Sistemele de sticlă fixate punctual care îndeplinesc această cerință arhitecturală sunt deosebit de populare în intrările la parter sau în zonele publice. Progresele tehnologice recente au permis utilizarea adezivilor de înaltă rezistență pentru a atașa aceste pietre ponce mari la accesorii fără a fi nevoie să se găurească geamurile în sticlă.
Amplasarea tipică la sol crește probabilitatea ca sistemul să acționeze ca un strat protector pentru ocupanții clădirii, iar această cerință depășește sau chiar mai mult decât cerințele tipice privind sarcina vântului. Au fost efectuate unele teste asupra sistemului de fixare punctuală pentru găurire, dar nu și asupra metodei de lipire.
Scopul acestui articol este de a înregistra un test de simulare utilizând un tub de șoc cu încărcături explozive pentru a simula o explozie și a simula impactul unei sarcini explozive asupra unei componente transparente lipite. Aceste variabile includ sarcina explozivă definită de ASTM F2912 [1], care este efectuată pe o placă subțire cu un sandwich ionomer SGP. Această cercetare este prima dată când se poate cuantifica performanța potențială explozivă pentru testarea la scară largă și designul arhitectural. Atașați patru fitinguri TSSA cu un diametru de 60 mm (2,36 inci) la o placă de sticlă care măsoară 1524 x 1524 mm (60 inci x 60 inci).
Cele patru componente încărcate la 48,3 kPa (7 psi) sau mai puțin nu au deteriorat și nu au afectat TSSA și sticla. Cinci componente au fost încărcate sub o presiune de peste 62 kPa (9 psi), iar patru dintre cele cinci componente au prezentat spargerea sticlei, provocând deplasarea sticlei din deschidere. În toate cazurile, TSSA a rămas atașat de fitingurile metalice și nu s-a constatat nicio defecțiune, aderență sau lipire. Testele au arătat că, în conformitate cu cerințele AAMA 510-14, designul TSSA testat poate oferi un sistem de siguranță eficient sub o sarcină de 48,3 kPa (7 psi) sau mai puțin. Datele generate aici pot fi utilizate pentru a proiecta sistemul TSSA pentru a îndeplini sarcina specificată.
Jon Kimberlain (Jon Kimberlain) este expertul în aplicații avansate ale silicoanelor de înaltă performanță de la Dow Corning. Lawrence D. Carbary (Lawrence D. Carbary) este un om de știință în industria construcțiilor de înaltă performanță de la Dow Corning, cercetător în siliconi și ASTM la Dow Corning.
Fixarea structurală cu silicon a panourilor de sticlă a fost utilizată timp de aproape 50 de ani pentru a îmbunătăți estetica și performanța clădirilor moderne [2] [3] [4] [5]. Metoda de fixare poate crea un perete exterior continuu, neted, cu o transparență ridicată. Dorința de creștere a transparenței în arhitectură a dus la dezvoltarea și utilizarea pereților din plasă de cabluri și a pereților exteriori susținuți cu șuruburi. Clădirile emblematice, cu provocări arhitecturale, vor include tehnologia modernă de astăzi și trebuie să respecte codurile și standardele locale de construcție și siguranță.
A fost studiat adezivul siliconic structural transparent (TSSA) și a fost propusă o metodă de susținere a sticlei cu piese de fixare cu șuruburi în loc de găurire [6] [7]. Tehnologia adezivului transparent cu rezistență, aderență și durabilitate are o serie de proprietăți fizice care permit proiectanților de pereți cortină să proiecteze sistemul de conectare într-un mod unic și inovator.
Accesoriile rotunde, dreptunghiulare și triunghiulare care îndeplinesc cerințele estetice și performanțele structurale sunt ușor de proiectat. Sticla laminată TSSA este întărită împreună cu sticla laminată, fiind procesată într-o autoclavă. După scoaterea materialului din ciclul de autoclavare, se poate efectua testul de verificare 100%. Acest avantaj de asigurare a calității este unic pentru TSSA, deoarece poate oferi feedback imediat asupra integrității structurale a ansamblului.
