이러한 건축적 요구 사항을 충족하는 점 고정식 유리 시스템은 지상 출입구나 공공 장소에서 특히 인기가 높습니다.최근 기술 발전으로 인해 초고강도 접착제를 사용하여 유리에 구멍을 뚫을 필요 없이 이러한 대형 경석을 액세서리에 부착할 수 있게 되었습니다.
일반적인 지상 위치는 시스템이 건물 거주자를 위한 보호층 역할을 해야 할 가능성을 증가시키며, 이 요구 사항은 일반적인 풍하중 요구 사항을 초과하거나 초과합니다.드릴링용 포인트 고정 시스템에 대해서는 일부 테스트가 수행되었지만 접착 방법에 대해서는 테스트가 수행되지 않았습니다.
이 문서의 목적은 접착된 투명 부품에 폭발 하중이 미치는 영향을 시뮬레이션하기 위해 폭발을 시뮬레이션하기 위해 폭발물이 포함된 충격 튜브를 사용하여 시뮬레이션 테스트를 기록하는 것입니다.이러한 변수에는 SGP 이오노머 샌드위치가 있는 얇은 판에서 수행되는 ASTM F2912[1]에 정의된 폭발 하중이 포함됩니다.이번 연구는 대규모 테스트 및 건축 설계에 대한 잠재적인 폭발 성능을 정량화할 수 있는 최초의 연구입니다.직경이 60mm(2.36인치)인 TSSA 피팅 4개를 1524 x 1524mm(60인치 x 60인치) 크기의 유리판에 부착합니다.
48.3kPa(7psi) 이하로 로드된 4개의 구성요소는 TSSA와 유리를 손상시키거나 영향을 주지 않았습니다.5개의 구성요소는 62kPa(9psi) 이상의 압력으로 로드되었으며, 5개 구성요소 중 4개에서 유리가 파손되어 유리가 개구부에서 이동되는 현상이 나타났습니다.모든 경우에 TSSA는 금속 부속품에 부착된 상태로 유지되었으며 오작동, 접착 또는 접합이 발견되지 않았습니다.테스트 결과 AAMA 510-14의 요구 사항에 따라 테스트된 TSSA 설계는 48.3kPa(7psi) 이하의 부하에서 효과적인 안전 시스템을 제공할 수 있는 것으로 나타났습니다.여기에서 생성된 데이터는 지정된 부하를 충족하도록 TSSA 시스템을 엔지니어링하는 데 사용될 수 있습니다.
Jon Kimberlain(Jon Kimberlain)은 다우코닝 고성능 실리콘의 고급 응용 전문가입니다.로렌스 D. 카바리(Lawrence D. Carbary)는 다우코닝 실리콘 및 ASTM 연구원인 다우코닝 고성능 건설 산업 과학자입니다.
유리 패널의 구조적 실리콘 부착은 현대 건물의 미학과 성능을 향상시키기 위해 거의 50년 동안 사용되어 왔습니다[2] [3] [4] [5].고정방식으로 투명도가 높고 매끈한 연속 외벽을 만들 수 있습니다.건축의 투명성을 높이려는 욕구로 인해 케이블 메쉬 벽과 볼트로 지지되는 외벽이 개발 및 사용되었습니다.건축학적으로 까다로운 랜드마크 건물에는 오늘날의 현대 기술이 포함되며 지역 건물 및 안전 규정과 표준을 준수해야 합니다.
투명 구조용 실리콘 접착제(TSSA)가 연구되었으며, 구멍을 뚫는 대신 볼트 고정 부품으로 유리를 지지하는 방법이 제안되었다[6][7].강도, 접착력 및 내구성을 갖춘 투명 접착제 기술은 커튼월 설계자가 독특하고 참신한 방식으로 연결 시스템을 설계할 수 있는 일련의 물리적 특성을 가지고 있습니다.
미학과 구조적 성능을 모두 충족하는 원형, 직사각형, 삼각형 액세서리를 쉽게 디자인할 수 있습니다.TSSA는 오토클레이브에서 처리되는 접합 유리와 함께 경화됩니다.오토클레이브 사이클에서 재료를 제거한 후 100% 검증 테스트를 완료할 수 있습니다.이러한 품질 보증 이점은 어셈블리의 구조적 무결성에 대한 즉각적인 피드백을 제공할 수 있다는 점에서 TSSA의 고유한 이점입니다.
