De ce rezistența la tracțiune a armăturii din fibră de sticlă este mult mai mare decât cea a armăturii din oțel, dar modulul elastic este mai mic? Care este mecanismul său mecanic?

Rezistența la tracțiune a armăturii din fibră de sticlă este mult mai mare decât cea a întăririi din oțel, dar modulul său elastic este mai mic, ceea ce se datorează diferențelor esențiale în compoziția materială, microstructura și mecanismul mecanic. Mai jos este o analiză detaliată din perspectiva principiilor științifice:

1 、 Mecanismul de bază al diferenței de rezistență la tracțiune

Armare din fibră de sticlă: legături covalente și mecanism de armare a fibrelor

Baza materialului: Armarea fibrelor de sticlă este făcută din fibră de sticlă ca fază de armare (reprezentând 60% -70% în volum), iar componenta sa de bază este o structură de rețea de silice (SIO ₂), care formează o rețea de înaltă rezistență prin legături covalente.

Sursa de forță:

Energia de fractură a fibrei de sticlă: energia de fractură a fibrei de sticlă este de până la 7,0-9,5 kJ/m ², depășind cu mult energia de fractură a legăturilor metalice din barele de oțel (aproximativ 2,5-4,0 kJ/m ²).

Optimizarea aranjamentului de fibre: fibrele sunt aranjate într -o manieră ordonată de -a lungul direcției axiale, iar sarcina este transmisă eficient fibrelor prin matricea de rășină, obținând stres concentrat de -a lungul direcției fibrelor.

Comparația datelor: rezistența la tracțiune a armăturii din fibră de sticlă poate ajunge la 500-900 MPa, în timp ce cea a armăturii obișnuite din oțel (HRB400) este de 400-600 MPa, iar armarea din oțel de înaltă rezistență (HRB600) este de doar 600-750 MPa.

Armare: Mecanismul de întărire a legăturilor metalice și a dislocării

Fundația materială: barele de oțel sunt confecționate din aliaj de carbon de fier, care se formează într -o structură de perle de ferită prin procese de rulare la cald sau desen la rece. Natura non-direcțională a legăturilor metalice le înzestrează cu o capacitate de încărcare tridimensională uniformă.

Sursa de forță:

Rezistența la mișcare de dislocare: Soluția solidă a soluției solide de carbon și structura lamelară perlată împiedică alunecarea de dislocare, dar energia de fractură a legăturilor metalice limitează limita superioară a rezistenței lor teoretice.

Contribuția deformării plastice: alungirea la ruperea barelor de oțel poate ajunge la 15% -25%. În timpul etapei de deformare plastică, energia este absorbită prin propagarea dislocării, dar o anumită rezistență teoretică este sacrificată.

2 、 Mecanismul de bază al diferenței în modulul elastic

Armare din fibră de sticlă: matrice de rășină și efect de interfață

Limitarea modulului matricial: modulul elastic al matricei de rășină (cum ar fi rășina epoxidică) este de doar 3-5 GPa, mult mai mic decât 200 GPa de armare din oțel.

Slăbiciunea legăturii de interfață: rezistența de legare a interfeței între fibra de sticlă și rășină (de obicei <10 MPa) este mult mai mică decât rezistența de legare între ferită și perlită în barele de oțel și este predispusă la debondarea interfeței sau la fisurarea matricei sub tensiune.

Caracteristici fragile: Curba de eforturi a armatei din fibră de sticlă prezintă o fractură liniară, lipsită de o platformă de randament pentru barele de oțel, rezultând un mod aparent elastic (40-60 GPa), care este doar 1/3-2/5 din cea a barelor de oțel.

Armare: Mecanism de legătură metalică și alunecare de cristal

Esența ridicată a rigidității: Natura non-direcțională a legăturilor metalice permite distribuirea uniformă a sistemului de alunecare a cristalului în spațiul tridimensional, ceea ce duce la o rezistență ridicată la mișcarea de dislocare și la dotarea barelor de oțel cu modul elastic ridicat (200 GPa).

Reglarea deformării plastice: Etapa de deformare plastică a barelor de oțel eliberează concentrația de tensiune locală prin rearanjarea dislocării, menținând stabilitatea modulului elastic.

3 、 Semnificația inginerească a diferențelor de performanță

Bare caracteristice din oțel armat din fibră de sticlă

Rezistență la tracțiune 500-900 MPa (avantaj semnificativ) 400-750 MPA

Modul elastic 40-60 GPA (1/3-2/5 bare de oțel) 200 GPA

Mod de eșec Fractură fragilă (fără avertisment) Eșec ductil de gât (avertizare)

Scenarii aplicabile: cerințe ridicate pentru rezistența la coroziune, greutate ușoară, rezistență la oboseală, deformare plastică și rezistență seismică

4 、 Concluzie

Rezistența ridicată la tracțiune a armăturii de fibre de sticlă se datorează structurii legăturii covalente și aranjamentului optimizat din fibre a fibrelor de sticlă, în timp ce modulul elastic scăzut este limitat de modulul matricei de rășină, de o interfață insuficientă a matricei de fibre și de forța de legare a interfeței și de britica materială. Această combinație de caracteristici îi conferă avantaje unice în ceea ce privește rezistența la coroziune, scenariile ușoare și de rezistență la oboseală, dar se bazează în continuare pe întărirea oțelului în structuri care necesită o rigiditate ridicată sau o deformare plastică. În viitor, prin intermediul tehnologiei de tratare a zonei de rășină sau fibre modificate Nano, este de așteptat să îmbunătățească în continuare modulul elastic al armatei de fibre de sticlă și să -și extindă gama de aplicații.