I sistemi di fissaggio puntuale in vetro che soddisfano questo requisito architettonico sono particolarmente apprezzati negli ingressi a piano terra o nelle aree pubbliche. I recenti progressi tecnologici hanno permesso l'utilizzo di adesivi ad altissima resistenza per fissare queste grandi pomici agli accessori senza la necessità di praticare fori nel vetro.
La tipica posizione a terra aumenta la probabilità che il sistema debba fungere da strato protettivo per gli occupanti dell'edificio, e questo requisito supera o addirittura supera i tipici requisiti di carico del vento. Sono stati effettuati alcuni test sul sistema di fissaggio puntuale per foratura, ma non sul metodo di incollaggio.
Lo scopo di questo articolo è registrare un test di simulazione utilizzando un tubo d'urto con cariche esplosive per simulare un'esplosione per simulare l'impatto di un carico esplosivo su un componente trasparente incollato. Queste variabili includono il carico di esplosione definito da ASTM F2912 [1], che viene eseguito su una piastra sottile con un sandwich di ionomeri SGP. Questa ricerca è la prima volta che può quantificare le potenziali prestazioni esplosive per test su larga scala e progettazione architettonica. Collegare quattro raccordi TSSA con un diametro di 60 mm (2,36 pollici) a una lastra di vetro di 1524 x 1524 mm (60 pollici x 60 pollici).
I quattro componenti caricati a 48,3 kPa (7 psi) o meno non hanno danneggiato né influenzato il TSSA e il vetro. Cinque componenti sono stati caricati a una pressione superiore a 62 kPa (9 psi) e quattro dei cinque componenti hanno mostrato la rottura del vetro, causandone lo spostamento dall'apertura. In tutti i casi, il TSSA è rimasto attaccato ai raccordi metallici e non sono stati riscontrati malfunzionamenti, aderenze o incollaggi. I test hanno dimostrato che, in conformità con i requisiti della norma AAMA 510-14, il progetto del TSSA testato può fornire un sistema di sicurezza efficace con un carico di 48,3 kPa (7 psi) o meno. I dati qui generati possono essere utilizzati per progettare il sistema TSSA in modo che soddisfi il carico specificato.
Jon Kimberlain (Jon Kimberlain) è l'esperto di applicazioni avanzate dei siliconi ad alte prestazioni di Dow Corning. Lawrence D. Carbary (Lawrence D. Carbary) è uno scienziato del settore edile ad alte prestazioni di Dow Corning, nonché ricercatore sui siliconi Dow Corning e ASTM.
Il fissaggio strutturale in silicone dei pannelli di vetro è stato utilizzato per quasi 50 anni per migliorare l'estetica e le prestazioni degli edifici moderni [2] [3] [4] [5]. Il metodo di fissaggio può rendere la parete esterna continua e liscia con elevata trasparenza. Il desiderio di una maggiore trasparenza in architettura ha portato allo sviluppo e all'uso di pareti in rete metallica e pareti esterne supportate da bulloni. Gli edifici storici architettonicamente impegnativi includeranno la tecnologia moderna odierna e dovranno essere conformi ai codici e agli standard edilizi e di sicurezza locali.
È stato studiato l'adesivo strutturale in silicone trasparente (TSSA) ed è stato proposto un metodo per supportare il vetro con parti di fissaggio tramite bulloni anziché forare i fori [6] [7]. La tecnologia della colla trasparente con resistenza, adesione e durata ha una serie di proprietà fisiche che consentono ai progettisti di facciate continue di progettare il sistema di connessione in un modo unico e innovativo.
Accessori rotondi, rettangolari e triangolari che soddisfano requisiti estetici e prestazioni strutturali sono facili da progettare. Il TSSA viene polimerizzato in autoclave insieme al vetro stratificato. Dopo aver rimosso il materiale dal ciclo di autoclave, è possibile completare il test di verifica al 100%. Questo vantaggio in termini di garanzia della qualità è esclusivo del TSSA, in quanto può fornire un feedback immediato sull'integrità strutturale dell'assemblaggio.
