Come cambiano le proprietà meccaniche del rinforzo in fibra di vetro in condizioni di alta temperatura? Quali sono i requisiti speciali per la progettazione della protezione antincendio?

Cambiamenti delle prestazioni meccaniche e requisiti di progettazione della protezione antincendio del rinforzo in fibra di vetro in ambienti ad alta temperatura

1、 Cambiamenti nelle proprietà meccaniche del rinforzo in fibra di vetro in ambienti ad alta temperatura

I cambiamenti delle prestazioni meccaniche del rinforzo in fibra di vetro in ambiente ad alta temperatura mostrano evidenti caratteristiche sceniche, manifestate specificamente come:

Intervallo di bassa temperatura (100-200 ℃)

Cambiamenti prestazionali: la resistenza e il modulo elastico diminuiscono lentamente di circa il 10% -15%.

Meccanismo: L'alta temperatura intensifica il movimento termico delle molecole della fibra di vetro, portando ad un indebolimento delle forze intermolecolari tra le fibre, ma i legami chimici non sono ancora stati distrutti.

Supporto dati: gli esperimenti hanno dimostrato che il tasso di ritenzione della resistenza alla trazione del rinforzo in fibra di vetro è di circa 85% -90% a 200 ℃.

Intervallo di temperatura media (200-300 ℃)

Variazioni prestazionali: Le prestazioni diminuiscono sensibilmente, con una riduzione del 30%-50% della resistenza a trazione ed una diminuzione più significativa del modulo elastico.

Meccanismo: i legami chimici (come i legami Si-O) iniziano a rompersi, la struttura molecolare della fibra si depolimerizza e la forza del legame interfacciale si indebolisce.

Supporto dati: A 300 ℃, la resistenza alla trazione può scendere al di sotto del 50% del valore di temperatura normale, mentre l'allungamento aumenta ma la capacità portante diminuisce.

Intervallo di temperatura elevata (>300 ℃)

Cambiamenti prestazionali: rammollimento, fusione e persino combustione, perdendo completamente le proprietà meccaniche.

Meccanismo: la matrice resinosa subisce decomposizione termica, la struttura fibrosa si disintegra e il materiale subisce reazioni di carbonizzazione o combustione.

Supporto dati: Quando la temperatura supera i 400 ℃, il rinforzo in fibra di vetro potrebbe perdere la sua integrità a causa della decomposizione della resina.

Vantaggi comparativi con le barre d'acciaio

Resistenza alle alte temperature: il rinforzo in fibra di vetro non brucia con una fiamma libera al di sotto di 300 ℃, mentre il rinforzo in acciaio può subire un improvviso calo di resistenza superiore a 600 ℃ a causa del distacco dello strato di ossido.

Ritardante di fiamma: l'indice di ossigeno finale (LOI) del rinforzo in fibra di vetro è di circa il 26% -35%, che è migliore rispetto ai normali materiali polimerici.

2、 Requisiti di progettazione della protezione antincendio per rinforzi in fibra di vetro in ambienti ad alta temperatura

Per garantire la sicurezza del rinforzo in fibra di vetro in ambienti ad alta temperatura, la progettazione della protezione antincendio dovrebbe seguire i seguenti principi fondamentali:

Rispetto delle norme di prevenzione incendi edili

Compartimento antincendio: secondo il 'Codice per la progettazione antincendio degli edifici' (GB 50016), i compartimenti antincendio sono suddivisi in edifici industriali a un piano con un'area di ≤ 3000 metri quadrati ed edifici a più piani con un'area di ≤ 2000 metri quadrati.

Grado di resistenza al fuoco: il grado di resistenza al fuoco dell'edificio della fabbrica congiunta non deve essere inferiore al livello due e nelle aree chiave (come la sezione di fusione) devono essere utilizzate partizioni resistenti al fuoco con un limite di resistenza al fuoco ≥ 2,0 ore.

