Армирование волокнистым пластикомБлагодаря своей легкости, высокой прочности и коррозионной стойкости, арматура из стекловолокна (FRP) постепенно вытесняет традиционную стальную арматуру в гражданском строительстве. Однако на ее долговечность влияют различные факторы окружающей среды, и необходимо учитывать следующие ключевые факторы и меры противодействия:
1. Влажность и водная среда
Механизм воздействия:
Влага проникает в подложку, вызывая набухание и ослабление связи между волокном и подложкой.
Гидролиз стекловолокна (GFRP) может сопровождаться значительной потерей прочности; углеродные волокна (CFRP) подвержены этому в меньшей степени.
Чередование влажного и сухого состояния ускоряет расширение микротрещин, вызывая расслоение и отслоение.
Меры защиты:
Выбирайте смолы с низкой гигроскопичностью (например, винилэфирные смолы); для нанесения поверхностного покрытия или гидроизоляционной обработки.
В условиях длительной эксплуатации во влажной среде предпочтительнее использовать углепластик.
2. Температура и термические циклы
Воздействие высоких температур:
Матрица смолы размягчается (выше температуры стеклования), что приводит к снижению жесткости и прочности.
Высокая температура ускоряет реакции гидролиза и окисления (например,Арамидное волокноAFRP подвержен термической деградации.
Влияние низких температур:
Охрупчивание матрицы, склонность к микротрещинам.
Термоциклирование:
Разница в коэффициентах теплового расширения между волокном и матрицей приводит к накоплению межфазных напряжений и вызывает отслоение.
Меры защиты:
Выбор термостойких смол (например, бисмалеимида); оптимизация теплового соответствия волокна и подложки.
3. Ультрафиолетовое (УФ) излучение
Механизм воздействия:
Ультрафиолетовое излучение запускает реакцию фотоокисления смолы, что приводит к образованию мелового налета на поверхности, охрупчиванию и увеличению микротрещин.
Ускоряет проникновение влаги и химических веществ, вызывая синергетическую деградацию.
Меры защиты:
Добавьте УФ-поглотители (например, диоксид титана); покройте поверхность защитным слоем (например, полиуретановым покрытием).
Регулярно проводите осмотр.Компоненты из стекловолокнав условиях воздействия окружающей среды.
4. Химическая коррозия
Кислая среда:
Эрозия силикатной структуры в стекловолокнах (чувствительных к стеклопластику), приводящая к разрушению волокон.
Щелочные среды (например, поровые жидкости бетона):
Разрушает силоксановую сетку волокон стекловолокнистого армированного волокном полимера; смоляная матрица может омыляться.
Углеродное волокно (CFRP) обладает превосходной щелочестойкостью и подходит для бетонных конструкций.
Среда солевого тумана:
Проникновение хлорид-ионов ускоряет коррозию на границе раздела фаз и, в сочетании с влажностью, усугубляет снижение эксплуатационных характеристик.
Меры защиты:
Выбор химически стойких волокон (например, CFRP); добавление коррозионностойких наполнителей в матрицу.
5. Циклы замораживания-оттаивания
Механизм воздействия:
Влага, проникающая в микротрещины, замерзает и расширяется, увеличивая размер повреждений; многократное замерзание и оттаивание приводит к растрескиванию матрицы.
Меры защиты:
Контролируйте водопоглощение материала; используйте гибкую смоляную матрицу для уменьшения хрупкости.
6. Долговременная нагрузка и ползучесть
Воздействие статической нагрузки:
Ползучесть полимерной матрицы приводит к перераспределению напряжений, и волокна подвергаются более высоким нагрузкам, что может спровоцировать разрушение.
AFRP обладает значительной ползучестью, а CFRP имеет наилучшую устойчивость к ползучести.
Динамическая загрузка:
Усталостная нагрузка ускоряет распространение микротрещин и сокращает срок службы при усталостных нагрузках.
Меры защиты:
При проектировании следует учитывать более высокий коэффициент запаса прочности; предпочтение следует отдавать углепластику или высокомодульным волокнам.
7. Комплексная экологическая взаимосвязь
Реальные сценарии (например, морская среда):
Влажность, солевые брызги, колебания температуры и механические нагрузки действуют синергетически, значительно сокращая срок службы.
Стратегия реагирования:
Оценка многофакторного эксперимента по ускоренному старению; коэффициент экологической скидки в рамках проектного резерва.
Резюме и рекомендации
Выбор материала: предпочтительный тип волокна в зависимости от условий окружающей среды (например, CFRP обладает хорошей химической стойкостью, GFRP — низкая стоимость, но требует защиты).
Конструкция защитного покрытия: поверхностное покрытие, герметизирующая обработка, оптимизированный состав смолы.
Мониторинг и техническое обслуживание: регулярное выявление микротрещин и ухудшения характеристик, своевременный ремонт.
долговечностьАрмирование из стекловолокнаЭто должно быть гарантировано сочетанием оптимизации материалов, проектирования конструкции и оценки адаптации к окружающей среде, особенно в суровых условиях, где необходимо тщательно проверять долгосрочную работоспособность.
Дата публикации: 02.04.2025
