كيف تتغير الخواص الميكانيكية لتقوية الألياف الزجاجية في ظل ظروف درجات الحرارة المرتفعة؟ ما هي المتطلبات الخاصة لتصميم الحماية من الحرائق؟

تغيرات الأداء الميكانيكي ومتطلبات تصميم الحماية من الحرائق لتسليح الألياف الزجاجية في ظل بيئة درجة حرارة عالية

1 、 التغيرات في الخواص الميكانيكية لتسليح الألياف الزجاجية تحت بيئة درجة حرارة عالية

تظهر التغيرات في الأداء الميكانيكي لتسليح الألياف الزجاجية في بيئة ذات درجة حرارة عالية خصائص مرحلة واضحة، تتجلى على وجه التحديد على النحو التالي:

نطاق درجة الحرارة المنخفضة (100-200 درجة مئوية)

تغييرات الأداء: تنخفض القوة ومعامل المرونة ببطء بحوالي 10% -15%.

الآلية: تعمل درجة الحرارة المرتفعة على تكثيف الحركة الحرارية لجزيئات الألياف الزجاجية، مما يؤدي إلى إضعاف القوى الجزيئية بين الألياف، ولكن الروابط الكيميائية لم يتم تدميرها بعد.

دعم البيانات: أظهرت التجارب أن معدل الاحتفاظ بقوة الشد لتقوية الألياف الزجاجية يبلغ حوالي 85% -90% عند 200 درجة مئوية.

نطاق درجة الحرارة المتوسطة (200-300 درجة مئوية)

تغيرات الأداء: ينخفض ​​الأداء بشكل ملحوظ، مع انخفاض بنسبة 30% -50% في قوة الشد وانخفاض أكبر في معامل المرونة.

الآلية: تبدأ الروابط الكيميائية (مثل روابط Si-O) في الانهيار، وتزيل بلمرة البنية الجزيئية للألياف، وتضعف قوة الترابط البيني.

دعم البيانات: عند 300 درجة مئوية، قد تنخفض قوة الشد إلى أقل من 50% من قيمة درجة الحرارة العادية، بينما تزيد الاستطالة ولكن تقل قدرة التحمل.

نطاق درجة حرارة عالية (> 300 درجة مئوية)

تغيرات الأداء: التليين والذوبان وحتى الاحتراق، مما يؤدي إلى فقدان الخواص الميكانيكية تمامًا.

الآلية: تخضع مادة الراتينج للتحلل الحراري، ويتفكك هيكل الألياف، وتخضع المادة لتفاعلات الكربنة أو الاحتراق.

دعم البيانات: عندما تتجاوز درجة الحرارة 400 درجة مئوية، قد تفقد تقوية الألياف الزجاجية سلامتها بسبب تحلل الراتنج.

المزايا النسبية مع قضبان الصلب

مقاومة درجات الحرارة العالية: لا يحترق تقوية الألياف الزجاجية بلهب مفتوح أقل من 300 درجة مئوية، في حين قد يتعرض حديد التسليح لانخفاض مفاجئ في القوة فوق 600 درجة مئوية بسبب تقشير طبقة الأكسيد.

مثبطات اللهب: يبلغ مؤشر الأكسجين النهائي (LOI) لتعزيز الألياف الزجاجية حوالي 26% -35%، وهو أفضل من مواد البوليمر العادية.

2. متطلبات تصميم الحماية من الحرائق لتقوية الألياف الزجاجية في البيئات ذات درجات الحرارة المرتفعة

لضمان سلامة تقوية الألياف الزجاجية في البيئات ذات درجات الحرارة المرتفعة، يجب أن يتبع تصميم الحماية من الحرائق المبادئ الأساسية التالية:

الإلتزام بقواعد الوقاية من الحرائق في المباني

حجرة الحريق: وفقًا لـ 'كود تصميم الحماية من الحرائق للمباني' (GB 50016)، تنقسم حجرات الحريق إلى مباني مصانع ذات طابق واحد بمساحة ≥ 3000 متر مربع ومباني متعددة الطوابق بمساحة ≥ 2000 متر مربع.

تصنيف مقاومة الحريق: يجب ألا يقل تصنيف مقاومة الحريق لمبنى المصنع المشترك عن المستوى الثاني، ويجب استخدام أقسام مقاومة للحريق بحد مقاومة للحريق يبلغ ≥ 2.0 ساعة في المناطق الرئيسية (مثل قسم الذوبان).

