Alto
Fecha: 12 de agosto de 2022
Desde principios de la década de 2000, se ha atribuido a la fachada un número cada vez mayor de incendios reportados a nivel mundial en edificios altos, que se han propagado rápidamente. Estos dramáticos eventos han generado preocupación sobre el riesgo de incendio que representan los materiales utilizados en las fachadas y el interior del edificio. El rendimiento mejorado tanto en la reacción al fuego como en la resistencia al fuego es un requisito necesario para los materiales de construcción. La silicona se utiliza en muchos lugares de la fachada y los edificios, como el sellado de juntas lineales o la protección contra el fuego de penetrantes en paredes y suelos resistentes al fuego.
Las pruebas estandarizadas permiten evaluar la resistencia al fuego de dichos sellos lineales y de penetración en términos de integridad (evitando el paso de humo caliente y llamas) y aislamiento (limitando el aumento de temperatura en el lado no expuesto). También se puede usar silicona para ensamblar marcos de vidrio a metal en aplicaciones de unión como barreras contra el humo. En estas aplicaciones, la retención de la unión y las propiedades mecánicas de la silicona son motivo de preocupación cuando se exponen al humo y a altas temperaturas. Este artículo revisa el comportamiento a alta temperatura de una gama seleccionada de siliconas utilizadas para sellar y unir en la construcción.
Desde principios de la década de 2000, ha habido una sucesión constante de incidentes asociados con el estallido de incendios en edificios de gran altura, en los que las paredes exteriores se han identificado como una preocupación específica por la propagación del fuego. Se han aumentado los niveles de rendimiento frente al fuego exigidos por las normas de construcción (EAU 2018, Reino Unido 2019), imponiendo requisitos específicos a los ingenieros y arquitectos con respecto al rendimiento frente al fuego de sus estructuras. Específicamente, minimizar la probabilidad de un incendio y reducir los daños y lesiones personales en un evento de incendio inevitable debe tener la máxima prioridad.
Algunas de las normas de construcción solo se pueden cumplir si se utilizan nuevos materiales resistentes al fuego y conceptos de diseño mejorados. Los selladores y adhesivos son un elemento esencial para cumplir con los requisitos del código de construcción (p. ej., rendimiento térmico) y respetar la intención del diseño arquitectónico. Gracias a su composición química única, las siliconas combinan interesantes propiedades mecánicas y durabilidad de desempeño, lo que las convierte en el material elegido para la unión de ensamblajes (Wolf 2017) en fachadas y edificios. Es importante destacar que las siliconas también muestran un comportamiento prometedor tras la exposición al fuego.
El comportamiento frente al fuego de los selladores se puede evaluar a través de diferentes normas de ensayo. En las pruebas de reacción al fuego, los materiales adecuados no propagan el fuego cuando arden y no continúan ardiendo durante un período significativo después de retirar la fuente de ignición. Los métodos de prueba importantes son, por ejemplo, la prueba de un solo elemento en llamas (EC 2010) y la propagación superficial de la llama de los materiales de construcción (EC 2002). Los resultados de las pruebas de reacción al fuego de las siliconas indican que este material tiende a arder localmente, sin propagación de llamas lateral o verticalmente y sin producción de gotas inflamadas.
En otras palabras, las siliconas no contribuyen significativamente al desarrollo del fuego en las primeras etapas. Normas como EN1366 parte 3 y parte 4 (EC 2009, EC 2010) permiten la evaluación de la resistencia al fuego de los selladores utilizados como juntas lineales y sellos de penetración en paredes y pisos resistentes al fuego. Los resultados de las pruebas de resistencia al fuego muestran que las siliconas resistentes al fuego mantienen la adhesión tras la exposición al fuego y pueden alcanzar más de 4 h de resistencia a la integridad (E) y al aislamiento (I), lo que las convierte en un medio eficaz para bloquear el paso de humo caliente, gases y llamas y evitar el aumento de calor en el lado no expuesto de un compartimento resistente al fuego (EOTA 2017).
