この建築要件を満たす点固定ガラスシステムは、特に地上エントランスや公共エリアで人気があります。近年の技術進歩により、超高強度接着剤を使用することで、ガラスに穴を開けることなく、これらの大型軽石をアクセサリーに固定することが可能になりました。
典型的な地盤条件では、システムが建物居住者の保護層として機能する可能性が高まり、この要件は一般的な風荷重要件を上回るか、あるいは超過します。掘削用のポイント固定システムについてはいくつかの試験が行われていますが、接着方法については試験が行われていません。
本稿の目的は、爆発を模擬した衝撃管を用いて爆発を模擬し、接着された透明部材への爆発荷重の衝撃をシミュレートする試験を記録することである。これらの変数には、ASTM F2912 [1] で定義された爆発荷重が含まれる。これは、SGPアイオノマーサンドイッチ構造の薄板上で実施される。本研究は、大規模試験および建築設計における潜在的な爆発性能を定量化できる初めての研究である。直径60 mm（2.36インチ）のTSSA継手4個を、1524 x 1524 mm（60インチ x 60インチ）のガラス板に取り付ける。
4つのコンポーネントに48.3 kPa（7 psi）以下の圧力を負荷した試験では、TSSAおよびガラスに損傷や影響は見られませんでした。5つのコンポーネントに62 kPa（9 psi）を超える圧力を負荷したところ、そのうち4つのコンポーネントでガラスが破損し、開口部からガラスが外れました。いずれの場合も、TSSAは金属製の継手に取り付けられたままであり、不具合、付着、または接着は確認されませんでした。試験の結果、AAMA 510-14の要件に準拠した試験済みのTSSA設計は、48.3 kPa（7 psi）以下の負荷においても効果的な安全システムを提供できることが示されました。ここで生成されたデータは、指定された負荷を満たすようにTSSAシステムを設計するために使用できます。
ジョン・キンバレイン（Jon Kimberlain）は、ダ​​ウコーニングの高性能シリコーンの高度な応用専門家です。ローレンス・D・カーバリー（Lawrence D. Carbary）は、ダウコーニングの高性能建設業界の科学者であり、ダウコーニングのシリコーンおよびASTMの研究者です。
ガラスパネルの構造用シリコン固定は、近代建築の美観と性能を向上させるために、約50年にわたって使用されてきました[2][3][4][5]。この固定方法は、高い透明度を備えた滑らかで連続した外壁を実現できます。建築における透明性の向上への要望は、ケーブルメッシュ壁やボルト支持外壁の開発と使用につながりました。建築的に難易度の高いランドマーク建築には、今日の最新技術が採用され、地域の建築および安全基準に準拠する必要があります。
透明構造用シリコーン接着剤（TSSA）が研究され、ガラスをドリルで穴あけする代わりにボルト固定部品で固定する方法が提案されています[6][7]。強度、接着性、耐久性に優れた透明接着剤技術は、カーテンウォール設計者が独創的で斬新な方法で接合システムを設計することを可能にする一連の物理的特性を備えています。
美観と構造性能を兼ね備えた円形、長方形、三角形のアクセサリーを容易に設計できます。TSSAは、オートクレーブ内で加工中の合わせガラスと同時に硬化されます。オートクレーブサイクルから材料を取り出した後、全数検証試験を実施できます。この品質保証の利点は、アセンブリの構造的完全性に関するフィードバックを即座に提供できるという点において、TSSA独自のものです。
従来の構造用シリコーン材料の耐衝撃性[8]と衝撃吸収効果については研究が行われている[9]。Wolfらはシュトゥットガルト大学が作成したデータを提供している。これらのデータは、ASTM C1135に規定されている準静的ひずみ速度と比較して、構造用シリコーン材料の引張強度は、極限ひずみ速度5m/s（197in/s）で最大強度と伸びが増加することを示しています。ひずみと物理的特性の関係を示しています。
TSSAは構造用シリコーンよりも高い弾性率と強度を有する高弾性材料であるため、構造用シリコーンと同様の一般的な性能を発揮すると期待されます。高ひずみ速度での実験室試験は実施されていませんが、爆発時の高ひずみ速度が強度に影響を与えないことが期待されます。
ボルト留めガラスは試験済みで、爆発軽減基準[11]を満たし、2013年のガラスパフォーマンスデーで展示されました。視覚的な結果は、ガラスが破損した後に機械的にガラスを固定することの利点を明確に示しています。純粋な接着剤で固定するシステムでは、これは課題となるでしょう。
フレームは、米国規格の鋼製チャンネル材で作られており、寸法は奥行き151mm、幅48.8mm、ウェブ厚5.08mm（6インチ×1.92インチ×0.20インチ）で、通常C 6インチ×8.2#スロットと呼ばれます。Cチャンネルはコーナーで溶接されており、さらに9mm（0.375インチ）厚の三角形の断面がコーナーに溶接され、フレーム表面から後退しています。プレートには直径14mm（0.55インチ）のボルトを容易に挿入できるよう、18mm（0.71インチ）の穴が開けられています。
