מערכות זכוכית מקובעות נקודתית העומדות בדרישה אדריכלית זו פופולריות במיוחד בכניסות קרקע או באזורים ציבוריים. התקדמות טכנולוגית אחרונה אפשרה שימוש בדבקים בעלי חוזק גבוה במיוחד כדי לחבר את אבני הספוג הגדולות הללו לאביזרים ללא צורך לקדוח חורים בזכוכית.
מיקום הקרקע הטיפוסי מגביר את הסבירות שהמערכת תצטרך לשמש כשכבת מגן עבור דיירי הבניין, ודרישה זו עולה או עולה על דרישות עומס הרוח הטיפוסיות. נערכו מספר בדיקות על מערכת קיבוע נקודתית לקידוח, אך לא על שיטת ההדבקה.
מטרת מאמר זה היא לתעד מבחן סימולציה באמצעות צינור הלם עם מטעני נפץ כדי לדמות פיצוץ כדי לדמות את השפעת עומס נפץ על רכיב שקוף מודבק. משתנים אלה כוללים את עומס הפיצוץ המוגדר על ידי ASTM F2912 [1], המבוצע על לוח דק עם כריך יונומר SGP. מחקר זה הוא הפעם הראשונה שהוא יכול לכמת את ביצועי הנפץ הפוטנציאליים עבור בדיקות בקנה מידה גדול ועיצוב אדריכלי. חבר ארבעה אביזרי TSSA בקוטר של 60 מ"מ (2.36 אינץ') ללוח זכוכית בגודל 1524 x 1524 מ"מ (60 אינץ' x 60 אינץ').
ארבעת הרכיבים שהועמסו ללחץ של 48.3 kPa (7 psi) או פחות לא גרמו נזק או השפיעו על מערכת ה-TSSA והזכוכית. חמישה רכיבים הועמסו תחת לחץ מעל 62 kPa (9 psi), וארבעה מתוך חמשת הרכיבים הראו שבר זכוכית, שגרם לזכוכית לזוז מהפתח. בכל המקרים, מערכת ה-TSSA נותרה מחוברת לאביזרי המתכת, ולא נמצאה תקלה, הידבקות או קשירה. בדיקות הראו כי, בהתאם לדרישות AAMA 510-14, תכנון מערכת ה-TSSA שנבדקה יכול לספק מערכת בטיחות יעילה תחת עומס של 48.3 kPa (7 psi) או פחות. ניתן להשתמש בנתונים שנוצרו כאן כדי לתכנן את מערכת ה-TSSA כך שתעמוד בעומס שצוין.
ג'ון קימברליין (ג'ון קימברליין) הוא מומחה היישומים המתקדם של הסיליקונים בעלי הביצועים הגבוהים של דאו קורנינג. לורנס ד. קרבארי (לורנס ד. קרבארי) הוא מדען בתעשיית הבנייה בעלת הביצועים הגבוהים של דאו קורנינג, חוקר סיליקון של דאו קורנינג ו-ASTM.
חיבור סיליקון מבני של פאנלים מזכוכית משמש כבר כמעט 50 שנה כדי לשפר את האסתטיקה והביצועים של מבנים מודרניים [2] [3] [4] [5]. שיטת הקיבוע יכולה ליצור קיר חיצוני חלק ורציף עם שקיפות גבוהה. הרצון לשקיפות מוגברת באדריכלות הוביל לפיתוח ושימוש בקירות רשת כבלים וקירות חיצוניים הנתמכים על ידי ברגים. מבנים בעלי אתגר אדריכלי מאתגר יכללו את הטכנולוגיה המודרנית של ימינו וחייבים לעמוד בתקנות ובתקנים המקומיים של בנייה ובטיחות.
דבק סיליקון מבני שקוף (TSSA) נחקר, והוצעה שיטה לתמיכה בזכוכית באמצעות חלקי חיבור ברגים במקום קידוח חורים [6] [7]. טכנולוגיית הדבק השקוף בעלת חוזק, הידבקות ועמידות כוללת סדרה של תכונות פיזיקליות המאפשרות למתכנני קירות מסך לתכנן את מערכת החיבור בצורה ייחודית וחדשנית.
