Punktmonterade glassystem som uppfyller detta arkitektoniska krav är särskilt populära i markentréer eller offentliga utrymmen. Nya tekniska framsteg har möjliggjort användning av ultrahöghållfasta lim för att fästa dessa stora pimpstenar på tillbehör utan att behöva borra hål i glaset.
Den typiska markplaceringen ökar sannolikheten för att systemet måste fungera som ett skyddande lager för byggnadens användare, och detta krav överstiger eller överträffar typiska vindlastkrav. Vissa tester har utförts på punktfästningssystemet för borrning, men inte på limningsmetoden.
Syftet med denna artikel är att dokumentera ett simuleringstest med ett stötdämparrör med explosiva laddningar för att simulera en explosion för att simulera effekten av en explosiv belastning på en bunden transparent komponent. Dessa variabler inkluderar explosionsbelastningen definierad av ASTM F2912 [1], vilken utförs på en tunn platta med en SGP-jonomersandwich. Denna forskning är första gången som den kan kvantifiera den potentiella explosiva prestandan för storskalig testning och arkitektonisk design. Fäst fyra TSSA-kopplingar med en diameter på 60 mm (2,36 tum) på en glasplatta som mäter 1524 x 1524 mm (60 tum x 60 tum).
De fyra komponenterna som belastades till 48,3 kPa (7 psi) eller lägre skadade eller påverkade inte TSSA och glaset. Fem komponenter belastades under tryck över 62 kPa (9 psi), och fyra av de fem komponenterna uppvisade glasbrott, vilket fick glaset att flytta sig från öppningen. I samtliga fall förblev TSSA fäst vid metallbeslagen, och inga fel, vidhäftning eller bindning hittades. Testning har visat att den testade TSSA-konstruktionen, i enlighet med kraven i AAMA 510-14, kan ge ett effektivt säkerhetssystem under en belastning på 48,3 kPa (7 psi) eller lägre. Data som genereras här kan användas för att konstruera TSSA-systemet för att klara den specificerade belastningen.
Jon Kimberlain (Jon Kimberlain) är den avancerade applikationsexperten för Dow Cornings högpresterande silikoner. Lawrence D. Carbary (Lawrence D. Carbary) är en Dow Cornings forskare inom högpresterande byggindustrin som även är silikon- och ASTM-forskare.
Strukturell silikoninfästning av glaspaneler har använts i nästan 50 år för att förbättra estetiken och prestandan hos moderna byggnader [2] [3] [4] [5]. Fästningsmetoden kan skapa en släta, kontinuerliga yttervägg med hög transparens. Önskan om ökad transparens i arkitekturen ledde till utveckling och användning av kabelnätväggar och bultstödda ytterväggar. Arkitektoniskt utmanande landmärkesbyggnader kommer att inkludera dagens moderna teknik och måste uppfylla lokala bygg- och säkerhetsföreskrifter och standarder.
Det transparenta strukturella silikonlimmet (TSSA) har studerats, och en metod för att stödja glaset med bultfästen istället för att borra hål har föreslagits [6] [7]. Den transparenta limtekniken med styrka, vidhäftning och hållbarhet har en rad fysikaliska egenskaper som gör det möjligt för fasaddesigners att designa anslutningssystemet på ett unikt och nytt sätt.
Runda, rektangulära och triangulära tillbehör som uppfyller estetiska krav och strukturella prestanda är enkla att designa. TSSA härdas tillsammans med det laminerade glaset som bearbetas i en autoklav. Efter att materialet tagits bort från autoklavcykeln kan 100 % verifieringstestet genomföras. Denna kvalitetssäkringsfördel är unik för TSSA eftersom den kan ge omedelbar feedback på aggregatets strukturella integritet.
Slaghållfastheten [8] och stötdämpningseffekten hos konventionella strukturella silikonmaterial har studerats [9]. Wolf et al. tillhandahöll data genererade av universitetet i Stuttgart. Dessa data visar att, jämfört med den kvasistatiska töjningshastigheten som specificeras i ASTM C1135, är draghållfastheten hos det strukturella silikonmaterialet vid en maximal töjningshastighet på 5 m/s (197 tum/s). Hållfasthet och töjning ökar. Indikerar sambandet mellan töjning och fysikaliska egenskaper.
Eftersom TSSA är ett mycket elastiskt material med högre modul och hållfasthet än strukturell silikon, förväntas det ha samma generella prestanda. Även om laboratorietester med höga töjningshastigheter inte har utförts, kan det förväntas att den höga töjningshastigheten vid explosionen inte kommer att påverka hållfastheten.
Det bultade glaset har testats, uppfyller standarderna för explosionsskydd [11] och visades upp på Glass Performance Day 2013. De visuella resultaten visar tydligt fördelarna med att mekaniskt fixera glaset efter att det har gått sönder. För system med ren liminfästning kommer detta att vara en utmaning.
