_ Bevor die neuen Verfahren vorgestellt werden noch ein Blick auf die Grundlagen: Per Definition der Norm EN ISO 12543-1 besteht Verbundglas „aus einer Glasscheibe mit einer oder mehreren Scheiben aus Glas und/oder Verglasungsmaterial aus Kunststoff, die durch eine oder mehrere Zwischenschichten miteinander verbunden sind“.
In der Bauregelliste A-Teil 1 des Deutschen Instituts für Bautechnik (DIBt) ist ausschließlich VSG mit PVB-Folie als Zwischenlage als Bauprodukt geregelt. Die PVB-Folie muss bei Prüfung nach EN ISO 527-3:1995-10 eine Reißfestigkeit >20 N/mm2 und eine Bruchdehnung >250 % erfüllen. Diese Prüfung lässt jedoch keine Einordnung des Zwischenmaterials hinsichtlich der Resttragfähigkeit von VSG zu, bei der die Adhäsion zwischen Glas und Zwischenschicht von großer Bedeutung ist.
Hierzu sind Prüfungen am Verbundlaminat notwendig1). Bisherige Prüfungen wie Pendelschlagversuch (EN 12600), Kugelfallversuch (DIN 52338) oder der Pummeltest lassen jedoch keine genaue Quantifizierung der mechanischen Mindestwerte zu.
Zwei neue Prüfverfahren
Im Rahmen eines Forschungsvorhabens des DIBt wurden jetzt verschiedene Prüfungsmethoden am Verbundlaminat untersucht, die sich für eine Klassifizierung der Materialeigenschaften der Verbundfolien von VSG hinsichtlich der Resttragfähigkeit eignen könnten. Hierbei haben sich der Through-Cracked-Tensile (TCT) Test und der Through-Cracked-Bending (TCB) Test für die Festlegung von mechanischen Eigenschaften als vielversprechend herausgestellt.
Through-Cracked-Tensile Test: Bei dem TCT-Test handelt sich um einen uniaxialen Zugversuch an Verbundglas, bei dem beide Glasscheiben senkrecht zur Zugrichtung in der Mitte gebrochen sind: Dadurch muss an der Bruchstelle die Zugkraft vollständig von der Zwischenschicht übertragen werden (Bild 02).
Through-Cracked-Bending Test: Der TCB-Test ist ein Vierschneiden-Biegeversuch, der das Verhalten von gebrochenem VSG unter Biegebeanspruchung beschreibt (Bild 01). Die Probenscheiben werden genauso gebrochen wie beim TCT-Test. Aus Resttragfähigkeitsversuchen an Originalbauteilen ist bekannt, dass ein Abrutschen des gebrochenen Glases von den Auflagern auftreten kann.
Um dieses Versagensszenario abzubilden, wurde die Verdrehung der Proben bei den einachsigen Referenzversuchen (360 x 1100 mm) bei einem Glaseinstand von 10 mm auf den TCB-Test skaliert (hier w/L = 0,1). Diese Durchbiegung (w = 8,9 mm) wurde eine Stunde gehalten, um die visko-elastischen Materialeigenschaften der Folien zu berücksichtigen. Im Anschluss wurde die Resttragspannung der Folie nach einer Stunde Haltezeit untereinander verglichen. Diese Spannung in der Folie wurde über das einwirkende Moment und dem inneren Hebelarm zwischen Folie und Kontaktpunkt der Glasscheiben in der Druckzone ermittelt.
Ergebnisse anhand der Tests
Bei den Tests wurden drei Zwischenmaterialen untersucht. Zwei Folien auf PVB-Basis des Herstellers Kuraray, Division Trosifol: Building Grade (BG) ist die Standardfolie für VSG im Architekturbereich und Sound Control (SC) ist eine Akustikfolie. Zudem wurde das Ionoplast SentryGlas (SGP) von DuPont geprüft.
Als Referenzversuche wurden modifizierte einachsige Resttragfähigkeitsversuche an Testscheiben mit den Abmessungen 360 x 1100 mm über 24 Stunden durchgeführt. Der VSG-Scheibenaufbau war bei PVB: 6/0,76/6 mm und bei SGP: 6/0,89/6 mm.
Die niedrigste aufnehmbare Restkraft nach 24 Stunden wurde von der SC-Folie erreicht, gefolgt von der BG-Folie. Die SGP-Folie besaß die größte Resttragkraft. Diese Einordnung der Zwischenmaterialien wurde als Referenz für den TCT- und TCB-Test herangezogen. Es wurde ein Laminataufbau von 3/0,76/3 mm (PVB) bzw. 3/0,89/3 mm (SGP) für beide Prüfverfahren verwendet.
TCT-Test: Es wurden je Folie 20 Proben (Abmessung: 30/200 mm) mit einer Wegrate von 5,0 mm/min bis zum Bruch geprüft. Analog zu den Referenzversuchen lag die mittlere Bruchspannung der SC-Folie bei 3,5 MPa, gefolgt von der BG-Folie mit 8,1 MPa. Die SGP-Folie hatte die größte Bruchspannung von 35,7 MPa.
TCB-Test: Dieser Test wurde an 10 Proben je Folie durchgeführt mit den Bauteilabmessungen von 30/115 mm. Auch bei dieser Prüfmethode zeigte sich nach einer Stunde Haltezeit, dass die SC-Folie mit einer Spannung von 0,56 MPa, gefolgt von der BG-Folie 0,92 MPa, deutlich geringer war als die Resttragspannung der SGP-Folie von 5,49 MPa.
Die Bewertung der Verfahren
Sowohl der TCT- als auch der TCB-Test eignen sich zur Bestimmung der mechanischen Eigenschaften von VSG-Zwischenlagen in Bezug auf das Resttragverhalten von Verbundsicherheitsglas. Mit dem TCT-Test wird die Zugfestigkeit und das Delaminationsverhalten des Zwischenmaterials im Verbund untersucht. Ein weiterer Schritt hierbei ist, die Delaminationseigenschaft der Zwischenlage explizit über die Grenzflächen-Energie zu berechnen.
Der TCB-Test erfasst das eigentliche Tragverhalten von Resttragfähigkeitsversuchen analog zu Bauteilversuchen besser als der TCT-Test. Dieser Test berücksichtigt das zeitabhängige Verhalten der verwendeten Zwischenmaterialen, das eine entscheidende Rolle bei dem Tragverhalten von gebrochenen VSG-Scheiben spielt.—
Die Autoren
Johannes Franz und Johannes Kuntsche forschen als Assistenten bei Prof. Dr.-Ing. Jens Schneider am Institut für Werkstoffe und Mechanik im Bauwesen der TU Darmstadt.
02: Eine Versuchsdurchführung im Through-Cracked-Tensile Testverfahren.