Системы точечного крепления стекла, отвечающие этому архитектурному требованию, особенно популярны в подъездах на первом этаже или в общественных местах.Последние технологические достижения позволили использовать сверхвысокопрочные клеи для прикрепления этих больших пемз к аксессуарам без необходимости сверлить отверстия в стекле.
Типичное расположение на земле увеличивает вероятность того, что система будет действовать как защитный слой для жителей здания, и это требование превышает или превосходит типичные требования к ветровой нагрузке.Некоторые испытания были проведены на системе точечного крепления для сверления, но не на методе приклеивания.
Целью данной статьи является запись имитационного испытания с использованием ударной трубы с зарядами взрывчатого вещества для имитации взрыва для моделирования воздействия взрывной нагрузки на склеенный прозрачный компонент.Эти переменные включают взрывную нагрузку, определенную ASTM F2912 [1], которая осуществляется на тонкой пластине с иономерным сэндвичем SGP.Это исследование впервые позволяет количественно оценить потенциальные взрывные характеристики для крупномасштабных испытаний и архитектурного проектирования.Прикрепите четыре фитинга TSSA диаметром 60 мм (2,36 дюйма) к стеклянной пластине размером 1524 х 1524 мм (60 х 60 дюймов).
Четыре компонента, нагруженные давлением 48,3 кПа (7 фунтов на квадратный дюйм) или ниже, не повредили и не повлияли на TSSA и стекло.Пять компонентов были нагружены под давлением выше 62 кПа (9 фунтов на квадратный дюйм), и у четырех из пяти компонентов стекло разбилось, что привело к смещению стекла из отверстия.Во всех случаях TSSA оставался прикрепленным к металлической фурнитуре, никаких неисправностей, прилипаний или склеиваний обнаружено не было.Испытания показали, что в соответствии с требованиями AAMA 510-14 протестированная конструкция TSSA может обеспечить эффективную систему безопасности при нагрузке 48,3 кПа (7 фунтов на квадратный дюйм) или ниже.Сгенерированные здесь данные можно использовать для проектирования системы TSSA, отвечающей указанной нагрузке.
Джон Кимберлейн (Jon Kimberlain) — передовой эксперт по применению высокоэффективных силиконов компании Dow Corning.Лоуренс Д. Карбэри (Lawrence D. Carbary) — высокопроизводительный ученый в строительной отрасли Dow Corning, исследователь силикона Dow Corning и ASTM.
Структурное силиконовое крепление стеклянных панелей уже почти 50 лет используется для улучшения эстетики и эксплуатационных характеристик современных зданий [2] [3] [4] [5].Метод крепления позволяет создать гладкую сплошную внешнюю стену с высокой прозрачностью.Стремление к большей прозрачности в архитектуре привело к разработке и использованию стен из кабельной сетки и наружных стен, опирающихся на болты.Архитектурно сложные здания-памятники будут оснащены современными технологиями и должны соответствовать местным строительным нормам и нормам и стандартам безопасности.
Исследован прозрачный конструкционный силиконовый клей (TSSA) и предложен способ крепления стекла с помощью болтов, фиксирующих детали вместо сверления отверстий [6] [7].Технология прозрачного клея, обладающая прочностью, адгезией и долговечностью, обладает рядом физических свойств, которые позволяют дизайнерам навесных стен спроектировать систему соединения уникальным и новым способом.
Круглые, прямоугольные и треугольные аксессуары, отвечающие эстетическим и структурным характеристикам, легко спроектировать.TSSA отверждается вместе с многослойным стеклом, обрабатываемым в автоклаве.После удаления материала из автоклавного цикла можно завершить 100% проверочное испытание.Это преимущество обеспечения качества является уникальным для TSSA, поскольку оно может обеспечить немедленную обратную связь о структурной целостности сборки.
Изучены ударопрочность [8] и ударопоглощающий эффект традиционных конструкционных силиконовых материалов [9].Вольф и др.предоставил данные, полученные Штутгартским университетом.Эти данные показывают, что по сравнению со скоростью квазистатической деформации, указанной в ASTM C1135, прочность на разрыв конструкционного силиконового материала находится при предельной скорости деформации 5 м/с (197 дюймов/с).Увеличивается прочность и удлинение.Указывает на связь между деформацией и физическими свойствами.