Los diseñadores que buscan cumplir con los requisitos contra incendios y utilizan la unión de silicona necesitan saber qué tan fuerte es la silicona, cuánto durará y cómo se comportará el conjunto en caso de incendio. En caso de incendio, los selladores de unión no solo deben mantener la adherencia como los selladores de impermeabilización, sino también mantener niveles apropiados de resistencia residual. La figura 1 muestra unidades de vidrio adherido después de la exposición a un fuego externo real.
Durante el incendio, el calor fue suficiente para distorsionar la estructura metálica. Sin embargo, la silicona todavía mostró cierto nivel de adherencia, reteniendo los fragmentos de vidrio roto en el marco. Además, se puede ver un carbonizado en la superficie de la silicona, como resultado de la degradación oxidativa de la silicona a estructuras similares a los silicatos (SiO2) (Tomer 2012, Camino 2002). Aunque se puede obtener una confianza considerable en la unión de siliconas a partir de este tipo de resultado, es importante cuantificar la resistencia al fuego. A diferencia de los selladores de impermeabilización, la ruta de estandarización para determinar la resistencia al fuego de los selladores adhesivos no está bien definida. Los estándares de prueba típicos disponibles para evaluar el desempeño de un muro cortina, como la serie EN1364 (EC 2014a, EC 2014b), no permiten una evaluación del desempeño de las fachadas adheridas y unificadas, ya que su alcance actualmente se limita a las fachadas fijadas mecánicamente. Se están realizando esfuerzos para revisar estos estándares para incluir también este tipo de fachada (Anderson 2021).
Además de la resistencia a la exposición directa al fuego (llama), los diseñadores también buscan respuestas con respecto a la inflamabilidad de las siliconas adhesivas cuando se exponen a altas temperaturas. Los selladores de silicona que se adhieren a una superficie resistente al fuego, que protege el sellador adhesivo de las llamas y el oxígeno, no tenderán a quemarse, pero es importante asegurarse de que el calor que se transmite al sellador adhesivo no perjudique su adhesión o rendimiento mecánico. . Los selladores de silicona adhesiva también se pueden utilizar para fijar sistemas de protección como cortinas de humo. En este tipo de aplicación, el sellador no verá llamas directas pero estará expuesto al humo caliente.
La temperatura del humo depende de muchos factores, como la tasa de liberación de calor del fuego, la velocidad del gas, las restricciones geométricas (p. ej., flujo de gas longitudinal versus transversal) y la distancia desde la fuente de humo (Li 2011, Shi 2014, Yi 2019) . Los experimentos sugirieron que las temperaturas del humo suelen variar entre temperaturas de alrededor de 400 °C cuando la exposición al humo está cerca del origen del fuego y menos de 100 °C a distancias mayores (Hu 2005, Shi 2014, Starr 2014, Li 2017, Yao 2017 , Yi 2019). Asimismo, la norma europea EN12101 (EC 2005) especifica una temperatura de 200 °C para el ensayo de permeabilidad al humo de los materiales.
Aunque los selladores de silicona no se derriten, se pueden ablandar y degradar potencialmente al exponerlos a altas temperaturas. Si bien es posible que el sellador no muestre signos de deterioro visible, especialmente cuando no se expone directamente a las llamas sino solo al calor, es fundamental mantener la integridad mecánica del sello de unión tras la exposición a altas temperaturas. Para este propósito, es clave determinar la exposición máxima de tiempo-temperatura del material que conduciría al reemplazo obligatorio del sellador. Se sabe muy poco sobre la pérdida de rendimiento mecánico de los elastómeros de silicona expuestos a altas temperaturas. El estudio de este artículo presenta el desempeño mecánico de las siliconas de última generación utilizadas para la unión (acristalamiento estructural) y el sellado secundario de unidades de vidrio aislante (IGU) después de la exposición a altas temperaturas. Las conclusiones se pueden utilizar para inferir el comportamiento de estos materiales cuando se exponen al humo o son alcanzados por la superficie adherida en caso de incendio, sin exposición directa a la llama.
