّى المكسور كما هو موضح في الشكل 7. في جميع الحالات، يُمكن إزالة الملحقات بسهولة من الإطار الفولاذي دون أي ضرر واضح.
يبقى مؤشر TSSA لكل اختبار دون تغيير. بعد الاختبار، عندما يبقى الزجاج سليمًا، لا يُلاحظ أي تغيير مرئي في TSSA. يُظهر الفيديو عالي السرعة الزجاج وهو يتكسر عند منتصف الامتداد ثم يخرج من الفتحة.
من مقارنة فشل الزجاج وعدم حدوث فشل في الشكل 8 والشكل 9، من المثير للاهتمام أن نلاحظ أن وضع كسر الزجاج يحدث بعيدًا عن نقطة التعلق، مما يشير إلى أن الجزء غير المرتبط من الزجاج قد وصل إلى نقطة الانحناء، والتي تقترب بسرعة من نقطة الخضوع الهشة للزجاج بالنسبة للجزء الذي يبقى مرتبطًا.
يشير هذا إلى أنه أثناء الاختبار، من المرجح أن تتحرك الصفائح المكسورة في هذه الأجزاء تحت تأثير قوى القص. بدمج هذا المبدأ وملاحظة أن نمط الفشل يبدو أنه هشاشة سماكة الزجاج عند السطح اللاصق، مع زيادة الحمل المحدد، ينبغي تحسين الأداء بزيادة سماكة الزجاج أو التحكم في الانحراف بوسائل أخرى.
يُعدّ الاختبار الثامن للإطار الرابع مفاجأة سارة في منشأة الاختبار. على الرغم من أن الزجاج لم يتضرر، مما يسمح باختبار الإطار مرة أخرى، إلا أن نظام TSSA وشرائط العزل المحيطة به لا يزالان قادرين على تحمل هذا الحمل الكبير. يستخدم نظام TSSA أربعة ملحقات بقطر 60 مم لدعم الزجاج. أحمال الرياح التصميمية هي أحمال حية وأحمال دائمة، وكلاهما عند 2.5 كيلو باسكال (50 رطلاً للقدم المربع). يتميز هذا التصميم بشفافية معمارية مثالية، ويتحمل أحمالاً عالية للغاية، ويظل نظام TSSA سليماً.
أُجريت هذه الدراسة لتحديد ما إذا كان الالتصاق اللاصق لنظام الزجاج ينطوي على بعض المخاطر أو العيوب الكامنة من حيث المتطلبات البسيطة لأداء السفع الرملي. يُركّب نظام ملحق TSSA بسيط بقطر 60 مم بالقرب من حافة الزجاج، ويحافظ على أدائه حتى ينكسر. عندما يكون الزجاج مصممًا لمقاومة الكسر، يُعدّ TSSA طريقة توصيل فعّالة توفر درجة معينة من الحماية مع الحفاظ على متطلبات المبنى من الشفافية والانفتاح.
وفقًا لمعيار ASTM F2912-17، تصل مكونات النوافذ المختبرة إلى مستوى الخطر H1 وفقًا لمعيار C1. ولم يتأثر ملحق Sadev R1006 المستخدم في الدراسة.
الزجاج المقسّى المستخدم في هذه الدراسة هو الحلقة الأضعف في النظام. فبمجرد كسر الزجاج، لا يستطيع TSSA وشريط العزل المحيط به الاحتفاظ بكمية كبيرة منه، لأن كمية صغيرة من شظايا الزجاج تبقى على مادة السيليكون.
من منظور التصميم والأداء، أثبت نظام لاصق TSSA قدرته على توفير مستوى عالٍ من الحماية لمكونات الواجهات المقاومة للانفجار عند المستوى الأولي لمؤشرات الأداء الانفجاري، وهو ما حظي بقبول واسع في القطاع. تُظهر الواجهة المُختبرة أنه عندما يتراوح خطر الانفجار بين 41.4 كيلو باسكال (6 رطل/بوصة مربعة) و69 كيلو باسكال (10 رطل/بوصة مربعة)، يختلف الأداء بشكل كبير عند مستوى الخطر.
مع ذلك، من المهم ألا يُعزى الاختلاف في تصنيف المخاطر إلى فشل المادة اللاصقة، كما يتضح من نمط الفشل المتماسك لشظايا المادة اللاصقة والزجاج بين عتبات المخاطر. ووفقًا للملاحظات، يُضبط حجم الزجاج بشكل مناسب لتقليل الانحراف ومنع الهشاشة الناتجة عن زيادة استجابة القص عند نقطة الانحناء والتثبيت، وهو ما يبدو عاملًا رئيسيًا في الأداء.