Поскольку TSSA представляет собой высокоэластичный материал с более высоким модулем упругости и прочностью, чем конструкционный силикон, ожидается, что его общие характеристики будут такими же.Хотя лабораторные испытания с высокими скоростями деформации не проводились, можно ожидать, что высокая скорость деформации при взрыве не повлияет на прочность.
Стекло с болтовым креплением прошло испытания, соответствует стандартам по снижению взрыва [11] и было представлено на выставке Glass Performance Day в 2013 году.Визуальные результаты ясно показывают преимущества механической фиксации стекла после его разбития.Для систем с чисто клеевым креплением это будет непросто.
Рама изготовлена ​​из стального швеллера американского стандарта с размерами глубины 151 мм, ширины 48,8 мм и толщины стенки 5,08 мм (6 x 1,92 x 0,20 дюйма), обычно называемого пазом C 6 x 8,2 #.С-образные швеллеры сварены по углам, а по углам приварена треугольная секция толщиной 9 мм (0,375 дюйма), отступающая от поверхности рамы.В пластине было просверлено отверстие диаметром 18 мм (0,71 дюйма), чтобы в него можно было легко вставить болт диаметром 14 мм (0,55 дюйма).
Металлическая арматура TSSA диаметром 60 мм (2,36 дюйма) находится на расстоянии 50 мм (2 дюйма) от каждого угла.Примените четыре крепления к каждому стеклу, чтобы все было симметрично.Уникальная особенность TSSA в том, что его можно разместить близко к краю стекла.Принадлежности для сверления для механического крепления в стекле имеют определенные размеры, начиная с края, который должен быть заложен в конструкцию и просверлен перед закалкой.
Размер, близкий к краю, улучшает прозрачность готовой системы и в то же время снижает адгезию звездообразного соединения из-за меньшего крутящего момента на типичном звездообразном соединении.Стекло, выбранное для этого проекта, представляет собой два слоя закаленного прозрачного стекла толщиной 6 мм (1/4 дюйма) размером 1524 x 1524 мм (5 футов x 5 футов), ламинированные иономерной промежуточной пленкой Sentry Glass Plus (SGP) толщиной 1,52 мм (0,060).
Диск TSSA толщиной 1 мм (0,040 дюйма) наносится на загрунтованный фитинг из нержавеющей стали диаметром 60 мм (2,36 дюйма).Грунтовка предназначена для повышения долговечности сцепления с нержавеющей сталью и представляет собой смесь силана и титаната в растворителе.Металлический диск прижимают к стеклу с измеренной силой 0,7 МПа (100 фунтов на квадратный дюйм) в течение одной минуты, чтобы обеспечить смачивание и контакт.Поместите компоненты в автоклав с давлением 11,9 бар (175 фунтов на квадратный дюйм) и температурой 133 C° (272°F), чтобы TSSA смог достичь 30-минутного времени выдержки, необходимого для отверждения и склеивания в автоклаве.
После завершения работы и охлаждения автоклава осмотрите каждый фитинг TSSA, а затем затяните его с моментом 55 Нм (40,6 футо-фунтов), чтобы показать стандартную нагрузку 1,3 МПа (190 фунтов на квадратный дюйм).Аксессуары для TSSA предоставляются компанией Sadev и обозначаются как аксессуары R1006 TSSA.
Прикрепите основной корпус аксессуара к диску для полимеризации на стекле и опустите его в стальную раму.Отрегулируйте и закрепите гайки на болтах так, чтобы внешнее стекло было на одном уровне с внешней частью стальной рамы.Шов размером 13 x 13 мм (1/2 дюйма x ½ дюйма), окружающий периметр стекла, герметизирован двухкомпонентной структурой силикона, так что испытание под давлением можно начать на следующий день.
