Točkovno pritrjeni stekleni sistemi, ki izpolnjujejo to arhitekturno zahtevo, so še posebej priljubljeni pri vhodih v tla ali javnih prostorih. Nedavni tehnološki napredek je omogočil uporabo ultra visoko trdnih lepil za pritrditev teh velikih plovec na dodatke brez potrebe po vrtanju lukenj v steklu.
Tipična lokacija na tleh poveča verjetnost, da mora sistem delovati kot zaščitna plast za stanovalce stavbe, in ta zahteva presega ali celo presega tipične zahteve glede obremenitve vetra. Nekateri testi so bili opravljeni na sistemu točkovnega pritrjevanja za vrtanje, ne pa tudi na metodi lepljenja.
Namen tega članka je posneti simulacijski test z uporabo udarne cevi z eksplozivnimi naboji za simulacijo eksplozije in s tem vpliva eksplozivne obremenitve na vezano prozorno komponento. Te spremenljivke vključujejo eksplozivno obremenitev, ki jo določa standard ASTM F2912 [1], in se izvaja na tanki plošči z ionomernim sendvičem SGP. Ta raziskava prvič omogoča kvantificiranje potencialne eksplozivne zmogljivosti za testiranje v velikem obsegu in arhitekturno načrtovanje. Na stekleno ploščo dimenzij 1524 x 1524 mm pritrdite štiri fitinge TSSA s premerom 60 mm (2,36 palca).
Štiri komponente, obremenjene s tlakom 48,3 kPa (7 psi) ali manj, niso poškodovale ali vplivale na TSSA in steklo. Pet komponent je bilo obremenjenih pod tlakom nad 62 kPa (9 psi), pri štirih od petih komponent pa se je steklo razbilo, zaradi česar se je steklo premaknilo iz odprtine. V vseh primerih je TSSA ostala pritrjena na kovinske okovje in ni bila ugotovljena nobena okvara, oprijem ali lepljenje. Testiranje je pokazalo, da lahko preizkušena zasnova TSSA v skladu z zahtevami AAMA 510-14 zagotavlja učinkovit varnostni sistem pri obremenitvi 48,3 kPa (7 psi) ali manj. Podatki, pridobljeni tukaj, se lahko uporabijo za načrtovanje sistema TSSA, ki ustreza določeni obremenitvi.
Jon Kimberlain (Jon Kimberlain) je napredni strokovnjak za uporabo visokozmogljivih silikonov Dow Corning. Lawrence D. Carbary (Lawrence D. Carbary) je znanstvenik za visokozmogljivo gradbeno industrijo pri Dow Corningu, ki je raziskovalec silikonov in standardov ASTM pri Dow Corningu.
Strukturna silikonska pritrditev steklenih plošč se že skoraj 50 let uporablja za izboljšanje estetike in učinkovitosti sodobnih stavb [2] [3] [4] [5]. Ta metoda pritrditve omogoča gladko, neprekinjeno zunanjo steno z visoko prosojnostjo. Želja po večji prosojnosti v arhitekturi je privedla do razvoja in uporabe kabelskih mrežastih sten in zunanjih sten, podprtih z vijaki. Arhitekturno zahtevne stavbe z značilnostmi bodo vključevale današnjo sodobno tehnologijo in morajo biti v skladu z lokalnimi gradbenimi in varnostnimi predpisi ter standardi.
Proučevali so prozorno strukturno silikonsko lepilo (TSSA) in predlagali metodo za pritrditev stekla z vijačnimi pritrdilnimi deli namesto z vrtanjem lukenj [6] [7]. Tehnologija prozornega lepila z močjo, oprijemom in vzdržljivostjo ima vrsto fizikalnih lastnosti, ki oblikovalcem fasad omogočajo, da sistem povezovanja oblikujejo na edinstven in nov način.
Okrogle, pravokotne in trikotne dodatke, ki ustrezajo estetskim in strukturnim zahtevam, je enostavno oblikovati. TSSA se strjuje skupaj z laminiranim steklom, ki se obdeluje v avtoklavu. Po odstranitvi materiala iz avtoklavnega cikla se lahko izvede 100-odstotni overitveni test. Ta prednost zagotavljanja kakovosti je edinstvena za TSSA, saj lahko zagotovi takojšnjo povratno informacijo o strukturni celovitosti sklopa.
