Czytaj także -

Aktualne wydanie

SS-09-2018-okladka

20180813-BANNER-160X600-V1-PL-GLASSTECEDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK

EDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK 

 

facebook12

czytaj newsy Świata Szkła

- więcej szklanej architektury

 

Baztech

Miesięcznik Świat Szkła

indeksowany jest w bazie

czasopism technicznych

 

 

konferencja 12 kwietnia 2018 1a

baner-2-krzywe

baner konferencja 12 2017

 

Wydanie Specjalne

 

Fasady przeszklone termika akustyka odpornosc ogniowa 2016

 

okna pasywne 2015a

 

Fotowoltaika w architekturze okladka

 

20140808Przegrody przeciwpozarowe

 

konstrukcje szklane

 

20140533 Konstrukcje przeszklone 2

 

katalog 2018 a

 RODO

 

25575923 

  

480x100px RFT18 engl

 

abs banner 480x120 English

 

glass2018 480x120  

 lisec SS FastLAne

 

20180817doe12 baner-480-100

 

Stosowanie szczeliw silikonowych w szkleniu zabezpieczającym, Część 1
Data dodania: 02.09.11

 

 

 

Stosowanie szczeliw silikonowych w szkleniu zabezpieczającym, Część 1

Rynek szklenia budynków komercyjnych i szklanych fasad przez ostatnie kilka lat podlegał bardzo dynamicznym zmianom. Nowe wymagania, stawiane przez obowiązujące standardy i oczekiwania klientów, zwiększają popyt na wysokiej jakości produkty stosowane w szkleniu fasad.



Szklenie zabezpieczające (bezpieczeństwo i ochrona) jest dobrym przykładem tego rodzaju zastosowań. Problemy związane z bezpośrednimi lub pośrednimi zniszczeniami, spowodowanymi eksplozjami wywołanymi przez człowieka lub siły natury, spowodowały potrzebę opracowania nowych rozwiązań w zakresie stosowania architektonicznego szkła fasadowego.

Zmiany klimatyczne powodują powstawanie nietypowych zjawisk pogodowych, które mogą uszkadzać mniej wytrzymałe konstrukcje. Zarówno w Europie, jak i na Bliskim Wschodzie coraz częściej stosuje się w nowych i rekonstruowanych budynkach, przynajmniej na dolnych piętrach, wybuchoodporne konstrukcje, które mają na celu zabezpieczenie ludzi, przebywających wewnątrz lub na zewnątrz budynku przed odłamkami szkła, konstrukcji metalowej i innych materiałów.

W Ameryce i Azji z kolei, konieczność stosowania konstrukcji zabezpieczających wynika z warunków klimatycznych i takich zjawisk pogodowych jak silne burze, huragany czy tornada lub trzęsienia ziemi, podczas których mogłoby dojść do zranienia osób i uszkodzenia mienia wewnątrz budynku, przedmiotami unoszonymi przez wiatr.

 

Ze względu na swoje właściwości fizyczne, przyczepność i odporność na warunki pogodowe, szczeliwa silikonowe są powszechnie używanymi produktami w budownictwie, jako wysokiej jakości materiały służące do uszczelniania budynków [1] [2].

Ze względu na specyficzną budowę chemiczną polimeru, szczeliwa silikonowe zapewniają unikalne właściwości uszczelniające i są wybierane przez projektantów, w przypadku wysoko postawionych wymagań co do trwałości i wytrzymałości złącza. Wprowadzenie na rynek pod koniec lat 70. strukturalnych szczeliw silikonowych, zrewolucjonizowało rynek fasadowy poprzez połączenie w jednym materiale właściwości uszczelniających, izolacyjnych i przyczepnościowych (konstrukcyjnych) [3] [4].