אביזרים עגולים, מלבניים ומשולשים העונים על דרישות האסתטיקה והביצועים המבניים קלים לתכנון. TSSA עוברת ריפוי יחד עם הזכוכית הרבודה המעובדת באוטוקלאב. לאחר הסרת החומר ממחזור האוטוקלאב, ניתן להשלים את בדיקת האימות של 100%. יתרון אבטחת איכות זה ייחודי ל-TSSA מכיוון שהוא יכול לספק משוב מיידי על שלמות המבנית של המכלול.
עמידות בפני פגיעות [8] ואפקט בלימת הזעזועים של חומרי סיליקון מבניים קונבנציונליים נחקרו [9]. וולף ועמיתיו סיפקו נתונים שנוצרו על ידי אוניברסיטת שטוטגרט. נתונים אלה מראים כי בהשוואה לקצב המתיחה הקוואזי-סטטי שצוין ב-ASTM C1135, חוזק המתיחה של חומר הסיליקון המבני הוא בקצב מתיחה אולטימטיבי של 5 מטר/שנייה (197 אינץ'/שנייה). חוזק והתארכות עולים. מצביע על הקשר בין מתיחה לתכונות פיזיקליות.
מכיוון ש-TSSA הוא חומר אלסטי ביותר בעל מודול וחוזק גבוהים יותר מאשר סיליקון מבני, צפוי שהוא יעמוד באותם ביצועים כלליים. למרות שלא בוצעו בדיקות מעבדה עם שיעורי מאמץ גבוהים, ניתן לצפות שקצב המאמץ הגבוה בפיצוץ לא ישפיע על החוזק.
הזכוכית המוברגת נבדקה, עומדת בתקני הפחתת פיצוץ [11], והוצגה ביום ביצועי הזכוכית 2013. התוצאות הוויזואליות מראות בבירור את היתרונות של קיבוע מכני של הזכוכית לאחר שבירתה. עבור מערכות עם חיבור דבק טהור, זה יהיה אתגר.
המסגרת עשויה מתעלת פלדה אמריקאית סטנדרטית במידות של 151 מ"מ עומק x 48.8 מ"מ רוחב x 5.08 מ"מ עובי רשת (6 אינץ' x 1.92 אינץ' x 0.20 אינץ'), המכונה בדרך כלל חריץ C 6 אינץ' x 8.2#. תעלות ה-C מרותכות יחד בפינות, וחתך משולש בעובי 9 מ"מ (0.375 אינץ') מרותך בפינות, במרחק מפני השטח של המסגרת. נקדח חור של 18 מ"מ (0.71 אינץ') בפלטה כך שניתן להכניס לתוכו בקלות בורג בקוטר 14 מ"מ (0.55 אינץ').
אביזרי מתכת TSSA בקוטר 60 מ"מ (2.36 אינץ') נמצאים במרחק של 50 מ"מ (2 אינץ') מכל פינה. יש להחיל ארבעה אביזרים על כל פיסת זכוכית כדי להפוך את הכל לסימטרי. המאפיין הייחודי של TSSA הוא שניתן למקם אותו קרוב לקצה הזכוכית. לאביזרי קידוח לקיבוע מכני בזכוכית יש מידות ספציפיות החל מהקצה, אותן יש לשלב בתכנון ויש לקדוח אותן לפני ההרס.
הגודל הקרוב לקצה משפר את השקיפות של המערכת המוגמרת, ובמקביל מפחית את ההידבקות של חיבור הכוכב עקב מומנט נמוך יותר על חיבור כוכב טיפוסי. הזכוכית שנבחרה לפרויקט זה היא שתי שכבות זכוכית שקופות מחוסמות בעובי 6 מ"מ (1/4 אינץ') בגודל 1524 מ"מ x 1524 מ"מ (5'x 5'), המצופות בשכבת ביניים יונומר של Sentry Glass Plus (SGP) בעובי 1.52 מ"מ (0.060) אינץ'.
