满足这一建筑要求的点固定玻璃系统在地面入口或公共区域尤其受欢迎。最近的技术进步使得使用超高强度粘合剂将这些大型浮石固定到配件上成为可能，而无需在玻璃上钻孔。
典型的地面位置增加了系统必须为建筑物居住者提供保护层的可能性，而这一要求超出或超过了典型的风荷载要求。一些测试已经针对钻孔点固定系统进行过，但尚未针对其粘合方法进行过测试。
本文旨在记录一项模拟试验，该试验使用装有炸药的冲击波管模拟爆炸，以模拟爆炸载荷对粘合透明组件的影响。这些变量包括ASTM F2912 [1]定义的爆炸载荷，该试验在一块带有SGP离聚物夹层的薄板上进行。这项研究首次能够量化潜在的爆炸性能，用于大规模测试和建筑设计。将四个直径为60毫米（2.36英寸）的TSSA配件连接到一块尺寸为1524 x 1524毫米（60英寸 x 60英寸）的玻璃板上。
四个组件在 48.3 kPa（7 psi）或更低的负载下均未损坏或影响 TSSA 和玻璃。五个组件在 62 kPa（9 psi）以上的压力下加载，其中四个出现玻璃破裂，导致玻璃从开口处移位。在所有情况下，TSSA 均保持附着在金属配件上，未发现故障、粘连或粘结。测试表明，根据 AAMA 510-14 的要求，测试的 TSSA 设计可在 48.3 kPa（7 psi）或更低的负载下提供有效的安全系统。此处生成的数据可用于设计 TSSA 系统以满足指定的负载。
乔恩·金伯莱恩（Jon Kimberlain）是道康宁高性能有机硅的高级应用专家。劳伦斯·D·卡巴里（Lawrence D. Carbary）是道康宁高性能建筑行业科学家，是道康宁有机硅和ASTM研究员。
近50年来，玻璃面板的结构硅胶固定技术一直被用于提升现代建筑的美观度和性能[2] [3] [4] [5]。这种固定方法可以使外墙光滑连续，并具有很高的透明度。人们对建筑透明度的追求推动了索网墙和螺栓支撑外墙的开发和应用。具有建筑挑战性的地标建筑将采用当今的现代技术，并必须符合当地的建筑和安全规范和标准。
人们对透明结构硅酮胶（TSSA）进行了研究，并提出了一种用螺栓固定件支撑玻璃的方法，而不是钻孔[6][7]。透明胶技术具有强度、附着力和耐久性等一系列物理特性，使幕墙设计师能够以独特新颖的方式设计连接系统。
满足美观和结构性能的圆形、矩形和三角形配件易于设计。TSSA 与正在高压釜中加工的夹层玻璃一起固化。从高压釜循环中取出材料后，即可完成 100% 验证测试。这一质量保证优势是 TSSA 独有的，因为它可以即时反馈组件的结构完整性。
传统结构硅胶材料的抗冲击性[8]和减震效果已被研究[9]。Wolf等人提供了斯图加特大学生成的数据。这些数据表明，与ASTM C1135规定的准静态应变速率相比，在极限应变速率为5m/s（197in/s）时，结构硅胶材料的拉伸强度和伸长率均有所提高。这表明了应变与物理性能之间的关系。
由于TSSA是一种高弹性材料，其模量和强度均高于结构硅胶，因此预计其将具有相同的一般性能。虽然尚未进行高应变率的实验室测试，但可以预期爆炸中的高应变率不会影响强度。
螺栓固定玻璃已通过测试，符合防爆标准[11]，并在2013年玻璃性能日上展出。视觉效果清晰地展现了玻璃破碎后机械固定的优势。对于纯粘合剂固定的系统而言，这将是一个挑战。
框架采用美国标准槽钢制成，尺寸为深151毫米 x 宽48.8毫米 x 腹板厚5.08毫米（6英寸 x 1.92英寸 x 0.20英寸），通常称为C型6英寸 x 8.2#槽钢。C型槽钢在角部焊接在一起，并在角部焊接一个9毫米（0.375英寸）厚的三角形截面，该截面距离框架表面略微向后。在钢板上钻了一个18毫米（0.71英寸）的孔，以便直径为14毫米（0.55英寸）的螺栓可以轻松插入其中。