直径60mm（2.36インチ）のTSSA金具は、各コーナーから50mm（2インチ）の間隔で取り付けられています。ガラス1枚につき4つの金具を取り付けることで、全体が対称になります。TSSAのユニークな特徴は、ガラスの端に近接して配置できることです。ガラスに機械的に固定するための穴あけアクセサリは、端から始まる特定の寸法があり、設計に組み込む必要があり、強化処理前に穴あけ加工する必要があります。
端に近いサイズにすることで、完成したシステムの透明性が向上し、同時に、一般的なスタージョイントのトルクが低いため、スタージョイントの接着力も低減されます。このプロジェクトに採用されたガラスは、厚さ6mm（1/4インチ）の強化ガラス2枚で、1524mm x 1524mm（5フィートx 5フィート）の透明ガラスです。このガラスは、セントリーガラスプラス（SGP）アイオノマー中間膜（1.52mm（0.060インチ））でラミネート加工されています。
厚さ1mm（0.040インチ）のTSSAディスクを、直径60mm（2.36インチ）のプライマー処理済みステンレス鋼製継手に貼り付けます。プライマーはステンレス鋼への接着耐久性を向上させるために設計されており、シランとチタン酸塩を溶剤に混合したものです。金属ディスクをガラスに0.7MPa（100psi）の力で1分間押し付け、濡れと接触を確保します。部品を11.9bar（175psi）、133℃（272°F）に達するオートクレーブに入れ、TSSAがオートクレーブ内で硬化および接着に必要な30分間の浸漬時間に達するようにします。
オートクレーブの運転が終了し、冷却が完了したら、各TSSA継手を点検し、標準荷重1.3 MPa（190 psi）を示すように55 Nm（40.6フィートポンド）で締め付けてください。TSSA用のアクセサリはSadev社から提供され、R1006 TSSAアクセサリとして識別されます。
アクセサリ本体をガラス上の硬化ディスクに取り付け、スチールフレーム内に下ろします。外側のガラスがスチールフレームの外側と面一になるように、ボルトのナットを調整して固定します。ガラスの周囲を囲む13mm x 13mm（1/2インチ x 1/2インチ）の接合部は、2部構造のシリコンで密閉されているため、翌日から圧力負荷試験を開始できます。
この試験は、ケンタッキー大学爆発物研究所の衝撃管を用いて実施されました。この衝撃吸収管は強化鋼製の本体で構成されており、最大3.7m×3.7mのユニットを壁面に設置できます。
衝撃管は、爆発管の全長にわたって爆薬を配置することで駆動され、爆発事象の正負の位相を模擬する[12][13]。図4に示すように、ガラスと鉄骨のフレーム全体を衝撃吸収管に入れて試験を行う。
ショックチューブ内には4つの圧力センサーが設置されており、圧力と脈拍を正確に測定できます。試験の記録には、2台のデジタルビデオカメラと1台のデジタル一眼レフカメラを使用しました。
衝撃管の外側の窓付近に設置されたMREL Ranger HR高速カメラは、毎秒500フレームで試験を撮影しました。窓付近に20kHzの偏向レーザー記録装置を設置し、窓中央の偏向を測定しました。
4つのフレームワークコンポーネントは合計9回試験されました。ガラスが開口部から飛び出さない場合は、より高い圧力と衝撃でコンポーネントを再試験します。各ケースにおいて、目標圧力と衝撃、およびガラスの変形データが記録されます。その後、各試験はAAMA 510-14 [爆発危険軽減のためのフェストレーションシステム自主ガイドライン] に基づいて評価されます。
前述の通り、4つのフレームアセンブリを試験し、ガラスがブラストポートの開口部から外れるまでの試験を行いました。最初の試験の目標は、614 kPa-ms（10 psi A 89 psi-msec）のパルスで69 kPaに達することです。荷重が加えられると、ガラス窓は粉砕され、フレームから外れました。Sadevポイントフィッティングにより、TSSAは破損した強化ガラスにしっかりと密着します。強化ガラスが粉砕されると、ガラスは約100 mm（4インチ）撓んだ後、開口部から外れました。
フレーム2は、連続荷重が増加する条件下で3回試験されました。その結果、圧力が69 kPa（10 psi）に達するまで破損は発生しませんでした。測定された圧力は44.3 kPa（6.42 psi）および45.4 kPa（6.59 psi）で、部品の完全性には影響しません。測定された圧力が62 kPa（9 psi）の場合、ガラスのたわみにより破損が発生し、開口部にガラス窓が残りました。図7に示すように、すべてのTSSAアクセサリには破損した強化ガラスが取り付けられています。