דיסקית TSSA בעובי 1 מ"מ (0.040 אינץ') מוחלת על מחבר נירוסטה מצופה פריימר בקוטר 60 מ"מ (2.36 אינץ'). הפריימר נועד לשפר את עמידות ההידבקות לפלדת אל-חלד והוא תערובת של סילאן וטיטנאט בממס. דיסקית המתכת נלחצת כנגד הזכוכית בכוח מדוד של 0.7 מגה פסקל (100 psi) למשך דקה אחת כדי לספק הרטבה ומגע. הניחו את הרכיבים באוטוקלאב שמגיע ל-11.9 בר (175 psi) ו-133 מעלות צלזיוס (272°F) כך שה-TSSA יוכל להגיע לזמן ההשריה של 30 דקות הנדרש לייבוש והדבקה באוטוקלאב.
לאחר השלמת תהליך האוטוקלב וקירורו, יש לבדוק כל מחבר TSSA ולאחר מכן להדק אותו ל-55 ניוטון מטר (40.6 רגל פאונד) כדי להראות עומס סטנדרטי של 1.3 מגה פסקל (190 psi). אביזרים עבור TSSA מסופקים על ידי Sadev ומזוהים כאביזרי TSSA R1006.
הרכיבו את גוף האביזר העיקרי לדיסק הריסוס שעל הזכוכית והורידו אותו לתוך מסגרת הפלדה. כוונו וקבעו את האומים על הברגים כך שהזכוכית החיצונית תהיה צמודה לחלק החיצוני של מסגרת הפלדה. החיבור 13 מ"מ x 13 מ"מ (1/2 אינץ' x ½ אינץ') המקיף את היקף הזכוכית אטום במבנה סיליקון דו-חלקי כך שניתן יהיה להתחיל את בדיקת עומס הלחץ למחרת.
הבדיקה בוצעה באמצעות צינור בולם זעזועים במעבדת המחקר לחומרי נפץ באוניברסיטת קנטקי. צינור בולם הזעזועים מורכב מגוף פלדה מחוזק, שיכול להתקין יחידות בגודל של עד 3.7 מטר על 3.7 מטר על פני השטח.
צינור הפגיעה מונע על ידי הנחת חומרי נפץ לאורך צינור הפיצוץ כדי לדמות את השלבים החיוביים והשליליים של אירוע הפיצוץ [12] [13]. יש להכניס את כל מכלול מסגרת הזכוכית והפלדה לתוך צינור בולם הזעזועים לצורך בדיקה, כפי שמוצג באיור 4.
ארבעה חיישני לחץ מותקנים בתוך צינור ההלם, כך שניתן למדוד במדויק את הלחץ והדופק. שתי מצלמות וידאו דיגיטליות ומצלמת SLR דיגיטלית שימשו לתיעוד הבדיקה.
מצלמת ה-MREL Ranger HR המהירה, הממוקמת ליד החלון מחוץ לצינור ההלם, לכדה את הבדיקה בקצב של 500 פריימים לשנייה. הציבו מכשיר לייזר עם רמת סטייה של 20 קילוהרץ ליד החלון כדי למדוד את הסטייה במרכז החלון.
ארבעת רכיבי המסגרת נבדקו תשע פעמים בסך הכל. אם הזכוכית לא יוצאת מהפתח, יש לבדוק שוב את הרכיב תחת לחץ ופגיעה גבוהים יותר. בכל מקרה, נרשמים נתוני לחץ היעד, דחף ועיוות הזכוכית. לאחר מכן, כל בדיקה מדורגת גם לפי AAMA 510-14 [הנחיות וולונטריות של מערכת פיצוץ להפחתת סכנת פיצוץ].