기존 구조용 실리콘 재료의 내충격성[8]과 충격 흡수 효과가 연구되었습니다[9].Wolfet al.슈투트가르트 대학교에서 생성된 데이터를 제공했습니다.이 데이터는 ASTM C1135에 지정된 준정적 변형률과 비교하여 구조용 실리콘 재료의 인장 강도가 최대 변형률 5m/s(197in/s)에 있음을 보여줍니다.강도와 신장이 증가합니다.변형률과 물리적 특성 사이의 관계를 나타냅니다.
TSSA는 구조용 실리콘보다 모듈러스와 강도가 높은 고탄성 소재이므로 동일한 일반 성능을 따를 것으로 예상됩니다.높은 변형률에 대한 실험실 테스트는 수행되지 않았지만 폭발 시 높은 변형률이 강도에 영향을 미치지 않을 것으로 예상할 수 있습니다.
볼트 체결 유리는 테스트를 거쳐 폭발 완화 표준[11]을 충족하고 2013 Glass Performance Day에 전시되었습니다.시각적 결과는 유리가 파손된 후 유리를 기계적으로 고정하는 것의 장점을 명확하게 보여줍니다.순수 접착제 부착 시스템의 경우 이는 어려운 작업이 될 것입니다.
프레임은 일반적으로 C 6” x 8.2# 슬롯이라고 불리는 151mm 깊이 x 48.8mm 너비 x 5.08mm 웹 두께(6” x 1.92” x 0.20”) 크기의 미국 표준 강철 채널로 만들어집니다.C 채널은 모서리에서 함께 용접되고, 9mm(0.375인치) 두께의 삼각형 섹션이 모서리에 용접되어 프레임 표면에서 뒤로 설정됩니다.직경 14mm(0.55인치)의 볼트를 쉽게 삽입할 수 있도록 플레이트에 18mm(0.71인치) 구멍을 뚫었습니다.
직경이 60mm(2.36인치)인 TSSA 금속 부속품은 각 모서리에서 50mm(2인치) 떨어져 있습니다.각 유리 조각에 4개의 부속품을 적용하여 모든 것이 대칭이 되도록 만듭니다.TSSA의 독특한 특징은 유리 가장자리 가까이에 배치할 수 있다는 것입니다.유리에 기계적으로 고정하기 위한 드릴링 액세서리는 가장자리부터 시작하여 특정 치수를 갖고 있으며, 이는 설계에 통합되어야 하며 템퍼링 전에 드릴링되어야 합니다.
가장자리에 가까운 크기는 완성된 시스템의 투명성을 향상시키는 동시에 일반적인 스타 조인트의 낮은 토크로 인해 스타 조인트의 접착력을 감소시킵니다.이 프로젝트를 위해 선택된 유리는 Sentry Glass Plus(SGP) 이오노머 중간 필름 1.52mm(0.060)'로 적층된 두 개의 6mm(1/4인치) 강화 투명 1524mm x 1524mm(5'x 5') 레이어입니다.
1mm(0.040인치) 두께의 TSSA 디스크가 60mm(2.36인치) 직경의 프라이밍된 스테인리스강 피팅에 적용됩니다.프라이머는 스테인레스강과의 접착 내구성을 향상시키기 위해 고안된 것으로 실란과 티타네이트를 용매에 혼합한 혼합물입니다.금속 디스크를 1분 동안 0.7 MPa(100 psi)의 측정된 힘으로 유리에 눌러 젖음과 접촉을 제공합니다.TSSA가 오토클레이브에서 경화 및 결합에 필요한 30분 흡수 시간에 도달할 수 있도록 11.9Bar(175psi) 및 133C°(272°F)에 도달하는 오토클레이브에 구성 요소를 놓습니다.
오토클레이브가 완료되고 냉각된 후 각 TSSA 피팅을 검사한 다음 55Nm(40.6피트 파운드)로 조여 1.3MPa(190psi)의 표준 하중을 표시합니다.TSSA용 액세서리는 Sadev에서 제공하며 R1006 TSSA 액세서리로 식별됩니다.
액세서리 본체를 유리 위의 경화 디스크에 조립하고 강철 프레임 안으로 내립니다.외부 유리가 강철 프레임 외부와 같은 높이가 되도록 볼트의 너트를 조정하고 고정합니다.유리 주변을 둘러싸는 13mm x 13mm(1/2″ x½”) 조인트는 두 부분으로 구성된 실리콘으로 밀봉되어 압력 부하 테스트가 다음날 시작될 수 있습니다.