Requisiti di materiale e costruzione

Isolamento antincendio: le aree ad alta temperatura (come le officine delle fornaci) e altre aree dovrebbero utilizzare partizioni resistenti al fuoco con un limite di resistenza al fuoco ≥ 2,0 ore, e porte e finestre dovrebbero utilizzare porte e finestre resistenti al fuoco di Classe B.

Protezione strutturale: Per i rinforzi in fibra di vetro esposti ad alte temperature, è possibile utilizzare un pannello di silicato di calcio (resistente al fuoco per 4 ore) o una coperta di fibra ceramica per l'avvolgimento e la protezione.

progettazione di evacuazione sicura

Impostazione dell'uscita: ogni piano deve avere almeno 2 uscite di sicurezza e la distanza di evacuazione deve essere ≤ 60 m (per piani singoli) o ≤ 40 m (per piani multipli).

Segnali di evacuazione: installare indicatori di evacuazione fluorescenti per garantire una visibilità ≥ 10 m dopo un'interruzione di corrente.

Configurazione dell'impianto antincendio

Sistema antincendio: L'officina ad alta temperatura è dotata di un sistema antincendio automatico a sprinkler o di un sistema antincendio a gas, con un consumo d'acqua progettato di ≥ 10 L/s · ㎡.

Dispositivo di allarme: installare un rilevatore di temperatura lineare con una temperatura di allarme impostata a 58 ℃ (temperatura operativa di 72 ℃).

3、 Caso di studio sull'ottimizzazione delle prestazioni alle alte temperature e sulla progettazione della protezione antincendio

Tecniche di ottimizzazione delle prestazioni

Trattamento superficiale: la spruzzatura di rivestimenti resistenti alle alte temperature (come la resina siliconica) può aumentare il tasso di ritenzione della resistenza fino a oltre il 60% a 300 ℃.

Modifica del composito: aggiunta di particelle di allumina o carburo di silicio per aumentare la temperatura di rammollimento oltre i 500 ℃.

Esempi di applicazioni ingegneristiche

Piattaforma oceanica: Adottando una struttura combinata di rinforzo avvolto in GFRP e UHPC, la forza di adesione viene migliorata attraverso il trattamento di sabbiatura e la resistenza residua è ≥ 40% dopo il test di cottura al fuoco a 1200 ℃.

Supporto del tunnel: incorporamento di materiali a cambiamento di fase (PCM) nello strato di protezione antincendio per assorbire il calore e ritardare la conduzione della temperatura, riducendo la temperatura superficiale del rinforzo del 50% -70%.

4、 Frontiere della ricerca e proposte standard

Metodo di valutazione delle prestazioni

Modello di accoppiamento termomeccanico: combinando l'equazione di conduzione del calore e la relazione costitutiva, prevede il comportamento sforzo-deformazione dei materiali di rinforzo ad alte temperature.

Prova di resistenza residua: dopo aver riscaldato la curva di fuoco secondo la norma ISO 834, testare la resistenza a trazione residua del materiale di rinforzo.

Direzione di miglioramento standard

Ulteriori indicatori di prestazione alle alte temperature: aggiungere requisiti di resistenza residua di 300 ℃ e 60 minuti alle 'Barre rinforzate con fibra di vetro per ingegneria civile' (JG/T 406).

Sezione speciale sulla progettazione della protezione antincendio: sviluppare linee guida specializzate per la progettazione della protezione antincendio per strutture rinforzate con fibra di vetro, chiarendo la corrispondenza tra lo spessore dello strato protettivo e il limite di resistenza al fuoco.

Attraverso la modifica dei materiali, l’ottimizzazione strutturale e il miglioramento degli standard, l’applicabilità del rinforzo in fibra di vetro in ambienti ad alta temperatura può essere significativamente migliorata, fornendo soluzioni più sicure per campi come l’ingegneria chimica, i trasporti e l’ingegneria navale.