Выбор материала и тестирование композитных панелей из стекла и волокна

Дата: 22 декабря 2022 г.

Авторы: Алина Йоахим, Ян Вюнш и Бернхард Веллер

Источник:Стеклянные конструкции и инженериятом 6, https://doi.org/10.1007/s40940-020-00142-6

Тенденция в современной архитектуре к созданию высококачественных ограждающих конструкций сохраняется. Благодаря высокому качеству поверхности и широкому цветовому спектру эмалированное стекло используется для защиты от атмосферных воздействий и в качестве элемента дизайна. Новые элементы, обсуждаемые в этой статье, не требуют какого-либо герметика или клея, поскольку слой армированного волокном пластика (FRP) наносится непосредственно на заднюю поверхность стекла. С одной стороны, нанесенный полимер обеспечивает матрицу для внедрения волокон, а с другой стороны, обеспечивает адгезионное соединение со стеклом. Поэтому никакого дополнительного процесса склеивания не требуется. Комбинация обоих материалов обеспечивает полное композиционное действие. Новая комбинация материалов использует положительные характеристики каждого материала. Высокая прочность стекла обеспечивает защиту от воздействия окружающей среды, а стеклопластик обеспечивает повышенную несущую способность. В этой статье представлен выбор подходящих материалов для стеклопластика и дается представление об экспериментальных испытаниях новой комбинации материалов. Это показывает, что стекло способствует передаче нагрузки в системе за счет значительных эффектов связи.

Тенденция в современной архитектуре к постоянной оптимизации ограждающих конструкций продолжается. Помимо своей функции элемента дизайна, фасад также способствует энергетическому балансу здания. Вентилируемый фасад с защитой от дождя сочетает в себе оба этих фактора: благодаря разделению изоляции и защиты от атмосферных воздействий возможны разнообразные варианты дизайна при сохранении высокой энергоэффективности. Облицовка фасада может быть выполнена из дерева, натурального или искусственного камня, керамических или металлических листов или непрозрачного стекла (Райхель и Шульц, 2015). При использовании стекла цветная эмалированная стеклянная панель действует как ненесущая накладка, которая крепится к несущей несущей пластине и приклеивается эластичным герметиком толщиной в несколько миллиметров.

Несмотря на то, что конструкция имеет то преимущество, что стекло действует как оптимальная защита от дождя и влажности, процесс склеивания между стеклянной панелью и несущей несущей пластиной занимает много времени, поскольку эластичному герметику требуется несколько часов для отверждения (Knaack and Koenders 2018). . На рисунке 1 показана типовая конструкция вентилируемого фасада со стеклопакетами, приклеенными к несущим пластинам. Несущая пластина соединяется с металлической опорной конструкцией с помощью местных креплений. Теплоизоляция расположена в металлическом основании. Между несущей пластиной и теплоизоляцией имеется зазор, который обеспечивает вертикальный поток воздуха и дал системе такое название.

Трудоемкое производство и тот факт, что стекло действует только как ненесущая накладка, стали причиной идеи гибридных фасадных элементов из стеклопластика и стекла. Благодаря выгодному сочетанию обоих материалов улучшаются функциональные и оптические свойства. FRP состоит из армирующих волокон и полимерной матрицы. Полимерная матрица окружает волокна, которые связаны с матрицей посредством адгезионного взаимодействия. Кроме того, полимерная матрица также действует как клей к поверхности стекла. Устойчивость стекла к атмосферным воздействиям значительно повышает долговечность стеклопластика. Фасадные элементы изготавливаются методом прямого ламинирования на стеклопакет. Это исключает трудоемкий этап процесса склеивания стекла и несущей пластины. Таким образом, стекло обеспечивает несъемную опалубку для стеклопластика. Широкий цветовой спектр может быть достигнут путем пигментирования матричного материала. В результате отпадает необходимость в использовании цветного стекла и можно отказаться от трудоемкого процесса эмалирования. Визуальный макет на выставке GLASSTEC 2018 в Дюссельдорфе продемонстрировал разнообразные цветовые решения (рис. 2а).

Новая композитная панель позволяет использовать флоат-стекло. Помимо экономии средств, флоат-стекло предлагает возможность гидроабразивной резки после производства композита стекло-стеклопластик. Это упрощает производство. На рис. 2б показан образец такого композиционного элемента. Стеклопластик окрашен в серый цвет, а края здесь, как описано, впоследствии обработаны гидроабразивной резкой. Использование FRP в строительстве фасадов уже изучалось в других проектах, например (Томази и др., 2014).