כיצד משתנים המאפיינים המכניים של חיזוק סיבי זכוכית בתנאי טמפרטורה גבוהה? מהן הדרישות המיוחדות לתכנון מיגון אש?

שינויים בביצועים מכניים ודרישות עיצוב הגנה מפני אש של חיזוק סיבי זכוכית בסביבה בטמפרטורה גבוהה

1、 שינויים בתכונות מכניות של חיזוק סיבי זכוכית בסביבה בטמפרטורה גבוהה

השינויים בביצועים המכניים של חיזוק סיבי זכוכית בסביבה בטמפרטורה גבוהה מראים מאפייני שלב ברורים, המתבטאים באופן ספציפי כ:

טווח טמפרטורות נמוך (100-200 ℃)

שינויים בביצועים: החוזק ומודול האלסטי יורדים לאט בכ-10% -15%.

מנגנון: טמפרטורה גבוהה מעצימה את התנועה התרמית של מולקולות סיבי זכוכית, מה שמוביל להיחלשות הכוחות הבין-מולקולריים בין סיבים, אך הקשרים הכימיים טרם נהרסו.

תמיכה בנתונים: ניסויים הראו ששיעור השמירה של חוזק המתיחה של חיזוק סיבי זכוכית הוא כ-85% -90% ב-200 ℃.

טווח טמפרטורות בינוני (200-300 ℃)

שינויים בביצועים: הביצועים יורדים משמעותית, עם ירידה של 30% -50% בחוזק המתיחה וירידה משמעותית יותר במודול האלסטי.

מנגנון: קשרים כימיים (כגון קשרי Si-O) מתחילים להישבר, המבנה המולקולרי של הסיבים מתפרק, וחוזק הקשר הממשק נחלש.

תמיכה בנתונים: ב-300 ℃, חוזק המתיחה עשוי לרדת עד מתחת ל-50% מערך הטמפרטורה הרגיל, בעוד שההתארכות גדלה אך כושר הנשיאה פוחת.

טווח טמפרטורות גבוה (>300 ℃)

שינויים בביצועים: ריכוך, התכה ואפילו בעירה, איבוד מוחלט של תכונות מכניות.

מנגנון: מטריצת השרף עוברת פירוק תרמי, מבנה הסיבים מתפרק, והחומר עובר תגובות פחממות או בעירה.

תמיכה בנתונים: כאשר הטמפרטורה עולה על 400 ℃, חיזוק סיבי הזכוכית עלול לאבד את שלמותו עקב פירוק שרף.

יתרונות השוואתיים עם מוטות פלדה

עמידות בטמפרטורה גבוהה: חיזוק סיבי זכוכית אינו נשרף בלהבה פתוחה מתחת ל-300 ℃, בעוד שחיזוק פלדה עלול לחוות ירידה פתאומית בחוזק מעל 600 ℃ עקב קילוף שכבת התחמוצת.

עיכוב בעירה: מדד החמצן האולטימטיבי (LOI) של חיזוק סיבי זכוכית הוא כ-26% -35%, שהוא טוב יותר מחומרים פולימריים רגילים.

2、 דרישות עיצוב להגנה מפני אש לחיזוק פיברגלס בסביבות בטמפרטורה גבוהה

כדי להבטיח את הבטיחות של חיזוק פיברגלס בסביבות טמפרטורות גבוהות, תכנון הגנה מפני אש צריך לפעול לפי עקרונות הליבה הבאים:

עמידה בתקנות מניעת שריפות מבנים

תא אש: על פי 'הקוד לתכנון מיגון אש של מבנים' (GB 50016), תאי אש מחולקים למבני מפעל חד קומתיים בשטח של ≤ 3000 מ'ר ומבנים רבי קומות בשטח של ≤ 2000 מ'ר.

דירוג עמידות אש: דירוג עמידות האש של בניין המפעל המשותף לא יהיה נמוך מרמה שתיים, ובאזורי מפתח (כגון קטע ההיתוך) ישמשו מחיצות עמידות אש עם גבול עמידות אש של ≥ 2.0 שעות.