 

Szklenie strukturalne – metoda klejenia szkła, ceramiki, metalu, kamienia lub paneli kompozytowych do konstrukcji nośnej fasady budynku, wykorzystująca właściwości silnej i długotrwałej adhezji silikonu do powierzchni, szybko stało się bardzo popularne wśród architektów, jako metoda dająca niemal nieograniczone możliwości projektowe. Koncepcja w całości przeziernej i w pełni funkcjonalnej fasady mogła zostać zrealizowana, ponieważ szczeliwa silikonowe nie tylko zapewniają wodo- i wiatroszczelność fasady, ale również umożliwiają zamocowanie elementów i poprawiają sztywność konstrukcji.

Ostatnio, technologia szklenia strukturalnego i szczeliwa strukturalne zostały objęte wymaganiami Europejskiego Standardu ETAG 002, na podstawie którego są wydawane Europejskie Aprobaty Techniczne. Produkty takie podlegają certyfikacji zgodności i oznakowaniu CE, co oznacza, że muszą spełnić podstawowe wymagania użytkowe i jakościowe stawiane produktom stosowanym w nowoczesnych budynkach [5] [6].

 

Pozytywne doświadczenia i wiedza dotycząca strukturalnych szczeliw silikonowych doprowadziły obecnie do rozpowszechnienia się technologii klejenia silikonami, także w innych wymagających zastosowaniach, w szczególności w technologii wklejania szyb do ram okiennych oraz w szkleniu zabezpieczającym, wszędzie tam, gdzie ściana osłonowa lub konstrukcje okienno-drzwiowe muszą zapewnić dodatkową ochronę, na przykład w sytuacji wybuchu.

W dalszej części artykułu omówione zostały przykłady stosowania szczeliw silikonowych, jako aktywnych elementów wpływających na ostateczne funkcjonowanie całej konstrukcji.

 


 
 Fot. 1. Fasada strukturalna zniszczona podczas wybuchu bomby
 w Madrycie w lipcu 2000 r.

 

Szklenie strukturalne w produkcji fasad odpornych na eksplozje

Przykłady i badania
W ciągu ostatnich kilku lat można wskazać co najmniej kilka przykładów budynków, w których klejone strukturalnie fasady zostały narażone na eksplozje spowodowane wybuchem bomby, ale dzięki zastosowaniu technologii klejenia silikonami, uszkodzenia budynków były znacznie mniejsze niż w przypadku stosowania tradycyjnych konstrukcji fasad słupowo-ryglowych z zewnętrznym profilem mocującym, tzw. klipsem.

 

Dobrym przykładem zastosowania technologii klejenia były dwa obiekty w Madrycie, które ucierpiały w lipcu 2000 r. od eksplozji ok. 20 kg ładunku wybuchowego w historycznym centrum miasta. W jednym z budynków zastosowano czterostronny system szklenia strukturalnego. Niestety zarówno szkło jak i konstrukcja wsporcza fasady nie były zaprojektowane tak, aby wytrzymać wybuch bomby i fasada została całkowicie zniszczona. Do obrażeń ludzi wewnątrz budynku nie doszło dlatego, że ściana osłonowa zasłaniała istniejącą ścianę budynku wykonaną w tradycyjnej technologii z cegły. Jednakże ekspertyza całego budynku, i fasady strukturalnej jednoznacznie potwierdziła znakomitą przyczepność i trwałość spoiny strukturalnej na całym obwodzie klejonych strukturalnie elementów.

 

Właściwie, w żadnym miejscu nie odnotowano uszkodzeń adhezyjnych lub kohezyjnych pomiędzy silikonem strukturalnym i ramami metalowymi lub pomiędzy szczeliwem i pozostałościami szkła. Pomimo tak dużych sił związanych z gwałtownymi zmianami ciśnienia podczas wybuchu, szkło było w dalszym ciągu przyklejone do ram na całym obwodzie elementów. Stało się oczywiste, że gdyby system został w poprawny sposób zaprojektowany, z zastosowaniem odpowiedniej klasy szkła laminowanego i odpowiednio wytrzymałych profili metalowych, tego typu konstrukcja z oknami klejonymi strukturalnie byłaby idealnym zabezpieczeniem przed skutkami wybuchu.