TSSA 金属配件直径为 60 毫米（2.36 英寸），距离每个角 50 毫米（2 英寸）。每片玻璃上安装四个配件，使整体对称。TSSA 的独特之处在于它可以放置在靠近玻璃边缘的位置。用于在玻璃上进行机械固定的钻孔配件从边缘开始有特定的尺寸，必须将其纳入设计中，并且必须在钢化前钻孔。
靠近边缘的尺寸提高了成品系统的透明度，同时由于典型星形接头上的扭矩较低，也降低了星形接头的粘合力。本项目选择的玻璃是两层6毫米（1/4英寸）钢化透明1524毫米 x 1524毫米（5英尺 x 5英尺）的玻璃，并用Sentry Glass Plus (SGP)离子聚合物中间膜1.52毫米（0.060英寸）层压而成。
将厚度为 1 毫米（0.040 英寸）的 TSSA 圆片贴在直径为 60 毫米（2.36 英寸）的已涂底漆的不锈钢配件上。该底漆旨在提高与不锈钢的粘合耐久性，是硅烷和钛酸酯在溶剂中的混合物。将金属圆片以 0.7 MPa（100 psi）的测量力压在玻璃上，持续一分钟，以确保润湿并接触。将组件放入压力达到 11.9 Bar（175 psi）和温度达到 133 C°（272°F）的高压釜中，以使 TSSA 达到在高压釜中固化和粘合所需的 30 分钟浸泡时间。
高压釜安装完毕并冷却后，检查每个 TSSA 接头，然后将其拧紧至 55Nm（40.6 英尺磅），以达到 1.3 MPa（190 psi）的标准负载。TSSA 配件由 Sadev 提供，标识为 R1006 TSSA 配件。
将配件主体组装到玻璃上的固化盘上，然后将其放入钢框架中。调节并固定螺栓上的螺母，使外部玻璃与钢框架外侧齐平。玻璃周边的13毫米 x 13毫米（1/2英寸 x 1/2英寸）接缝用双组分硅胶密封，以便第二天开始进行压力负载测试。
此次试验使用肯塔基大学爆炸物研究实验室的减震管进行，减震管由加强型钢管体构成，可在表面安装最大尺寸为3.7m×3.7m的装置。
冲击管的驱动方式是沿爆炸管长度放置炸药，模拟爆炸事件的正负阶段[12][13]。将整个玻璃和钢框架组件放入减震管中进行测试，如图4所示。
激波管内安装了四个压力传感器，可以精确测量压力和脉动。试验过程中使用了两台数码摄像机和一台数码单反相机进行记录。
位于激波管外部窗口附近的MREL Ranger HR高速摄像机以每秒500帧的速度拍摄了试验过程。在窗口附近设置一个20 kHz的偏转激光记录器，以测量窗口中心的偏转。
四个框架组件共进行了九次测试。如果玻璃没有脱离开口，则在更高的压力和冲击下重新测试该组件。每次测试均记录目标压力、冲击力以及玻璃变形数据。然后，根据AAMA 510-14 [防爆系统爆炸危险缓解自愿指南] 对每次测试进行评级。
如上所述，对四个框架组件进行了测试，直到玻璃从爆破口的开口处移除。第一个测试的目标是在614 kPa-ms（10 psi A 89 psi-ms）的脉冲下达到69 kPa的压力。在施加的负载下，玻璃窗破碎并从框架上脱落。Sadev点式接头使TSSA能够粘附在破碎的钢化玻璃上。当钢化玻璃破碎时，玻璃在挠度约为100毫米（4英寸）后离开开口。
在持续递增荷载条件下，对框架2进行了3次试验。结果表明，直到压力达到69 kPa（10 psi）时才发生失效。测得的44.3 kPa（6.42 psi）和45.4 kPa（6.59 psi）压力不会影响组件的完整性。在测得的62 kPa（9 psi）压力下，玻璃发生挠曲导致破裂，使玻璃窗留在开口处。所有TSSA配件均附有破碎的钢化玻璃，与图7所示相同。