No existe un procedimiento estándar disponible para la clasificación de los selladores según su estabilidad térmica y mecánica. Los datos proporcionados por los fabricantes se basan en varios procesos y criterios de evaluación. Los métodos de prueba pueden diferir en cuanto a la duración del envejecimiento por calor, mientras que la evaluación puede basarse en diferentes características del material, como el cambio en la dureza, el módulo, el alargamiento y la resistencia a la tracción a la rotura, o la capacidad de un adhesivo para retener su adherencia sobre una superficie. superficie caliente. Dependiendo de su uso en la fachada, se deben mantener diferentes propiedades ante la exposición a altas temperaturas. Las siliconas adhesivas utilizadas en fachadas o vidrio aislante no solo deben retener la adhesión a los sustratos ensamblados (p. ej., vidrio y metal), sino que su resistencia máxima a la tracción y su módulo no deben deteriorarse significativamente para mantener la capacidad de unión. Si se van a absorber movimientos de una escala particular, también se debe garantizar un cierto alargamiento mínimo a la rotura.
En términos de temperatura y duración de la exposición, el objetivo era demostrar que los selladores adhesivos mantienen las propiedades mecánicas con un mínimo del 75 % de los valores originales después de 2 horas a 180 °C. La temperatura de 180 °C es el límite por encima del cual puede ocurrir la ignición espontánea de los materiales, incluso en ausencia de exposición directa al fuego y las llamas. Es uno de los parámetros que definen los criterios de aislamiento (I) (EC 2007). Se eligió la duración de 2 horas porque se corresponde con un nivel de rendimiento de resistencia al fuego requerido a menudo en la industria para el aislamiento y la integridad de las juntas lineales. Sin embargo, también se evaluaron temperaturas adicionales para comprender mejor el comportamiento del material.
En el caso de un incendio real, es posible que los selladores estén expuestos al efecto combinado de la temperatura (hasta 180 °C) y diferentes cargas mecánicas, por ejemplo, el peso propio del vidrio o los movimientos térmicos. Se sabe que la combinación de cargas puede reforzar su efecto individual, sin embargo, esto impone procedimientos y equipos de prueba más complejos. Para compensar las pruebas de una sola carga, un procedimiento de seguridad adicional consiste en exigir una retención relativamente alta de las propiedades mecánicas iniciales para compensar los efectos imprevistos. Se eligió un valor umbral del 75% de las propiedades iniciales después del envejecimiento térmico, alineado con el enfoque ETAG002 (EOTA 2012). Este enfoque de umbral se ha utilizado con éxito y seguridad durante más de 20 años en acristalamiento estructural de silicona para compensar el uso de pruebas de carga única.
El calentamiento se realizó en un horno Carbolite CWF1100 (volumen de cámara de 5 L). Después de un tiempo de equilibrio de 15 min, las muestras se introdujeron en el horno a la temperatura deseada. La temperatura del horno y la uniformidad de la temperatura se controlaron con una cámara IR (FLIR E6).
Los selladores utilizados en este estudio fueron materiales representativos disponibles comercialmente como se describe en la Tabla 1. Se evaluaron las siliconas de unión utilizadas en fachadas y vidrios aislantes, tanto monocomponentes como bicomponentes. A modo de comparación, se evaluó en condiciones similares un sellador de unión de PU, que se usa típicamente para unir ventanas en ferrocarriles y transporte. Las propiedades iniciales relevantes se proporcionan en la Tabla 1.
Tabla 1: Propiedades mecánicas de los materiales probados en este estudio. a) Determinado por análisis mecánico dinámico (DMA) a una frecuencia de 10 Hz y 30 °C. b) ISO 8339 (ISO 2005). c)Ficha técnica
Se prepararon diferentes tipos de muestras para permitir la evaluación cuantitativa del cambio en el rendimiento mecánico con el calor y la duración de la exposición. Una primera serie consistió en pequeños vasos de aluminio que se llenaron al ras de la superficie y se dejaron curar durante al menos 28 días a 23 °C y 50 % de humedad en una cámara de clima controlado. Estas copas se utilizaron para evaluar el comportamiento a diferentes temperaturas y tiempos de exposición mediante un análisis termogravimétrico (TGA) y un análisis mecánico dinámico (DMA).