増加する連続荷重の条件下で、フレーム3は2回テストされました。結果は、圧力が目標の69 kPa（10 psi）に達するまで破損が発生しないことを示しました。測定された圧力48.4 kPa（7.03）psiは、コンポーネントの完全性に影響を与えません。データ収集ではたわみを許容できませんでしたが、ビデオからの視覚的観察では、フレーム2テスト3とフレーム4テスト7のたわみが類似していることが示されました。測定圧力64 kPa（9.28 psi）の下で、190.5 mm（7.5インチ）で測定されたガラスのたわみにより破損が発生し、開口部にガラス窓が残りました。すべてのTSSAアクセサリには、図7と同じように、破損した強化ガラスが取り付けられています。
フレーム4は、連続荷重を増加させながら3回試験されました。その結果、圧力が2回目に目標の10psiに達するまで破損は発生しませんでした。測定された圧力は46.8kPa（6.79psi）および64.9kPa（9.42psi）でしたが、部品の完全性には影響しません。試験8では、ガラスが100mm（4インチ）曲がることが測定されました。この荷重でガラスが破損すると予想されますが、他のデータポイントも取得できます。
試験9では、測定圧力65.9 kPa（9.56 psi）によりガラスが190.5 mm（7.5インチ）変形し、破損が発生しました。これにより、開口部にガラス窓が残されました。TSSAアクセサリはすべて、図7に示すのと同じ破損した強化ガラスに取り付けられています。いずれの場合も、アクセサリは目立った損傷なく、スチールフレームから簡単に取り外すことができます。
各試験におけるTSSAは変化しません。試験後、ガラスが無傷の状態では、TSSAに視覚的な変化は見られません。高速度撮影された動画では、ガラスがスパンの中央で破損し、開口部から飛び出していく様子が確認できます。
図 8 と図 9 のガラス破損と破損なしの比較から、ガラスの破壊モードが接着点から遠く離れた場所で発生していることが興味深い点です。これは、ガラスの非接着部分が曲げ点に達し、それが急速に近づいていることを示しています。ガラスの脆性降伏点は、接着されたままの部分に相対します。
これは、試験中にこれらの部品の破損したプレートがせん断力を受けて移動する可能性があることを示しています。この原理と、破損モードが接着界面におけるガラス厚の脆化であると思われるという観察を組み合わせると、規定荷重が増加するにつれて、ガラス厚を増やすか、他の手段でたわみを制御することで性能を向上させる必要があります。
フレーム4の試験8は、試験施設において嬉しい驚きでした。ガラスは損傷しておらず、フレームを再試験することはできませんでしたが、TSSAと周囲のシーリングストリップは依然としてこの大きな荷重に耐えています。TSSAシステムは、ガラスを支えるために直径60mmのアタッチメントを4つ使用しています。設計風荷重は活荷重と永久荷重で、いずれも2.5kPa（50psf）です。これは中程度の設計であり、理想的な建築的透明性を備えながら、非常に高い荷重を示し、TSSAは無傷のままです。
本研究は、サンドブラスト性能に対する低レベルの要件において、ガラスシステムの接着接合に固有の危険性や欠陥があるかどうかを判断するために実施されました。明らかに、ガラスの縁近くに60mmのシンプルなTSSA補助システムを設置し、ガラスが破損するまでその性能を維持します。ガラスが破損に耐えるように設計されている場合、TSSAは建物の透明性と開放性という要件を維持しながら、ある程度の保護を提供できる有効な接合方法です。
ASTM F2912-17規格によれば、試験対象の窓部品はC1規格レベルにおいてH1の危険レベルに達します。本研究で使用したSadev R1006アクセサリは影響を受けません。
本研究で使用した強化ガラスは、システムにおける「弱点」です。ガラスが破損すると、少量のガラス片がシリコーン素材上に残るため、TSSAと周囲のシーリングストリップは大量のガラスを保持できなくなります。
設計と性能の観点から、TSSA接着システムは、爆発性ファサード部品において、爆発性能指標の初期レベルにおいて高いレベルの保護を提供することが実証されており、業界で広く認められています。試験されたファサードでは、爆発の危険圧力が41.4 kPa（6 psi）から69 kPa（10 psi）の範囲にある場合、危険レベルにおける性能が大きく異なることが示されています。
しかしながら、危険度分類の差は、接着剤とガラス片の凝集破壊モードが示すように、接着剤の破壊に起因するものではないことが重要です。観察結果によると、ガラスのサイズは、曲げと接着の界面におけるせん断応答の増加による脆化を防ぐために、たわみを最小限に抑えるように適切に調整されており、これが性能の重要な要因であると考えられます。
将来の設計では、ガラスの厚さを増やし、エッジに対するポイントの位置を固定し、接着剤の接触直径を大きくすることで、高負荷時の危険レベルを低減できる可能性があります。
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