כפי שתואר לעיל, נבדקו ארבעה מכלולי מסגרת עד שהזכוכית הוסרה מפתח פתח הפיצוץ. מטרת הבדיקה הראשונה היא להגיע ל-69 kPa בפולס של 614 kPa-ms (10 psi A 89 psi-msec). תחת העומס המופעל, חלון הזכוכית התנפץ והשתחרר מהמסגרת. אביזרי נקודת סאדב גורמים ל-TSSA להידבק לזכוכית מחוסמת שבורה. כאשר הזכוכית המחוסמת התנפצה, הזכוכית יצאה מהפתח לאחר סטייה של כ-100 מ"מ (4 אינץ').
תחת תנאי עומס מתמשך הולך וגובר, נבדקה מסגרת 2 3 פעמים. התוצאות הראו שהכשל לא התרחש עד שהלחץ הגיע ל-69 kPa (10 psi). הלחצים שנמדדו של 44.3 kPa (6.42 psi) ו-45.4 kPa (6.59 psi) לא ישפיעו על שלמות הרכיב. תחת לחץ שנמדד של 62 kPa (9 psi), סטיית הזכוכית גרמה לשבירה, מה שהותיר את חלון הזכוכית בפתח. כל אביזרי TSSA מחוברים בזכוכית מחוסמת שבורה, כמו באיור 7.
תחת תנאי עומס מתמשך הולך וגובר, נבדקה מסגרת 3 פעמיים. התוצאות הראו שהכשל לא התרחש עד שהלחץ הגיע ליעד של 69 kPa (10 psi). הלחץ הנמדד של 48.4 kPa (7.03) psi לא ישפיע על שלמות הרכיב. איסוף הנתונים לא אפשר סטייה, אך תצפית חזותית מהסרטון הראתה שהסטייה של מסגרת 2, בדיקה 3, ומסגרת 4, בדיקה 7, היו דומות. תחת לחץ מדידה של 64 kPa (9.28 psi), הסטייה של הזכוכית שנמדדה ב-190.5 מ"מ (7.5 אינץ') גרמה לשבירה, והותירה את חלון הזכוכית בפתח. כל אביזרי TSSA מחוברים בזכוכית מחוסמת שבורה, כמו באיור 7.
עם עומס מתמשך הולך וגובר, נבדקה מסגרת 4 3 פעמים. התוצאות הראו שהכשל לא התרחש עד שהלחץ הגיע ליעד של 10 psi בפעם השנייה. הלחצים שנמדדו של 46.8 kPa (6.79) ו-64.9 kPa (9.42 psi) לא ישפיעו על שלמות הרכיב. בבדיקה מספר 8, נמדדה כיפוף הזכוכית ב-100 מ"מ (4 אינץ'). צפוי שעומס זה יגרום לשבירת הזכוכית, אך ניתן להשיג נקודות נתונים אחרות.
בבדיקה מס' 9, לחץ שנמדד של 65.9 kPa (9.56 psi) הסט את הזכוכית ב-190.5 מ"מ (7.5 אינץ') וגרם לשבירה, מה שהותיר את חלון הזכוכית בפתח. כל אביזרי TSSA מחוברים לאותה זכוכית מחוסמת שבורה כמו באיור 7. בכל המקרים, ניתן להסיר בקלות את האביזרים ממסגרת הפלדה ללא כל נזק גלוי.
ערך ה-TSSA (המשקל הפיזי של הזכוכית) עבור כל בדיקה נותר ללא שינוי. לאחר הבדיקה, כאשר הזכוכית נשארת שלמה, אין שינוי חזותי בערך ה-TSSA. הסרטון המהיר מראה את הזכוכית נשברת בנקודת האמצע של המפתח ולאחר מכן יוצאת מהפתח.
מההשוואה בין כשל זכוכית לבין אי כשל באיור 8 ובאיור 9, מעניין לציין שמצב שבר הזכוכית מתרחש הרחק מנקודת החיבור, דבר המצביע על כך שהחלק הלא מחובר של הזכוכית הגיע לנקודת הכיפוף, המתקרבת במהירות. נקודת הכניעה השבירה של זכוכית היא יחסית לחלק שנותר מחובר.
