Как изменяются механические свойства стекловолоконной арматуры в условиях высоких температур? Каковы особые требования к проектированию противопожарной защиты?

Изменения механических характеристик и требования к проектированию противопожарной защиты стекловолоконной арматуры в условиях высоких температур

1、 Изменения механических свойств стекловолоконной арматуры в условиях высоких температур.

Изменения механических характеристик арматуры из стекловолокна в условиях высокой температуры демонстрируют очевидные стадийные характеристики, в частности проявляющиеся как:

Диапазон низких температур (100-200 ℃)

Изменения производительности: прочность и модуль упругости медленно уменьшаются примерно на 10–15%.

Механизм: Высокая температура усиливает тепловое движение молекул стекловолокна, что приводит к ослаблению межмолекулярных сил между волокнами, но химические связи еще не разрушены.

Подтверждение данных: Эксперименты показали, что степень сохранения прочности на растяжение армирования из стекловолокна составляет около 85% -90% при 200 ℃.

Диапазон средних температур (200-300 ℃)

Изменения в характеристиках: Производительность значительно снижается: прочность на разрыв снижается на 30–50 %, а модуль упругости снижается более значительно.

Механизм: химические связи (например, связи Si-O) начинают разрушаться, молекулярная структура волокна деполимеризуется, а прочность межфазных связей ослабевает.

Подтверждение данных: при 300 ℃ прочность на разрыв может снизиться до уровня ниже 50% от нормального значения температуры, при этом удлинение увеличивается, но несущая способность снижается.

Диапазон высоких температур (> 300 ℃)

Изменяются характеристики: размягчаются, плавятся и даже горят, полностью теряя механические свойства.

Механизм: матрица смолы подвергается термическому разложению, структура волокна распадается, а материал подвергается реакциям карбонизации или горения.

Поддержка данных: Когда температура превышает 400 ℃, армирование из стекловолокна может потерять свою целостность из-за разложения смолы.

Сравнительные преимущества стальных стержней

Устойчивость к высоким температурам: арматура из стекловолокна не горит открытым пламенем при температуре ниже 300 ℃, в то время как стальная арматура может испытывать внезапное падение прочности выше 600 ℃ из-за отслаивания оксидного слоя.

Огнестойкость: предельный кислородный индекс (LOI) армированного стекловолокна составляет около 26–35%, что лучше, чем у обычных полимерных материалов.

2、 Требования к проектированию противопожарной защиты для армирования из стекловолокна в условиях высоких температур.

Чтобы обеспечить безопасность арматуры из стекловолокна в условиях высоких температур, при проектировании противопожарной защиты следует соблюдать следующие основные принципы:

Соблюдение строительных норм противопожарной безопасности.

Пожарный отсек: В соответствии с «Правилами проектирования противопожарных зданий» (GB 50016), пожарные отсеки делятся на одноэтажные заводские здания площадью ≤ 3000 квадратных метров и многоэтажные здания площадью ≤ 2000 квадратных метров.

Класс огнестойкости: Класс огнестойкости здания совместного завода не должен быть ниже второго уровня, а в ключевых зонах (например, плавильном цехе) должны использоваться огнестойкие перегородки с пределом огнестойкости ≥ 2,0 часов.

Требования к материалам и конструкции

Противопожарная изоляция: в зонах с высокими температурами (например, в печных цехах) и других помещениях следует использовать огнестойкие перегородки с пределом огнестойкости ≥ 2,0 часов, а в дверях и окнах следует использовать огнестойкие двери и окна класса B.

Структурная защита: Для армирования из стекловолокна, подвергающегося воздействию высоких температур, для обертывания и защиты можно использовать плиту из силиката кальция (огнестойкость в течение 4 часов) или одеяло из керамического волокна.

безопасная конструкция эвакуации

Настройка выхода: на каждом этаже должно быть как минимум два безопасных выхода, а расстояние эвакуации должно составлять ≤ 60 м (для одиночных этажей) или ≤ 40 м (для нескольких этажей).

Знаки эвакуации: установите люминесцентные индикаторы эвакуации, чтобы обеспечить видимость на расстоянии ≥ 10 м после отключения электроэнергии.

Конфигурация объекта противопожарной защиты

Система пожаротушения: Высокотемпературный цех оборудован автоматической спринклерной системой пожаротушения или системой газового пожаротушения с расчетным расходом воды ≥ 10 л/с · ㎡.

Устройство сигнализации: установите линейный датчик температуры с температурой сигнализации, установленной на уровне 58 ℃ (рабочая температура 72 ℃).

3、 Практический пример оптимизации высокотемпературных характеристик и проектирования противопожарной защиты.

Методы оптимизации производительности

Обработка поверхности: напыление термостойких покрытий (например, силиконовой смолы) может увеличить степень сохранения прочности до более чем 60% при 300 ℃.

Модификация композита: добавление частиц оксида алюминия или карбида кремния для повышения температуры размягчения выше 500 ℃.

Примеры инженерного применения

Океанская платформа: благодаря использованию комбинированной структуры обернутой арматуры из стеклопластика и UHPC прочность сцепления улучшается за счет пескоструйной обработки, а остаточная прочность составляет ≥ 40% после испытания на огнестойкость при 1200 ℃.

Поддержка туннеля: встраивание материалов с фазовым переходом (PCM) в противопожарный слой для поглощения тепла и замедления теплопроводности, снижая температуру поверхности арматуры на 50–70%.

4、 Границы исследований и стандартные предложения

Метод оценки эффективности

Модель термомеханической связи: сочетание уравнения теплопроводности и определяющего соотношения позволяет прогнозировать поведение арматурных материалов при высоких температурах.

Испытание на остаточную прочность: После нагрева кривой огнестойкости в соответствии со стандартом ISO 834 проверьте остаточную прочность на растяжение армирующего материала.

Стандартное направление улучшения

Дополнительные показатели производительности при высоких температурах: добавьте требования к остаточной прочности 300 ℃ и 60 минут к «Стержням, армированным стекловолокном для гражданского строительства» (JG/T 406).

Специальный раздел по противопожарному проектированию: Разработать специализированные инструкции по противопожарному проектированию стеклопластиковых конструкций, уточняющие соответствие толщины защитного слоя пределу огнестойкости.

За счет модификации материалов, структурной оптимизации и улучшения стандартов можно значительно улучшить применимость армирования из стекловолокна в высокотемпературных средах, обеспечивая более безопасные решения для таких областей, как химическое машиностроение, транспорт и морское машиностроение.