在不断增加的连续载荷条件下，对框架 3 进行了两次测试。结果表明，直到压力达到目标 69 kPa (10 psi) 时才会发生故障。测量压力 48.4 kPa (7.03) psi 不会影响组件的完整性。数据收集未能允许偏转，但从视频中目视观察发现，框架 2 测试 3 和框架 4 测试 7 的偏转相似。在 64 kPa (9.28 psi) 的测量压力下，在 190.5 mm (7.5″) 处测得的玻璃偏转导致破裂，使玻璃窗留在开口处。所有 TSSA 配件均附有破碎的钢化玻璃，与图 7 相同。
随着持续载荷的增加，对框架4进行了3次测试。结果表明，直到压力第二次达到目标值10 psi时，才发生失效。测得的46.8 kPa（6.79 psi）和64.9 kPa（9.42 psi）压力不会影响组件的完整性。在测试#8中，测得玻璃弯曲100毫米（4英寸）。预计该载荷会导致玻璃破裂，但可以得到其他数据点。
在测试 #9 中，测得的 65.9 kPa (9.56 psi) 压力使玻璃偏转 190.5 毫米 (7.5 英寸) 并导致破裂，玻璃窗留在开口处。所有 TSSA 配件均与图 7 中所示的破碎钢化玻璃连接。在所有情况下，配件都可以轻松地从钢框架上取下，且不会造成任何明显损坏。
每次测试的TSSA保持不变。测试结束后，如果玻璃保持完好，TSSA不会出现任何视觉变化。高速视频显示，玻璃在跨度中点处破裂，然后从开口处脱落。
从图8和图9中玻璃失效和无失效的对比可以看出，有趣的是，玻璃断裂模式发生在远离附着点的地方，这表明玻璃未粘合的部分已经达到了弯曲点，而弯曲点正在迅速接近玻璃的脆性屈服点，这是相对于保持粘合的部分而言的。
这表明在试验过程中，这些部位的断裂板很可能在剪切力的作用下发生移动。结合这一原理以及失效模式似乎是粘合界面处玻璃厚度脆化的观察结果，随着规定载荷的增加，应该通过增加玻璃厚度或通过其他方式控制挠度来改善性能。
框架4的测试8在测试设施中令人惊喜。虽然玻璃没有损坏，因此框架可以再次进行测试，但TSSA和周围的密封条仍然可以承受如此大的荷载。TSSA系统使用四个60毫米的附件支撑玻璃。设计风荷载为活荷载和永久荷载，均为2.5 kPa（50 psf）。这是一个中等设计，具有理想的建筑透明度，表现出极高的荷载，并且TSSA保持完好无损。
这项研究旨在确定玻璃系统的粘合剂粘合在低水平喷砂性能要求方面是否存在一些固有的危险或缺陷。显然，一个简单的60毫米TSSA附件系统安装在玻璃边缘附近，并具有良好的性能，直到玻璃破碎为止。当玻璃设计为抗破碎时，TSSA是一种可行的连接方法，它可以提供一定程度的保护，同时保持建筑物对透明度和开放性的要求。
根据ASTM F2912-17标准，测试的窗户部件在C1标准等级上达到H1危险等级。研究中使用的Sadev R1006配件不受影响。
本研究中使用的钢化玻璃是系统中的“薄弱环节”，一旦玻璃破碎，TSSA及其周围的密封条无法保留大量玻璃，因为少量玻璃碎片残留在硅胶材料上。
从设计和性能角度来看，TSSA 胶粘剂系统已被证明能够在爆炸性能指标的初始水平上为防爆等级外墙组件提供高水平的防护，这已得到业界的广泛认可。经测试的外墙表明，当爆炸危险等级在 41.4 kPa（6 psi）和 69 kPa（10 psi）之间时，其在危险等级上的表现存在显著差异。
然而，重要的是，危险等级的差异并非由粘合剂失效引起，正如危险阈值之间的粘合剂和玻璃碎片的内聚失效模式所表明的那样。根据观察，适当调整玻璃的尺寸以最大限度地减少挠度，从而防止由于弯曲和附着界面处剪切响应增加而导致的脆性，这似乎是性能的一个关键因素。
未来的设计或许可以通过增加玻璃厚度、固定点相对于边缘的位置以及增加粘合剂的接触直径来降低更高负载下的危险程度。
