Tämän arkkitehtonisen vaatimuksen täyttävät pistekiinnitetyt lasijärjestelmät ovat erityisen suosittuja maan sisäänkäynneissä tai julkisissa tiloissa.Viimeaikaiset teknologiset edistysaskeleet ovat mahdollistaneet erittäin lujien liimojen käytön näiden suurten hohkakiveen kiinnittämiseen tarvikkeisiin ilman, että lasiin on tarpeen porata reikiä.
Tyypillinen maanpinnan sijainti lisää todennäköisyyttä, että järjestelmän tulee toimia suojakerroksena rakennuksen asukkaille, ja tämä vaatimus ylittää tai ylittää tyypilliset tuulikuormavaatimukset.Joitakin testejä on tehty porauksen kärjen kiinnitysjärjestelmälle, mutta ei liimausmenetelmälle.
Tämän artikkelin tarkoituksena on tallentaa simulaatiotesti, jossa käytetään räjähdyspanoksia sisältävää iskuputkea räjähdyksen simuloimiseksi, jotta voidaan simuloida räjähdyskuorman vaikutusta sidottuun läpinäkyvään komponenttiin.Nämä muuttujat sisältävät ASTM F2912:n [1] määrittelemän räjähdyskuorman, joka suoritetaan ohuelle levylle SGP-ionomeerisandwichilla.Tämä tutkimus on ensimmäinen kerta, kun se voi mitata mahdollisen räjähdysmäisen suorituskyvyn laajamittaisessa testauksessa ja arkkitehtonisessa suunnittelussa.Kiinnitä neljä TSSA-liitintä, joiden halkaisija on 60 mm (2,36 tuumaa), lasilevyyn, jonka mitat ovat 1524 x 1524 mm (60 tuumaa x 60 tuumaa).
Neljä komponenttia, jotka oli kuormitettu 48,3 kPa:n (7 psi) tai sitä alhaisempaan paineeseen, eivät vahingoittaneet tai vaikuttaneet TSSA:han ja lasiin.Viisi komponenttia ladattiin yli 62 kPa:n (9 psi) paineessa, ja neljässä viidestä komponentista lasi rikkoutui, mikä aiheutti lasin siirtymisen aukosta.Kaikissa tapauksissa TSSA pysyi kiinnitettynä metalliliittimiin, eikä toimintahäiriöitä, adheesiota tai kiinnittymistä havaittu.Testaus on osoittanut, että AAMA 510-14:n vaatimusten mukaisesti testattu TSSA-rakenne voi tarjota tehokkaan turvajärjestelmän 48,3 kPa:n (7 psi) tai sitä pienemmällä kuormituksella.Tässä luotuja tietoja voidaan käyttää TSSA-järjestelmän suunnitteluun vastaamaan määritettyä kuormaa.
Jon Kimberlain (Jon Kimberlain) on Dow Corningin korkean suorituskyvyn silikonien edistynyt sovellusasiantuntija.Lawrence D. Carbary (Lawrence D. Carbary) on Dow Corningin korkean suorituskyvyn rakennusalan tiedemies, joka on Dow Corningin silikoni- ja ASTM-tutkija.
Lasipaneelien rakenteellista silikonikiinnitystä on käytetty lähes 50 vuoden ajan parantamaan nykyaikaisten rakennusten estetiikkaa ja suorituskykyä [2] [3] [4] [5].Kiinnitysmenetelmällä voidaan tehdä sileä jatkuva ulkoseinä erittäin läpinäkyväksi.Halu lisätä arkkitehtuurin läpinäkyvyyttä johti kaapeliverkkoseinien ja pulttituettujen ulkoseinien kehittämiseen ja käyttöön.Arkkitehtonisesti haastavissa maamerkkirakennuksissa käytetään nykyaikaista teknologiaa, ja niiden on täytettävä paikalliset rakennus- ja turvallisuusmääräykset ja -standardit.
Läpinäkyvää rakenteellista silikoniliimaa (TSSA) on tutkittu ja menetelmää lasin tukemiseksi pulttikiinnitysosilla reikien poraamisen sijaan on ehdotettu [6] [7].Läpinäkyvällä liimateknologialla, jolla on lujuus, tarttuvuus ja kestävyys, on joukko fysikaalisia ominaisuuksia, joiden avulla verhoseinien suunnittelijat voivat suunnitella liitosjärjestelmän ainutlaatuisella ja uudella tavalla.