Preučevali so udarno odpornost [8] in učinek absorpcije udarcev običajnih strukturnih silikonskih materialov [9]. Wolf in sodelavci so zagotovili podatke, ki jih je pridobila Univerza v Stuttgartu. Ti podatki kažejo, da je v primerjavi s kvazistatično hitrostjo deformacije, določeno v ASTM C1135, natezna trdnost strukturnega silikonskega materiala pri končni hitrosti deformacije 5 m/s (197 in/s). Trdnost in raztezek se povečata. To kaže na razmerje med deformacijo in fizikalnimi lastnostmi.
Ker je TSSA zelo elastičen material z višjim modulom in trdnostjo kot strukturni silikon, se pričakuje, da bo imel enake splošne lastnosti. Čeprav laboratorijski testi z visokimi hitrostmi deformacije niso bili izvedeni, se lahko pričakuje, da visoka hitrost deformacije pri eksploziji ne bo vplivala na trdnost.
Vijačno pritrjeno steklo je bilo preizkušeno, izpolnjuje standarde za blaženje eksplozij [11] in je bilo razstavljeno na dnevu steklene učinkovitosti leta 2013. Vizualni rezultati jasno kažejo prednosti mehanskega pritrjevanja stekla po tem, ko je steklo razbito. Za sisteme s čisto lepilno pritrditvijo bo to izziv.
Okvir je izdelan iz ameriškega standardnega jeklenega profila z dimenzijami 151 mm globine x 48,8 mm širine x 5,08 mm debeline stebra (6” x 1,92” x 0,20”), običajno imenovanega C 6” x 8,2# reža. C-profili so na vogalih zvarjeni skupaj, na vogalih pa je privarjen 9 mm (0,375 palca) debel trikotni del, ki je odmaknjen od površine okvirja. V ploščo je bila izvrtana 18 mm (0,71″) luknja, tako da je mogoče vanjo enostavno vstaviti vijak s premerom 14 mm (0,55″).
Kovinski fitingi TSSA s premerom 60 mm (2,36 palca) so nameščeni 50 mm (2 palca) od vsakega vogala. Na vsak kos stekla namestite štiri fitinge, da bo vse simetrično. Edinstvena značilnost TSSA je, da ga je mogoče namestiti blizu roba stekla. Pribor za vrtanje za mehansko pritrjevanje v steklo ima posebne dimenzije, ki se začnejo od roba, in jih je treba vključiti v zasnovo ter jih je treba izvrtati pred kaljenjem.
Velikost blizu roba izboljša prosojnost končnega sistema in hkrati zmanjša oprijem zvezdastega spoja zaradi manjšega navora na tipičnem zvezdastem spoju. Za ta projekt je bilo izbrano dve 6 mm (1/4″) kaljeni prozorni plasti dimenzij 1524 mm x 1524 mm (5′x 5′), laminirani z vmesno folijo Sentry Glass Plus (SGP) ionomera debeline 1,52 mm (0,060′).
Na fiting iz nerjavečega jekla s premerom 60 mm (2,36 palca) se nanese 1 mm (0,040 palca) debel disk TSSA. Temeljni premaz je zasnovan za izboljšanje trajnosti oprijema na nerjaveče jeklo in je mešanica silana in titanata v topilu. Kovinski disk se pritisne ob steklo z izmerjeno silo 0,7 MPa (100 psi) za eno minuto, da se zagotovi omočenje in stik. Komponente postavite v avtoklav, ki doseže 11,9 bara (175 psi) in 133 °C (272 °F), tako da lahko TSSA doseže 30-minutni čas namakanja, potreben za strjevanje in lepljenje v avtoklavu.
Ko je avtoklav končan in ohlajen, preglejte vsak priključek TSSA in ga nato privijte na 55 Nm (40,6 čevljev-funtov), ​​da pokažete standardno obremenitev 1,3 MPa (190 psi). Dodatke za TSSA dobavlja Sadev in so označeni kot dodatki R1006 TSSA.
Glavno telo dodatne opreme namestite na strjevalni disk na steklu in ga spustite v jekleni okvir. Matice na vijakih nastavite in pritrdite tako, da bo zunanje steklo poravnano z zunanjo stranjo jeklenega okvirja. Spoj 13 mm x 13 mm (1/2″ x½”) okoli stekla je zatesnjen z dvodelno silikonsko strukturo, tako da se lahko preizkus tlačne obremenitve začne naslednji dan.