 

  
 Fot. 2. Szczegółowe zdjęcie resztek szkła przyklejonych
 do ramy silikonem strukturalnym



Wcześniej, w roku 1997 w Wielkiej Brytanii, przeprowadzono rzeczywisty test czterostronnego systemu strukturalnego. Test polegał na zdetonowaniu ładunku 12 kg TNT umieszczonego na wysokości 0,8 m powyżej poziomu gruntu, w odległości 6,6 m od badanej konstrukcji. Rezultaty potwierdziły, że poprawnie zaprojektowana fasada strukturalna jest w stanie wytrzymać zarówno amplitudę drgań jak i ekstremalnie wysokie zmiany ciśnienia wywołane eksplozją.

 

Należy jednak stosować odpowiedniej klasy szkło laminowane i metalowe profile właściwej konstrukcji. W wyniku eksplozji zewnętrzne szkło laminowane zostało zniszczone, rama metalowa została w kilku miejscach poważnie odkształcona, jednak wewnętrzna tafla szkła nie została naruszona i nie doszło do rozrzucenia odłamków szkła w najbliższym otoczeniu konstrukcji.

 

Wewnętrzne szkło i wewnętrzna strona fasady została w zasadzie nienaruszona, pozostając w pełni integralną, co oznacza, że konstrukcja spełniła swoją funkcję zabezpieczającą ludzi wewnątrz przed skutkami wybuchu bomby. Silikonowe szczeliwo konstrukcyjne zachowało swoje właściwości elastomeryczne i znakomitą przyczepność, dzięki czemu nie doszło do odklejenia się elementów. W rzeczywistości rozklejenie elementu spowodowałoby całkowitą destrukcję elementu okiennego.

 

  
 Fot. 3. Widok fasady strukturalnej poddanej działaniu eksplozji bomby

 

Dlaczego silikony?
Powyższe przykłady (eksplozja rzeczywista lub symulowana) wskazują na potencjalne zastosowanie silikonu, jako materiału dającego dodatkową ochronę, w szczególności, gdy spoiwo narażone jest na krótkotrwałe, ale bardzo gwałtowne zmiany ciśnienia (impulsy o wysokiej częstotliwości) wywołane falą uderzeniową eksplozji. W rzeczywistości eksplozja materiałów wybuchowych może wygenerować impuls dochodzący do 550 kPa na msec.



 
 Fot. 4. Widok wewnętrznej strony elementu fasady po wybuchu

 

Szczeliwa silikonowe charakteryzują się bardzo małymi zmianami parametrów fizycznych pod wpływem wahań temperatury, dużą odpornością na warunki pogodowe i promieniowanie UV [1]. Właściwości te wynikają z budowy polimeru silikonowego PDMS, który stanowi podstawę każdego szczeliwa silikonowego. 



Cząsteczki, tworzące polimer silikonowy (SiO) są niezwykle elastyczne względem siebie i ukształtowane w formie helisy (spirali), dzięki czemu polimer silikonowy wykazuje znacznie większą elastyczność niż polimery organiczne oparte na cząsteczkach węgla (C).

Odporność na promieniowanie UV wynika z tego, że energia niezbędna do rozbicia wiązania silikonowego (krzemowego) Si-O jest znacznie wyższa (452 kJ/mol), niż energia potrzebna do rozbicia wiązania typu C-O (ok. 350 kJ/mol) występującego w polimerach organicznych (poliuretan, polieter, polisulfid, akryl).



Przyczepność do szkła dla szczeliw organicznych uzyskiwana jest na drodze mechanicznej, tak jak w przypadku klejów. Adhezja silikonów wynika z wiązania chemicznego (van der Walsa) pomiędzy szkłem (SiO2) a silikonem ( –Si-O-Si- )n

 

 
 Rys. 1. Budowa polimeru silikonu PDMS



Oznacza to, że utrata przyczepności jest stosunkowo „łatwa” dla szczeliw organicznych i bardzo ograniczona dla silikonów [7] [8].