Rezistența la impact [8] și efectul de absorbție a șocurilor materialelor siliconice structurale convenționale au fost studiate [9]. Wolf și colab. au furnizat date generate de Universitatea din Stuttgart. Aceste date arată că, în comparație cu rata de deformare cvasistatică specificată în ASTM C1135, rezistența la tracțiune a materialului siliconic structural este la o rată de deformare maximă de 5 m/s (197 in/s). Creșterea rezistenței și alungirii. Indică relația dintre deformare și proprietățile fizice.
Întrucât TSSA este un material extrem de elastic, cu modul și rezistență mai mari decât siliconul structural, se așteaptă să aibă aceleași performanțe generale. Deși nu au fost efectuate teste de laborator cu rate de deformare ridicate, se poate aștepta ca rata mare de deformare în explozie să nu afecteze rezistența.
Sticla fixată cu șuruburi a fost testată, îndeplinește standardele de atenuare a exploziilor [11] și a fost expusă la Ziua Performanței Sticlei din 2013. Rezultatele vizuale arată clar avantajele fixării mecanice a sticlei după spargerea sticlei. Pentru sistemele cu fixare pur adezivă, aceasta va fi o provocare.
Cadrul este realizat din profile de oțel standard americane cu dimensiunile de 151 mm adâncime x 48,8 mm lățime x 5,08 mm grosime a inimii (6” x 1,92” x 0,20”), denumite de obicei fantă C de 6” x 8,2#. Profilele C sunt sudate împreună la colțuri, iar la colțuri este sudată o secțiune triunghiulară cu grosimea de 9 mm (0,375 inch), retrasă de suprafața cadrului. În placă a fost găurită o gaură de 18 mm (0,71″), astfel încât un șurub cu diametrul de 14 mm (0,55″) să poată fi introdus cu ușurință în ea.
Fitingurile metalice TSSA cu diametrul de 60 mm (2,36 inci) se află la 50 mm (2 inci) de fiecare colț. Aplicați câte patru fitinguri pe fiecare bucată de sticlă pentru a face totul simetric. Caracteristica unică a TSSA este că poate fi plasată aproape de marginea sticlei. Accesoriile de găurire pentru fixarea mecanică în sticlă au dimensiuni specifice începând de la margine, care trebuie încorporate în design și trebuie găurite înainte de călire.
Dimensiunea aproape de margine îmbunătățește transparența sistemului finit și, în același timp, reduce aderența îmbinării în stea datorită cuplului mai mic la îmbinarea în stea tipică. Sticla selectată pentru acest proiect este formată din două straturi transparente securizate de 6 mm (1/4″) de 1524 mm x 1524 mm (5′ x 5′), laminate cu o peliculă intermediară ionomerică Sentry Glass Plus (SGP) de 1,52 mm (0,060”).
Un disc TSSA cu grosimea de 1 mm (0,040 inch) se aplică pe un fiting din oțel inoxidabil amorsat cu diametrul de 60 mm (2,36 inch). Amorsa este concepută pentru a îmbunătăți durabilitatea aderenței la oțelul inoxidabil și este un amestec de silan și titanat într-un solvent. Discul metalic este presat pe sticlă cu o forță măsurată de 0,7 MPa (100 psi) timp de un minut pentru a asigura umectarea și contactul. Se plasează componentele într-o autoclavă care atinge 11,9 bari (175 psi) și 133 C° (272°F), astfel încât TSSA să poată atinge timpul de înmuiere de 30 de minute necesar pentru întărire și lipire în autoclavă.
După ce autoclava este finalizată și răcită, inspectați fiecare racord TSSA și apoi strângeți-l la 55 Nm (40,6 livre-picior) pentru a arăta o sarcină standard de 1,3 MPa (190 psi). Accesoriile pentru TSSA sunt furnizate de Sadev și sunt identificate ca accesorii TSSA R1006.
Asamblați corpul principal al accesoriului pe discul de întărire de pe sticlă și coborâți-l în cadrul de oțel. Ajustați și fixați piulițele de pe șuruburi astfel încât sticla exterioară să fie la același nivel cu exteriorul cadrului de oțel. Îmbinarea de 13 mm x 13 mm (1/2″ x ½”) care înconjoară perimetrul sticlei este sigilată cu o structură din silicon din două părți, astfel încât testul de sarcină sub presiune să poată începe a doua zi.