متطلبات المواد والبناء

عزل الحريق: يجب أن تستخدم المناطق ذات درجات الحرارة المرتفعة (مثل ورش الأفران) والمناطق الأخرى أقسامًا مقاومة للحريق بحد أقصى لمقاومة الحريق يبلغ ≥ 2.0 ساعة، ويجب أن تستخدم الأبواب والنوافذ أبواب ونوافذ مقاومة للحريق من الفئة ب.

الحماية الهيكلية: بالنسبة لتقوية الألياف الزجاجية المعرضة لدرجات حرارة عالية، يمكن استخدام لوح سيليكات الكالسيوم (مقاوم للحريق لمدة 4 ساعات) أو بطانية من ألياف السيراميك للتغليف والحماية.

تصميم الإخلاء الآمن

إعداد الخروج: يجب أن يحتوي كل طابق على مخرجين للسلامة على الأقل، ويجب أن تكون مسافة الإخلاء ≥ 60 م (للطوابق الفردية) أو ≥ 40 م (للطوابق المتعددة).

علامات الإخلاء: قم بتثبيت مؤشرات الإخلاء الفلورسنت لضمان رؤية ≥ 10 أمتار بعد انقطاع التيار الكهربائي.

تكوين منشأة الحماية من الحرائق

نظام إطفاء الحريق: ورشة العمل ذات درجة الحرارة العالية مجهزة بنظام إطفاء الحريق بالرش الأوتوماتيكي أو نظام إطفاء الحريق بالغاز، مع استهلاك مياه مصمم يبلغ ≥ 10 لتر/ثانية · ㎡.

جهاز الإنذار: قم بتركيب كاشف درجة الحرارة الخطي مع ضبط درجة حرارة الإنذار على 58 درجة مئوية (درجة حرارة التشغيل 72 درجة مئوية).

3 、 دراسة حالة حول تحسين أداء درجات الحرارة العالية وتصميم الحماية من الحرائق

تقنيات تحسين الأداء

معالجة السطح: يمكن أن يؤدي رش الطلاءات المقاومة للحرارة العالية (مثل راتينج السيليكون) إلى زيادة معدل الاحتفاظ بالقوة إلى أكثر من 60% عند 300 درجة مئوية.

التعديل المركب: إضافة جزيئات الألومينا أو كربيد السيليكون لزيادة درجة حرارة التليين إلى أعلى من 500 درجة مئوية.

أمثلة على التطبيقات الهندسية

منصة المحيط: اعتماد هيكل مركب من تقوية GFRP المغلفة وUHPC، تم تحسين قوة الترابط من خلال معالجة السفع الرملي، والقوة المتبقية هي ≥ 40% بعد اختبار الخبز بالنار بدرجة حرارة 1200 درجة مئوية.

دعم النفق: دمج مواد متغيرة الطور (PCM) في طبقة الحماية من الحرائق لامتصاص الحرارة وتأخير توصيل درجة الحرارة، مما يقلل من درجة حرارة سطح التسليح بنسبة 50% -70%.

4. حدود البحث والمقترحات المعيارية

طريقة تقييم الأداء

نموذج الاقتران الميكانيكي الحراري: من خلال الجمع بين معادلة التوصيل الحراري والعلاقة التأسيسية، التنبؤ بسلوك الإجهاد والانفعال لمواد التسليح عند درجات الحرارة المرتفعة.

اختبار القوة المتبقية: بعد تسخين منحنى النار وفقًا لمعيار ISO 834، قم باختبار قوة الشد المتبقية لمواد التسليح.

اتجاه التحسين القياسي

مؤشرات أداء إضافية لدرجات الحرارة العالية: أضف متطلبات القوة المتبقية البالغة 300 درجة مئوية و60 دقيقة إلى 'القضبان المقواة بالألياف الزجاجية للهندسة المدنية' (JG/T 406).

قسم خاص بتصميم الحماية من الحرائق: وضع مبادئ توجيهية متخصصة لتصميم الحماية من الحرائق للهياكل المسلحة بالألياف الزجاجية، مع توضيح التطابق بين سمك الطبقة الواقية والحد الأقصى لمقاومة الحريق.

من خلال تعديل المواد، وتحسين الهيكلية، وتحسين المعايير، يمكن تحسين قابلية تطبيق تقوية الألياف الزجاجية في البيئات ذات درجات الحرارة العالية بشكل كبير، مما يوفر حلولًا أكثر أمانًا لمجالات مثل الهندسة الكيميائية والنقل والهندسة البحرية.