ממצא זה מצביע על כך שבמהלך הבדיקה, הלוחות השבורים בחלקים אלה נוטים לנוע תחת כוחות גזירה. בשילוב עיקרון זה והתצפית לפיה נראה שמצב הכשל הוא שבירות עובי הזכוכית בממשק הדבק, ככל שהעומס שנקבע עולה, יש לשפר את הביצועים על ידי הגדלת עובי הזכוכית או שליטה על הסטייה באמצעים אחרים.
בדיקה 8 של מסגרת 4 היא הפתעה נעימה במתקן הבדיקה. למרות שהזכוכית לא ניזוקה כך שניתן יהיה לבדוק את המסגרת שוב, מערכת האיטום TSSA ורצועות האיטום שמסביב עדיין יכולים לשאת את העומס הגדול הזה. מערכת ה-TSSA משתמשת בארבעה חיבורים של 60 מ"מ לתמיכה בזכוכית. עומסי הרוח המתוכננים הם עומסים חיים וקבועים, שניהם ב-2.5 kPa (50 psf). זהו עיצוב בינוני, עם שקיפות אדריכלית אידיאלית, מציג עומסים גבוהים במיוחד, ו-TSSA נותר שלם.
מחקר זה נערך כדי לקבוע האם להידבקות מערכת הזכוכית יש סכנות או פגמים אינהרנטיים מבחינת דרישות ברמה נמוכה לביצועי התזת חול. ברור שמערכת אביזר TSSA פשוטה בקוטר 60 מ"מ מותקנת ליד קצה הזכוכית ויש לה ביצועים עד שהזכוכית נשברת. כאשר הזכוכית מתוכננת לעמוד בפני שבירה, TSSA היא שיטת חיבור בת קיימא שיכולה לספק מידה מסוימת של הגנה תוך שמירה על דרישות הבניין לשקיפות ופתיחות.
בהתאם לתקן ASTM F2912-17, רכיבי החלון שנבדקו מגיעים לרמת הסיכון H1 ברמת התקן C1. אביזר Sadev R1006 ששימש במחקר אינו מושפע.
הזכוכית המחוסמת בה נעשה שימוש במחקר זה היא "החוליה החלשה" במערכת. לאחר שבירת הזכוכית, TSSA ורצועת האיטום שמסביבה אינם יכולים לשמור על כמות גדולה של זכוכית, מכיוון שכמות קטנה של שברי זכוכית נותרת על חומר הסיליקון.
מנקודת מבט של עיצוב וביצועים, מערכת הדבק TSSA הוכחה כמספקת רמת הגנה גבוהה ברכיבי חזית ברמת נפץ ברמה ההתחלתית של מדדי ביצועי נפץ, דבר המקובל באופן נרחב בתעשייה. החזית שנבדקה מראה שכאשר סכנת הפיצוץ היא בין 41.4 kPa (6 psi) ל-69 kPa (10 psi), הביצועים ברמת הסיכון שונים באופן משמעותי.
עם זאת, חשוב שההבדל בסיווג הסיכונים לא יוחס לכשל דבק כפי שמצביע מצב הכשל הקוהזיבי של דבק ושברי זכוכית בין ספי הסיכון. על פי תצפיות, גודל הזכוכית מותאם כראוי כדי למזער סטייה ולמנוע שבירות עקב תגובת גזירה מוגברת בממשק הכיפוף וההתקשרות, שנראה כגורם מפתח בביצועים.
ייתכן שעיצובים עתידיים יוכלו להפחית את רמת הסיכון תחת עומסים גבוהים יותר על ידי הגדלת עובי הזכוכית, קיבוע מיקום הנקודה יחסית לקצה והגדלת קוטר המגע של הדבק.
