چگونه خواص مکانیکی تقویت کننده الیاف شیشه در شرایط دمای بالا تغییر می کند؟ الزامات ویژه برای طراحی حفاظت در برابر آتش چیست؟

تغییرات عملکرد مکانیکی و الزامات طراحی حفاظت در برابر آتش تقویت فیبر شیشه در محیط دمای بالا

1، تغییرات در خواص مکانیکی تقویت کننده الیاف شیشه در محیط دمای بالا

تغییرات عملکرد مکانیکی تقویت‌کننده الیاف شیشه در محیط دمای بالا، ویژگی‌های مرحله‌ای آشکار را نشان می‌دهد، به‌ویژه به صورت:

محدوده دمای پایین (100-200 ℃)

تغییرات عملکرد: استحکام و مدول الاستیک به آرامی حدود 10٪ -15٪ کاهش می یابد.

مکانیسم: دمای بالا حرکت حرارتی مولکول های الیاف شیشه را تشدید می کند و منجر به تضعیف نیروهای بین مولکولی بین الیاف می شود، اما پیوندهای شیمیایی هنوز از بین نرفته اند.

پشتیبانی از داده‌ها: آزمایش‌ها نشان داده‌اند که میزان حفظ استحکام کششی تقویت‌کننده الیاف شیشه در دمای 200 ℃ حدود 85٪ -90٪ است.

محدوده دمای متوسط ​​(200-300 ℃)

تغییرات عملکرد: عملکرد به طور قابل توجهی کاهش می یابد، با کاهش 30٪ -50٪ در استحکام کششی و کاهش قابل توجهی در مدول الاستیک.

مکانیسم: پیوندهای شیمیایی (مانند پیوندهای Si-O) شروع به شکستن می کنند، ساختار مولکولی فیبر پلیمریزه می شود و استحکام پیوند سطحی ضعیف می شود.

پشتیبانی از داده ها: در دمای 300 ℃، استحکام کششی ممکن است به کمتر از 50٪ از مقدار دمای معمولی کاهش یابد، در حالی که ازدیاد طول افزایش می یابد اما ظرفیت باربری کاهش می یابد.

محدوده دمای بالا (> 300 ℃)

تغییرات عملکرد: نرم شدن، ذوب شدن و حتی احتراق، از دست دادن کامل خواص مکانیکی.

مکانیسم: ماتریس رزین تحت تجزیه حرارتی قرار می گیرد، ساختار الیاف متلاشی می شود و مواد تحت واکنش های کربنیزاسیون یا احتراق قرار می گیرند.

پشتیبانی از داده ها: هنگامی که دما از 400 ℃ تجاوز کند، تقویت کننده الیاف شیشه ممکن است یکپارچگی خود را به دلیل تجزیه رزین از دست بدهد.

مزایای نسبی با میله های فولادی

مقاومت در برابر دمای بالا: تقویت کننده الیاف شیشه با شعله باز کمتر از 300 درجه سانتیگراد نمی سوزد، در حالی که تقویت کننده فولادی ممکن است به دلیل کنده شدن لایه اکسید افت ناگهانی استحکام بالای 600 درجه سانتیگراد را تجربه کند.

بازدارندگی شعله: شاخص نهایی اکسیژن (LOI) تقویت کننده الیاف شیشه حدود 26٪ -35٪ است که بهتر از مواد پلیمری معمولی است.

2، الزامات طراحی حفاظت در برابر آتش برای تقویت فایبرگلاس در محیط های با دمای بالا

برای اطمینان از ایمنی تقویت کننده فایبرگلاس در محیط های با دمای بالا، طراحی حفاظت از آتش باید از اصول اصلی زیر پیروی کند:

رعایت مقررات پیشگیری از آتش سوزی ساختمان

محفظه آتش نشانی: طبق «آیین طراحی ساختمان‌ها در آتش‌سوزی» (GB 50016)، محفظه‌های آتش‌نشانی به ساختمان‌های کارخانه‌ای تک طبقه با مساحت ≤ 3000 متر مربع و ساختمان‌های چند طبقه با مساحت ≤ 2000 متر مربع تقسیم می‌شوند.

درجه مقاومت در برابر آتش: درجه مقاومت در برابر آتش ساختمان کارخانه مشترک نباید کمتر از سطح دو باشد و پارتیشن های مقاوم در برابر آتش با حد مقاومت در برابر آتش ≥ 2.0 ساعت باید در مناطق کلیدی (مانند بخش ذوب) استفاده شود.