Pyöreät, suorakaiteen ja kolmion muotoiset lisävarusteet, jotka vastaavat estetiikkaa ja rakenteellista suorituskykyä, on helppo suunnitella.TSSA kovetetaan yhdessä laminoidun lasin kanssa, jota käsitellään autoklaavissa.Kun materiaali on poistettu autoklaavisyklistä, 100 % varmennustesti voidaan suorittaa loppuun.Tämä laadunvarmistusetu on ainutlaatuinen TSSA:lle, koska se voi antaa välitöntä palautetta kokoonpanon rakenteellisesta eheydestä.
Perinteisten rakenteellisten silikonimateriaalien iskunkestävyyttä [8] ja iskunvaimennusvaikutusta on tutkittu [9].Wolf et ai.Stuttgartin yliopiston tuottamat tiedot.Nämä tiedot osoittavat, että verrattuna ASTM C1135:ssä määriteltyyn kvasistaattiseen venymänopeuteen, rakenteellisen silikonimateriaalin vetolujuus on 5 m/s (197 tuumaa/s) murtojännitysnopeudella.Lujuus ja venymä lisääntyvät.Osoittaa jännityksen ja fysikaalisten ominaisuuksien välisen suhteen.
Koska TSSA on erittäin elastinen materiaali, jolla on korkeampi moduuli ja lujuus kuin rakenteellinen silikoni, sen odotetaan noudattavan samaa yleistä suorituskykyä.Vaikka laboratoriokokeita suurilla venytysnopeuksilla ei ole tehty, voidaan olettaa, että räjähdyksen suuri jännitysnopeus ei vaikuta lujuuteen.
Pultattu lasi on testattu, se täyttää räjähdyksentorjuntastandardit [11] ja se oli esillä vuoden 2013 Glass Performance Day -tapahtumassa.Visuaaliset tulokset osoittavat selvästi lasin mekaanisen kiinnittämisen edut lasin rikkoutumisen jälkeen.Järjestelmille, joissa on pelkkä liimakiinnitys, tämä on haaste.
Runko on valmistettu amerikkalaisesta standardinmukaisesta teräskanavasta, jonka mitat ovat 151 mm:n syvyys x 48,8 mm leveys x 5,08 mm rainan paksuus (6" x 1,92" x 0,20"), jota kutsutaan yleensä C 6" x 8,2# -uraksi.C-kanavat hitsataan yhteen kulmista ja 9 mm:n (0,375 tuuman) paksuinen kolmioprofiili on hitsattu kulmiin taaksepäin rungon pinnasta.Levyn sisään porattiin 18 mm (0,71") reikä, jotta siihen voidaan helposti työntää halkaisijaltaan 14 mm (0,55") pultti.
TSSA-metalliliittimet, joiden halkaisija on 60 mm (2,36 tuumaa), ovat 50 mm (2 tuumaa) kustakin kulmasta.Kiinnitä neljä liitintä jokaiseen lasipalaan tehdäksesi kaikesta symmetristä.TSSA:n ainutlaatuinen ominaisuus on, että se voidaan sijoittaa lähelle lasin reunaa.Mekaanisen lasikiinnityksen poraustarvikkeilla on reunasta alkaen tietyt mitat, jotka on sisällytettävä suunnitteluun ja ne on porattava ennen karkaisua.
Reunaa lähellä oleva koko parantaa valmiin järjestelmän läpinäkyvyyttä ja samalla vähentää tähtiliitoksen tarttuvuutta tyypillisen tähtiliitoksen pienemmän vääntömomentin ansiosta.Tähän projektiin valittu lasi on kaksi 6 mm (1/4") karkaistua läpinäkyvää 1524mm x 1524mm (5"x 5") kerrosta, jotka on laminoitu Sentry Glass Plus (SGP) -ionomeerivälikalvolla 1,52 mm (0,060)".
1 mm (0,040 tuumaa) paksu TSSA-levy asetetaan halkaisijaltaan 60 mm (2,36 tuumaa) pohjustettuun ruostumattomasta teräksestä valmistettuun liittimeen.Pohjamaali on suunniteltu parantamaan tarttuvuuden kestävyyttä ruostumattomaan teräkseen ja se on silaanin ja titanaatin seos liuottimessa.Metallilevyä painetaan lasia vasten mitatulla 0,7 MPa (100 psi) voimalla yhden minuutin ajan kostutuksen ja kosketuksen aikaansaamiseksi.Aseta komponentit autoklaaviin, joka saavuttaa 11,9 baarin (175 psi) ja 133 C°:n (272 °F), jotta TSSA saavuttaa 30 minuutin liotusajan, joka tarvitaan kovettumiseen ja kiinnittymiseen autoklaavissa.
