Punktfixierte Glassysteme, die diesem architektonischen Anspruch gerecht werden, erfreuen sich insbesondere bei ebenerdigen Eingängen oder öffentlichen Bereichen großer Beliebtheit.Jüngste technologische Fortschritte haben die Verwendung ultrahochfester Klebstoffe ermöglicht, um diese großen Bimssteine ​​an Zubehörteilen zu befestigen, ohne dass Löcher in das Glas gebohrt werden müssen.
Der typische Bodenstandort erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass das System als Schutzschicht für Gebäudenutzer fungieren muss, und diese Anforderung übersteigt oder übertrifft die typischen Windlastanforderungen.Es wurden einige Tests zum Punktbefestigungssystem zum Bohren durchgeführt, nicht jedoch zur Klebemethode.
Der Zweck dieses Artikels besteht darin, einen Simulationstest mit einem Stoßwellenrohr mit Sprengladungen zur Simulation einer Explosion aufzuzeichnen, um den Aufprall einer Sprengladung auf ein verklebtes transparentes Bauteil zu simulieren.Zu diesen Variablen gehört die durch ASTM F2912 [1] definierte Explosionslast, die auf einer dünnen Platte mit einem SGP-Ionomer-Sandwich ausgeübt wird.Diese Forschung ist das erste Mal, dass sie die potenziell explosive Leistung für groß angelegte Tests und Architekturdesign quantifizieren kann.Befestigen Sie vier TSSA-Armaturen mit einem Durchmesser von 60 mm (2,36 Zoll) an einer Glasplatte mit den Maßen 1524 x 1524 mm (60 Zoll x 60 Zoll).
Die vier Komponenten, die auf 48,3 kPa (7 psi) oder weniger belastet wurden, beschädigten oder beeinträchtigten TSSA und Glas nicht.Fünf Komponenten wurden einem Druck von mehr als 62 kPa (9 psi) ausgesetzt, und vier der fünf Komponenten zeigten Glasbruch, wodurch sich das Glas aus der Öffnung löste.In allen Fällen blieb TSSA an den Metallbeschlägen haften und es wurden keine Fehlfunktionen, Adhäsionen oder Verklebungen festgestellt.Tests haben gezeigt, dass das getestete TSSA-Design gemäß den Anforderungen von AAMA 510-14 ein wirksames Sicherheitssystem unter einer Last von 48,3 kPa (7 psi) oder weniger bieten kann.Die hier generierten Daten können verwendet werden, um das TSSA-System so zu konstruieren, dass es der angegebenen Last gerecht wird.
Jon Kimberlain (Jon Kimberlain) ist der fortgeschrittene Anwendungsexperte der Hochleistungssilikone von Dow Corning.Lawrence D. Carbary (Lawrence D. Carbary) ist ein hochleistungsfähiger Dow Corning-Wissenschaftler für die Bauindustrie und ein Dow Corning-Silikon- und ASTM-Forscher.
Die strukturelle Silikonbefestigung von Glasscheiben wird seit fast 50 Jahren verwendet, um die Ästhetik und Leistung moderner Gebäude zu verbessern [2] [3] [4] [5].Durch die Befestigungsmethode kann eine glatte, durchgehende Außenwand mit hoher Transparenz erzielt werden.Der Wunsch nach mehr Transparenz in der Architektur führte zur Entwicklung und Verwendung von Seilnetzwänden und bolzengestützten Außenwänden.Architektonisch anspruchsvolle, denkmalgeschützte Gebäude werden mit der modernen Technologie von heute ausgestattet und müssen den örtlichen Bau- und Sicherheitsvorschriften und -standards entsprechen.
Der transparente Struktursilikonklebstoff (TSSA) wurde untersucht und eine Methode vorgeschlagen, das Glas mit Schraubenbefestigungsteilen zu stützen, anstatt Löcher zu bohren [6] [7].Die transparente Klebetechnologie mit Festigkeit, Haftung und Haltbarkeit verfügt über eine Reihe physikalischer Eigenschaften, die es Vorhangfassadendesignern ermöglichen, das Verbindungssystem auf einzigartige und neuartige Weise zu gestalten.
