สมบัติทางกลของการเสริมใยแก้วเปลี่ยนแปลงอย่างไรภายใต้สภาวะอุณหภูมิสูง ข้อกำหนดพิเศษสำหรับการออกแบบการป้องกันอัคคีภัยมีอะไรบ้าง?

การเปลี่ยนแปลงสมรรถนะทางกลและข้อกำหนดการออกแบบการป้องกันอัคคีภัยของการเสริมใยแก้วภายใต้สภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง

1、 การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางกลของการเสริมใยแก้วภายใต้สภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง

การเปลี่ยนแปลงสมรรถนะทางกลของการเสริมใยแก้วภายใต้สภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงแสดงลักษณะของขั้นตอนที่ชัดเจน โดยเฉพาะอย่างยิ่งแสดงเป็น:

ช่วงอุณหภูมิต่ำ (100-200 ℃)

การเปลี่ยนแปลงประสิทธิภาพ: โมดูลัสความแข็งแรงและความยืดหยุ่นลดลงอย่างช้าๆประมาณ 10% -15%

กลไก: อุณหภูมิสูงทำให้การเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของโมเลกุลของใยแก้วรุนแรงขึ้น ส่งผลให้แรงระหว่างโมเลกุลระหว่างเส้นใยอ่อนลง แต่พันธะเคมียังไม่ถูกทำลาย

การสนับสนุนข้อมูล: การทดลองแสดงให้เห็นว่าอัตราการคงอยู่ของความต้านทานแรงดึงของการเสริมใยแก้วอยู่ที่ประมาณ 85% -90% ที่ 200 ℃

ช่วงอุณหภูมิปานกลาง (200-300 ℃)

การเปลี่ยนแปลงด้านประสิทธิภาพ: ประสิทธิภาพลดลงอย่างมาก โดยมีความต้านทานแรงดึงลดลง 30% -50% และโมดูลัสยืดหยุ่นลดลงอย่างเห็นได้ชัด

กลไก: พันธะเคมี (เช่น พันธะ Si-O) เริ่มแตกตัว โครงสร้างโมเลกุลของเส้นใยสลายตัว และความแข็งแรงของพันธะระหว่างผิวลดลง

การสนับสนุนข้อมูล: ที่ 300 ℃ ความต้านทานแรงดึงอาจลดลงต่ำกว่า 50% ของค่าอุณหภูมิปกติ ในขณะที่การยืดตัวเพิ่มขึ้น แต่ความจุแบริ่งลดลง

ช่วงอุณหภูมิสูง (>300 ℃)

การเปลี่ยนแปลงด้านประสิทธิภาพ: การอ่อนตัว การหลอมละลาย และแม้กระทั่งการเผาไหม้ ทำให้สูญเสียคุณสมบัติทางกลไปโดยสิ้นเชิง

กลไก: เมทริกซ์เรซินผ่านการสลายตัวด้วยความร้อน โครงสร้างเส้นใยจะสลายตัว และวัสดุจะเกิดปฏิกิริยาคาร์บอไนเซชันหรือการเผาไหม้

การสนับสนุนข้อมูล: เมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 400 ℃ การเสริมใยแก้วอาจสูญเสียความสมบูรณ์เนื่องจากการสลายตัวของเรซิน

ข้อดีเปรียบเทียบกับเหล็กเส้น

ความต้านทานต่ออุณหภูมิสูง: การเสริมใยแก้วจะไม่ไหม้ด้วยเปลวไฟเปิดที่อุณหภูมิต่ำกว่า 300 ℃ ในขณะที่การเสริมแรงด้วยเหล็กอาจมีความแข็งแรงลดลงอย่างกะทันหันที่สูงกว่า 600 ℃ เนื่องจากการหลุดลอกของชั้นออกไซด์

สารหน่วงไฟ: ดัชนีออกซิเจนขั้นสูงสุด (LOI) ของการเสริมแรงด้วยใยแก้วอยู่ที่ประมาณ 26% -35% ซึ่งดีกว่าวัสดุโพลีเมอร์ทั่วไป

2、 ข้อกำหนดการออกแบบการป้องกันอัคคีภัยสำหรับการเสริมแรงด้วยไฟเบอร์กลาสในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง

เพื่อให้มั่นใจในความปลอดภัยของการเสริมแรงไฟเบอร์กลาสในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง การออกแบบการป้องกันอัคคีภัยควรเป็นไปตามหลักการสำคัญดังต่อไปนี้:

การปฏิบัติตามข้อกำหนดการป้องกันอัคคีภัยในอาคาร

ห้องดับเพลิง: ตาม 'รหัสสำหรับการออกแบบการป้องกันอัคคีภัยของอาคาร' (GB 50016) ห้องดับเพลิงแบ่งออกเป็นอาคารโรงงานชั้นเดียวที่มีพื้นที่ ≤ 3,000 ตารางเมตร และอาคารหลายชั้นที่มีพื้นที่ ≤ 2,000 ตารางเมตร

ระดับการทนไฟ: ระดับการทนไฟของอาคารโรงงานร่วมต้องไม่ต่ำกว่าระดับ 2 และต้องใช้พาร์ติชันทนไฟที่มีขีดจำกัดการทนไฟ ≥ 2.0 ชั่วโมงในพื้นที่สำคัญ (เช่น ส่วนการหลอมละลาย)