[1] ASTM F2912-17 מפרט סיבי זכוכית סטנדרטיים, זכוכית ומערכות זכוכית הכפופות לעומסי גובה רב, ASTM International, West Conshocken, Pennsylvania, 2017, https://doi.org/10.1520/F2912-17 [2] Hilliard, JR, Paris, CJ and Peterson, CO, Jr., “איטום מבני לזכוכית, טכנולוגיית איטום למערכות זכוכית”, ASTM STP 638, ASTM International, West Conshocken, Pennsylvania, 1977, עמ' 67-99. [3] Zarghamee, MS, TA, Schwartz, and Gladstone, M., “ביצועים סייסמיים של זכוכית סיליקה מבנית”, איטום מבנים, איטום, זכוכית וטכנולוגיית איטום למים, כרך 1. 6. ASTM STP 1286, JC Myers, עורך, ASTM International, West Conshocken, Pennsylvania, 1996, עמ' 46-59. [4] קרברי, LD, "סקירת עמידות וביצועים של מערכות חלונות זכוכית מבניות מסיליקון", יום ביצועי הזכוכית, טמפרה, פינלנד, יוני 2007, דיוני הכנס, עמודים 190-193. [5] Schmidt, CM, Schoenherr, WJ, Carbary LD, and Takish, MS, “ביצועי דבקי סיליקון מבניים”, מדע וטכנולוגיה של מערכות זכוכית, ASTM STP1054, אוניברסיטת CJ בפריז, האגודה האמריקאית לבדיקות וחומרים, פילדלפיה, 1989 שנים, עמ' 22-45 [6] Wolf, AT, Sitte, S., Brasseur, M., J. and Carbary L. D, “דבק סיליקון מבני שקוף לקיבוע זיגוג (TSSA) הערכה ראשונית של התכונות המכניות ועמידות הפלדה”, הסימפוזיון הבינלאומי הרביעי לעמידות “איטום ודבקי בנייה”, מגזין ASTM הבינלאומי, פורסם באינטרנט, אוגוסט 2011, כרך 8, גיליון 10 (11 בנובמבר 2011), JAI 104084, זמין באתר האינטרנט הבא: www.astm.org/DIGITAL_LIBRARY/JOURNALS/JAI/PAGES/JAI104084.htm. [7] קליפט, ק., האטלי, פ., קרברי, ל.ד., דבק סיליקון בעל מבנה שקוף, יום ביצועי זכוכית, טמפרה, פינלנד, יוני 2011, דיוני הכנס, עמודים 650-653. [8] קליפט, סי., קרברי, ל.ד., האטלי, פ., קימברליין, ג'., "זכוכית סיליקה מבנית מהדור החדש" כתב העת לעיצוב והנדסה של חזיתות 2 (2014) 137–161, DOI 10.3233 / FDE-150020 [9] קנת יארוש, אנדראס ט. וולף, וזיגורד סיט "הערכת חומרי איטום מגומי סיליקון בתכנון חלונות וקירות מסך חסיני כדורים בקצבי תנועה גבוהים", מגזין ASTM הבינלאומי, גיליון 1. 6. מס' מס' 2, מזהה JAI101953 [10] ASTM C1135-15, שיטת בדיקה סטנדרטית לקביעת ביצועי הידבקות מתיחה של חומרי איטום מבניים, ASTM הבינלאומי, ווסט קונשהוקן, פנסילבניה, 2015, https:/ /doi.org/10.1520/C1135-15 [11] מורגן, ט., "התקדמות ב "זכוכית עמידה בפני פיצוץ עם ברגים", יום ביצועי הזכוכית, יוני 2103, פרוטוקול ישיבה, עמ' 181-182 [12] ASTM F1642 / F1642M-17 שיטת בדיקה סטנדרטית לזכוכית ומערכות זכוכית הנתונים לעומסי רוח גבוהים, ASTM International, West Conshohocken, פנסילבניה, 2017, https://doi.org/10.1520/F1642_F1642M-17 [13] Wedding, William Chad and Braden T. Lusk. "שיטה חדשה לקביעת תגובת מערכות זכוכית נגד פיצוץ לעומסים נפיצים." Metric 45.6 (2012): 1471-1479. [14] "הנחיות מרצון להפחתת סכנת הפיצוץ של מערכות חלונות אנכיות" AAMA 510-14.