La TGA se realizó en un TGA/DSC 3+ (Mettler-Toledo) usando una bandeja de óxido de aluminio (70 μL) bajo flujo de aire o nitrógeno (50 mL/min) ya sea en modo isotérmico (200 °C, 3 h) o en modo dinámico con una velocidad de calentamiento fija (10 °C/min) de 30 a 900 °C. El acoplamiento de TGA a un sensor de calorimetría de barrido diferencial (DSC) permitió el registro simultáneo de la pérdida de masa y el flujo de calor durante la combustión. Para comparar la pérdida de masa después de la isoterma de 3 h entre selladores que contenían diferentes niveles de relleno, se utilizó la ecuación 1 para tener en cuenta el relleno no degradable, proporcionando una pérdida de masa basada únicamente en la matriz polimérica.
El contenido de relleno se puede determinar a partir de experimentos TGA dinámicos bajo nitrógeno usando el residuo entre 450 y 600 °C. Además, la formación de negro de humo durante la TGA bajo nitrógeno se tuvo en cuenta mediante una rampa de calentamiento final bajo aire.
DMA (Figura 2) es una técnica versátil que puede evaluar rápidamente las propiedades mecánicas viscoelásticas de los materiales. Para este informe nos enfocamos en E', que representa las propiedades elásticas del material. Conceptualmente, E' está relacionado con el módulo de Young y es una medida de la rigidez del material. Sin embargo, E' se determina a partir de una deformación oscilante, mientras que el módulo de Young en el ensayo de tracción se deriva de una deformación continua, lo que dificulta una comparación directa. En la práctica, los valores de E' suelen ser superiores al módulo de Young (Narducci 2016, Gioia 2020), lo que también se observó en los presentes estudios. El valor absoluto del módulo de DMA depende de la instrumentación (Deng 2007) y siguiendo la recomendación de ASTM D4065 (ASTM 2017), E' se utilizó para identificar tendencias en la disminución del rendimiento mecánico y la rigidez después del tratamiento térmico en comparación con el material prístino antes tratamiento térmico. En última instancia, las tendencias observadas de E' también se aplicarán a las mediciones del módulo de Young en ensayos de tracción.
El DMA se realizó en un Viscoanalyzer DMA50 Metravib 0.1dB en modo de tracción con un espacio fijo entre abrazaderas de 6 mm. Las muestras se cortaron en rectángulos de aproximadamente 20 mm de largo, 17 mm de ancho y 2 mm de espesor. Los módulos de almacenamiento (E') y pérdida (E'') de muestras sin tratamiento térmico y después del tratamiento térmico se determinaron en mediciones de barrido de frecuencia de 0,1 a 100 Hz, a 30 °C y una fuerza estática fija entre 0,3 a 1 N, resultando en una deformación del 0,5% (es decir, una deformación de 30 μm).
Se utilizaron juntas convencionales de tensión-adherencia (TA) (12×12×50 mm3), preparadas de acuerdo con la norma ISO 8339 (ISO 2005), tanto sobre sustratos de vidrio como de aluminio, para evaluar cuantitativamente las propiedades mecánicas de los selladores calentados. Las muestras se ensayaron a 5 mm/min. La prueba en sí se realizó a temperatura ambiente. Al menos 3 juntas TA fueron probadas hasta el fallo después de cada temperatura de envejecimiento. A partir de la curva tensión-deformación se definió la tensión al 12,5%, la resistencia a la tracción y el alargamiento total a la fuerza máxima.
Las indicaciones de cómo se comportaría la carga permanente o la resistencia a la fluencia después del envejecimiento por calor se evaluaron por primera vez para el DOWSIL™ 993 Structural Glazing Sealant con muestras de cizallamiento traslapado de una dimensión de 20 mm por 25 mm. Las muestras envejecidas por calor (2 h a 180 °C) se expusieron a pesas permanentes a temperatura ambiente y en un horno a 60 °C, 85 % HR, durante 3 meses para acelerar la condición de envejecimiento. Los pesos aplicados sobre la superficie unida dan como resultado una carga permanente de 7000 y 11000 Pa respectivamente. Estos valores se eligieron porque son la resistencia a la carga permanente de un DOWSIL™ 993 Structural Glazing Sealant prístino y de un DOWSIL™ 895 Structural Glazing Sealant prístino.