Runde, rechteckige und dreieckige Accessoires, die Ästhetik und strukturelle Leistung erfüllen, lassen sich einfach entwerfen.TSSA wird zusammen mit dem Verbundglas ausgehärtet und in einem Autoklaven verarbeitet.Nach der Entnahme des Materials aus dem Autoklavenkreislauf kann der 100 %-Verifizierungstest abgeschlossen werden.Dieser Qualitätssicherungsvorteil ist einzigartig für TSSA, da er ein sofortiges Feedback zur strukturellen Integrität der Baugruppe liefern kann.
Die Schlagfestigkeit [8] und die Stoßdämpfungswirkung herkömmlicher struktureller Silikonmaterialien wurden untersucht [9].Wolf et al.bereitgestellte Daten der Universität Stuttgart.Diese Daten zeigen, dass die Zugfestigkeit des strukturellen Silikonmaterials im Vergleich zur quasistatischen Dehnungsgeschwindigkeit gemäß ASTM C1135 bei einer ultimativen Dehnungsgeschwindigkeit von 5 m/s (197 Zoll/s) liegt.Festigkeit und Dehnung nehmen zu.Gibt die Beziehung zwischen Dehnung und physikalischen Eigenschaften an.
Da es sich bei TSSA um ein hochelastisches Material mit höherem Modul und höherer Festigkeit als Struktursilikon handelt, wird erwartet, dass es die gleichen allgemeinen Eigenschaften aufweist.Obwohl keine Labortests mit hohen Dehnungsraten durchgeführt wurden, kann davon ausgegangen werden, dass die hohe Dehnungsrate bei der Explosion keinen Einfluss auf die Festigkeit hat.
Das verschraubte Glas wurde getestet, erfüllt die Explosionsschutznormen [11] und wurde beim Glass Performance Day 2013 ausgestellt.Die visuellen Ergebnisse zeigen deutlich die Vorteile der mechanischen Fixierung des Glases nach dem Glasbruch.Bei Systemen mit reiner Klebebefestigung wird dies eine Herausforderung sein.
Der Rahmen besteht aus einem Stahlkanal nach amerikanischem Standard mit den Abmessungen 151 mm Tiefe x 48,8 mm Breite x 5,08 mm Stegdicke (6 Zoll x 1,92 Zoll x 0,20 Zoll), üblicherweise als C 6 Zoll x 8,2# Schlitz bezeichnet.Die C-Profile sind an den Ecken miteinander verschweißt, und an den Ecken ist ein 9 mm (0,375 Zoll) dickes dreieckiges Profil zurückversetzt von der Rahmenoberfläche verschweißt.In die Platte wurde ein 18 mm (0,71″) großes Loch gebohrt, sodass ein Bolzen mit einem Durchmesser von 14 mm (0,55″) problemlos hineingesteckt werden kann.
TSSA-Metallbeschläge mit einem Durchmesser von 60 mm (2,36 Zoll) sind 50 mm (2 Zoll) von jeder Ecke entfernt.Bringen Sie an jedem Glasstück vier Beschläge an, um alles symmetrisch zu machen.Das Besondere an TSSA ist, dass es nahe am Glasrand platziert werden kann.Bohrzubehör für die mechanische Befestigung in Glas weist ausgehend vom Rand bestimmte Abmessungen auf, die in die Konstruktion einbezogen und vor dem Vorspannen gebohrt werden müssen.
Die randnahe Leimung verbessert die Transparenz des fertigen Systems und verringert gleichzeitig die Haftung der Sternverbindung aufgrund des geringeren Drehmoments bei der typischen Sternverbindung.Das für dieses Projekt ausgewählte Glas besteht aus zwei 6 mm (1/4″) gehärteten transparenten 1524 mm x 1524 mm (5′ x 5′) großen Schichten, laminiert mit Sentry Glass Plus (SGP) Ionomer-Zwischenfolie 1,52 mm (0,060) Zoll.