Testul a fost efectuat folosind un tub de amortizare la Laboratorul de Cercetare a Explozibililor de la Universitatea din Kentucky. Tubul de amortizare este compus dintr-un corp de oțel ranforsat, care poate instala unități de până la 3,7 m x 3,7 m pe față.
Tubul de impact este acționat prin plasarea explozibililor de-a lungul tubului exploziv pentru a simula fazele pozitive și negative ale evenimentului exploziv [12] [13]. Introduceți întregul ansamblu de cadru din sticlă și oțel în tubul de amortizare pentru testare, așa cum se arată în Figura 4.
Patru senzori de presiune sunt instalați în interiorul tubului de șoc, astfel încât presiunea și pulsul pot fi măsurate cu precizie. Două camere video digitale și o cameră SLR digitală au fost utilizate pentru a înregistra testul.
Camera de mare viteză MREL Ranger HR, amplasată lângă fereastră, în afara tubului de șoc, a înregistrat testul la 500 de cadre pe secundă. A setat o înregistrare laser de deviere de 20 kHz lângă fereastră pentru a măsura devierea în centrul ferestrei.
Cele patru componente ale cadrului au fost testate de nouă ori în total. Dacă sticla nu iese din deschidere, testați din nou componenta sub o presiune și un impact mai mari. În fiecare caz, se înregistrează datele privind presiunea țintă, impulsul și deformarea sticlei. Apoi, fiecare test este evaluat și conform AAMA 510-14 [Ghidul voluntar al Sistemului Festration pentru atenuarea riscului de explozie].
Așa cum s-a descris mai sus, au fost testate patru ansambluri de rame până când sticla a fost scoasă din deschiderea orificiului de explozie. Scopul primului test este de a atinge 69 kPa la un impuls de 614 kPa-ms (10 psi A 89 psi-msec). Sub sarcina aplicată, geamul s-a spart și s-a desprins de ramă. Fitingurile punctuale Sadev fac ca sticla TSSA să adere la sticla securizată spartă. Când sticla securizată s-a spart, sticla a părăsit deschiderea după o deformare de aproximativ 100 mm (4 inci).
În condiții de creștere continuă a sarcinii, cadrul 2 a fost testat de 3 ori. Rezultatele au arătat că defectarea nu a avut loc până când presiunea nu a atins 69 kPa (10 psi). Presiunile măsurate de 44,3 kPa (6,42 psi) și 45,4 kPa (6,59 psi) nu vor afecta integritatea componentei. Sub presiunea măsurată de 62 kPa (9 psi), deformarea sticlei a cauzat spargerea acesteia, lăsând geamul în deschidere. Toate accesoriile TSSA sunt atașate cu sticlă securizată spartă, la fel ca în Figura 7.
În condiții de creștere a sarcinii continue, cadrul 3 a fost testat de două ori. Rezultatele au arătat că defectarea nu a avut loc până când presiunea nu a atins valoarea țintă de 69 kPa (10 psi). Presiunea măsurată de 48,4 kPa (7,03) psi nu va afecta integritatea componentei. Colectarea datelor nu a permis detectarea deformării, dar observarea vizuală din videoclip a arătat că deformările cadrului 2 test 3 și cadrului 4 test 7 au fost similare. Sub presiunea de măsurare de 64 kPa (9,28 psi), deformările sticlei măsurate la 190,5 mm (7,5″) au dus la spargere, lăsând geamul în deschidere. Toate accesoriile TSSA sunt atașate cu sticlă securizată spartă, la fel ca în Figura 7.
Cu o sarcină continuă crescândă, cadrul 4 a fost testat de 3 ori. Rezultatele au arătat că defectarea nu a avut loc până când presiunea nu a atins ținta de 10 psi pentru a doua oară. Presiunile măsurate de 46,8 kPa (6,79) și 64,9 kPa (9,42 psi) nu vor afecta integritatea componentei. În testul nr. 8, sticla a fost măsurată la o îndoire de 100 mm (4 inci). Se așteaptă ca această sarcină să provoace spargerea sticlei, dar se pot obține și alte date.