Comparado con 11000 Pa, el valor de 7000 Pa representa solo el 63 % en lugar del valor umbral utilizado anteriormente del 75 %. De manera similar a la evaluación de la prueba de fluencia definida en la guía para acristalamiento estructural de silicona ETAG002 (EOTA 2012), se controló el movimiento durante la carga y el residual después de la descarga. En un segundo paso, se construyó una pieza en H doble adaptada y se cargó como se muestra en la Figura 3. Nuevamente, se colgaron del sustrato de aluminio central diferentes pesos que representaban cargas muertas de 11000 Pa y 7000 Pa para inducir la deformación por corte permanente. Se evaluaron las cargas de corte permanente a lo largo de la dirección longitudinal o a lo largo de la dirección transversal.
En un primer paso, las muestras de vasos se expusieron durante varios tiempos (30 a 180 min) a temperaturas crecientes hasta 300 °C para identificar valores críticos para ambos parámetros en función del sellador. Después de la exposición al calor, se prepararon secciones transversales de las copas y se realizaron TGA y DMA en varios lugares del volumen y la superficie (Figura 4).
El módulo de almacenamiento E' de los selladores de unión y sellado secundario disminuye a medida que la temperatura aumenta por encima de 150 °C. A modo de ilustración, la Figura 5 muestra la disminución de E' durante 30 min de exposición hasta 300 °C para DOWSIL™ 993 Structural Glazing Sealant y DOWSIL™ 3363 Insulating Glass Sealant. Aunque la superficie y el volumen tienen módulos DMA similares a temperatura ambiente, se produce una ligera diferencia después de la exposición al calor, y la superficie muestra valores E' más altos que el volumen. Las mediciones de DMA de láminas de hueso de perro con un espesor de 2 mm mostraron una disminución de E' que coincidía con la disminución de E' de las muestras de superficie, lo que sugiere que dichas láminas no capturan la degradación en masa.
Por lo tanto, al estar preparados a partir de láminas delgadas, el módulo resultante de dogbones después del tratamiento térmico será mayor que para una junta TA y menos representativo de las condiciones reales de envejecimiento que involucran juntas con una profundidad mínima de sellado de 6 mm. Esta diferencia motivó la elección en el resto de este documento de utilizar juntas TA (ISO 2005) para evaluar el rendimiento de los materiales en lugar de trabajar con dogbones (ISO 2019). A 300 °C se produjo un ablandamiento significativo del material que no permite una medición fiable del módulo de volumen. La pérdida de resistencia en comparación con la referencia es superior al 25 % a 250 °C y, por lo tanto, la evaluación adicional se centrará en 180 °C, máximo 200 °C.
A medida que aumentaba el tiempo de exposición a una temperatura de calentamiento fija de 200 °C, E' (Figura 6) disminuía siguiendo una ley de velocidad de primer orden de acuerdo con las ecuaciones 2 y 3, con E'₀ como el módulo inicial antes de la exposición al calor, el constante de velocidad k, y tiempo t.
Con la ecuación 2, se calculó el módulo al 12,5 % del DOWSIL™ 993 Structural Glazing Sealant después de 2 h a 200 °C en función de la constante de velocidad promedio ((ksurf+kbulk)/2). El valor predicho (0,26 MPa) y el valor medido (0,26±0,02 MPa) estaban muy cerca. La constante de velocidad determinada es una medida absoluta de la estabilidad térmica del material evaluado. Debe usarse con precaución y no extrapolarse más allá del rango de tiempo de exposición evaluado. En particular, la dependencia de la velocidad de primer orden también se aplica al módulo del sellador secundario para vidrio aislante DOWSIL™ 3363. Sin embargo, el sellador adhesivo monocomponente DOWSIL™ 895 Structural Glazing Sealant siguió una descomposición de segundo orden de acuerdo con la Ecuación 4. Con base en la cinética química, la descomposición de segundo orden avanza más lentamente que la descomposición de primer orden y el DOWSIL™ 895 Structural Glazing Sealant debería mostrar una mejor apariencia. propiedad de retención tras la exposición a altas temperaturas.
