ガラスと繊維からなる複合パネルの材料選択と試験

日付: 2022 年 12 月 22 日

著者: アリーナ・ヨアヒム、ヤン・ヴンシュ、ベルンハルト・ウェラー

ソース：ガラス構造とエンジニアリング6巻、https://doi.org/10.1007/s40940-020-00142-6

現代建築における高品質の建築外皮への傾向は続いています。 エナメルガラスは、その高い表面品質と幅広い色のスペクトルにより、耐候性とデザイン要素として使用されます。 この論文で説明する新しい要素は、繊維強化プラスチック (FRP) 層が背面ガラス表面に直接塗布されているため、シーラントや接着剤を必要としません。 塗布されたポリマーは、一方では繊維を埋め込むためのマトリックスを提供し、他方では、ガラスへの接着結合を提供します。 したがって、追加の接着プロセスは必要ありません。 両方の素材を組み合わせることで、完全な複合アクションが可能になります。 斬新な素材の組み合わせにより、それぞれの素材の良い特性が活かされています。 ガラスの高い耐久性は環境への影響から保護し、FRP は耐荷重性能を強化します。 この論文では、FRP に適した材料の選択について説明し、新しい材料の組み合わせの実験的テストについての洞察を提供します。 これは、ガラスが重大な結合効果によりシステム内の荷重伝達に寄与していることを示しています。

現代建築では、建物の外壁を着実に最適化する傾向が続いています。 ファサードは、デザイン要素としての機能に加えて、建物のエネルギーバランスにも貢献します。 通気性のあるレインスクリーンファサードはその両方を兼ね備えています。断熱材と耐候性を分離しているため、高いエネルギー効率を維持しながら、多彩なデザインオプションが可能です。 ファサードのクラッディングは、木材、天然石または人造石、セラミックまたは金属シート、あるいは不透明なガラスで作ることができます (Reichel and Schultz 2015)。 ガラスを使用する場合、着色エナメルガラスパネルは耐荷重性のないカバープレートとして機能し、耐荷重性のキャリアプレートに取り付けられ、厚さ数ミリメートルの弾性シーラントで接着されます。

この構造には、ガラスが雨や湿気から最適に保護されるという利点がありますが、弾性シーラントの硬化には数時間かかるため、ガラスパネルと耐荷重キャリアプレートの間の接着プロセスには時間がかかります (Knaack and Koenders 2018) 。 図 1 は、キャリア プレート上にガラス板が接着された、換気されたファサードの典型的な構造を示しています。 キャリアプレートは、局所固定具を使用して金属基礎構造に接続されます。 断熱材は金属基礎構造内に配置されます。 キャリアプレートと断熱材の間には隙間があり、これが垂直方向の空気の流れを可能にし、このシステムの名前の由来となっています。

製造に時間がかかることと、ガラスが耐荷重性のないカバー プレートとしてのみ機能するという事実が、FRP とガラスで作られたハイブリッド ファサード要素のアイデアの理由です。 両方の材料の有益な組み合わせにより、機能的特性と光学的特性が向上します。 FRPは強化繊維とポリマーマトリックスで構成されています。 ポリマーマトリックスは繊維を取り囲み、繊維は接着相互作用によってマトリックスに結合します。 さらに、ポリマーマトリックスはガラス表面への接着剤としても機能します。 ガラスの耐候性によりFRPの耐久性が大幅に向上します。 ファサード要素はガラス板への直接ラミネート加工によって製造されます。 これにより、ガラスとキャリアプレートを接着する時間のかかるプロセスステップが不要になります。 そのため、ガラスは FRP に永久的な型枠を提供します。 マトリックス材料を着色することにより、幅広い色のスペクトルを実現できます。 これにより、色ガラスの使用が不要となり、手間のかかるホーロー加工の工程も省略できます。 デュッセルドルフで開催された GLASSTEC 2018 のビジュアル モックアップでは、多彩なカラー デザインが示されました (図 2a)。

新しい複合パネルによりフロートガラスの使用が可能になりました。 コスト削減に加えて、フロートガラスはガラスと FRP 複合材料の製造後にウォーター ジェット切断の可能性を提供します。 これにより、生産が簡素化されます。 図 2b は、そのような複合要素のサンプルを示しています。 FRP はグレーに着色されており、ここでのエッジは説明したように、その後ウォーター ジェット切断で処理されます。 ファサード建設における FRP の使用は、他のプロジェクトですでに研究されています (Tomasi et al. 2014)。