Como as propriedades mecânicas do reforço de fibra de vidro mudam sob condições de alta temperatura? Quais são os requisitos especiais para projeto de proteção contra incêndio?

Mudanças no desempenho mecânico e requisitos de projeto de proteção contra incêndio de reforço de fibra de vidro sob ambiente de alta temperatura

1、 Mudanças nas propriedades mecânicas do reforço de fibra de vidro sob ambiente de alta temperatura

As mudanças no desempenho mecânico do reforço de fibra de vidro sob ambiente de alta temperatura mostram características óbvias do estágio, manifestadas especificamente como:

Faixa de baixa temperatura (100-200 ℃)

Mudanças de desempenho: A resistência e o módulo de elasticidade diminuem lentamente em cerca de 10% -15%.

Mecanismo: A alta temperatura intensifica o movimento térmico das moléculas de fibra de vidro, levando ao enfraquecimento das forças intermoleculares entre as fibras, mas as ligações químicas ainda não foram destruídas.

Suporte de dados: Experimentos mostraram que a taxa de retenção da resistência à tração do reforço de fibra de vidro é de cerca de 85% -90% a 200 ℃.

Faixa de temperatura média (200-300 ℃)

Mudanças de desempenho: O desempenho diminui significativamente, com uma redução de 30% -50% na resistência à tração e uma diminuição mais significativa no módulo de elasticidade.

Mecanismo: As ligações químicas (como as ligações Si-O) começam a quebrar, a estrutura molecular da fibra se despolimeriza e a força da ligação interfacial enfraquece.

Suporte de dados: A 300 ℃, a resistência à tração pode diminuir para menos de 50% do valor normal da temperatura, enquanto o alongamento aumenta, mas a capacidade de carga diminui.

Faixa de alta temperatura (>300 ℃)

Mudanças de desempenho: amolecimento, fusão e até combustão, perdendo completamente as propriedades mecânicas.

Mecanismo: A matriz de resina sofre decomposição térmica, a estrutura da fibra se desintegra e o material sofre reações de carbonização ou combustão.

Suporte de dados: Quando a temperatura excede 400 ℃, o reforço de fibra de vidro pode perder sua integridade devido à decomposição da resina.

Vantagens comparativas com barras de aço

Resistência a altas temperaturas: O reforço de fibra de vidro não queima com chama aberta abaixo de 300 ℃, enquanto o reforço de aço pode sofrer uma queda repentina na resistência acima de 600 ℃ devido ao descascamento da camada de óxido.

Retardo de chama: O índice final de oxigênio (LOI) do reforço de fibra de vidro é de cerca de 26% -35%, o que é melhor do que os materiais poliméricos comuns.

2、 Requisitos de projeto de proteção contra incêndio para reforço de fibra de vidro em ambientes de alta temperatura

Para garantir a segurança do reforço de fibra de vidro em ambientes de alta temperatura, o projeto de proteção contra incêndio deve seguir os seguintes princípios fundamentais:

Conformidade com os regulamentos de prevenção de incêndio em edifícios

Compartimento contra incêndio: De acordo com o 'Código para Projeto de Proteção contra Incêndio de Edifícios' (GB 50016), os compartimentos contra incêndio são divididos em edifícios fabris de um único andar com área ≤ 3.000 metros quadrados e edifícios de vários andares com área ≤ 2.000 metros quadrados.

Classificação de resistência ao fogo: A classificação de resistência ao fogo do edifício da fábrica conjunta não deve ser inferior ao nível dois, e divisórias resistentes ao fogo com um limite de resistência ao fogo de ≥ 2,0 horas devem ser usadas em áreas-chave (como a seção de fusão).

Requisitos de material e construção

Isolamento contra fogo: Áreas de alta temperatura (como oficinas de fornos) e outras áreas devem usar divisórias resistentes ao fogo com limite de resistência ao fogo ≥ 2,0 horas, e portas e janelas devem usar portas e janelas resistentes ao fogo Classe B.

Proteção estrutural: Para reforços de fibra de vidro expostos a altas temperaturas, pode-se utilizar placa de silicato de cálcio (resistente ao fogo por 4 horas) ou manta de fibra cerâmica para envolvimento e proteção.

projeto de evacuação segura

Configuração de saída: Cada andar deve ter pelo menos 2 saídas de segurança e a distância de evacuação deve ser ≤ 60m (para andares únicos) ou ≤ 40m (para andares múltiplos).

Sinais de evacuação: Instale indicadores de evacuação fluorescentes para garantir visibilidade ≥ 10m após queda de energia.

Configuração da instalação de proteção contra incêndio

Sistema de extinção de incêndio: A oficina de alta temperatura está equipada com sistema automático de extinção de incêndio por sprinkler ou sistema de extinção de incêndio a gás, com consumo de água projetado de ≥ 10L/s · ㎡.

Dispositivo de alarme: Instale um detector de temperatura linear com uma temperatura de alarme definida em 58 ℃ (temperatura operacional de 72 ℃).

3、 Estudo de caso sobre otimização de desempenho em alta temperatura e projeto de proteção contra incêndio

Técnicas de otimização de desempenho

Tratamento de superfície: A pulverização de revestimentos resistentes a altas temperaturas (como resina de silicone) pode aumentar a taxa de retenção de resistência para mais de 60% a 300 ℃.

Modificação do composto: adição de partículas de alumina ou carboneto de silício para aumentar a temperatura de amolecimento para acima de 500 ℃.

Exemplos de aplicações de engenharia

Plataforma oceânica: Adotando uma estrutura combinada de reforço de GFRP enrolado e UHPC, a resistência da ligação é melhorada através do tratamento com jato de areia, e a resistência residual é ≥ 40% após o teste de cozimento a fogo de 1200 ℃.

Suporte do túnel: Incorporação de materiais de mudança de fase (PCM) na camada de proteção contra incêndio para absorver o calor e retardar a condução da temperatura, reduzindo a temperatura da superfície do reforço em 50% -70%.

4. Fronteiras de pesquisa e sugestões padrão

Método de avaliação de desempenho

Modelo de acoplamento termomecânico: Combinando a equação de condução de calor e a relação constitutiva, prevê o comportamento tensão-deformação de materiais de reforço em altas temperaturas.

Teste de resistência residual: Após aquecer a curva de fogo de acordo com a norma ISO 834, teste a resistência à tração residual do material de reforço.

Direção de melhoria padrão

Indicadores adicionais de desempenho em alta temperatura: Adicione requisitos de resistência residual de 300 ℃ e 60 minutos às 'Barras Reforçadas com Fibra de Vidro para Engenharia Civil' (JG/T 406).

Seção especial sobre projeto de proteção contra incêndio: Desenvolver diretrizes especializadas de projeto de proteção contra incêndio para estruturas reforçadas com fibra de vidro, esclarecendo a correspondência entre a espessura da camada protetora e o limite de resistência ao fogo.

Através da modificação de materiais, otimização estrutural e melhoria de padrões, a aplicabilidade do reforço de fibra de vidro em ambientes de alta temperatura pode ser significativamente melhorada, fornecendo soluções mais seguras para áreas como engenharia química, transporte e engenharia naval.