قد تتمكن التصميمات المستقبلية من تقليل مستوى الخطر تحت الأحمال العالية عن طريق زيادة سمك الزجاج، وتثبيت موضع النقطة بالنسبة للحافة، وزيادة قطر التلامس للمادة اللاصقة.
[1] مواصفات الألياف الزجاجية القياسية ASTM F2912-17، الزجاج وأنظمة الزجاج المعرضة لأحمال الارتفاعات العالية، ASTM International، ويست كونشوكين، بنسلفانيا، 2017، https://doi.org/10.1520/F2912-17 [2] Hilliard, JR, Paris, CJ and Peterson, CO, Jr., "مانع التسرب الهيكلي للزجاج، تقنية مانع التسرب لأنظمة الزجاج"، ASTM STP 638، ASTM International، ويست كونشوكين، بنسلفانيا، 1977، ص. 67- 99 صفحة. [3] زارغامي، إم إس، تي إيه، شوارتز، وجلادستون، إم، "الأداء الزلزالي للزجاج السيليكا الهيكلي"، تقنية سد المباني، والمواد المانعة للتسرب، والزجاج، والعزل المائي، المجلد 1. 6. معيار ASTM STP 1286، جي سي مايرز، محرر، ASTM الدولية، ويست كونشوهوكين، بنسلفانيا، 1996، ص 46-59. [4] كارباري، إل دي، "مراجعة متانة وأداء أنظمة النوافذ الزجاجية الهيكلية المصنوعة من السيليكون"، يوم أداء الزجاج، تامبيري فنلندا، يونيو 2007، وقائع المؤتمر، الصفحات 190-193. [5] Schmidt, CM, Schoenherr, WJ, Carbary LD, and Takish, MS, "Performance of Silicone Structural Adhesives", Glass System Science and Technology, ASTM STP1054, CJ University of Paris, American Society for Testing and Materials, Philadelphia, 1989 Years, pp. 22-45 [6] Wolf, AT, Sitte, S., Brasseur, M., J. and Carbary L. D, "Transparent Structural Silicone Adhesive for Fixing Glazing Dispensing (TSSA) Preliminary evaluation of the Mechanical Properties and Durable of the Steel", The Fourth International Endability Symposium "Construction Sealants and Adhesives", ASTM International Magazine, Published online, August 2011, Volume 8, Issue 10 (11 November 2011 Month), JAI 104084, available from the following website: www.astm.org/DIGITAL_LIBRARY/JOURNALS/JAI/PAGES/JAI104084.htm. [7] Clift, C., Hutley, P., Carbary, LD, لاصق السيليكون ذو البنية الشفافة، يوم أداء الزجاج، تامبيري، فنلندا، يونيو 2011، وقائع الاجتماع، الصفحات 650-653. [8] كليفت، سي، كارباري، إل دي، هاتلي، بي، كيمبرلين، جيه، "الجيل الجديد من زجاج السيليكا الهيكلي" مجلة تصميم وهندسة الواجهات 2 (2014) 137-161، DOI 10.3233 / FDE-150020 [9] كينيث ياروش، أندرياس تي وولف، وسيجورد سيت "تقييم مانعات التسرب من مطاط السيليكون في تصميم النوافذ والجدران الستارية المقاومة للرصاص عند معدلات حركة عالية"، مجلة ASTM الدولية، العدد 1. 6. الورقة رقم 2، المعرف JAI101953 [10] ASTM C1135-15، طريقة الاختبار القياسية لتحديد أداء الالتصاق بالشد لمانعات التسرب الهيكلية، ASTM الدولية، ويست كونشوهوكين، بنسلفانيا، 2015، https:/ /doi.org/10.1520/C1135-15 [11] مورغان، ت.، "التقدم في الزجاج المقاوم للانفجار والمثبت بمسامير"، يوم أداء الزجاج، يونيو 2103، محاضر الاجتماع، ص. 181-182 [12] ASTM F1642 / F1642M-17 طريقة الاختبار القياسية للزجاج وأنظمة الزجاج المعرضة لأحمال رياح عالية، ASTM الدولية، ويست كونشوهوكين، بنسلفانيا، 2017، https://doi.org/10.1520/F1642_F1642M-17 [13] ويدينغ، ويليام تشاد وبرادين ت. لوسك. "طريقة جديدة لتحديد استجابة أنظمة الزجاج المضاد للانفجار للأحمال المتفجرة". متري 45.6 (2012): 1471-1479. [14] "المبادئ التوجيهية الطوعية للتخفيف من خطر انفجار أنظمة النوافذ الرأسية" AAMA 510-14.