Ramen är tillverkad av amerikansk standardstål med måtten 151 mm djup x 48,8 mm bredd x 5,08 mm livtjocklek (6” x 1,92” x 0,20”), vanligtvis kallat C 6” x 8,2# spår. C-profilerna är svetsade ihop i hörnen, och en 9 mm (0,375 tum) tjock triangulär sektion är svetsad i hörnen, tillbakadragna från ramens yta. Ett 18 mm (0,71″) hål borrades i plattan så att en bult med en diameter på 14 mm (0,55″) enkelt kan föras in i den.
TSSA-metallbeslag med en diameter på 60 mm (2,36 tum) är 50 mm (2 tum) från varje hörn. Applicera fyra beslag på varje glasbit för att göra allt symmetriskt. Det unika med TSSA är att det kan placeras nära glaskanten. Borrtillbehör för mekanisk infästning i glas har specifika mått från kanten, vilka måste införlivas i konstruktionen och måste borras före härdning.
Storleken nära kanten förbättrar transparensen i det färdiga systemet och minskar samtidigt vidhäftningen vid stjärnskarven på grund av det lägre vridmomentet på en typisk stjärnskarv. Glaset som valts för detta projekt är två 6 mm (1/4 tum) härdade transparenta 1524 mm x 1524 mm (5′x 5′) lager laminerade med Sentry Glass Plus (SGP) ionomermellanfilm 1,52 mm (0,060) tum.
En 1 mm (0,040 tum) tjock TSSA-skiva appliceras på en 60 mm (2,36 tum) diameter grundmålad rostfri stålkoppling. Primern är utformad för att förbättra vidhäftningens hållbarhet till rostfritt stål och är en blandning av silan och titanat i ett lösningsmedel. Metallskivan pressas mot glaset med en uppmätt kraft på 0,7 MPa (100 psi) i en minut för att ge vätning och kontakt. Placera komponenterna i en autoklav som når 11,9 bar (175 psi) och 133 °C (272 °F) så att TSSA kan uppnå den 30 minuters blötläggningstid som krävs för härdning och bindning i autoklaven.
När autoklaven är klar och har svalnat, inspektera varje TSSA-koppling och dra sedan åt den till 55 Nm (40,6 fotpund) för att visa en standardbelastning på 1,3 MPa (190 psi). Tillbehör för TSSA tillhandahålls av Sadev och är identifierade som R1006 TSSA-tillbehör.
Montera tillbehörets huvuddel på härdningsskivan på glaset och sänk ner den i stålramen. Justera och fäst muttrarna på bultarna så att det yttre glaset är i jämnhöjd med stålramens utsida. Fogen på 13 mm x 13 mm (1/2″ x ½”) som omger glasets omkrets är tätad med en tvådelad silikonstruktur så att tryckbelastningstestet kan börja nästa dag.
Testet utfördes med ett stötdämpande rör vid Explosives Research Laboratory vid University of Kentucky. Det stötdämpande röret består av en förstärkt stålkropp, som kan installera enheter upp till 3,7 m x 3,7 m på frontytan.
Slagröret drivs genom att sprängämnen placeras längs explosionsröret för att simulera explosionens positiva och negativa faser [12] [13]. Placera hela glas- och stålramen i det stötdämpande röret för testning, som visas i figur 4.
Fyra trycksensorer är installerade inuti stötdämparröret, så att tryck och puls kan mätas noggrant. Två digitala videokameror och en digital systemkamera användes för att spela in testet.
MREL Ranger HR-höghastighetskameran, som är placerad nära fönstret utanför stötdämparröret, fångade testet med 500 bilder per sekund. Placera en 20 kHz avböjningslaser nära fönstret för att mäta avböjningen i mitten av fönstret.
De fyra ramverkskomponenterna testades totalt nio gånger. Om glaset inte lämnar öppningen, testas komponenten igen under högre tryck och stötar. I varje fall registreras måltryck, impulser och glasdeformationsdata. Därefter bedöms varje test också enligt AAMA 510-14 [Festestration System Voluntary Guidelines for Explosion Hazard Mitigation].
Som beskrivits ovan testades fyra ramaggregat tills glaset avlägsnades från öppningen till sprängporten. Målet med det första testet är att nå 69 kPa vid en puls på 614 kPa-ms (10 psi A 89 psi-ms). Under den applicerade belastningen krossades glasfönstret och lossnade från ramen. Sadev-punktkopplingar gör att TSSA fäster vid trasigt härdat glas. När det härdade glaset krossades lämnade glaset öppningen efter en nedböjning på cirka 100 mm (4 tum).