Preizkus je bil izveden z uporabo udarne cevi v Laboratoriju za raziskave eksplozivov na Univerzi v Kentuckyju. Cev za blaženje udarcev je sestavljena iz ojačanega jeklenega telesa, v katerega je mogoče namestiti enote do 3,7 m x 3,7 m na čelni površini.
Udarna cev se aktivira z namestitvijo eksploziva vzdolž njene dolžine, da se simulirata pozitivna in negativna faza eksplozije [12] [13]. Celoten sklop steklenega in jeklenega okvirja vstavite v cev za blaženje udarcev za testiranje, kot je prikazano na sliki 4.
V udarni cevi so nameščeni štirje tlačni senzorji, tako da je mogoče natančno izmeriti tlak in pulz. Za snemanje testa sta bili uporabljeni dve digitalni video kameri in digitalni SLR fotoaparat.
Visokohitrostna kamera MREL Ranger HR, nameščena v bližini okna zunaj udarne cevi, je posnela test s 500 sličicami na sekundo. Za merjenje odklona na sredini okna je bil v bližini okna nastavljen laserski posnetek z odklonom s frekvenco 20 kHz.
Štiri komponente ogrodja so bile skupno devetkrat preizkušene. Če steklo ne zapusti odprtine, se komponenta ponovno preizkusi pod višjim tlakom in udarcem. V vsakem primeru se zabeležijo ciljni tlak in impulz ter podatki o deformaciji stekla. Nato se vsak preskus oceni tudi v skladu s standardom AAMA 510-14 [Prostovoljne smernice sistema za zmanjševanje nevarnosti eksplozije].
Kot je opisano zgoraj, so bili preizkušeni štirje okvirji, dokler steklo ni bilo odstranjeno iz odprtine za eksplozijsko odprtino. Cilj prvega preskusa je doseči 69 kPa pri impulzu 614 kPa-ms (10 psi A 89 psi-ms). Pod obremenitvijo se je stekleno okno razbilo in sprostilo iz okvirja. Točkovni fitingi Sadev omogočajo, da se TSSA oprime razbitega kaljenega stekla. Ko se je kaljeno steklo razbilo, je steklo zapustilo odprtino po odklonu približno 100 mm (4 palce).
Pod pogojem naraščajoče stalne obremenitve je bil okvir 2 preizkušen trikrat. Rezultati so pokazali, da do okvare ni prišlo, dokler tlak ni dosegel 69 kPa (10 psi). Izmerjena tlaka 44,3 kPa (6,42 psi) in 45,4 kPa (6,59 psi) nista vplivala na celovitost komponente. Pod izmerjenim tlakom 62 kPa (9 psi) je upogib stekla povzročil lom, zaradi česar je stekleno okno ostalo v odprtini. Vsi dodatki TSSA so pritrjeni z razbitim kaljenim steklom, enako kot na sliki 7.
Pod pogojem naraščajoče neprekinjene obremenitve je bil okvir 3 preizkušen dvakrat. Rezultati so pokazali, da do okvare ni prišlo, dokler tlak ni dosegel ciljnih 69 kPa (10 psi). Izmerjeni tlak 48,4 kPa (7,03 psi) ne bo vplival na celovitost komponente. Zbiranje podatkov ni pokazalo deformacije, vendar je vizualno opazovanje iz videoposnetka pokazalo, da je bila deformacija okvirja 2 pri testu 3 in okvirja 4 pri testu 7 podobna. Pod merilnim tlakom 64 kPa (9,28 psi) je deformacija stekla, izmerjena pri 190,5 mm (7,5 palca), povzročila lom, stekleno okno pa je ostalo v odprtini. Vsi dodatki TSSA so pritrjeni z razbitim kaljenim steklom, enako kot na sliki 7.
Z naraščajočo neprekinjeno obremenitvijo je bil okvir 4 preizkušen trikrat. Rezultati so pokazali, da do okvare ni prišlo, dokler tlak ni drugič dosegel ciljnih 10 psi. Izmerjena tlaka 46,8 kPa (6,79) in 64,9 kPa (9,42 psi) ne bosta vplivala na celovitost komponente. V testu št. 8 je bilo steklo upognjeno za 100 mm (4 palce). Pričakuje se, da bo ta obremenitev povzročila lom stekla, vendar je mogoče pridobiti tudi druge podatke.