În testul nr. 9, presiunea măsurată de 65,9 kPa (9,56 psi) a deviat sticla cu 190,5 mm (7,5″) și a cauzat spargerea acesteia, lăsând geamul în deschidere. Toate accesoriile TSSA sunt atașate cu aceeași sticlă securizată spartă ca în Figura 7. În toate cazurile, accesoriile pot fi îndepărtate cu ușurință de pe cadrul de oțel fără nicio deteriorare evidentă.
TSSA pentru fiecare test rămâne neschimbat. După test, când sticla rămâne intactă, nu există nicio modificare vizuală a TSSA. Videoclipul de mare viteză arată cum sticla se sparge la mijlocul deschiderii și apoi iese din deschidere.
Din comparația dintre cedarea sticlei și lipsa cedării din Figura 8 și Figura 9, este interesant de observat că modul de fractură al sticlei are loc departe de punctul de atașare, ceea ce indică faptul că partea nelegată a sticlei a atins punctul de îndoire, care se apropie rapid de punctul de cedare fragil al sticlei.
Acest lucru indică faptul că, în timpul testului, plăcile sparte din aceste părți sunt susceptibile de a se deplasa sub forțele de forfecare. Combinând acest principiu și observația că modul de cedare pare a fi fragilizarea grosimii sticlei la interfața adezivului, pe măsură ce sarcina prescrisă crește, performanța ar trebui îmbunătățită prin creșterea grosimii sticlei sau controlul deformării prin alte mijloace.
Testul 8 al cadrului 4 este o surpriză plăcută în instalația de testare. Deși sticla nu este deteriorată, astfel încât cadrul poate fi testat din nou, TSSA și benzile de etanșare din jur pot susține această sarcină mare. Sistemul TSSA utilizează patru atașamente de 60 mm pentru a susține sticla. Încărcările de vânt proiectate sunt sarcini active și permanente, ambele la 2,5 kPa (50 psf). Acesta este un design moderat, cu o transparență arhitecturală ideală, prezintă încărcări extrem de mari, iar TSSA rămâne intact.
Acest studiu a fost realizat pentru a determina dacă aderența adezivă a sistemului de sticlă prezintă anumite riscuri sau defecte inerente în ceea ce privește cerințele de nivel scăzut pentru performanța de sablare. Evident, un sistem simplu de accesorii TSSA de 60 mm este instalat lângă marginea sticlei și își menține performanța până la spargerea sticlei. Atunci când sticla este proiectată să reziste spargerii, TSSA este o metodă de conectare viabilă care poate oferi un anumit grad de protecție, menținând în același timp cerințele clădirii privind transparența și deschiderea.
Conform standardului ASTM F2912-17, componentele ferestrelor testate ating nivelul de pericol H1 la nivelul standardului C1. Accesoriul Sadev R1006 utilizat în studiu nu este afectat.
Sticla securizată utilizată în acest studiu este „veriga slabă” a sistemului. Odată ce sticla este spartă, TSSA și banda de etanșare din jur nu pot reține o cantitate mare de sticlă, deoarece o cantitate mică de fragmente de sticlă rămâne pe materialul siliconic.
Din punct de vedere al designului și performanței, sistemul adeziv TSSA s-a dovedit a oferi un nivel ridicat de protecție în componentele fațadelor cu grad de explozie la nivelul inițial al indicatorilor de performanță explozivă, ceea ce a fost larg acceptat de industrie. Fațada testată arată că, atunci când pericolul de explozie este între 41,4 kPa (6 psi) și 69 kPa (10 psi), performanța la nivelul de pericol este semnificativ diferită.
Cu toate acestea, este important ca diferența de clasificare a pericolului să nu fie atribuită defecțiunii adezivului, așa cum este indicat de modul de rupere coezivă al adezivului și fragmentelor de sticlă între pragurile de pericol. Conform observațiilor, dimensiunea sticlei este ajustată corespunzător pentru a minimiza deformarea și a preveni fragilitatea datorată răspunsului crescut la forfecare la interfața dintre îndoire și fixare, ceea ce pare a fi un factor cheie în performanță.
Proiectele viitoare ar putea reduce nivelul de pericol sub sarcini mai mari prin creșterea grosimii sticlei, fixarea poziției vârfului față de margine și creșterea diametrului de contact al adezivului.