Under ökande kontinuerlig belastning testades ram 2 tre gånger. Resultaten visade att felet inte inträffade förrän trycket nådde 69 kPa (10 psi). De uppmätta trycken på 44,3 kPa (6,42 psi) och 45,4 kPa (6,59 psi) påverkar inte komponentens integritet. Under det uppmätta trycket på 62 kPa (9 psi) orsakade glasets böjning brott, vilket lämnade glasfönstret kvar i öppningen. Alla TSSA-tillbehör är monterade med trasigt härdat glas, samma som i figur 7.
Under ökande kontinuerlig belastning testades ram 3 två gånger. Resultaten visade att felet inte inträffade förrän trycket nådde målet 69 kPa (10 psi). Det uppmätta trycket på 48,4 kPa (7,03) psi påverkar inte komponentens integritet. Datainsamlingen kunde inte möjliggöra någon nedböjning, men visuell observation från videon visade att nedböjningen för ram 2, test 3, och ram 4, test 7 var likartad. Under mättrycket på 64 kPa (9,28 psi) resulterade glasets nedböjning, mätt vid 190,5 mm (7,5 tum), i brott, vilket lämnade glasfönstret i öppningen. Alla TSSA-tillbehör är monterade med trasigt härdat glas, samma som i figur 7.
Med ökande kontinuerlig belastning testades ram 4 tre gånger. Resultaten visade att felet inte inträffade förrän trycket nådde målet 10 psi för andra gången. De uppmätta trycken på 46,8 kPa (6,79) och 64,9 kPa (9,42 psi) kommer inte att påverka komponentens integritet. I test #8 mättes glaset att böjas 100 mm (4 tum). Det förväntas att denna belastning kommer att orsaka att glaset går sönder, men andra datapunkter kan erhållas.
I test nr 9 böjde det uppmätta trycket på 65,9 kPa (9,56 psi) glaset med 190,5 mm (7,5 tum) och orsakade brott, vilket lämnade glasfönstret i öppningen. Alla TSSA-tillbehör är fästa med samma trasiga härdade glas som i figur 7. I samtliga fall kan tillbehören enkelt tas bort från stålramen utan några synliga skador.
TSSA för varje test förblir oförändrad. Efter testet, när glaset förblir intakt, sker ingen visuell förändring i TSSA. Höghastighetsvideon visar glaset som går sönder mitt i spannet och sedan lämnar öppningen.
Utifrån jämförelsen av glasbrott och inget brott i figur 8 och figur 9 är det intressant att notera att glasbrotttillståndet inträffar långt bort från fästpunkten, vilket indikerar att den obundna delen av glaset har nått böjningspunkten, som snabbt närmar sig. Glasets spröda sträckgräns är relativ till den del som förblir bunden.
Detta indikerar att de trasiga plattorna i dessa delar sannolikt kommer att röra sig under skjuvkrafter under provningen. Genom att kombinera denna princip och observationen att felläget verkar vara försprödning av glastjockleken vid limgränssnittet, allt eftersom den föreskrivna belastningen ökar, bör prestandan förbättras genom att öka glastjockleken eller kontrollera nedböjningen på andra sätt.
Test 8 av ram 4 är en trevlig överraskning i testanläggningen. Även om glaset inte är skadat så att ramen kan testas igen, kan TSSA och omgivande tätningslister fortfarande klara denna stora belastning. TSSA-systemet använder fyra 60 mm fästen för att stödja glaset. De dimensionerande vindlasterna är levande och permanenta belastningar, båda på 2,5 kPa (50 psf). Detta är en måttlig konstruktion med idealisk arkitektonisk transparens, uppvisar extremt höga belastningar och TSSA förblir intakt.
Denna studie genomfördes för att fastställa om glassystemets vidhäftning har några inneboende risker eller defekter vad gäller låga krav på sandblästringsprestanda. Självklart installeras ett enkelt 60 mm TSSA-tillbehörssystem nära glaskanten och har prestandan tills glaset går sönder. När glaset är konstruerat för att motstå brott är TSSA en gångbar anslutningsmetod som kan ge en viss grad av skydd samtidigt som byggnadens krav på transparens och öppenhet bibehålls.
Enligt ASTM F2912-17-standarden når de testade fönsterkomponenterna risknivån H1 på C1-standardnivån. Tillbehöret Sadev R1006 som användes i studien påverkas inte.
Det härdade glaset som användes i denna studie är den "svaga länken" i systemet. När glaset väl är trasigt kan TSSA och den omgivande tätningslisten inte hålla kvar en stor mängd glas, eftersom en liten mängd glasfragment finns kvar på silikonmaterialet.