La resistenza all'impatto [8] e l'effetto di assorbimento degli urti dei materiali siliconici strutturali convenzionali sono stati studiati [9]. Wolf et al. hanno fornito dati generati dall'Università di Stoccarda. Questi dati mostrano che, rispetto alla velocità di deformazione quasi statica specificata in ASTM C1135, la resistenza alla trazione del materiale siliconico strutturale è a una velocità di deformazione finale di 5 m/s (197 in/s). Resistenza e allungamento aumentano. Indica la relazione tra deformazione e proprietà fisiche.
Poiché il TSSA è un materiale altamente elastico con modulo e resistenza superiori a quelli del silicone strutturale, si prevede che mantenga le stesse prestazioni generali. Sebbene non siano stati eseguiti test di laboratorio con elevate velocità di deformazione, è prevedibile che l'elevata velocità di deformazione durante l'esplosione non influisca sulla resistenza.
Il vetro imbullonato è stato testato, soddisfa gli standard di mitigazione delle esplosioni [11] ed è stato esposto al Glass Performance Day del 2013. I risultati visivi mostrano chiaramente i vantaggi del fissaggio meccanico del vetro dopo la rottura. Per i sistemi con fissaggio esclusivamente adesivo, questo rappresenterà una sfida.
Il telaio è realizzato in profilati d'acciaio standard americani con dimensioni di 151 mm di profondità x 48,8 mm di larghezza x 5,08 mm di spessore (6" x 1,92" x 0,20"), solitamente denominati C 6" x 8,2# slot. I profilati C sono saldati insieme agli angoli e una sezione triangolare di 9 mm (0,375 pollici) di spessore è saldata agli angoli, arretrati rispetto alla superficie del telaio. Nella piastra è stato praticato un foro di 18 mm (0,71") in modo da potervi inserire facilmente un bullone con un diametro di 14 mm (0,55").
I raccordi metallici TSSA con un diametro di 60 mm (2,36 pollici) distano 50 mm (2 pollici) da ogni angolo. Applicare quattro raccordi a ogni vetro per rendere il tutto simmetrico. La caratteristica unica del TSSA è che può essere posizionato vicino al bordo del vetro. Gli accessori di foratura per il fissaggio meccanico nel vetro hanno dimensioni specifiche a partire dal bordo, che devono essere integrate nel design e forate prima della tempra.
Le dimensioni vicine al bordo migliorano la trasparenza del sistema finito e, allo stesso tempo, riducono l'adesione del giunto a stella grazie alla minore coppia applicata al giunto a stella tipico. Il vetro selezionato per questo progetto è costituito da due strati di vetro temperato trasparente da 6 mm (1/4") di dimensioni 1524 mm x 1524 mm (5'x5'), stratificati con pellicola intermedia ionomerica Sentry Glass Plus (SGP) da 1,52 mm (0,060").
Un disco TSSA di 1 mm (0,040 pollici) di spessore viene applicato a un raccordo in acciaio inossidabile primerizzato di 60 mm (2,36 pollici) di diametro. Il primer è progettato per migliorare la durata dell'adesione all'acciaio inossidabile ed è una miscela di silano e titanato in un solvente. Il disco metallico viene premuto contro il vetro con una forza misurata di 0,7 MPa (100 psi) per un minuto per garantire la bagnatura e il contatto. Posizionare i componenti in un'autoclave che raggiunga 11,9 bar (175 psi) e 133 °C (272 °F) in modo che il TSSA possa raggiungere il tempo di immersione di 30 minuti necessario per la polimerizzazione e l'incollaggio in autoclave.
Una volta completata e raffreddata l'autoclave, ispezionare ciascun raccordo TSSA e quindi serrarlo a 55 Nm (40,6 piedi per libbra) per ottenere un carico standard di 1,3 MPa (190 psi). Gli accessori per TSSA sono forniti da Sadev e sono identificati come accessori TSSA R1006.
Assemblare il corpo principale dell'accessorio al disco di polimerizzazione sul vetro e inserirlo nel telaio in acciaio. Regolare e fissare i dadi sui bulloni in modo che il vetro esterno sia a filo con la parte esterna del telaio in acciaio. Il giunto da 13 mm x 13 mm (1/2" x ½") che circonda il perimetro del vetro viene sigillato con una struttura bicomponente in silicone, in modo che la prova di carico a pressione possa iniziare il giorno successivo.