Испытание проводилось с использованием ударной трубы в Лаборатории исследования взрывчатых веществ Университета Кентукки.Амортизирующая труба состоит из усиленного стального корпуса, позволяющего устанавливать на забое агрегаты размером до 3,7 х 3,7 м.
Ударная труба приводится в движение путем размещения взрывчатки по длине взрывной трубы для имитации положительных и отрицательных фаз взрыва [12] [13].Поместите всю сборку стекла и стальной рамы в амортизирующую трубку для тестирования, как показано на рисунке 4.
Внутри ударной трубки установлены четыре датчика давления, поэтому можно точно измерить давление и пульс.Для записи теста использовались две цифровые видеокамеры и цифровая зеркальная камера.
Высокоскоростная камера MREL Ranger HR, расположенная возле окна снаружи ударной трубы, снимала испытание со скоростью 500 кадров в секунду.Установите лазерную запись отклонения 20 кГц рядом с окном, чтобы измерить отклонение в центре окна.
Четыре компонента структуры были протестированы в общей сложности девять раз.Если стекло не выходит из отверстия, повторно проверьте компонент под более высоким давлением и ударом.В каждом случае регистрируются целевое давление, импульс и данные о деформации стекла.Затем каждое испытание также оценивается в соответствии с AAMA 510-14 [Добровольные рекомендации системы Festestration по снижению опасности взрыва].
Как описано выше, четыре сборки рамы испытывались до тех пор, пока стекло не было удалено из отверстия дутьевого окна.Цель первого испытания — достичь давления 69 кПа при импульсе 614 кПа-мс (10 фунтов на квадратный дюйм A 89 фунтов на квадратный дюйм-мсек).Под действием нагрузки стекло окна разбилось и высвободилось из рамы.Точечные фитинги Sadev обеспечивают прилипание TSSA к разбитому закаленному стеклу.Когда закаленное стекло разбилось, стекло вылетело из проема после отклонения примерно на 100 мм (4 дюйма).
В условиях возрастающей продолжительной нагрузки каркас 2 испытывался 3 раза.Результаты показали, что отказ не произошел до тех пор, пока давление не достигло 69 кПа (10 фунтов на квадратный дюйм).Измеренные давления 44,3 кПа (6,42 фунтов на квадратный дюйм) и 45,4 кПа (6,59 фунтов на квадратный дюйм) не повлияют на целостность компонента.При измеренном давлении 62 кПа (9 фунтов на квадратный дюйм) прогиб стекла вызвал разрушение, в результате чего стеклянное окно осталось в проеме.Все аксессуары TSSA крепятся с помощью битого закаленного стекла, как на рисунке 7.
В условиях возрастающей продолжительной нагрузки шпангоут 3 испытывался дважды.Результаты показали, что сбой не произошел до тех пор, пока давление не достигло целевого значения 69 кПа (10 фунтов на квадратный дюйм).Измеренное давление 48,4 кПа (7,03) фунтов на квадратный дюйм не повлияет на целостность компонента.Сбор данных не позволил выявить отклонение, но визуальное наблюдение по видео показало, что отклонение кадра 2 теста 3 и кадра 4 теста 7 были одинаковыми.При измерительном давлении 64 кПа (9,28 фунтов на квадратный дюйм) прогиб стекла, измеренный на 190,5 мм (7,5 дюйма), привел к разрушению, в результате чего стеклянное окно осталось в проеме.Все аксессуары TSSA крепятся с помощью битого закаленного стекла, как показано на рис. 7.
При увеличении продолжительной нагрузки шпангоут 4 испытывался 3 раза.Результаты показали, что сбой не произошел до тех пор, пока давление не достигло целевого значения 10 фунтов на квадратный дюйм во второй раз.Измеренные давления 46,8 кПа (6,79) и 64,9 кПа (9,42 фунта на квадратный дюйм) не повлияют на целостность компонента.В тесте №8 было измерено, что стекло изгибается на 100 мм (4 дюйма).Ожидается, что эта нагрузка приведет к разрушению стекла, но можно получить и другие данные.