مصالح و الزامات ساخت و ساز

جداسازی آتش: مناطق با دمای بالا (مانند کارگاه های کوره) و سایر مناطق باید از پارتیشن های مقاوم در برابر آتش با محدودیت مقاومت در برابر آتش ≥ 2.0 ساعت استفاده کنند و درها و پنجره ها باید از درها و پنجره های ضد حریق کلاس B استفاده کنند.

حفاظت ساختاری: برای تقویت الیاف شیشه در معرض دمای بالا، می توان از تخته سیلیکات کلسیم (مقاوم در برابر آتش به مدت 4 ساعت) یا پتو الیاف سرامیکی برای بسته بندی و محافظت استفاده کرد.

طراحی تخلیه ایمن

تنظیم خروج: هر طبقه باید حداقل 2 خروجی ایمنی داشته باشد و فاصله تخلیه باید ≤ 60 متر (برای طبقات تک) یا ≤ 40 متر (برای چندین طبقه) باشد.

علائم تخلیه: نشانگرهای تخلیه فلورسنت را برای اطمینان از دید ≥ 10 متر پس از قطع برق نصب کنید.

پیکربندی تاسیسات حفاظت در برابر آتش

سیستم اطفاء حریق: کارگاه با دمای بالا مجهز به سیستم اطفاء حریق خودکار اسپرینکلر یا سیستم اطفاء حریق گازی با مصرف آب طراحی شده ≥ 10L/s · ㎡ است.

دستگاه هشدار: یک آشکارساز درجه حرارت خطی با دمای هشدار تنظیم شده در 58 ℃ (دمای عملیاتی 72 ℃) نصب کنید.

3، مطالعه موردی در بهینه سازی عملکرد دمای بالا و طراحی حفاظت در برابر آتش

تکنیک های بهینه سازی عملکرد

درمان سطح: پاشش پوشش های مقاوم در برابر درجه حرارت بالا (مانند رزین سیلیکون) می تواند میزان حفظ استحکام را به بیش از 60٪ در 300 ℃ افزایش دهد.

اصلاح کامپوزیت: افزودن ذرات آلومینا یا کاربید سیلیکون برای افزایش دمای نرم شدن به بالای 500 ℃.

نمونه های کاربردی مهندسی

پلت فرم اقیانوس: با اتخاذ یک ساختار ترکیبی از تقویت‌کننده GFRP پیچیده و UHPC، استحکام پیوند از طریق عملیات سندبلاست بهبود می‌یابد و استحکام باقی‌مانده ≥ 40٪ پس از آزمایش پخت آتش 1200 درجه سانتیگراد است.

پشتیبانی تونل: تعبیه مواد تغییر فاز (PCM) در لایه محافظ آتش برای جذب گرما و تاخیر در هدایت دما، کاهش دمای سطح آرماتور تا 50٪ -70٪.

4، مرزهای تحقیق و پیشنهادات استاندارد

روش ارزیابی عملکرد

مدل کوپلینگ مکانیکی حرارتی: با ترکیب معادله هدایت گرما و رابطه سازنده، رفتار تنش-کرنش مواد تقویت‌کننده در دماهای بالا را پیش‌بینی می‌کند.

تست مقاومت پسماند: پس از گرم کردن منحنی حریق طبق استاندارد ISO 834، مقاومت کششی باقیمانده مواد تقویت کننده را آزمایش کنید.

جهت بهبود استاندارد

سایر شاخص‌های عملکرد دمای بالا: استحکام باقی‌مانده 300 ℃ و 60 دقیقه را به 'میله‌های تقویت‌شده با الیاف شیشه برای مهندسی عمران' (JG/T 406) اضافه کنید.

بخش ویژه در طراحی حفاظت در برابر آتش: دستورالعمل‌های طراحی حفاظت در برابر آتش را برای سازه‌های تقویت‌شده با الیاف شیشه ایجاد کنید، که مطابقت بین ضخامت لایه محافظ و حد مقاومت در برابر آتش را روشن می‌کند.

از طریق اصلاح مواد، بهینه سازی ساختاری و بهبود استاندارد، کاربرد تقویت الیاف شیشه در محیط های با دمای بالا می تواند به طور قابل توجهی بهبود یابد و راه حل های ایمن تری برای زمینه هایی مانند مهندسی شیمی، حمل و نقل و مهندسی دریایی ارائه دهد.