Il test è stato effettuato utilizzando un tubo d'urto presso l'Explosives Research Laboratory dell'Università del Kentucky. Il tubo ammortizzatore è costituito da un corpo in acciaio rinforzato, che può ospitare unità fino a 3,7 m x 3,7 m sulla superficie frontale.
Il tubo d'impatto viene azionato posizionando esplosivi lungo la lunghezza del tubo di esplosione per simulare le fasi positiva e negativa dell'evento di esplosione [12] [13]. Inserire l'intero gruppo del telaio in vetro e acciaio nel tubo ammortizzatore per il test, come mostrato nella Figura 4.
Quattro sensori di pressione sono installati all'interno del tubo d'urto, in modo da poter misurare con precisione la pressione e la frequenza cardiaca. Per registrare il test sono state utilizzate due videocamere digitali e una fotocamera reflex digitale.
La telecamera ad alta velocità MREL Ranger HR, posizionata vicino alla finestra esterna al tubo d'urto, ha registrato il test a 500 fotogrammi al secondo. È stato posizionato un laser di deflessione a 20 kHz vicino alla finestra per misurare la deflessione al centro della finestra.
I quattro componenti della struttura sono stati testati in totale nove volte. Se il vetro non fuoriesce dall'apertura, il componente viene sottoposto a una nuova prova con pressione e impatto maggiori. In ciascun caso, vengono registrati i dati relativi alla pressione target, all'impulso e alla deformazione del vetro. Successivamente, ogni test viene classificato secondo la norma AAMA 510-14 [Linee guida volontarie per la mitigazione dei rischi di esplosione del sistema di festestrazione].
Come descritto in precedenza, sono stati testati quattro telai fino a quando il vetro non è stato rimosso dall'apertura della porta di scoppio. L'obiettivo del primo test è raggiungere 69 kPa con un impulso di 614 kPa-ms (10 psi A 89 psi-msec). Sotto il carico applicato, il vetro si è frantumato e staccato dal telaio. I raccordi a punta Sadev consentono al TSSA di aderire al vetro temperato rotto. Quando il vetro temperato si è frantumato, ha lasciato l'apertura dopo una deflessione di circa 100 mm (4 pollici).
In condizioni di carico continuo crescente, il telaio 2 è stato testato 3 volte. I risultati hanno mostrato che il cedimento non si è verificato fino al raggiungimento di una pressione di 69 kPa (10 psi). Le pressioni misurate di 44,3 kPa (6,42 psi) e 45,4 kPa (6,59 psi) non hanno compromesso l'integrità del componente. Alla pressione misurata di 62 kPa (9 psi), la flessione del vetro ha causato la rottura, lasciando la finestra di vetro nell'apertura. Tutti gli accessori TSSA sono fissati con vetro temperato rotto, come in Figura 7.
In condizioni di carico continuo crescente, il telaio 3 è stato testato due volte. I risultati hanno mostrato che il guasto non si è verificato fino a quando la pressione non ha raggiunto il valore target di 69 kPa (10 psi). La pressione misurata di 48,4 kPa (7,03 psi) non compromette l'integrità del componente. La raccolta dati non ha consentito la rilevazione di flessione, ma l'osservazione visiva dal video ha mostrato che la flessione del telaio 2 test 3 e del telaio 4 test 7 erano simili. Alla pressione di misurazione di 64 kPa (9,28 psi), la flessione del vetro misurata a 190,5 mm (7,5") ha provocato la rottura, lasciando la finestra di vetro nell'apertura. Tutti gli accessori TSSA sono fissati con vetro temperato rotto, come mostrato nella Figura 7.
Con un carico continuo crescente, il telaio 4 è stato testato 3 volte. I risultati hanno mostrato che il cedimento non si è verificato fino a quando la pressione non ha raggiunto il valore target di 10 psi per la seconda volta. Le pressioni misurate di 46,8 kPa (6,79) e 64,9 kPa (9,42 psi) non compromettono l'integrità del componente. Nel test n. 8, è stata misurata una curvatura del vetro di 100 mm (4 pollici). Si prevede che questo carico ne causi la rottura, ma è possibile ottenere altri dati.
