¿Cómo cambian las propiedades mecánicas del refuerzo de fibra de vidrio en condiciones de alta temperatura? ¿Cuáles son los requisitos especiales para el diseño de protección contra incendios?

Cambios de rendimiento mecánico y requisitos de diseño de protección contra incendios del refuerzo de fibra de vidrio en un entorno de alta temperatura

1 、 Cambios en las propiedades mecánicas del refuerzo de fibra de vidrio en un entorno de alta temperatura

Los cambios de rendimiento mecánico del refuerzo de fibra de vidrio en un entorno de alta temperatura muestran características de etapa obvias, específicamente manifestadas como:

Rango de baja temperatura (100-200 ℃)

Cambios de rendimiento: la fuerza y ​​el módulo elástico disminuyen lentamente en aproximadamente un 10% -15%.

Mecanismo: la alta temperatura intensifica el movimiento térmico de las moléculas de fibra de vidrio, lo que lleva a un debilitamiento de las fuerzas intermoleculares entre las fibras, pero los enlaces químicos aún no se han destruido.

Soporte de datos: los experimentos han demostrado que la tasa de retención de la resistencia a la tracción del refuerzo de fibra de vidrio es de aproximadamente 85% -90% a 200 ℃.

Rango de temperatura media (200-300 ℃)

Cambios de rendimiento: el rendimiento disminuye significativamente, con una reducción del 30% -50% en la resistencia a la tracción y una disminución más significativa en el módulo elástico.

Mecanismo: los enlaces químicos (como los enlaces SI-O) comienzan a romperse, la estructura molecular de fibra despolimeriza y la resistencia a la unión interfacial se debilita.

Soporte de datos: a 300 ℃, la resistencia a la tracción puede disminuir a menos del 50% del valor de temperatura normal, mientras que la alargamiento aumenta pero la capacidad de carga disminuye.

Rango de temperatura alto (> 300 ℃)

Cambios de rendimiento: ablandamiento, fusión e incluso combustión, perdiendo completamente propiedades mecánicas.

Mecanismo: la matriz de resina sufre descomposición térmica, la estructura de la fibra se desintegra y el material sufre reacciones de carbonización o combustión.

Soporte de datos: cuando la temperatura excede los 400 ℃, el refuerzo de fibra de vidrio puede perder su integridad debido a la descomposición de la resina.

Ventajas comparativas con barras de acero

Resistencia de alta temperatura: el refuerzo de fibra de vidrio no se quema con una llama abierta por debajo de 300 ℃, mientras que el refuerzo de acero puede experimentar una caída repentina de resistencia por encima de 600 ℃ debido a la pelea de la capa de óxido.

Retraso de la llama: el índice de oxígeno final (LOI) del refuerzo de fibra de vidrio es de aproximadamente 26% -35%, que es mejor que los materiales de polímeros ordinarios.

2 、 Requisitos de diseño de protección contra incendios para refuerzo de fibra de vidrio en entornos de alta temperatura

Para garantizar la seguridad del refuerzo de fibra de vidrio en entornos de alta temperatura, el diseño de protección contra incendios debe seguir los siguientes principios centrales:

Cumplimiento de la construcción de regulaciones de prevención de incendios

Compartimento de fuego: de acuerdo con el 'Código para el diseño de protección contra incendios de edificios ' (GB 50016), los compartimentos de fuego se dividen en edificios de fábrica de una sola historia con un área de ≤ 3000 metros cuadrados y edificios de múltiples pisos con un área de ≤ 2000 metros cuadrados.

Calificación de resistencia al fuego: la clasificación de resistencia al fuego del edificio de la fábrica conjunta no debe ser inferior al nivel dos, y las particiones resistentes al fuego con un límite de resistencia al fuego de ≥ 2.0 horas se utilizarán en áreas clave (como la sección de fusión).

Requisitos de material y construcción

Aislamiento del fuego: las áreas de alta temperatura (como talleres de horno) y otras áreas deben usar particiones resistentes al fuego con un límite de resistencia al fuego de ≥ 2.0 horas, y las puertas y las ventanas deben usar puertas y ventanas resistentes al fuego de clase B.

Protección estructural: para el refuerzo de fibra de vidrio expuesto a altas temperaturas, se pueden usar tablero de silicato de calcio (resistente al fuego durante 4 horas) o una manta de fibra de cerámica para envolver y protección.

Diseño de evacuación segura

Configuración de salida: cada piso debe tener al menos 2 salidas de seguridad, y la distancia de evacuación debe ser ≤ 60 m (para pisos individuales) o ≤ 40m (para múltiples pisos).

Signos de evacuación: Instale indicadores de evacuación fluorescente para garantizar una visibilidad de ≥ 10 m después del apagón.

Configuración de la instalación de protección contra incendios

Sistema de extinción de incendios: el taller de alta temperatura está equipado con un sistema automático de extinción de incendios o un sistema de extinción de incendios de gas, con un consumo de agua diseñado de ≥ 10L/S · ㎡.

Dispositivo de alarma: instale un detector de temperatura lineal con una temperatura de alarma establecida a 58 ℃ (temperatura de funcionamiento de 72 ℃).

3 、 Estudio de caso sobre optimización de rendimiento de alta temperatura y diseño de protección contra incendios

Técnicas de optimización de rendimiento

Tratamiento de la superficie: la pulverización de recubrimientos resistentes a alta temperatura (como la resina de silicona) puede aumentar la tasa de retención de resistencia a más del 60% a 300 ℃.

Modificación compuesta: Agregar alúmina o partículas de carburo de silicio para aumentar la temperatura de ablandamiento a más de 500 ℃.

Ejemplos de aplicaciones de ingeniería

Plataforma oceánica: adoptando una estructura combinada de refuerzo GFRP envuelto y UHPC, la resistencia a la unión se mejora a través del tratamiento con planchas de arena y la resistencia residual es ≥ 40% después de 1200 ℃ Prueba de hornear incendios.

Soporte del túnel: Materiales de cambio de fase de incrustación (PCM) en la capa de protección contra incendios para absorber la conducción de calor y retrasar la temperatura, reduciendo la temperatura de la superficie del refuerzo en un 50% -70%.

4 、 Investigue fronteras y sugerencias estándar

Método de evaluación del rendimiento

Modelo de acoplamiento mecánico térmico: combinación de la ecuación de conducción de calor y la relación constitutiva, predecir el comportamiento de tensión-deformación de los materiales de refuerzo a altas temperaturas.

Prueba de resistencia residual: después de calentar la curva de fuego de acuerdo con el estándar ISO 834, pruebe la resistencia a la tracción residual del material de refuerzo.

Dirección de mejora estándar

Indicadores de rendimiento de alta temperatura adicionales: agregue requisitos de resistencia residual de 300 ℃ y 60 minutos a las 'barras reforzadas con fibra de vidrio para la ingeniería civil ' (JG/T 406).

Sección especial sobre diseño de protección contra incendios: desarrollar pautas especializadas de diseño de protección contra incendios para estructuras reforzadas con fibra de vidrio, aclarando la correspondencia entre el grosor de la capa protectora y el límite de resistencia al fuego.

A través de la modificación del material, la optimización estructural y la mejora estándar, la aplicabilidad del refuerzo de fibra de vidrio en entornos de alta temperatura puede mejorarse significativamente, proporcionando soluciones más seguras para campos como ingeniería química, transporte e ingeniería marina.