דרישות חומר ובנייה

בידוד אש: אזורים בטמפרטורה גבוהה (כגון סדנאות כבשנים) ואזורים אחרים צריכים להשתמש במחיצות עמידות אש עם מגבלת עמידות אש של ≥ 2.0 שעות, ודלתות וחלונות צריכים להשתמש בדלתות וחלונות עמידות אש מסוג B.

הגנה מבנית: לחיזוק סיבי זכוכית החשופים לטמפרטורות גבוהות, ניתן להשתמש בלוח סידן סיליקט (עמיד באש למשך 4 שעות) או בשמיכת סיבים קרמיים לעיטוף והגנה.

תכנון פינוי בטוח

הגדרת יציאה: לכל קומה צריכות להיות לפחות 2 יציאות בטיחות, ומרחק הפינוי צריך להיות ≤ 60 מ' (עבור קומות בודדות) או ≤ 40 מ' (עבור מספר קומות).

שלטי פינוי: התקן מחווני פינוי פלורסנט כדי להבטיח ראות של ≥ 10 מ' לאחר הפסקת חשמל.

תצורת מתקן הגנה מפני אש

מערכת כיבוי אש: בית המלאכה בטמפרטורות גבוהות מצויד במערכת כיבוי מתזים אוטומטית או מערכת כיבוי בגז, בצריכת מים מתוכננת של ≥ 10L/s · ㎡.

התקן אזעקה: התקן גלאי טמפרטורה ליניארי עם טמפרטורת אזעקה מוגדרת ל-58 ℃ (טמפרטורת פעולה של 72 ℃).

3、 תיאור מקרה על מיטוב ביצועים בטמפרטורה גבוהה ותכנון הגנה מפני אש

טכניקות אופטימיזציה של ביצועים

טיפול פני השטח: ריסוס ציפויים עמידים בטמפרטורות גבוהות (כגון שרף סיליקון) יכול להגביר את שיעור שימור החוזק ליותר מ-60% ב-300 ℃.

שינוי מרוכב: הוספת חלקיקי אלומינה או סיליקון קרביד כדי להגביר את טמפרטורת הריכוך למעל 500 ℃.

דוגמאות ליישום הנדסי

פלטפורמת אוקיינוס: אימוץ מבנה משולב של חיזוק GFRP עטוף ו-UHPC, חוזק ההדבקה משתפר באמצעות טיפול התזת חול, והחוזק השיורי הוא ≥ 40% לאחר מבחן אפייה באש 1200 ℃.

תמיכת מנהרה: הטמעת חומרים לשינוי שלב (PCM) בשכבת ההגנה מפני אש לקליטת חום ועיכוב הולכת טמפרטורה, הפחתת טמפרטורת פני השטח של החיזוק ב-50% -70%.

4、 גבולות מחקר והצעות סטנדרטיות

שיטת הערכת ביצועים

מודל צימוד מכני תרמי: שילוב של משוואת הולכת חום והקשר המכונן, לחזות את התנהגות המתח-מתח של חומרי חיזוק בטמפרטורות גבוהות.

בדיקת חוזק שיורי: לאחר חימום עקומת האש לפי תקן ISO 834, בדוק את חוזק המתיחה השיורי של חומר החיזוק.

כיוון שיפור סטנדרטי

אינדיקטורים נוספים לביצועים בטמפרטורה גבוהה: הוסף דרישות חוזק שיורי של 300 ℃ ו-60 דקות ל'סורגים מחוזקים בסיבי זכוכית להנדסה אזרחית' (JG/T 406).

סעיף מיוחד בנושא תכנון מיגון אש: פתח הנחיות מיוחדות לתכנון מיגון אש למבנים מחוזקים בסיבי זכוכית, תוך הבהרת ההתאמה בין עובי שכבת המגן לבין גבול עמידות האש.

באמצעות שינוי חומר, אופטימיזציה מבנית ושיפור תקן, ניתן לשפר באופן משמעותי את הישימות של חיזוק סיבי זכוכית בסביבות טמפרטורות גבוהות, ולספק פתרונות בטוחים יותר לתחומים כמו הנדסה כימית, תחבורה והנדסה ימית.