Kun autoklaavi on valmis ja jäähtynyt, tarkasta jokainen TSSA-liitin ja kiristä se 55 Nm:iin (40,6 jalkapaunaa) saadaksesi 1,3 MPa:n (190 psi) vakiokuormituksen.TSSA:n lisävarusteet toimittaa Sadev, ja ne tunnistetaan R1006 TSSA -lisävarusteiksi.
Asenna lisävarusteen päärunko lasilla olevaan kovetuslevyyn ja laske se teräsrunkoon.Säädä ja kiinnitä pulttien mutterit niin, että ulkoinen lasi on samalla tasolla teräsrungon ulkopinnan kanssa.Lasin kehää ympäröivä 13 mm x 13 mm (1/2″ x½”) liitos tiivistetään kaksiosaisella silikonirakenteella, jotta painekuormitustesti voidaan aloittaa seuraavana päivänä.
Testi suoritettiin iskuputkella Kentuckyn yliopiston Explosives Research Laboratoryssa.Iskunvaimennusputki koostuu vahvistetusta teräsrungosta, joka voi asentaa jopa 3,7 m x 3,7 m kokoisia yksiköitä kasvoille.
Iskuputkea ohjataan asettamalla räjähteitä räjähdysputken pituudelle simuloimaan räjähdystapahtuman positiivisia ja negatiivisia vaiheita [12] [13].Aseta koko lasi- ja teräsrunkokokoonpano iskuja vaimentavaan putkeen testausta varten kuvan 4 mukaisesti.
Iskuputken sisään on asennettu neljä paineanturia, joten paine ja pulssi voidaan mitata tarkasti.Testin tallentamiseen käytettiin kahta digitaalista videokameraa ja digitaalista järjestelmäkameraa.
Nopea MREL Ranger HR -kamera, joka sijaitsee lähellä ikkunaa iskunputken ulkopuolella, tallensi testin nopeudella 500 kuvaa sekunnissa.Aseta 20 kHz:n poikkeutuslasertietue ikkunan lähelle mitataksesi taipuma ikkunan keskeltä.
Neljää runkokomponenttia testattiin yhteensä yhdeksän kertaa.Jos lasi ei poistu aukosta, testaa komponentti uudelleen korkeammalla paineella ja iskulla.Kussakin tapauksessa tavoitepaine- ja impulssi- ​​ja lasin muodonmuutostiedot tallennetaan.Tämän jälkeen jokainen testi luokitellaan myös standardin AAMA 510-14 [Festestration System Voluntary Guidelines for Explosion Hazard Mitigation] mukaisesti.
Kuten edellä on kuvattu, neljää kehyskokoonpanoa testattiin, kunnes lasi poistettiin puhallusaukon aukosta.Ensimmäisen testin tavoitteena on saavuttaa 69 kPa 614 kPa-ms (10 psi A 89 psi-msek) pulssilla.Sovelletun kuormituksen alaisena lasi-ikkuna särkyi ja irtosi kehyksestä.Sadev-pistekiinnikkeet saavat TSSA:n tarttumaan rikkoutuneeseen karkaistuun lasiin.Kun karkaistu lasi särkyi, lasi poistui aukosta noin 100 mm:n (4 tuuman) taipuman jälkeen.
Jatkuvan kuormituksen kasvaessa runkoa 2 testattiin 3 kertaa.Tulokset osoittivat, että vika ei tapahtunut ennen kuin paine saavutti 69 kPa (10 psi).Mitatut paineet 44,3 kPa (6,42 psi) ja 45,4 kPa (6,59 psi) eivät vaikuta komponentin eheyteen.Mitatussa 62 kPa:n (9 psi) paineessa lasin taipuma aiheutti rikkoutumisen, jolloin lasi-ikkuna jäi aukkoon.Kaikki TSSA-lisävarusteet on kiinnitetty rikkoutuneella karkaistulla lasilla, kuten kuvassa 7.
Jatkuvan kuormituksen kasvaessa runkoa 3 testattiin kahdesti.Tulokset osoittivat, että vika ei tapahtunut ennen kuin paine saavutti tavoitearvon 69 kPa (10 psi).Mitattu paine 48,4 kPa (7,03 psi) ei vaikuta komponentin eheyteen.Tiedonkeruu ei sallinut taipumista, mutta visuaalinen havainto videosta osoitti, että kehyksen 2 testin 3 ja kehyksen 4 testin 7 taipuma olivat samanlaisia.64 kPa:n (9,28 psi) mittauspaineessa lasin taipuma, mitattuna 190,5 mm (7,5″), johti rikkoutumiseen, jolloin lasi-ikkuna jäi aukkoon.Kaikki TSSA-tarvikkeet on kiinnitetty karkaistulla lasilla, kuten kuvassa 7.