이 테스트는 켄터키 대학교 폭발물 연구소의 충격관을 사용하여 수행되었습니다.충격 흡수 튜브는 강화된 강철 몸체로 구성되어 있으며, 최대 3.7mx 3.7m 크기의 장치를 전면에 설치할 수 있습니다.
충격 튜브는 폭발 이벤트의 긍정적이고 부정적인 단계를 시뮬레이션하기 위해 폭발 튜브의 길이를 따라 폭발물을 배치하여 구동됩니다[12][13].그림 4와 같이 전체 유리 및 강철 프레임 어셈블리를 충격 흡수 튜브에 넣어 테스트합니다.
충격관 내부에는 4개의 압력 센서가 설치되어 있어 압력과 맥박을 정확하게 측정할 수 있습니다.두 대의 디지털 비디오 카메라와 한 대의 디지털 SLR 카메라를 사용하여 테스트를 기록했습니다.
쇼크 튜브 외부 창 근처에 위치한 MREL Ranger HR 고속 카메라는 초당 500프레임으로 테스트를 캡처했습니다.창 중앙의 편향을 측정하려면 창 근처에 20kHz 편향 레이저 레코드를 설정합니다.
4개의 프레임워크 구성 요소는 총 9번 테스트되었습니다.유리가 개구부에서 나오지 않으면 더 높은 압력과 충격을 가하여 구성 요소를 다시 테스트하십시오.각 경우에 목표 압력과 충격량, 유리 변형 데이터가 기록됩니다.그런 다음 각 테스트는 AAMA 510-14 [폭발 위험 완화를 위한 페테스트레이션 시스템 자발적 지침]에 따라 평가됩니다.
위에서 설명한 대로, 폭발 포트의 ​​개구부에서 유리가 제거될 때까지 4개의 프레임 조립체를 테스트했습니다.첫 번째 테스트의 목표는 614kPa-ms(10psi A 89psi-msec)의 펄스에서 69kPa에 도달하는 것입니다.하중이 가해지면 유리창이 부서져 프레임에서 분리되었습니다.Sadev 포인트 피팅을 사용하면 TSSA가 깨진 강화유리에 접착됩니다.강화 유리가 부서졌을 때 유리는 약 100mm(4인치) 정도 휘어진 후 개구부를 떠났습니다.
연속 하중이 증가하는 조건에서 프레임 2는 3번 테스트되었습니다.결과에 따르면 압력이 69kPa(10psi)에 도달할 때까지 고장이 발생하지 않은 것으로 나타났습니다.44.3kPa(6.42psi) 및 45.4kPa(6.59psi)의 측정된 압력은 구성 요소의 무결성에 영향을 미치지 않습니다.측정된 압력 62kPa(9psi)에서 유리의 휘어짐으로 인해 파손이 발생하여 유리창이 개구부에 남게 되었습니다.모든 TSSA 액세서리는 그림 7과 같이 깨진 강화유리로 부착되어 있습니다.
연속 하중이 증가하는 조건에서 프레임 3은 두 번 테스트되었습니다.결과는 압력이 목표인 69kPa(10psi)에 도달할 때까지 실패가 발생하지 않았음을 보여주었습니다.48.4kPa(7.03)psi의 측정된 압력은 구성 요소의 무결성에 영향을 미치지 않습니다.데이터 수집은 편향을 허용하지 못했지만 비디오를 시각적으로 관찰하면 프레임 2 테스트 3과 프레임 4 테스트 7의 편향이 유사하다는 것을 알 수 있습니다.64kPa(9.28psi)의 측정 압력에서 190.5mm(7.5인치)에서 측정된 유리의 휘어짐으로 인해 파손이 발생하여 유리창이 개구부에 남게 되었습니다.모든 TSSA 액세서리는 그림 7 과 같이 깨진 강화유리로 부착되어 있습니다.
연속 하중이 증가함에 따라 프레임 4는 3회 테스트되었습니다.그 결과 두 번째로 압력이 목표인 10psi에 도달할 때까지 고장이 발생하지 않은 것으로 나타났습니다.46.8kPa(6.79) 및 64.9kPa(9.42psi)의 측정된 압력은 구성 요소의 무결성에 영향을 미치지 않습니다.테스트 #8에서는 유리가 100mm(4인치) 구부러지는 것으로 측정되었습니다.이 하중으로 인해 유리가 파손될 것으로 예상되지만 다른 데이터 포인트도 얻을 수 있습니다.