Es importante destacar que el sellador de unión a base de poliuretano (PU) sin silicona expuesto a condiciones similares mostró un comportamiento bastante diferente. El material tiene un módulo E' de referencia de 5,6 MPa (antes de la exposición al calor). Después de 2 h de exposición a 200 °C, el material se ha ablandado demasiado para permitir la medición del módulo (Figura 8).
La pérdida de masa según mediciones isotérmicas de TGA a 200 °C durante 3 h es considerable para el PU (20 % de la masa total del polímero) y despreciable a menos del 2 % para todos los selladores de silicona evaluados independientemente de su tipo (Figura 9A) . La superposición de las curvas de pérdida de masa para la unión y el sellador de PU demuestra la degradación rápida y continua del sellador de PU a 200 °C (Figura 9B). Esto se verificó aún más mediante una rampa de temperatura de 30 a 900 °C, que mostró una fuerte pérdida de peso a partir de los 200 °C para el sellador de PU. La pérdida de masa de la silicona de unión se produce más tarde y con menor pendiente (Figura 9C).
Además, el PU libera un 480 % más de calor (7800 J/g) que un sellador de silicona comparable (1600 J/g; Figura 10) y contribuirá más al desarrollo del fuego.
En un segundo paso, se evaluó el cambio en las propiedades mecánicas mediante ensayos de juntas TA. La Figura 11 muestra el comportamiento tensión-deformación por tracción de las juntas TA DOWSIL™ 993 Structural Glazing Sealant después de 120 min a diferentes temperaturas en sustratos de vidrio y aluminio. La resistencia a la tracción y la rigidez disminuyen, mientras que se conserva la capacidad de elongación. Cuando se calienta durante 2 h a 180 °C, el material retiene la adhesión y se observa falla cohesiva. Al cabo de 2 h a 200 °C empieza a producirse algún fallo adhesivo parcial sobre vidrio que no se observa sobre sustratos de aluminio hasta los 250 °C.
A medida que las muestras se someten a una exposición de 2 h a 250 °C, se observa falla adhesiva tanto en el vidrio como en el aluminio (Figura 12). Es bien conocida la mejor adherencia sobre sustratos de aluminio versus vidrio (Descamps 1994) ya que además de los enlaces covalentes Si-O-Si, se produce un enclavamiento físico en los poros de la superficie de aluminio. A pesar del fallo adhesivo observado, los valores de resistencia a la tracción y elongación siguen siendo aceptables.
Es interesante señalar que las pruebas preliminares en un número limitado de muestras con tiempos de exposición significativamente más largos (hasta 6 h) a 200 °C no indican una degradación mucho mayor de las propiedades mecánicas del DOWSIL™ 993 Structural Glazing Sealant (Figura 13). . Esta observación se correlaciona con un decaimiento exponencial durante las primeras horas de exposición que se ralentiza en una escala de tiempo más larga. En consecuencia, el mecanismo de degradación dominante cambia a medida que los tiempos de exposición alcanzan varios días, lo que da como resultado selladores más duros y quebradizos con un módulo más alto, que la ley de descomposición exponencial ya no predecirá. Se están realizando más pruebas para confirmar estas observaciones.
El sellador secundario DOWSIL™ 3363 Insulating Glass Sealant se comporta de manera similar, como se ilustra en la Figura 14 (izquierda). La pérdida parcial de adherencia sobre el vidrio sólo se observa cuando las temperaturas superan los 200 °C, lo que explica la mejor retención de propiedades. DOWSIL™ 895 Structural Glazing Sealant muestra (Figura 14 derecha) un comportamiento más estable con poca degradación entre 180 y 200 °C en juntas TA, que es similar a los resultados anteriores de DMA.
Como el vidrio resultó ser el peor de los casos, este sustrato se usó principalmente para una evaluación cuantitativa adicional del cambio de rendimiento tanto para las siliconas de unión como para las de sellado secundario. La pérdida de propiedades mecánicas a 180 °C y 2 h se mantiene por debajo o cerca del criterio de rendimiento elegido del 25 %. A 200 °C, la pérdida de resistencia a la tracción y rigidez es apenas superior al 25 %. Sin embargo, todavía proporcionan resistencia mecánica y no se desintegraron. La Figura 15 resume los resultados obtenidos en tensión.