[1] ASTM F2912-17 Specificații standard pentru fibră de sticlă, Sticlă și sisteme de sticlă supuse la încărcări la altitudine mare, ASTM International, West Conshawken, Pennsylvania, 2017, https://doi.org/10.1520/F2912-17 [2] Hilliard, JR, Paris, CJ și Peterson, CO, Jr., „Sticlă structurală de etanșare, tehnologie de etanșare pentru sisteme de sticlă”, ASTM STP 638, ASTM International, West Conshooken, Pennsylvania, 1977, p. 67-99 pagini. [3] Zarghamee, MS, TA, Schwartz și Gladstone, M., „Performanța seismică a sticlei structurale de silice”, Etanșarea clădirilor, Tehnologia etanșării, sticlei și a apei, Volumul 1. 6. ASTM STP 1286, JC Myers, editor, ASTM International, West Conshohocken, Pennsylvania, 1996, pp. 46-59. [4] Carbary, LD, „Revizuirea durabilității și performanței sistemelor de ferestre structurale din sticlă din silicon”, Ziua Performanței Sticlei, Tampere, Finlanda, iunie 2007, Lucrările conferinței, paginile 190-193. [5] Schmidt, CM, Schoenherr, WJ, Carbary LD și Takish, MS, „Performanța adezivilor structurali siliconici”, Știința și Tehnologia Sistemelor de Sticlă, ASTM STP1054, Universitatea CJ din Paris, Societatea Americană pentru Testare și Materiale, Philadelphia, 1989, pp. 22-45 [6] Wolf, AT, Sitte, S., Brasseur, M., J. și Carbary L. D, „Adeziv siliconic structural transparent pentru fixarea și dozarea geamurilor (TSSA). Evaluare preliminară a proprietăților mecanice și a durabilității oțelului”, Al patrulea Simpozion Internațional de Durabilitate „Etanșare și adezivi pentru construcții”, Revista ASTM International, publicat online, august 2011, volumul 8, numărul 10 (11 noiembrie 2011), JAI 104084, disponibil pe următorul site web: www.astm.org/DIGITAL_LIBRARY/JOURNALS/JAI/PAGES/JAI104084.htm. [7] Clift, C., Hutley, P., Carbary, LD, Adeziv siliconic cu structură transparentă, Ziua Performanței Sticlei, Tampere, Finlanda, iunie 2011, Lucrările întâlnirii, paginile 650-653. [8] Clift, C., Carbary, LD, Hutley, P., Kimberlain, J., „Sticlă siliconică structurală de nouă generație”, Facade Design and Engineering Journal 2 (2014) 137–161, DOI 10.3233 / FDE-150020 [9] Kenneth Yarosh, Andreas T. Wolf și Sigurd Sitte „Evaluarea materialelor de etanșare din cauciuc siliconic în proiectarea ferestrelor antiglonț și a pereților cortină la viteze mari de mișcare”, Revista ASTM International, Numărul 1. 6. Lucrare nr. 2, ID JAI101953 [10] ASTM C1135-15, Metodă standard de testare pentru determinarea performanței de aderență la tracțiune a materialelor de etanșare structurale, ASTM International, West Conshohocken, Pennsylvania, 2015, https://doi.org/10.1520/C1135-15 [11] Morgan, T., „Progrese în „Sticlă antiexplozivă fixată cu șuruburi”, Ziua Performanței Sticlei, iunie 2103, proces-verbal al ședinței, pp. 181-182 [12] ASTM F1642 / F1642M-17 Metodă standard de testare pentru sticlă și sisteme de sticlă supuse unor încărcări puternice ale vântului, ASTM International, West Conshohocken, Pennsylvania, 2017, https://doi.org/10.1520/F1642_F1642M-17 [13] Wedding, William Chad și Braden T. Lusk. „O metodă nouă pentru determinarea răspunsului sistemelor de sticlă antiexplozivă la încărcări explozive.” Metric 45.6 (2012): 1471-1479. [14] „Orientări voluntare pentru atenuarea riscului de explozie al sistemelor de ferestre verticale” AAMA 510-14.