Eine 1 mm (0,040 Zoll) dicke TSSA-Scheibe wird auf ein grundiertes Edelstahl-Fitting mit 60 mm (2,36 Zoll) Durchmesser aufgebracht.Der Primer soll die Haltbarkeit der Haftung auf Edelstahl verbessern und ist eine Mischung aus Silan und Titanat in einem Lösungsmittel.Die Metallscheibe wird eine Minute lang mit einer gemessenen Kraft von 0,7 MPa (100 psi) gegen das Glas gedrückt, um für Benetzung und Kontakt zu sorgen.Legen Sie die Komponenten in einen Autoklaven, der 11,9 bar (175 psi) und 133 °C (272 °F) erreicht, damit das TSSA die 30-minütige Einweichzeit erreichen kann, die zum Aushärten und Verkleben im Autoklaven erforderlich ist.
Nachdem der Autoklav fertiggestellt und abgekühlt ist, überprüfen Sie jedes TSSA-Fitting und ziehen Sie es dann mit 55 Nm (40,6 Fuß-Pfund) fest, um eine Standardlast von 1,3 MPa (190 psi) anzuzeigen.Zubehör für TSSA wird von Sadev bereitgestellt und ist als R1006 TSSA-Zubehör gekennzeichnet.
Montieren Sie den Hauptkörper des Zubehörs an der Aushärtungsscheibe auf dem Glas und senken Sie ihn in den Stahlrahmen ab.Passen Sie die Muttern an den Schrauben an und befestigen Sie sie so, dass das Außenglas bündig mit der Außenseite des Stahlrahmens abschließt.Die 13mm x 13mm (1/2″ x½“) große Fuge rund um den Glasrand wird mit einer zweiteiligen Struktur aus Silikon abgedichtet, sodass am nächsten Tag mit der Druckbelastungsprüfung begonnen werden kann.
Der Test wurde mit einem Stoßrohr im Explosives Research Laboratory der University of Kentucky durchgeführt.Das stoßdämpfende Rohr besteht aus einem verstärkten Stahlkörper, der Einheiten mit einer Größe von bis zu 3,7 x 3,7 m an der Ortsbrust installieren kann.
Das Aufprallrohr wird angetrieben, indem Sprengstoffe entlang der Länge des Explosionsrohrs platziert werden, um die positiven und negativen Phasen des Explosionsereignisses zu simulieren [12] [13].Legen Sie die gesamte Glas- und Stahlrahmenbaugruppe zum Testen in das stoßdämpfende Rohr, wie in Abbildung 4 dargestellt.
Im Inneren des Stoßwellenrohrs sind vier Drucksensoren installiert, sodass Druck und Puls genau gemessen werden können.Zur Aufzeichnung des Tests wurden zwei digitale Videokameras und eine digitale Spiegelreflexkamera verwendet.
Die Hochgeschwindigkeitskamera MREL Ranger HR, die sich in der Nähe des Fensters außerhalb des Stoßwellenrohrs befindet, zeichnete den Test mit 500 Bildern pro Sekunde auf.Stellen Sie eine 20-kHz-Ablenkungslaseraufzeichnung in der Nähe des Fensters auf, um die Ablenkung in der Mitte des Fensters zu messen.
Insgesamt wurden die vier Framework-Komponenten neunmal getestet.Wenn das Glas die Öffnung nicht verlässt, testen Sie das Bauteil erneut unter höherem Druck und Stoß.Es werden jeweils Solldruck sowie Impuls- und Glasverformungsdaten erfasst.Anschließend wird jeder Test auch gemäß AAMA 510-14 [Freiwillige Richtlinien des Festrationssystems zur Mitigation von Explosionsgefahren] bewertet.
Wie oben beschrieben wurden vier Rahmenbaugruppen getestet, bis das Glas aus der Öffnung der Strahlöffnung entfernt wurde.Das Ziel des ersten Tests besteht darin, 69 kPa bei einem Puls von 614 kPa-ms (10 psi und 89 psi-ms) zu erreichen.Unter der einwirkenden Belastung zersprang das Glasfenster und löste sich vom Rahmen.Sadev-Punktbeschläge sorgen dafür, dass TSSA an zerbrochenem Hartglas haftet.Als das gehärtete Glas zerbrach, verließ das Glas die Öffnung nach einer Durchbiegung von etwa 100 mm (4 Zoll).
Unter der Bedingung zunehmender Dauerbelastung wurde der Rahmen 2 dreimal getestet.Die Ergebnisse zeigten, dass der Fehler erst auftrat, als der Druck 69 kPa (10 psi) erreichte.Die gemessenen Drücke von 44,3 kPa (6,42 psi) und 45,4 kPa (6,59 psi) haben keinen Einfluss auf die Integrität der Komponente.Unter dem gemessenen Druck von 62 kPa (9 psi) verursachte die Durchbiegung des Glases einen Bruch, sodass das Glasfenster in der Öffnung zurückblieb.Alle TSSA-Zubehörteile sind wie in Abbildung 7 mit zerbrochenem Hartglas befestigt.
Unter der Bedingung zunehmender Dauerbelastung wurde der Rahmen 3 zweimal getestet.Die Ergebnisse zeigten, dass der Fehler erst auftrat, als der Druck den Zielwert von 69 kPa (10 psi) erreichte.Der gemessene Druck von 48,4 kPa (7,03) psi hat keinen Einfluss auf die Integrität der Komponente.Durch die Datenerfassung konnte keine Ablenkung zugelassen werden, aber die visuelle Beobachtung des Videos zeigte, dass die Ablenkung von Bild 2, Test 3, und Bild 4, Test 7, ähnlich waren.Unter dem Messdruck von 64 kPa (9,28 psi) führte die bei 190,5 mm (7,5 Zoll) gemessene Durchbiegung des Glases zum Bruch, so dass das Glasfenster in der Öffnung zurückblieb.Alle TSSA-Zubehörteile sind wie in Abbildung 7 mit zerbrochenem Hartglas befestigt.
Bei zunehmender Dauerbelastung wurde der Rahmen 4 3-mal getestet.Die Ergebnisse zeigten, dass der Fehler erst auftrat, als der Druck zum zweiten Mal den Zielwert von 10 psi erreichte.Die gemessenen Drücke von 46,8 kPa (6,79) und 64,9 kPa (9,42 psi) haben keinen Einfluss auf die Integrität der Komponente.In Test Nr. 8 wurde eine Biegung des Glases von 100 mm (4 Zoll) gemessen.Es wird erwartet, dass diese Belastung zum Bruch des Glases führt, es können jedoch auch andere Datenpunkte ermittelt werden.
In Test Nr. 9 wurde das Glas durch den gemessenen Druck von 65,9 kPa (9,56 psi) um 190,5 mm (7,5 Zoll) durchgebogen und zum Bruch geführt, sodass das Glasfenster in der Öffnung zurückblieb.Alle TSSA-Zubehörteile sind mit dem gleichen zerbrochenen Hartglas wie in Abbildung 7 befestigt. In allen Fällen können die Zubehörteile problemlos und ohne offensichtliche Schäden vom Stahlrahmen entfernt werden.
Der TSSA für jeden Test bleibt unverändert.Wenn das Glas nach dem Test intakt bleibt, gibt es keine visuelle Veränderung des TSSA.Das Hochgeschwindigkeitsvideo zeigt, wie das Glas in der Mitte der Spannweite bricht und dann die Öffnung verlässt.
Aus dem Vergleich von Glasversagen und keinem Versagen in Abbildung 8 und Abbildung 9 ist interessant festzustellen, dass der Glasbruchmodus weit entfernt vom Befestigungspunkt auftritt, was darauf hindeutet, dass der nicht verbundene Teil des Glases den Biegepunkt erreicht hat nähert sich schnell Die Sprödgrenze von Glas hängt von dem Teil ab, der verbunden bleibt.