V testu št. 9 je izmerjeni tlak 65,9 kPa (9,56 psi) odklonil steklo za 190,5 mm (7,5 palca) in povzročil lom, stekleno okno pa je ostalo v odprtini. Vsi dodatki TSSA so pritrjeni z enakim razbitim kaljenim steklom kot na sliki 7. V vseh primerih je mogoče dodatke enostavno odstraniti iz jeklenega okvirja brez očitnih poškodb.
Vrednost TSSA za vsak preskus ostane nespremenjena. Po preskusu, ko steklo ostane nedotaknjeno, ni vizualne spremembe TSSA. Videoposnetek z visoko hitrostjo prikazuje, kako se steklo razbije na sredini razpona in nato zapusti odprtino.
Iz primerjave porušitve stekla in neporušitve na slikah 8 in 9 je zanimivo opaziti, da se način loma stekla pojavlja daleč od točke pritrditve, kar kaže, da je nevezani del stekla dosegel točko upogibanja, ki se ji hitro približuje. Meja krhkosti stekla je relativna glede na del, ki ostane vezan.
To kaže, da se bodo med preskusom zlomljene plošče v teh delih verjetno premikale pod vplivom strižnih sil. Glede na to načelo in ugotovitev, da je način odpovedi očitno krhkost debeline stekla na adhezivnem vmesniku, ko se predpisana obremenitev povečuje, je treba delovanje izboljšati s povečanjem debeline stekla ali z nadzorom upogiba na druge načine.
Preizkus 8 okvirja 4 je v preskusnem laboratoriju prijetno presenečenje. Čeprav steklo ni poškodovano, tako da je mogoče okvir ponovno preizkusiti, TSSA in okoliški tesnilni trakovi še vedno lahko prenesejo to veliko obremenitev. Sistem TSSA uporablja štiri 60 mm pritrdilne elemente za podporo stekla. Projektne obremenitve vetra so žive in trajne obremenitve, obe pri 2,5 kPa (50 psf). To je zmerna zasnova z idealno arhitekturno preglednostjo, ki kaže izjemno visoke obremenitve, TSSA pa ostaja nedotaknjena.
Ta študija je bila izvedena z namenom ugotoviti, ali ima oprijem steklenega sistema nekatere inherentne nevarnosti ali pomanjkljivosti glede nizkih zahtev glede učinkovitosti peskanja. Očitno je preprost 60 mm sistem dodatne opreme TSSA nameščen blizu roba stekla in deluje, dokler se steklo ne razbije. Če je steklo zasnovano tako, da je odporno na lom, je TSSA izvedljiva metoda povezave, ki lahko zagotovi določeno stopnjo zaščite, hkrati pa ohrani zahteve stavbe glede preglednosti in odprtosti.
V skladu s standardom ASTM F2912-17 testirane komponente oken dosegajo stopnjo nevarnosti H1 na standardni ravni C1. Dodatna oprema Sadev R1006, uporabljena v študiji, ni prizadeta.
Kaljeno steklo, uporabljeno v tej študiji, je »šibki člen« v sistemu. Ko je steklo razbito, TSSA in okoliški tesnilni trak ne moreta zadržati velike količine stekla, ker na silikonskem materialu ostane majhna količina steklenih drobcev.
Z vidika zasnove in delovanja se je izkazalo, da lepilni sistem TSSA zagotavlja visoko raven zaščite eksplozivno odpornih fasadnih komponent na začetni ravni kazalnikov eksplozivne učinkovitosti, kar je bilo v industriji splošno sprejeto. Preizkušena fasada kaže, da se učinkovitost na ravni nevarnosti eksplozije bistveno razlikuje med 41,4 kPa (6 psi) in 69 kPa (10 psi).
Vendar je pomembno, da razlika v razvrstitvi nevarnosti ni posledica adhezivne odpovedi, kot kaže kohezivni način odpovedi lepila in steklenih fragmentov med pragovi nevarnosti. Glede na opažanja je velikost stekla ustrezno prilagojena, da se čim bolj zmanjša upogib in prepreči krhkost zaradi povečanega strižnega odziva na stičišču upogibanja in pritrditve, kar se zdi ključni dejavnik delovanja.