В тесте №9 измеренное давление 65,9 кПа (9,56 фунтов на квадратный дюйм) отклонило стекло на 190,5 мм (7,5 дюйма) и вызвало разрушение, в результате чего стеклянное окно осталось в проеме.Все аксессуары TSSA крепятся с помощью того же разбитого закаленного стекла, что и на рис. 7. Во всех случаях аксессуары можно легко снять со стальной рамы без видимых повреждений.
TSSA для каждого теста остается неизменным.После теста, когда стекло осталось целым, визуальных изменений ТССА не наблюдается.На высокоскоростном видео видно, как стекло разбивается в середине пролета и затем покидает проем.
Из сравнения разрушения стекла и отсутствия разрушения на рисунках 8 и 9 интересно отметить, что режим разрушения стекла происходит далеко от точки крепления, что указывает на то, что несклеенная часть стекла достигла точки изгиба, что быстро приближается. Предел текучести стекла зависит от его части, которая остается приклеенной.
Это указывает на то, что во время испытания сломанные пластины в этих частях, скорее всего, будут смещаться под действием поперечных сил.Объединив этот принцип и наблюдение о том, что причиной разрушения является охрупчивание толщины стекла на границе раздела клея по мере увеличения предписанной нагрузки, характеристики следует улучшить за счет увеличения толщины стекла или контроля отклонения другими способами.
Тест 8 в рамках 4 стал приятным сюрпризом на испытательном стенде.Хотя стекло не повреждено, и раму можно снова проверить, TSSA и окружающие уплотнительные ленты все равно могут выдержать такую ​​большую нагрузку.В системе TSSA используются четыре крепления диаметром 60 мм для поддержки стекла.Расчетные ветровые нагрузки представляют собой временные и постоянные нагрузки, обе из которых составляют 2,5 кПа (50 фунтов на квадратный фут).Это умеренная конструкция, с идеальной архитектурной прозрачностью, выдерживает чрезвычайно высокие нагрузки и TSSA остается неповрежденной.
Это исследование было проведено, чтобы определить, имеет ли клеевая адгезия стеклянной системы какие-либо опасности или дефекты с точки зрения требований низкого уровня к производительности пескоструйной обработки.Очевидно, что простая 60-миллиметровая система аксессуаров TSSA устанавливается возле края стекла и работает до тех пор, пока стекло не разобьется.Когда стекло спроектировано так, чтобы противостоять разрушению, TSSA является жизнеспособным методом соединения, который может обеспечить определенную степень защиты, сохраняя при этом требования здания к прозрачности и открытости.
Согласно стандарту ASTM F2912-17, протестированные оконные компоненты достигают уровня опасности H1 по стандартному уровню C1.Аксессуар Sadev R1006, использованный в исследовании, не пострадал.
Закаленное стекло, использованное в этом исследовании, является «слабым звеном» системы.Если стекло разбито, TSSA и окружающая его уплотнительная лента не могут удерживать большое количество стекла, поскольку на силиконовом материале остается небольшое количество осколков стекла.
Доказано, что с точки зрения конструкции и эксплуатационных характеристик клеевая система TSSA обеспечивает высокий уровень защиты взрывоопасных фасадных компонентов при начальном уровне показателей взрывоопасности, что получило широкое признание в отрасли.Испытанный фасад показывает, что когда опасность взрыва находится в диапазоне от 41,4 кПа (6 фунтов на квадратный дюйм) до 69 кПа (10 фунтов на квадратный дюйм), показатели уровня опасности существенно различаются.
Однако важно, чтобы разница в классификации опасностей не была связана с разрушением клея, на что указывает характер разрушения сцепления клея и фрагментов стекла между пороговыми значениями опасности.Согласно наблюдениям, размер стекла подбирается соответствующим образом, чтобы минимизировать прогиб и предотвратить хрупкость из-за повышенной реакции на сдвиг на границе изгиба и крепления, что, по-видимому, является ключевым фактором производительности.
Будущие конструкции смогут снизить уровень опасности при более высоких нагрузках за счет увеличения толщины стекла, фиксации положения острия относительно края и увеличения контактного диаметра клея.