Ur design- och prestandasynpunkt har TSSA-limsystemet visat sig ge en hög skyddsnivå i fasadkomponenter av explosiv kvalitet vid den initiala nivån av explosiva prestandaindikatorer, vilket har blivit allmänt accepterat av branschen. Den testade fasaden visar att när explosionsrisken är mellan 41,4 kPa (6 psi) och 69 kPa (10 psi) skiljer sig prestandan på risknivån avsevärt.
Det är emellertid viktigt att skillnaden i faroklassificering inte kan tillskrivas adhesivbrott, vilket indikeras av det kohesiva brottläget för adhesiv och glasfragment mellan farotrösklarna. Enligt observationer justeras glasets storlek på lämpligt sätt för att minimera nedböjning och förhindra sprödhet på grund av ökat skjuvrespons vid gränssnittet mellan böjning och fästning, vilket verkar vara en nyckelfaktor för prestanda.
Framtida konstruktioner kan eventuellt minska risknivån under högre belastningar genom att öka glasets tjocklek, fixera punktens position i förhållande till kanten och öka limmets kontaktdiameter.
[1] ASTM F2912-17 Standardspecifikation för glasfiber, Glas och glassystem som utsätts för höghöjdsbelastningar, ASTM International, West Conshawken, Pennsylvania, 2017, https://doi.org/10.1520/F2912-17 [2] Hilliard, JR, Paris, CJ och Peterson, CO, Jr., “Strukturellt tätningsmedel för glas, tätningsteknik för glassystem”, ASTM STP 638, ASTM International, West Conshooken, Pennsylvania, 1977, s. 67–99 sidor. [3] Zarghamee, MS, TA, Schwartz och Gladstone, M., “Seismisk prestanda hos strukturellt kiseldioxidglas”, Byggnadstätning, tätningsmedel, glas och vattentät teknik, volym 1. 6. ASTM STP 1286, JC Myers, redaktör, ASTM International, West Conshohocken, Pennsylvania, 1996, s. 46–59. [4] Carbary, LD, ”Översikt över hållbarhet och prestanda hos silikonstrukturglasfönstersystem”, Glass Performance Day, Tammerfors, Finland, juni 2007, konferensprotokoll, sidorna 190–193. [5] Schmidt, CM, Schoenherr, WJ, Carbary LD, och Takish, MS, ”Prestanda hos silikonstrukturlim”, Glass System Science and Technology, ASTM STP1054, CJ University of Paris, American Society for Testing and Materials, Philadelphia, 1989, s. 22-45 [6] Wolf, AT, Sitte, S., Brasseur, M., J. och Carbary L. D, ”Transparent strukturellt silikonlim för fixering av glasdispensering (TSSA) Preliminär bedömning av stålets mekaniska egenskaper och hållbarhet”, The Fourth International Durability Symposium ”Construction Sealants and Adhesives”, ASTM International Magazine, publicerad online, augusti 2011, volym 8, nummer 10 (11 november 2011), JAI 104084, tillgänglig från följande webbplats: www.astm.org/DIGITAL_LIBRARY/JOURNALS/JAI/PAGES/JAI104084.htm. [7] Clift, C., Hutley, P., Carbary, LD, Silikonlim med transparent struktur, Glass Performance Day, Tammerfors, Finland, juni 2011, Mötesprotokoll, sidorna 650–653. [8] Clift, C., Carbary, LD, Hutley, P., Kimberlain, J., ”Ny generation strukturellt kiselglas” Facade Design and Engineering Journal 2 (2014) 137–161, DOI 10.3233 / FDE-150020 [9] Kenneth Yarosh, Andreas T. Wolf och Sigurd Sitte ”Bedömning av silikongummitätningsmedel vid design av skottsäkra fönster och fasadväggar med höga rörelsehastigheter”, ASTM International Magazine, nummer 1. 6. Artikel nr 2, ID JAI101953 [10] ASTM C1135-15, Standardtestmetod för bestämning av dragvidhäftningsprestanda hos strukturella tätningsmedel, ASTM International, West Conshohocken, Pennsylvania, 2015, https:/ /doi.org/10.1520/C1135-15 [11] Morgan, T., ”Framsteg inom ”Explosionssäkert bultfast glas”, Glass Performance Day, juni 2103, mötesprotokoll, s. 181-182 [12] ASTM F1642 / F1642M-17 Standardtestmetod för glas och glassystem utsatta för höga vindbelastningar, ASTM International, West Conshohocken, Pennsylvania, 2017, https://doi.org/10.1520/F1642_F1642M-17 [13] Wedding, William Chad och Braden T. Lusk. ”En ny metod för att bestämma responsen hos explosiva glassystem på explosiva belastningar.” Metric 45.6 (2012): 1471-1479. [14] ”Frivilliga riktlinjer för att minska explosionsrisken hos vertikala fönstersystem” AAMA 510-14.