테스트 #9에서 측정된 압력 65.9kPa(9.56psi)는 유리를 190.5mm(7.5인치)만큼 휘게 하여 파손을 일으켰고 유리창이 개구부에 남게 되었습니다.모든 TSSA 액세서리는 그림 7과 같이 동일한 깨진 강화 유리로 부착되어 있습니다. 모든 경우에 액세서리는 눈에 띄는 손상 없이 강철 프레임에서 쉽게 제거할 수 있습니다.
각 테스트의 TSSA는 변경되지 않습니다.테스트 후 유리가 손상되지 않은 상태로 유지되면 TSSA에는 시각적인 변화가 없습니다.고속 영상에는 유리가 경간 중간 지점에서 깨지고 개구부를 떠나는 모습이 담겨 있습니다.
그림 8과 그림 9의 유리 파손과 파손 없음의 비교에서 유리 파손 모드가 부착 지점에서 멀리 떨어진 곳에서 발생한다는 점은 흥미롭습니다. 이는 유리의 접착되지 않은 부분이 굽힘 지점에 도달했음을 나타냅니다. 유리의 취성 항복점은 접착된 상태로 남아 있는 부분에 따라 달라집니다.
이는 테스트 중에 해당 부품의 파손된 판이 전단력에 의해 움직일 가능성이 있음을 나타냅니다.이 원리와 파손 모드가 접착 계면에서 유리 두께의 취성인 것으로 보인다는 관찰을 결합하면 규정된 하중이 증가함에 따라 유리 두께를 늘리거나 다른 수단으로 편향을 제어하여 성능을 개선해야 합니다.
프레임 4의 테스트 8은 테스트 시설에서 즐거운 놀라움을 선사합니다.프레임을 다시 테스트할 수 있도록 유리가 손상되지 않더라도 TSSA 및 주변 밀봉 스트립은 여전히 ​​이 큰 하중을 유지할 수 있습니다.TSSA 시스템은 4개의 60mm 부착물을 사용하여 유리를 지지합니다.설계 풍하중은 활하중과 영구 하중이며 둘 다 2.5kPa(50psf)입니다.이는 이상적인 건축 투명성을 갖춘 적당한 디자인이며 매우 높은 부하를 나타내며 TSSA는 그대로 유지됩니다.
이 연구는 샌드블라스팅 성능에 대한 낮은 수준의 요구 사항 측면에서 유리 시스템의 접착 접착력에 고유한 위험이나 결함이 있는지 확인하기 위해 수행되었습니다.분명히 간단한 60mm TSSA 액세서리 시스템이 유리 가장자리 근처에 설치되어 유리가 깨질 때까지 성능을 발휘합니다.유리가 파손되지 않도록 설계한 경우 TSSA는 건물의 투명성과 개방성에 대한 요구 사항을 유지하면서 어느 정도 보호 기능을 제공할 수 있는 실행 가능한 연결 방법입니다.
ASTM F2912-17 표준에 따라 테스트된 창 구성 요소는 C1 표준 수준에서 H1 위험 수준에 도달합니다.연구에 사용된 Sadev R1006 액세서리는 영향을 받지 않았습니다.
본 연구에 사용된 강화유리는 시스템의 “약한 고리”입니다.유리가 깨지면 TSSA와 주변 밀봉 스트립은 실리콘 소재에 소량의 유리 조각이 남아 있기 때문에 많은 양의 유리를 유지할 수 없습니다.
설계 및 성능 관점에서 TSSA 접착제 시스템은 폭발성 성능 지표의 초기 수준에서 폭발성 외관 구성 요소에 높은 수준의 보호 기능을 제공하는 것으로 입증되었으며 이는 업계에서 널리 인정되었습니다.테스트된 외관은 폭발 위험이 41.4kPa(6psi)에서 69kPa(10psi) 사이일 때 위험 수준에서의 성능이 크게 다르다는 것을 보여줍니다.
그러나 위험 분류의 차이가 위험 임계값 사이의 접착제와 유리 조각의 응집 실패 모드로 표시되는 접착 실패로 인한 것이 아니라는 것이 중요합니다.관찰에 따르면 유리의 크기를 적절하게 조정하여 휘어짐을 최소화하고 굽힘과 부착의 경계면에서 증가된 전단 반응으로 인한 취성을 방지하는데, 이는 성능의 핵심 요소인 것으로 보입니다.
미래의 설계에서는 유리의 두께를 늘리고, 가장자리에 대한 점의 위치를 ​​고정하고, 접착제의 접촉 직경을 늘려 더 높은 하중에서 위험 수준을 줄일 수 있습니다.
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