Nel test n. 9, la pressione misurata di 65,9 kPa (9,56 psi) ha deviato il vetro di 190,5 mm (7,5") e ne ha causato la rottura, lasciando la finestra di vetro nell'apertura. Tutti gli accessori TSSA sono fissati con lo stesso vetro temperato rotto della Figura 7. In ogni caso, gli accessori possono essere facilmente rimossi dal telaio in acciaio senza danni evidenti.
Il TSSA per ogni prova rimane invariato. Dopo la prova, quando il vetro rimane intatto, non si nota alcuna variazione visiva del TSSA. Il video ad alta velocità mostra il vetro che si rompe a metà della campata e poi esce dall'apertura.
Confrontando la rottura del vetro con e senza rottura nelle Figure 8 e Figura 9, è interessante notare che la modalità di frattura del vetro si verifica lontano dal punto di attacco, il che indica che la parte non legata del vetro ha raggiunto il punto di piegatura, che si sta rapidamente avvicinando. Il punto di snervamento fragile del vetro è relativo alla parte che rimane legata.
Ciò indica che durante la prova, le piastre rotte in queste parti potrebbero muoversi sotto l'azione delle forze di taglio. Combinando questo principio e l'osservazione che la modalità di rottura sembra essere l'infragilimento dello spessore del vetro all'interfaccia adesiva, all'aumentare del carico prescritto, le prestazioni dovrebbero essere migliorate aumentando lo spessore del vetro o controllando la deflessione con altri mezzi.
Il test 8 del Telaio 4 è una piacevole sorpresa per il laboratorio. Sebbene il vetro non sia danneggiato, tanto da consentire un nuovo test del telaio, il TSSA e le guarnizioni di tenuta circostanti riescono comunque a sostenere questo carico elevato. Il sistema TSSA utilizza quattro attacchi da 60 mm per sostenere il vetro. I carichi del vento di progetto sono carichi dinamici e permanenti, entrambi a 2,5 kPa (50 psf). Si tratta di un progetto moderato, con una trasparenza architettonica ideale, che presenta carichi estremamente elevati e il TSSA rimane intatto.
Questo studio è stato condotto per determinare se l'adesione adesiva del sistema in vetro presenti rischi o difetti intrinseci in termini di requisiti minimi per le prestazioni di sabbiatura. Ovviamente, un semplice sistema accessorio TSSA da 60 mm viene installato vicino al bordo del vetro e mantiene le prestazioni fino alla rottura. Quando il vetro è progettato per resistere alla rottura, il TSSA è un metodo di collegamento valido in grado di fornire un certo grado di protezione mantenendo al contempo i requisiti di trasparenza e apertura dell'edificio.
Secondo la norma ASTM F2912-17, i componenti delle finestre testati raggiungono il livello di rischio H1 sul livello standard C1. L'accessorio Sadev R1006 utilizzato nello studio non è interessato.
Il vetro temperato utilizzato in questo studio rappresenta il "punto debole" del sistema. Una volta rotto il vetro, il TSSA e la striscia di tenuta circostante non riescono a trattenere una grande quantità di vetro, poiché una piccola quantità di frammenti di vetro rimane sul materiale siliconico.
Dal punto di vista progettuale e prestazionale, il sistema adesivo TSSA ha dimostrato di offrire un elevato livello di protezione nei componenti di facciata a rischio di esplosione al livello iniziale degli indicatori di prestazione esplosiva, un livello ampiamente accettato dal settore. La facciata testata mostra che quando il rischio di esplosione è compreso tra 41,4 kPa (6 psi) e 69 kPa (10 psi), le prestazioni al livello di rischio sono significativamente diverse.
Tuttavia, è importante che la differenza nella classificazione del rischio non sia attribuibile alla rottura dell'adesivo, come indicato dalla modalità di rottura coesiva dell'adesivo e dei frammenti di vetro tra le soglie di rischio. Secondo le osservazioni, le dimensioni del vetro sono opportunamente regolate per ridurre al minimo la flessione e prevenire la fragilità dovuta alla maggiore risposta al taglio all'interfaccia tra flessione e fissaggio, che sembra essere un fattore chiave per le prestazioni.