Prihodnje zasnove bi lahko zmanjšale raven nevarnosti pri večjih obremenitvah s povečanjem debeline stekla, fiksiranjem položaja konice glede na rob in povečanjem kontaktnega premera lepila.
[1] ASTM F2912-17 Standardna specifikacija za steklena vlakna, steklo in stekleni sistemi, izpostavljeni obremenitvam na veliki nadmorski višini, ASTM International, West Conshawken, Pensilvanija, 2017, https://doi.org/10.1520/F2912-17 [2] Hilliard, JR, Paris, CJ in Peterson, CO, ml., »Strukturno tesnilno steklo, tehnologija tesnilnih mas za steklene sisteme«, ASTM STP 638, ASTM International, West Conshooken, Pensilvanija, 1977, str. 67–99 strani. [3] Zarghamee, MS, TA, Schwartz in Gladstone, M., »Potresna učinkovitost strukturnega silicijevega stekla«, Tesnjenje stavb, tesnilna masa, tehnologija stekla in vodoodpornosti, zvezek 1. 6. ASTM STP 1286, JC Myers, urednik, ASTM International, West Conshohocken, Pensilvanija, 1996, str. 46–59. [4] Carbary, LD, »Pregled trajnosti in učinkovitosti silikonskih strukturnih steklenih okenskih sistemov«, Glass Performance Day, Tampere, Finska, junij 2007, Zbornik konference, strani 190–193. [5] Schmidt, CM, Schoenherr, WJ, Carbary LD in Takish, MS, »Zmogljivost silikonskih strukturnih lepil«, Glass System Science and Technology, ASTM STP1054, CJ Univerza v Parizu, Ameriško združenje za testiranje in materiale, Filadelfija, 1989 let, str. 22–45. [6] Wolf, AT, Sitte, S., Brasseur, M., J. in Carbary L. D, »Prozorno strukturno silikonsko lepilo za pritrjevanje in doziranje zasteklitve (TSSA) Predhodna ocena mehanskih lastnosti in trajnosti jekla«, Četrti mednarodni simpozij o trajnosti »Gradbene tesnilne mase in lepila«, revija ASTM International Magazine, objavljeno na spletu, avgust 2011, letnik 8, številka 10 (mesec 11. november 2011), JAI 104084, dostopno na naslednjem spletnem mestu: www.astm.org/DIGITAL_LIBRARY/JOURNALS/JAI/PAGES/JAI104084.htm. [7] Clift, C., Hutley, P., Carbary, LD, Silikonsko lepilo s prozorno strukturo, Dan steklenih lastnosti, Tampere, Finska, junij 2011, Zbornik srečanja, strani 650–653. [8] Clift, C., Carbary, LD, Hutley, P., Kimberlain, J., »Strukturno silikatno steklo nove generacije«, Facade Design and Engineering Journal 2 (2014) 137–161, DOI 10.3233 / FDE-150020 [9] Kenneth Yarosh, Andreas T. Wolf in Sigurd Sitte »Ocena silikonskih tesnilnih mas pri načrtovanju neprebojnih oken in fasadnih oblog pri visokih hitrostih gibanja«, ASTM International Magazine, številka 1. 6. Članek št. 2, ID JAI101953 [10] ASTM C1135-15, Standardna preskusna metoda za določanje natezne adhezijske lastnosti strukturnih tesnilnih mas, ASTM International, West Conshohocken, Pensilvanija, 2015, https:/ /doi.org/10.1520/C1135-15 [11] Morgan, T., »Napredek pri „Steklo, pritrjeno z vijaki, odporno proti eksploziji“, Glass Performance Day, junij 2013, zapisnik sestanka, str. 181–182 [12] ASTM F1642 / F1642M-17 Standardna preskusna metoda za steklo in steklene sisteme, izpostavljene visokim obremenitvam vetra, ASTM International, West Conshohocken, Pensilvanija, 2017, https://doi.org/10.1520/F1642_F1642M-17 [13] Wedding, William Chad in Braden T. Lusk. „Nova metoda za določanje odziva protieksplozivnih steklenih sistemov na eksplozivne obremenitve.“ Metric 45.6 (2012): 1471–1479. [14] „Prostovoljne smernice za zmanjševanje nevarnosti eksplozije vertikalnih okenskih sistemov“ AAMA 510-14.