ข้อกำหนดด้านวัสดุและการก่อสร้าง

การแยกไฟ: พื้นที่ที่มีอุณหภูมิสูง (เช่นโรงปฏิบัติงานเตาเผา) และพื้นที่อื่น ๆ ควรใช้ฉากกั้นทนไฟที่มีขีดจำกัดการทนไฟที่ ≥ 2.0 ชั่วโมง และประตูและหน้าต่างควรใช้ประตูและหน้าต่างทนไฟคลาส B

การป้องกันโครงสร้าง: สำหรับการเสริมใยแก้วที่สัมผัสกับอุณหภูมิสูง สามารถใช้แผ่นแคลเซียมซิลิเกต (ทนไฟเป็นเวลา 4 ชั่วโมง) หรือผ้าห่มใยเซรามิกเพื่อห่อและป้องกันได้

การออกแบบการอพยพที่ปลอดภัย

การตั้งค่าทางออก: แต่ละชั้นควรมีทางออกด้านความปลอดภัยอย่างน้อย 2 ทาง และระยะอพยพควรอยู่ที่ ≤ 60 ม. (สำหรับชั้นเดียว) หรือ ≤ 40 ม. (สำหรับหลายชั้น)

ป้ายอพยพ: ติดตั้งตัวบ่งชี้การอพยพด้วยฟลูออเรสเซนต์เพื่อให้แน่ใจว่ามองเห็นได้ในระยะ ≥ 10 เมตรหลังจากไฟฟ้าดับ

การกำหนดค่าสิ่งอำนวยความสะดวกป้องกันอัคคีภัย

ระบบดับเพลิง: เวิร์คช็อปที่อุณหภูมิสูงติดตั้งระบบดับเพลิงแบบสปริงเกอร์อัตโนมัติหรือระบบดับเพลิงด้วยแก๊ส โดยมีปริมาณการใช้น้ำที่ออกแบบมาที่ ≥ 10L/s · ตารางเมตร

อุปกรณ์แจ้งเตือน: ติดตั้งเครื่องตรวจจับอุณหภูมิเชิงเส้นโดยตั้งอุณหภูมิสัญญาณเตือนไว้ที่ 58 ℃ (อุณหภูมิในการทำงาน 72 ℃)

3、 กรณีศึกษาเกี่ยวกับการเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานที่อุณหภูมิสูงและการออกแบบการป้องกันอัคคีภัย

เทคนิคการเพิ่มประสิทธิภาพการทำงาน

การรักษาพื้นผิว: การพ่นสารเคลือบทนอุณหภูมิสูง (เช่น เรซินซิลิโคน) สามารถเพิ่มอัตราการรักษาความแข็งแรงได้มากกว่า 60% ที่ 300 ℃

การดัดแปลงแบบคอมโพสิต: การเติมอนุภาคอลูมินาหรือซิลิคอนคาร์ไบด์เพื่อเพิ่มอุณหภูมิอ่อนตัวให้สูงกว่า 500 ℃

ตัวอย่างการใช้งานทางวิศวกรรม

แพลตฟอร์มมหาสมุทร: ใช้โครงสร้างผสมผสานระหว่างการเสริมแรง GFRP และ UHPC ที่ห่อไว้ ความแข็งแรงในการยึดเกาะได้รับการปรับปรุงผ่านการพ่นทราย และความแข็งแรงที่เหลือคือ ≥ 40% หลังจากการทดสอบการอบด้วยไฟ 1200 ℃

การสนับสนุนอุโมงค์: การฝังวัสดุเปลี่ยนเฟส (PCM) ไว้ในชั้นป้องกันอัคคีภัยเพื่อดูดซับความร้อนและชะลอการนำอุณหภูมิ ส่งผลให้อุณหภูมิพื้นผิวของเหล็กเสริมลดลง 50% -70%

4、 ขอบเขตการวิจัยและข้อเสนอแนะมาตรฐาน

วิธีการประเมินผลการปฏิบัติงาน

แบบจำลองการเชื่อมต่อเชิงกลด้วยความร้อน: การผสมผสานสมการการนำความร้อนและความสัมพันธ์เชิงโครงสร้างเข้าด้วยกัน ทำนายพฤติกรรมความเค้น-ความเครียดของวัสดุเสริมแรงที่อุณหภูมิสูง

การทดสอบความแข็งแรงตกค้าง: หลังจากให้ความร้อนแก่เส้นโค้งไฟตามมาตรฐาน ISO 834 แล้ว ให้ทดสอบความต้านทานแรงดึงตกค้างของวัสดุเสริมแรง

ทิศทางการปรับปรุงมาตรฐาน

ตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพการทำงานที่อุณหภูมิสูงเพิ่มเติม: เพิ่มความต้องการความแข็งแรงคงเหลือ 300 ℃ และ 60 นาทีใน 'แท่งเสริมใยแก้วสำหรับวิศวกรรมโยธา' (JG/T 406)

ส่วนพิเศษเกี่ยวกับการออกแบบการป้องกันอัคคีภัย: พัฒนาแนวทางการออกแบบการป้องกันอัคคีภัยเฉพาะสำหรับโครงสร้างเสริมใยแก้ว ชี้แจงความสอดคล้องระหว่างความหนาของชั้นป้องกันและขีดจำกัดการทนไฟ

ด้วยการปรับเปลี่ยนวัสดุ การเพิ่มประสิทธิภาพโครงสร้าง และการปรับปรุงมาตรฐาน สามารถปรับปรุงการประยุกต์ใช้การเสริมใยแก้วในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงได้อย่างมีนัยสำคัญ โดยมอบโซลูชันที่ปลอดภัยยิ่งขึ้นสำหรับสาขาต่างๆ เช่น วิศวกรรมเคมี การขนส่ง และวิศวกรรมทางทะเล