Właściwości elastyczne i stabilność, niezależnie od zmian temperatury w zakresie od bardzo niskich do bardzo wysokich powodują, że szczeliwa silikonowe są bardzo odporne, również na krótkotrwałe obciążenia wywołane zmianą ciśnienia.

Teoretyczne rozważania, dotyczące zachowania się silikonu w takich specyficznych warunkach znalazły potwierdzenie w rzeczywistości. W momencie poddania silikonu działaniu gwałtownego obciążenia, typowego dla eksplozji bomby, huraganu lub trzęsienia ziemi, najistotniejszą rzeczą jest to, aby szczeliwo strukturalne pozostało elastyczne i mogło kompensować zmiany ciśnienia oraz wzajemne przemieszczenia pomiędzy materiałami, jednocześnie pozostając w pełni integralne.

 


Szymon Nadzieja
DOW CORNING Construction
Adres poczty elektronicznej jest chroniony przed robotami spamującymi. W przeglądarce musi być włączona obsługa JavaScript, żeby go zobaczyć.

Bibliografia:
1. Szczeliwa w budownictwie, Jerry Klosowski, Marcel Dekker Inc 1989, ISBN 08247767771
2. Durability of Silicone Sealants, A.T. Wolf, Durability of Building Sealants RILEM Publications, 1999, ISBN 2-912143-21-8
3. Aluminium Façade & Architecture, Just Reckens Ed. FAECF 1998, ISBN3-00-002321-6
4. Performance properties of Silicone Structural Adhesives, ASTM STP 1054, C.J. Parise, Ed. American Society for Testing and Materials, Philadelphia, 1989, pp. 22-45
5. Structural Glazing – Directions for the Future, J.P. Hautekeer, Glass Processing Days Conference Proceedings 1999, ISBN 952-91-0885-0
6. Guidelines for European Technical Approvals for Structural Glazing Systems (ETAG 002), June 2000, EOTA
7. Chemistry and technology of Silicones, Noll, Academic press, INC 1968
8. Textbook of Polymeric Science, F.Billmeyer, J.Wiley 1984, ISBN 0-471-03196-8

 

obie części artykułu:

- Stosowanie szczeliw silikonowych w szkleniu zabezpieczającym cz. 2 , Szymon Nadzieja, Świat Szkła 12/2006

- Stosowanie szczeliw silikonowych w szkleniu zabezpieczającym cz. 1 , Szymon Nadzieja, Świat Szkła 11/2006  

patrz też:

- Wkład technologii silikonowych w zrównoważoną architekturę , A.T. Wolf, Świat Szkła 5/2010

- SSG – zasady projektowania w świetle PN-EN 13022 część I i II oraz ETAG 002 , Tomasz Wierzchowski, Świat Szkła 10/2008

- Stosowanie mas uszczelniających do fasad , Szymon Nadzieja, Świat Szkła 9/2008

- Technologia wklejania szyb do konstrukcji okiennych , Szymon Nadzieja, Świat Szkła 4/2007

- Silikony w mocowaniach punktowych i liniowych , Tomasz Wierzchowski, Świat Szkła 1/2007

- Stosowanie szczeliw silikonowych w szkleniu zabezpieczającym cz. 2 , Szymon Nadzieja, Świat Szkła 12/2006

- Stosowanie szczeliw silikonowych w szkleniu zabezpieczającym cz. 1 , Szymon Nadzieja, Świat Szkła 11/2006

- Uszczelnianie szklanych konstrukcji z zastosowaniem szkieł samoczyszczących , Tomasz Wierzchowski, Świat Szkła 1/2006

 

Czytaj także --

 

 

01 chik
01 chik