[1] Стандартные спецификации стекловолокна ASTM F2912-17, Стекло и стеклянные системы, подверженные высотным нагрузкам, ASTM International, Вест-Коншоукен, Пенсильвания, 2017 г., https://doi.org/10.1520/F2912-17 [2] Хиллиард, Дж.Р., Пэрис, К.Дж. и Петерсон, Кол.О., младший, «Структурный герметик для стекла, технология герметика для стеклянных систем», ASTM STP 638, ASTM International, Вест-Консхукен, Пенсильвания, 1977, стр.67-99 страниц.[3] Заргами, М.С., Т.А., Шварц и Гладстон, М., «Сейсмические характеристики структурного кварцевого стекла», Строительная герметизация, герметик, стекло и водонепроницаемые технологии, Том 1. 6. ASTM STP 1286, Дж. К. Майерс, редактор, ASTM International, Вест-Коншохокен, Пенсильвания, 1996, стр. 46-59.[4] Карбари, Л.Д., «Обзор долговечности и характеристик оконных систем из силиконового структурного стекла», День производительности стекла, Тампере, Финляндия, июнь 2007 г., Материалы конференции, стр. 190-193.[5] Шмидт К.М., Шенхерр В.Дж., Карбари Л.Д. и Такиш М.С., «Эффективность силиконовых конструкционных клеев», Наука и технология стеклянных систем, ASTM STP1054, CJ Парижский университет, Американское общество испытаний и материалов, Филадельфия, 1989 Years, стр. 22-45 [6] Вольф А.Т., Ситте С., Брассер М., Дж. и Карбари Л.Д., «Прозрачный структурный силиконовый клей для фиксации остекления. Дозирование (TSSA). Предварительная оценка механических свойства и долговечность стали», Четвертый международный симпозиум по долговечности «Строительные герметики и клеи», Международный журнал ASTM, опубликовано в Интернете, август 2011 г., том 8, выпуск 10 (11 ноября 2011 г.), JAI 104084, доступен на следующем веб-сайте. : www.astm.org/DIGITAL_LIBRARY/JOURNALS/JAI/PAGES/JAI104084.htm.[7] Клифт, К., Хатли, П., Карбари, Л.Д., Силиконовый клей с прозрачной структурой, День производительности стекла, Тампере, Финляндия, июнь 2011 г., Протоколы заседания, стр. 650-653.[8] Клифт, К., Карбэри, Л.Д., Хатли, П., Кимберлейн, Дж., «Структурное кварцевое стекло нового поколения», Журнал проектирования и проектирования фасадов 2 (2014) 137–161, DOI 10.3233 / FDE-150020 [9] ] Кеннет Ярош, Андреас Т. Вольф и Сигурд Ситте «Оценка герметиков из силиконовой резины при проектировании пуленепробиваемых окон и навесных стен при высоких скоростях перемещения», Международный журнал ASTM, выпуск 1. 6. Документ № 2, ID JAI101953 [ 10] ASTM C1135-15, Стандартный метод испытаний для определения адгезионных характеристик структурных герметиков при растяжении, ASTM International, Вест-Коншохокен, Пенсильвания, 2015, https://doi.org/10.1520/C1135-15 [11] Морган, Т. , «Прогресс в области взрывозащищенного стекла с болтовым креплением», День производительности стекла, июнь 2103 г., протокол заседания, стр. 181–182 [12] ASTM F1642 / F1642M-17 Стандартный метод испытаний стекла и стеклянных систем, подвергающихся сильным ветровым нагрузкам. , ASTM International, Вест-Коншохокен, Пенсильвания, 2017 г., https://doi.org/10.1520/F1642_F1642M-17 [13] Веддинг, Уильям Чад и Брейден Т.Ласк.«Новый метод определения реакции противовзрывоопасных стеклянных систем на взрывные нагрузки».Метрика 45.6 (2012): 1471–1479.[14] «Добровольные рекомендации по снижению опасности взрыва вертикальных оконных систем» AAMA 510-14.