La Figura 16 compara la retención del módulo DMA y los módulos del 12,5 % para los diferentes tipos de sellador de silicona después de 2 horas de exposición al calor a 200 °C. Estos resultados confirman que el módulo DMA se puede utilizar como una alternativa rápida al análisis de uniones TA para estudiar las tendencias en los cambios de propiedades en el material.
De manera similar, las juntas TA se probaron en corte a varias temperaturas. Los resultados se proporcionan en la Figura 17 y la Figura 18. En comparación con el corte original a temperatura ambiente, los selladores secundarios y de unión pueden retener el 75 % del valor original de resistencia a la tracción, rigidez y elongación después del tratamiento térmico. No se observa ninguna diferencia en el comportamiento de la resistencia a la tracción entre las condiciones de exposición de 180 °C y 200 °C. La rigidez a cortante no disminuye tanto como en tracción. Este mejor comportamiento en cizallamiento podría explicarse por la ausencia de regiones de alta tensión en la junta cuando se carga en cizallamiento, especialmente en la zona cercana al plano de adhesión con el sustrato. Por otro lado, las uniones TA ensayadas a tracción tienen una distribución de tensiones heterogénea con una tensión elevada en la zona próxima al plano de adherencia.
Finalmente, se evaluó la evolución de la resistencia a la carga muerta del DOWSIL™ 993 Structural Glazing Sealant después de un envejecimiento térmico de las muestras durante 2 horas a 180 °C. Las muestras de cizallamiento por solape, típicamente utilizadas para este tipo de pruebas, no mostraron ninguna pérdida en la resistencia a la carga permanente, lo que probablemente se deba a la superficie más pequeña expuesta al oxígeno que limitó la degradación térmica en el horno a 180 °C. Por lo tanto, diseñamos específicamente muestras de doble barra en H (Figura 3) para usar las dimensiones de la unión TA durante los experimentos de carga muerta.
Después del envejecimiento por calor a 180 °C durante 2 h, las muestras de doble barra H no muestran ninguna deformación cuando se cargan a temperatura ambiente con una carga muerta de 7000 o 11000 Pa durante 6 meses. Después de 3 meses en el horno a 60 °C y 85% HR, las muestras frescas (no envejecidas por calor) en dirección longitudinal resisten ambas cargas. Las muestras envejecidas por calor (2 horas a 180 °C) muestran deformación a 11000 Pa, mientras que son capaces de resistir la carga permanente más baja de 7000 Pa sin deformación resultante. Los resultados en la dirección transversal no fueron útiles debido a la rotación de las muestras que no se compensó durante la prueba.
Estas pruebas preliminares parecen indicar que las siliconas de unión, expuestas a una carga permanente y a altas temperaturas, pueden necesitar un reemplazo a largo plazo, ya que los cambios observados en las propiedades son superiores al 25 %. Se deben realizar más pruebas, incluido el establecimiento de un vínculo entre la nueva prueba de doble barra en H y la prueba de fluencia a la que se hace referencia en ETAG002, para completar la evaluación de la resistencia a la carga permanente después de la exposición al calor.
La capacidad de un sellador adhesivo para soportar una carga dinámica útil después de la exposición al calor, como el humo o el calor por conducción (2 h a 180 °C), sigue siendo importante. Tanto los selladores de unión como los secundarios conservan el 75 % de sus propiedades mecánicas originales (resistencia a la tracción, elongación, rigidez). Una pérdida del 25 % en comparación con las propiedades mecánicas originales observadas para esta exposición al calor probablemente sea aceptable de acuerdo con las pautas de unión más modernas. Estos resultados sugieren que no hay necesidad de reemplazar directamente los selladores de unión después de este tipo de exposición, que podría ocurrir en habitaciones aisladas pero adyacentes a un incendio. Se necesita una evaluación adicional para confirmar la resistencia a la carga permanente de las siliconas envejecidas por calor y la necesidad de reemplazo. Dado que se mantiene un buen nivel de adhesión hasta los 200 °C, un sellador adhesivo expuesto al calor aún puede proporcionar una barrera importante que evita la salida de gases calientes.