Jatkuvan kuormituksen kasvaessa runkoa 4 testattiin 3 kertaa.Tulokset osoittivat, että vika ei tapahtunut ennen kuin paine saavutti tavoitearvon 10 psi toisen kerran.Mitatut paineet 46,8 kPa (6,79) ja 64,9 kPa (9,42 psi) eivät vaikuta komponentin eheyteen.Testissä #8 lasin mitattiin taipuvan 100 mm (4 tuumaa).Tämän kuormituksen odotetaan aiheuttavan lasin rikkoutumisen, mutta muita datapisteitä voidaan saada.
Testissä #9 mitattu paine 65,9 kPa (9,56 psi) poikkeutti lasia 190,5 mm (7,5") ja aiheutti rikkoutumisen jättäen lasiikkunan aukkoon.Kaikki TSSA-tarvikkeet kiinnitetään samalla rikkoutuneella karkaistulla lasilla kuin kuvassa 7. Kaikissa tapauksissa lisävarusteet voidaan helposti irrottaa teräsrungosta ilman ilmeisiä vaurioita.
Jokaisen testin TSSA pysyy ennallaan.Testin jälkeen, kun lasi pysyy ehjänä, TSSA:ssa ei ole visuaalista muutosta.Nopealla videolla näkyy, että lasi rikkoutuu jänteen puolivälissä ja poistuu sitten aukosta.
Kuvan 8 ja 9 lasin rikkoutumisen ja rikkoutumattomuuden vertailusta on mielenkiintoista huomata, että lasin murtuminen tapahtuu kaukana kiinnityskohdasta, mikä osoittaa, että lasin sitoutumaton osa on saavuttanut taivutuskohdan, joka lähestyy nopeasti Lasin hauras myötöraja on suhteessa siihen osaan, joka jää kiinni.
Tämä osoittaa, että testin aikana murtuneet levyt näissä osissa todennäköisesti liikkuvat leikkausvoimien vaikutuksesta.Yhdistämällä tämä periaate ja havainto, että vikatila näyttää olevan lasin paksuuden haurastuminen liimapinnalla, kun määrätty kuormitus kasvaa, suorituskykyä tulisi parantaa lisäämällä lasin paksuutta tai säätelemällä taipumaa muilla keinoin.
Kehyksen 4 testi 8 on miellyttävä yllätys testitilassa.Vaikka lasi ei ole vaurioitunut, jotta kehys voidaan testata uudelleen, TSSA ja ympäröivät tiivistenauhat voivat silti säilyttää tämän suuren kuormituksen.TSSA-järjestelmä käyttää neljää 60 mm:n kiinnitystä lasin tukemiseen.Mitoitustuulikuormat ovat jännitteisiä ja pysyviä kuormia, molemmat 2,5 kPa (50 psf).Tämä on kohtalainen muotoilu, jolla on ihanteellinen arkkitehtoninen läpinäkyvyys, erittäin suuri kuormitus ja TSSA pysyy ehjänä.
Tämä tutkimus suoritettiin sen määrittämiseksi, onko lasijärjestelmän liimatartunnassa joitain luontaisia ​​vaaroja tai puutteita hiekkapuhallussuorituskyvyn alhaisten vaatimusten suhteen.Ilmeisesti yksinkertainen 60 mm:n TSSA-lisävarustejärjestelmä asennetaan lähelle lasin reunaa, ja se toimii lasin rikkoutumiseen asti.Kun lasi on suunniteltu kestämään rikkoutumista, TSSA on käyttökelpoinen liitäntätapa, joka voi tarjota tietyn suojan säilyttäen samalla rakennuksen läpinäkyvyyden ja avoimuuden vaatimukset.
ASTM F2912-17 standardin mukaan testatut ikkunakomponentit saavuttavat H1-vaaratason C1-standarditasolla.Tämä ei vaikuta tutkimuksessa käytettyyn Sadev R1006 -lisävarusteeseen.
Tässä tutkimuksessa käytetty karkaistu lasi on järjestelmän "heikko lenkki".Kun lasi on rikki, TSSA ja sitä ympäröivä tiivistenauha eivät pysty pidättämään suurta määrää lasia, koska silikonimateriaaliin jää pieni määrä lasinsirpaleita.