Dies weist darauf hin, dass sich die gebrochenen Platten in diesen Teilen während des Tests wahrscheinlich unter Scherkräften bewegen.Kombiniert man dieses Prinzip mit der Beobachtung, dass die Ursache des Versagens in der Versprödung der Glasdicke an der Klebeschnittstelle zu liegen scheint, wenn die vorgeschriebene Belastung zunimmt, sollte die Leistung durch Erhöhen der Glasdicke oder durch andere Maßnahmen zur Steuerung der Durchbiegung verbessert werden.
Test 8 von Frame 4 ist in der Testanlage eine angenehme Überraschung.Obwohl das Glas nicht beschädigt wird, sodass der Rahmen erneut getestet werden kann, können die TSSA und die umgebenden Dichtungsstreifen dieser großen Belastung dennoch standhalten.Das TSSA-System verwendet vier 60-mm-Aufsätze zur Unterstützung des Glases.Bei den Auslegungswindlasten handelt es sich um Nutz- und Dauerlasten, jeweils 2,5 kPa (50 psf).Dies ist ein moderates Design mit idealer architektonischer Transparenz, weist extrem hohe Belastungen auf und TSSA bleibt intakt.
Diese Studie wurde durchgeführt, um festzustellen, ob die Klebehaftung des Glassystems gewisse Gefahren oder Mängel im Hinblick auf niedrige Anforderungen an die Sandstrahlleistung birgt.Offensichtlich wird ein einfaches 60-mm-TSSA-Zubehörsystem in der Nähe der Glaskante installiert und hat die Leistung, bis das Glas zerbricht.Wenn das Glas bruchsicher ist, ist TSSA eine praktikable Verbindungsmethode, die ein gewisses Maß an Schutz bieten und gleichzeitig die Anforderungen des Gebäudes an Transparenz und Offenheit erfüllen kann.
Gemäß der Norm ASTM F2912-17 erreichen die geprüften Fensterkomponenten die Gefahrenstufe H1 auf der Normstufe C1.Das in der Studie verwendete Zubehörteil Sadev R1006 ist nicht betroffen.
Das in dieser Studie verwendete gehärtete Glas ist das „schwache Glied“ im System.Sobald das Glas zerbrochen ist, können TSSA und der umgebende Dichtungsstreifen keine große Glasmenge mehr zurückhalten, da eine kleine Menge Glassplitter auf dem Silikonmaterial zurückbleibt.
Aus gestalterischer und leistungstechnischer Sicht bietet das TSSA-Klebesystem nachweislich ein hohes Maß an Schutz für explosionsgefährdete Fassadenbauteile auf dem anfänglichen Niveau der Explosionsleistungsindikatoren, was in der Branche weithin anerkannt ist.Die getestete Fassade zeigt, dass die Leistung auf der Gefahrenstufe deutlich unterschiedlich ist, wenn die Explosionsgefahr zwischen 41,4 kPa (6 psi) und 69 kPa (10 psi) liegt.
Es ist jedoch wichtig, dass der Unterschied in der Gefahrenklassifizierung nicht auf adhäsives Versagen zurückzuführen ist, wie es durch die kohäsive Versagensart von Klebstoff und Glasfragmenten zwischen den Gefahrenschwellen angezeigt wird.Beobachtungen zufolge ist die Größe des Glases entsprechend angepasst, um die Durchbiegung zu minimieren und eine Sprödigkeit aufgrund einer erhöhten Scherreaktion an der Schnittstelle zwischen Biegung und Befestigung zu verhindern, was ein Schlüsselfaktor für die Leistung zu sein scheint.
Zukünftige Designs können möglicherweise die Gefährdung bei höheren Belastungen verringern, indem die Dicke des Glases erhöht, die Position des Punktes relativ zur Kante festgelegt und der Kontaktdurchmesser des Klebstoffs vergrößert wird.
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