El estudio descrito en este documento se ha centrado en el peor de los casos en el que se evaluaron muestras pequeñas de forma rápida y completamente expuestas al envejecimiento por calor completo. En aplicaciones de construcción, las juntas expuestas a altas temperaturas de humo o calor por conducción pueden beneficiarse del efecto de escala de la estructura más grande a la que pertenecen. Dependiendo del sistema, pueden sufrir un calentamiento más lento y una temperatura máxima efectiva más baja, especialmente si los sistemas de rociadores están activos cerca o si los materiales en contacto actúan como disipadores de calor, alejando el calor de las uniones de silicona.
Además, los materiales a base de silicona exhiben una transferencia de calor lenta. Los estudios de modelado de incendios (Mazzucchelli 2020; Zhang 2021) de muros cortina expuestos al fuego, humo y altas temperaturas sugieren que las temperaturas en diferentes lugares del muro cortina varían y pueden ser sustancialmente más bajas en algunos lugares, lo que lleva a una resistencia mecánica residual del muro cortina. sellador, que no muestra fallas en condiciones de incendio reales similares a las observaciones de incendios reales informadas en la Figura 1. Las roturas térmicas pueden contribuir aún más a la retención de la resistencia de las juntas y al control de la temperatura en el área de la línea de unión. Se pueden introducir barreras térmicas creadas por materiales aislantes o revestimientos intumescentes para minimizar la temperatura en al menos algunas partes del área adherida.
En contraste con el comportamiento prometedor de la silicona, el patrón de comportamiento es bastante diferente si se consideran selladores de otros tipos químicos, por ejemplo, poliuretanos. El sellador de PU evaluado en este estudio tiene su origen en la industria ferroviaria, donde se utiliza para el pegado de ventanas. Se descubrió que este material no solo perdía su rendimiento mecánico, sino que también se desintegraba por completo tras la exposición al calor durante 2 horas a 200 °C. Si bien en el futuro se puede considerar el uso de este tipo de productos químicos para aplicaciones de unión de interiores sin exposición a los rayos UV, los resultados presentados evidencian la alta sensibilidad del material de PU a la temperatura.
La sensibilidad de este material desafía el uso de este tipo de productos químicos cuando es necesario evitar cualquier riesgo relacionado con la exposición a altas temperaturas y destaca la importancia de la elección de tecnología en las aplicaciones de fachadas. De hecho, la durabilidad a largo plazo podría verse afectada cuando se expone incluso a temperaturas moderadas, como 80 °C, que se alcanzan comúnmente en fachadas que no son de vidrio y se recomienda encarecidamente una evaluación experimental exhaustiva para validar la aplicación.
El trabajo futuro incluye la construcción de un gráfico de tiempo-temperatura con una pérdida de resistencia a la tracción del 75 % para los diversos materiales para permitir una fácil selección de selladores por su resistencia a altas temperaturas por parte de la industria y continuar con la evaluación de la resistencia a la carga muerta. Finalmente, se necesita investigación adicional para comprender el impacto de la variabilidad de la prueba en relación con la relevancia estadística, que debe incluir réplicas de muestras, evaluar la variación de lote a lote o la influencia de la proporción de mezcla. Es importante tener en cuenta que los resultados proporcionados solo son aplicables a los selladores evaluados.
Los autores desean agradecer a François De Buyl, Pierre Descamps y Frederic Gubbels por las fructíferas discusiones; el laboratorio de construcción en Seneffe para la preparación de muestras y Aurore Arnould para el apoyo en la realización de análisis TGA.
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Fig. 1 Tabla 1: Propiedades mecánicas de los materiales ensayados en este estudio. a) Determinado por análisis mecánico dinámico (DMA) a una frecuencia de 10 Hz y 30 °C. b) ISO 8339 (ISO 2005). c) Ficha técnica Fig. 2 Fig. 3 Fig. 4 Fig. 5 Fig. 6 Fig. 7 Fig. 8 Fig. 9: Fig. 10 Fig. 11: Fig. 12: Fig. 13: Fig. 14: Fig. 15: Fig. 16: Fig. 17: Fig. 18: Fig. 19: