Točkovno pritrjeni stekleni sistemi, ki izpolnjujejo to arhitekturno zahtevo, so še posebej priljubljeni pri talnih vhodih ali javnih površinah.Nedavni tehnološki napredek je omogočil uporabo ultra-močnih lepil za pritrditev teh velikih plovcev na dodatke brez vrtanja lukenj v steklo.
Tipična lokacija na tleh poveča verjetnost, da mora sistem delovati kot zaščitna plast za uporabnike stavbe, ta zahteva pa presega ali presega tipične zahteve glede vetrne obremenitve.Nekaj ​​testov je bilo opravljenih na sistemu točkovne pritrditve 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 za simulacijo vpliva eksplozivne obremenitve na vezano prozorno komponento.Te spremenljivke vključujejo eksplozijsko obremenitev, opredeljeno z ASTM F2912 [1], ki se izvede na tanki plošči s sendvičem iz ionomera SGP.Ta raziskava je prvič, da lahko količinsko opredeli potencialno eksplozivno zmogljivost za obsežno testiranje in arhitekturno načrtovanje.Pritrdite štiri priključke TSSA s premerom 60 mm (2,36 palca) na stekleno ploščo, ki meri 1524 x 1524 mm (60 palcev x 60 palcev).
Štiri komponente, obremenjene na 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) in štiri od petih komponent so pokazale zlom stekla, zaradi česar se je steklo premaknilo iz odprtine.V vseh primerih je TSSA ostal pritrjen na kovinsko okovje in ni bilo ugotovljene okvare, adhezije ali lepljenja.Testiranje je pokazalo, da lahko v skladu z zahtevami AAMA 510-14 testirana zasnova TSSA zagotovi učinkovit varnostni sistem pod obremenitvijo 48,3 kPa (7 psi) ali manj.Podatke, ustvarjene tukaj, je mogoče uporabiti za načrtovanje sistema TSSA za izpolnjevanje določene obremenitve.
Jon Kimberlain (Jon Kimberlain) je napredni strokovnjak za uporabo visoko zmogljivih silikonov Dow Corning.Lawrence D. Carbary (Lawrence D. Carbary) je znanstvenik Dow Corning visoko zmogljive gradbene industrije, ki je Dow Corning silikon in raziskovalec ASTM.
Strukturna silikonska pritrditev steklenih plošč se že skoraj 50 let uporablja za izboljšanje estetike in učinkovitosti sodobnih zgradb [2] [3] [4] [5].Metoda pritrditve lahko naredi gladko neprekinjeno zunanjo steno z visoko preglednostjo.Želja po povečani preglednosti v arhitekturi je pripeljala do razvoja in uporabe sten iz kabelske mreže in zunanjih sten, podprtih s sorniki.Arhitekturno zahtevne znamenite stavbe bodo vključevale današnjo sodobno tehnologijo in morajo biti v skladu z lokalnimi gradbenimi in varnostnimi predpisi in standardi.
Raziskano je bilo prozorno strukturno silikonsko lepilo (TSSA) in predlagana je bila metoda podpore stekla s pritrdilnimi deli za vijake namesto vrtanja lukenj [6] [7].Tehnologija transparentnega lepila z močjo, oprijemom in vzdržljivostjo ima vrsto fizikalnih lastnosti, ki oblikovalcem zavese omogočajo oblikovanje povezovalnega sistema na edinstven in nov način.
Okrogle, pravokotne in trikotne dodatke, ki ustrezajo estetiki in strukturni zmogljivosti, je enostavno oblikovati.TSSA se strdi skupaj z laminiranim steklom, ki se obdeluje v avtoklavu.Po odstranitvi materiala iz cikla avtoklava je mogoče zaključiti 100-odstotni preskus preverjanja.Ta prednost zagotavljanja kakovosti je edinstvena za TSSA, saj lahko zagotovi takojšnjo povratno informacijo o strukturni celovitosti sestava.
Proučevali so odpornost na udarce [8] in učinek absorpcije udarcev običajnih strukturnih silikonskih materialov [9].Wolf et al.zagotovil podatke, ki jih je ustvarila 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).Povečata se moč in raztezek.Označuje 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 deformacijskimi stopnjami niso bili izvedeni, lahko pričakujemo, da visoka deformacijska hitrost pri eksploziji ne bo vplivala na trdnost.
Pritrjeno steklo je bilo preizkušeno, izpolnjuje standarde za ublažitev eksplozij [11] in je bilo razstavljeno na dnevu učinkovitosti stekla 2013.Vizualni rezultati jasno kažejo prednosti mehanskega pritrjevanja stekla po razbitju stekla.Za sisteme s čisto lepilno pritrditvijo bo to izziv.
Okvir je narejen iz ameriškega standardnega jeklenega kanala z dimenzijami 151 mm globine x 48,8 mm širine x 5,08 mm debeline mreže (6” x 1.92” x 0.20”), običajno imenovanega C 6” x 8.2# reža.C kanali so zvarjeni skupaj na vogalih, 9 mm (0,375 palca) debel trikotni del pa je privarjen na vogalih, 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 priključki TSSA s premerom 60 mm (2,36 palca) so oddaljeni 50 mm (2 palca) od vsakega vogala.Na vsak kos stekla namestite štiri nastavke, da bo vse simetrično.Edinstvena značilnost TSSA je, da ga je mogoče namestiti blizu roba stekla.Vrtalni pribor za mehansko pritrjevanje v steklo ima specifične dimenzije od roba, ki jih je treba vključiti v dizajn in jih je treba izvrtati pred kaljenjem.
Velikost blizu roba izboljša preglednost končnega sistema in hkrati zmanjša oprijem zvezdastega spoja zaradi manjšega navora na tipičnem zvezdastem spoju.Steklo, izbrano za ta projekt, sta dve 6 mm (1/4″) kaljeni prozorni plasti 1524 mm x 1524 mm (5′x 5′) laminirani z ionomernim vmesnim filmom Sentry Glass Plus (SGP) 1,52 mm (0,060) “).
1 mm (0,040 palca) debela plošča TSSA se namesti na nastavek iz nerjavečega jekla s temeljnim premazom premera 60 mm (2,36 palca).Temeljni premaz je zasnovan za izboljšanje obstojnosti oprijema na nerjavno jeklo in je mešanica silana in titanata v topilu.Kovinski disk je eno minuto pritisnjen na steklo z izmerjeno silo 0,7 MPa (100 psi), 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 utrjevanje in lepljenje v avtoklavu.
Ko je avtoklav dokončan in ohlajen, preglejte vsak priključek TSSA in ga nato zategnite na 55 Nm (40,6 čevljev funtov), ​​da prikažete standardno obremenitev 1,3 MPa (190 psi).Dodatke za TSSA zagotavlja Sadev in so označeni kot dodatki R1006 TSSA.
Sestavite glavno telo dodatka na utrjevalni disk na steklu in ga spustite v jekleni okvir.Nastavite in pritrdite matice na vijake tako, da bo zunanje steklo poravnano z zunanjo stranjo jeklenega okvirja.Spoj velikosti 13 mm x 13 mm (1/2″ x½”), ki obdaja stekleni obod, je zatesnjen z dvodelno strukturo silikona, tako da se lahko naslednji dan začne preskus tlačne obremenitve.
Preizkus je bil izveden z uporabo udarne cevi v raziskovalnem laboratoriju za eksplozive na Univerzi v Kentuckyju.Cev za blaženje udarcev je sestavljena iz ojačanega jeklenega ohišja, ki lahko na sprednjo stran namesti enote velikosti do 3,7 x 3,7 m.
Udarna cev se poganja z namestitvijo eksploziva vzdolž dolžine eksplozijske cevi, da se simulira pozitivna in negativna faza dogodka eksplozije [12] [13].Za testiranje postavite celoten sklop okvirja iz stekla in jekla v cev za blaženje udarcev, kot je prikazano na sliki 4.
Znotraj udarne cevi so nameščeni štirje tlačni senzorji, ki omogočajo natančno merjenje tlaka in utripa.Za snemanje testa sta bili uporabljeni dve digitalni video kameri in digitalni SLR fotoaparat.
Visokohitrostna kamera MREL Ranger HR, nameščena blizu okna zunaj udarne cevi, je posnela test pri 500 slikah na sekundo.Blizu okna nastavite deformacijski laserski zapis 20 kHz, da izmerite deformacijo na sredini okna.
Štiri komponente ogrodja so bile skupno testirane devetkrat.Če steklo ne zapusti odprtine, ponovno preizkusite komponento pod višjim pritiskom in udarcem.V vsakem primeru se zabeležijo ciljni tlak in impulz ter podatki o deformaciji stekla.Nato je vsak preskus tudi ocenjen v skladu z AAMA 510-14 [Prostovoljne smernice sistema gnojenja za zmanjšanje nevarnosti eksplozije].
Kot je opisano zgoraj, so bili testirani štirje sklopi okvirjev, dokler steklo ni bilo odstranjeno iz odprtine odprtine za peskanje.Cilj prvega preskusa je doseči 69 kPa pri impulzu 614 kPa-ms (10 psi A 89 psi-msek).Pod obremenitvijo se je steklo okna razbilo in sprostilo iz okvirja.S točkovnimi priključki Sadev se TSSA oprime zlomljenega kaljenega stekla.Ko se je kaljeno steklo razbilo, je steklo zapustilo odprtino po upogibu približno 100 mm (4 palcev).
Pod pogojem naraščajoče stalne obremenitve je bil okvir 2 testiran 3-krat.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) ne bosta vplivala na celovitost komponente.Pod izmerjenim tlakom 62 kPa (9 psi) je deformacija stekla povzročila zlom, tako da 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 testiran 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 omogočilo odklona, ​​vendar je vizualno opazovanje iz videoposnetka pokazalo, da sta bila odklona okvirja 2, preskus 3 in okvirja 4, preskus 7, podobna.Pod merilnim tlakom 64 kPa (9,28 psi) je deformacija stekla, izmerjena pri 190,5 mm (7,5″), povzročila zlom, tako da je stekleno okno 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 testiran 3-krat.Rezultati so pokazali, da do okvare ni prišlo, dokler tlak drugič ni dosegel ciljnih 10 psi.Izmerjena tlaka 46,8 kPa (6,79) in 64,9 kPa (9,42 psi) ne bosta vplivala na celovitost komponente.Pri preskusu št. 8 je bilo izmerjeno, da je steklo upognjeno 100 mm (4 palcev).Pričakuje se, da bo ta obremenitev povzročila zlom stekla, vendar je mogoče pridobiti druge podatkovne točke.
Pri preizkusu št. 9 je izmerjeni tlak 65,9 kPa (9,56 psi) deformiral steklo za 190,5 mm (7,5″) in povzročil zlom, tako da je stekleno okno ostalo v odprtini.Vsi dodatki TSSA so pritrjeni z enakim zlomljenim kaljenim steklom kot na sliki 7. V vseh primerih lahko dodatke enostavno odstranite iz jeklenega okvirja brez očitnih poškodb.
TSSA za vsak test ostane nespremenjen.Po preskusu, ko steklo ostane nedotaknjeno, ni vidnih sprememb v TSSA.Visokohitrostni video prikazuje, kako se steklo razbije na sredini razpona in nato zapusti odprtino.
Iz primerjave okvare stekla in brez okvare na sliki 8 in sliki 9 je zanimivo ugotoviti, da se način loma stekla pojavi daleč stran od točke pritrditve, kar kaže, da je nepovezani del stekla dosegel točko upogiba, kar se hitro približuje. Krhka meja tečenja stekla je glede na del, ki ostane zlepljen.
To pomeni, da se bodo med preskusom polomljene plošče v teh delih verjetno premaknile pod strižnimi silami.Če združimo to načelo in opažanje, da se zdi, da je način okvare krhkost debeline stekla na lepilnem vmesniku, ko se predpisana obremenitev poveča, je treba učinkovitost izboljšati s povečanjem debeline stekla ali nadzorom upogiba z drugimi sredstvi.
Preizkus 8 okvirja 4 je prijetno presenečenje v preskusnem laboratoriju.Čeprav steklo ni poškodovano, tako da je okvir mogoče ponovno preizkusiti, lahko TSSA in okoliški tesnilni trakovi še vedno vzdržijo to veliko obremenitev.Sistem TSSA uporablja štiri 60 mm nastavke za podporo stekla.Projektne obremenitve vetra so žive in trajne obremenitve, obe pri 2,5 kPa (50 psf).To je zmerna oblika, z idealno arhitekturno preglednostjo, kaže izjemno visoke obremenitve in TSSA ostane nedotaknjena.
Ta študija je bila izvedena, da bi ugotovili, ali ima adhezivni oprijem steklenega sistema nekatere inherentne nevarnosti ali napake v smislu nizkih zahtev glede učinkovitosti peskanja.Očitno je preprost 60-milimetrski sistem dodatkov TSSA nameščen blizu roba stekla in deluje, dokler se steklo ne razbije.Ko je steklo zasnovano tako, da je odporno proti zlomu, je TSSA izvedljiva povezovalna metoda, ki lahko zagotovi določeno stopnjo zaščite, hkrati pa ohranja zahteve zgradbe glede preglednosti in odprtosti.
V skladu s standardom ASTM F2912-17 testirane komponente oken dosegajo stopnjo nevarnosti H1 na ravni standarda C1.Pripomoček Sadev R1006, uporabljen v študiji, ni prizadet.
Kaljeno steklo, uporabljeno v tej študiji, je "šibki člen" v sistemu.Ko se steklo razbije, TSSA in tesnilni trak, ki ga obdaja, ne moreta zadržati velike količine stekla, ker na silikonskem materialu ostane majhna količina steklenih drobcev.
Z vidika oblikovanja in učinkovitosti je bilo dokazano, da lepilni sistem TSSA zagotavlja visoko raven zaščite v eksplozivnih fasadnih komponentah na začetni ravni indikatorjev eksplozivne učinkovitosti, kar je industrija široko sprejela.Preizkušena fasada kaže, da je učinkovitost na ravni nevarnosti bistveno drugačna, ko je nevarnost eksplozije med 41,4 kPa (6 psi) in 69 kPa (10 psi).
Vendar je pomembno, da razlike v razvrstitvi nevarnosti ni mogoče pripisati okvari lepila, kot kaže kohezivni način odpovedi lepila in steklenih drobcev med pragoma nevarnosti.Glede na opažanja je velikost stekla ustrezno prilagojena, da se zmanjša upogib, da se prepreči krhkost zaradi povečanega strižnega odziva na meji upogibanja in pritrditve, kar se zdi ključni dejavnik pri delovanju.
Prihodnje zasnove bodo morda lahko zmanjšale stopnjo nevarnosti pri večjih obremenitvah s povečanjem debeline stekla, fiksiranjem položaja konice glede na rob in povečanjem kontaktnega premera lepila.
[1] Standardna specifikacija za steklena vlakna ASTM F2912-17, steklo in stekleni sistemi, izpostavljeni visokim višinskim obremenitvam, ASTM International, West Conshawken, Pennsylvania, 2017, https://doi.org/10.1520/F2912-17 [2] Hilliard, JR, Paris, CJ in Peterson, CO, Jr., "Strukturno tesnilno steklo, tehnologija tesnil za steklene sisteme", ASTM STP 638, ASTM International, West Conshooken, Pennsylvania, 1977, str.67-99 strani.[3] Zarghamee, MS, TA, Schwartz in Gladstone, M., »Seismic Performance of Structural Silica Glass«, Building Sealing, Sealant, Glass and Waterproof Technology, zvezek 1. 6. ASTM STP 1286, JC Myers, urednik, ASTM International, West Conshohocken, Pennsylvania, 1996, str. 46-59.[4] Carbary, LD, »Pregled trajnosti in učinkovitosti okenskih sistemov iz silikonskega strukturnega stekla«, Glass Performance Day, Tampere Finska, junij 2007, zbornik konference, strani 190-193.[5] Schmidt, CM, Schoenherr, WJ, Carbary LD in Takish, MS, »Performance of Silicone Structural Adhesives«, Glass System Science and Technology, ASTM STP1054, CJ University of Paris, American Society for Testing and Materials, Philadelphia, 1989 Years, str. 22-45 [6] Wolf, AT, Sitte, S., Brasseur, M., J. in Carbary L. D, »Transparent Structural Silicone Adhesive for Fixing Glazing Dispensing (TSSA) Predhodna ocena mehanskega lastnosti in vzdržljivost jekla”, četrti mednarodni simpozij o trajnosti “Construction Sealants and Adhesives”, ASTM International Magazine, objavljeno na spletu, avgust 2011, zvezek 8, številka 10 (mesec 11. november 2011), JAI 104084, na voljo 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, Glass Performance Day, Tampere, Finska, junij 2011, zbornik srečanja, strani 650–653.[8] Clift, C., Carbary, LD, Hutley, P., Kimberlain, J., »New Generation Structural Silica Glass« Facade Design and Engineering Journal 2 (2014) 137–161, DOI 10.3233 / FDE-150020 [ 9 ] Kenneth Yarosh, Andreas T. Wolf in Sigurd Sitte »Ocena tesnil iz silikonske gume pri oblikovanju neprebojnih oken in zaves pri visokih hitrostih premikanja«, Mednarodna revija ASTM, številka 1. 6. Dokument št. 2, ID JAI101953 [ 10] ASTM C1135-15, Standardna preskusna metoda za določanje učinkovitosti natezne adhezije strukturnih tesnilnih mas, ASTM International, West Conshohocken, Pennsylvania, 2015, https:/ /doi.org/10.1520/C1135-15 [11] Morgan, T. , »Progress in Explosion-proof Bolt-Fixed Glass«, Glass Performance Day, junij 2103, zapisnik sestanka, str. 181-182 [12] ASTM F1642 / F1642M-17 Standardna preskusna metoda za steklo in steklene sisteme, ki so izpostavljeni velikim obremenitvam vetra , ASTM International, West Conshohocken, Pennsylvania, 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."Metrika 45.6 (2012): 1471-1479.[14] »Prostovoljne smernice za zmanjšanje nevarnosti eksplozije navpičnih okenskih sistemov« AAMA 510-14.