Suunnittelun ja suorituskyvyn näkökulmasta TSSA-liimajärjestelmän on todistettu tarjoavan korkean suojan räjähdyskelpoisissa julkisivukomponenteissa räjähdyskelpoisten suorituskyvyn indikaattoreiden alkutasolla, mikä on laajalti hyväksytty teollisuudessa.Testattu julkisivu osoittaa, että kun räjähdysvaara on välillä 41,4 kPa (6 psi) - 69 kPa (10 psi), suorituskyky vaaratasolla on merkittävästi erilainen.
On kuitenkin tärkeää, että ero vaaraluokituksessa ei johdu liiman rikkoutumisesta, mikä osoittaa liiman ja lasin sirpaleiden koheesiovaurion vaarakynnysten välillä.Havaintojen mukaan lasin koko on säädetty asianmukaisesti taipuman minimoimiseksi haurauden estämiseksi, joka johtuu lisääntyneestä leikkausvasteesta taivutuksen ja kiinnityksen rajapinnassa, mikä näyttää olevan avaintekijä suorituskyvyssä.
Tulevat mallit saattavat pystyä vähentämään vaaratasoa suuremmissa kuormiuksissa lisäämällä lasin paksuutta, kiinnittämällä kärjen sijaintia reunaan nähden ja lisäämällä liiman kosketushalkaisijaa.
[1] ASTM F2912-17 Standard Glass Fiber Specification, Glass and Glass Systems Subject to High Altitude Loads, ASTM International, West Conshawken, Pennsylvania, 2017, https://doi.org/10.1520/F2912-17 [2 ] Hilliard, JR, Paris, CJ ja Peterson, CO, Jr., "Structural Sealant Glass, Sealant Technology for Glass Systems", ASTM STP 638, ASTM International, West Conshooken, Pennsylvania, 1977, s.67-99 sivua.[3] Zarghamee, MS, TA, Schwartz ja Gladstone, M., "Seismic Performance of Structural Silica Glass", Building Sealing, Sealant, Glass and Waterproof Technology, Volume 1. 6. ASTM STP 1286, JC Myers, toimittaja, ASTM International, West Conshohocken, Pennsylvania, 1996, s. 46-59.[4] Carbary, LD, "Silikonirakenteisten lasi-ikkunajärjestelmien kestävyyden ja suorituskyvyn katsaus", Glass Performance Day, Tampere, kesäkuu 2007, konferenssijulkaisut, sivut 190-193.[5] Schmidt, CM, Schoenherr, WJ, Carbary LD, ja 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, s. 22-45 [6] Wolf, AT, Sitte, S., Brasseur, M., J. ja Carbary L. D, "Transparent Structural Silicone Adhesive for Fixing Glazing Dispensing (TSSA) Mekaanisen aineen alustava arvio teräksen ominaisuudet ja kestävyys”, The Fourth International Durability Symposium “Construction Sealants and Adhesives”, ASTM International Magazine, julkaistu verkossa, elokuu 2011, osa 8, numero 10 (11. marraskuuta 2011 kuukausi), JAI 104084, saatavana seuraavalta verkkosivustolta : www.astm.org/DIGITAL_LIBRARY/JOURNALS/JAI/PAGES/JAI104084.htm.[7] Clift, C., Hutley, P., Carbary, LD, läpinäkyvä rakenne silikoniliima, Glass Performance Day, Tampere, kesäkuu 2011, kokouksen aineisto, sivut 650-653.[8] Clift, C., Carbary, LD, Hutley, P., Kimberlain, J., "New Generation Structural Silica Glass" Facade Design and Engineering Journal 2 (2014) 137–161, DOI 10.3233 / FDE-150020 [ 9 [ 10] ASTM C1135-15, Standard Test Method for Determining the Tensile Adhesion Performance of Structural Sealants, ASTM International, West Conshohocken, Pennsylvania, 2015, https:/ /doi.org/10.1520/C1135-15, [11] Morgan , "Progress in Explosion-proof Bolt-Fixed Glass", Glass Performance Day, kesäkuu 2103, kokouspöytäkirjat, s. 181-182 [12] ASTM F1642 / F1642M-17 Vakiotestimenetelmä lasille ja lasijärjestelmille, jotka altistuvat suurille tuulikuormille , ASTM International, West Conshohocken, Pennsylvania, 2017, https://doi.org/10.1520/F1642_F1642M-17 [13] Wedding, William Chad ja Braden T.Lusk."Uusi menetelmä räjähdyssuojattujen lasijärjestelmien vasteen määrittämiseksi räjähdyskuormiin."Mittari 45,6 (2012): 1471-1479.[14] "Vapaaehtoiset ohjeet pystysuorien ikkunoiden räjähdysvaaran vähentämiseksi" AAMA 510-14.