Progetti futuri potrebbero essere in grado di ridurre il livello di rischio in presenza di carichi più elevati aumentando lo spessore del vetro, fissando la posizione del punto rispetto al bordo e aumentando il diametro di contatto dell'adesivo.
[1] ASTM F2912-17 Specifiche standard per la fibra di vetro, Vetro e sistemi di vetro soggetti a carichi ad alta quota, ASTM International, West Conshawken, Pennsylvania, 2017, https://doi.org/10.1520/F2912-17 [2 ] Hilliard, JR, Paris, CJ e Peterson, CO, Jr., "Vetro sigillante strutturale, tecnologia sigillante per sistemi di vetro", ASTM STP 638, ASTM International, West Conshooken, Pennsylvania, 1977, p. 67-99 pagine. [3] Zarghamee, MS, TA, Schwartz e Gladstone, M., "Prestazioni sismiche del vetro di silice strutturale", Building Sealing, Sealant, Glass and Waterproof Technology, Volume 1. 6. ASTM STP 1286, JC Myers, editore, ASTM International, West Conshohocken, Pennsylvania, 1996, pp. 46-59. [4] Carbary, LD, "Revisione della durata e delle prestazioni dei sistemi di finestre in vetro strutturale in silicone", Glass Performance Day, Tampere, Finlandia, giugno 2007, Atti della conferenza, pagine 190-193. [5] Schmidt, CM, Schoenherr, WJ, Carbary LD e Takish, MS, "Prestazioni degli adesivi strutturali in silicone", Glass System Science and Technology, ASTM STP1054, CJ University of Paris, American Society for Testing and Materials, Philadelphia, 1989 anni, pp. 22-45 [6] Wolf, AT, Sitte, S., Brasseur, M., J. e Carbary L. D, "Adesivo strutturale in silicone trasparente per il fissaggio e l'erogazione di vetri (TSSA) Valutazione preliminare delle proprietà meccaniche e della durata dell'acciaio", The Fourth International Durability Symposium "Construction Sealants and Adhesives", ASTM International Magazine, pubblicato online, agosto 2011, volume 8, numero 10 (11 novembre 2011), JAI 104084, disponibile dal seguente sito web: [7] Clift, C., Hutley, P., Carbary, LD, Adesivo siliconico a struttura trasparente, Glass Performance Day, Tampere, Finlandia, giugno 2011, Atti della riunione, pagine 650-653. [8] Clift, C., Carbary, LD, Hutley, P., Kimberlain, J., “Vetro di silice strutturale di nuova generazione” Facade Design and Engineering Journal 2 (2014) 137–161, DOI 10.3233 / FDE-150020 [ 9] Kenneth Yarosh, Andreas T. Wolf e Sigurd Sitte “Valutazione dei sigillanti in gomma siliconica nella progettazione di finestre antiproiettile e facciate continue ad alte velocità di movimento”, ASTM International Magazine, numero 1. 6. Articolo n. 2, ID JAI101953 [10] ASTM C1135-15, Metodo di prova standard per la determinazione delle prestazioni di adesione alla trazione dei sigillanti strutturali, ASTM International, West Conshohocken, Pennsylvania, 2015, https://doi.org/10.1520/C1135-15 [11] Morgan, T., “Progressi nel vetro antideflagrante fissato con bulloni”, Glass Performance Day, giugno 2013, verbali della riunione, pp. 181-182 [12] ASTM F1642 / F1642M-17 Metodo di prova standard per vetri e sistemi di vetro sottoposti a carichi di vento elevati, ASTM International, West Conshohocken, Pennsylvania, 2017, https://doi.org/10.1520/F1642_F1642M-17 [13] Wedding, William Chad e Braden T . Lusk. “Un nuovo metodo per determinare la risposta dei sistemi di vetro antideflagranti ai carichi esplosivi”. Metric 45.6 (2012): 1471-1479. [14] “Linee guida volontarie per mitigare il rischio di esplosione dei sistemi di finestre verticali” AAMA 510-14.