[1] ASTM F2912-17 标准玻璃纤维规范，《受高海拔载荷影响的玻璃和玻璃系统》，美国材料与试验协会 (ASTM International)，宾夕法尼亚州西康斯霍肯，2017 年，https://doi.org/10.1520/F2912-17 [2 ] Hilliard, JR、Paris, CJ 和 Peterson, CO, Jr.，“结构密封胶玻璃，玻璃系统密封胶技术”，ASTM STP 638，美国材料与试验协会 (ASTM International)，宾夕法尼亚州西康斯霍肯，1977 年，第 67-99 页。 [3] Zarghamee, MS, TA、Schwartz 和 Gladstone, M.，“结构硅玻璃的抗震性能”，《建筑密封、密封胶、玻璃和防水技术》，第1卷。第6卷。ASTM STP 1286，JC Myers 编辑，ASTM International，宾夕法尼亚州西康舍霍肯，1996年，第46-59页。[4] Carbary, LD，“硅酮结构玻璃窗系统耐久性和性能回顾”，《玻璃性能日》，芬兰坦佩雷，2007年6月，会议论文集，第190-193页。 [5] Schmidt, CM、Schoenherr, WJ、Carbary LD 和 Takish, MS，“有机硅结构胶粘剂的性能”，玻璃系统科学与技术，ASTM STP1054，CJ 巴黎大学，美国材料与试验协会，费城，1989 年，第 22-45 页 [6] Wolf, AT、Sitte, S.、Brasseur, M.、J. 和 Carbary L. D，“用于固定玻璃分配的透明结构有机硅胶粘剂（TSSA）钢材的机械性能和耐久性的初步评估”，第四届国际耐久性研讨会“建筑密封胶和胶粘剂”，ASTM 国际杂志，在线出版，2011 年 8 月，第 8 卷，第 10 期（2011 年 11 月 11 日），JAI 104084，可从以下网站获取： www.astm.org/DIGITAL_LIBRARY/JOURNALS/JAI/PAGES/JAI104084.htm。[7] Clift, C.、Hutley, P.、Carbary, LD，《透明结构硅胶粘合剂》，《玻璃性能日》，芬兰坦佩雷，2011 年 6 月，会议记录，第 650-653 页。 [8] Clift, C.、Carbary, LD、Hutley, P.、Kimberlain, J.，“新一代结构硅玻璃”，《外墙设计与工程杂志》2（2014 年）137–161，DOI 10.3233 / FDE-150020 [9] Kenneth Yarosh、Andreas T. Wolf 和 Sigurd Sitte，“硅橡胶密封胶在高移动速度下防弹窗和幕墙设计中的评估”，《ASTM International》杂志，第 1 期。6. 论文编号 2，ID JAI101953 [10] ASTM C1135-15，《测定结构密封胶拉伸粘合性能的标准测试方法》，ASTM International，宾夕法尼亚州西康舍霍肯，2015 年，https:/ /doi.org/10.1520/C1135-15 [11] Morgan, T.，“防爆螺栓固定玻璃的进展”，玻璃性能日，2013 年 6 月，会议记录，第 181-182 页 [12] ASTM F1642 / F1642M-17 玻璃和玻璃系统在高风荷载下的标准试验方法，ASTM International，宾夕法尼亚州西康舍霍肯，2017 年，https://doi.org/10.1520/F1642_F1642M-17 [13] Wedding, William Chad 和 Braden T. Lusk。“一种确定防爆玻璃系统对爆炸荷载响应的新方法。” Metric 45.6 (2012): 1471-1479。 [14]“减轻垂直窗系统爆炸危险的自愿指南”AAMA 510-14。