Армирование пластика волокнистым армированием(Армирование FRP) постепенно заменяет традиционную стальную арматуру в гражданском строительстве благодаря своей легкости, высокой прочности и коррозионной стойкости. Однако на ее долговечность влияют различные факторы окружающей среды, и необходимо учитывать следующие ключевые факторы и контрмеры:
1. Влажность и водная среда
Механизм воздействия:
Влага проникает в основание, вызывая разбухание и ослабление связи между волокнами и основанием.
Гидролиз стекловолокна (GFRP) может сопровождаться значительной потерей прочности; углеродные волокна (CFRP) подвержены этому в меньшей степени.
Циклическое воздействие влаги и сухости ускоряет расширение микротрещин, вызывая расслоение и нарушение сцепления.
Меры защиты:
Выбирайте смолы с низкой гигроскопичностью (например, винилэфирные); поверхностное покрытие или гидроизоляционная обработка.
При длительном использовании во влажной среде отдайте предпочтение углепластику.
2. Температура и термоциклирование
Воздействие высоких температур:
Матрица смолы размягчается (выше температуры стеклования), что приводит к снижению жесткости и прочности.
Высокая температура ускоряет реакцию гидролиза и окисления (например,Арамидное волокноAFRP подвержен термической деградации).
Эффекты низких температур:
Охрупчивание матрицы, склонность к образованию микротрещин.
Термоциклирование:
Разница в коэффициентах теплового расширения между волокном и матрицей приводит к накоплению граничных напряжений и вызывает нарушение сцепления.
Меры защиты:
Выбор высокотемпературных стойких смол (например, бисмалеимидных); оптимизация теплового соответствия волокна/подложки.
3. Ультрафиолетовое (УФ) излучение
Механизм воздействия:
УФ-излучение запускает реакцию фотоокисления смолы, что приводит к мелению поверхности, охрупчиванию и увеличению количества микротрещин.
Ускоряет проникновение влаги и химикатов, вызывая синергетическую деградацию.
Меры защиты:
Добавьте поглотители УФ-излучения (например, диоксид титана); покройте поверхность защитным слоем (например, полиуретановым покрытием).
Регулярно проверяйтеКомпоненты из стеклопластикав условиях открытого воздуха.
4. Химическая коррозия
Кислая среда:
Эрозия силикатной структуры в стекловолокнах (чувствительных к стеклопластику), приводящая к разрыву волокон.
Щелочные среды (например, жидкости в порах бетона):
Разрушает силоксановую сеть волокон стеклопластика; матрица смолы может омыляться.
Углеродное волокно (CFRP) обладает превосходной щелочестойкостью и подходит для бетонных конструкций.
Среды с солевым туманом:
Проникновение ионов хлорида ускоряет коррозию на границе раздела и в сочетании с влажностью усугубляет ухудшение эксплуатационных характеристик.
Меры защиты:
Выбор химически стойких волокон (например, углепластика); добавление в матрицу коррозионно-стойких наполнителей.
5. Циклы замораживания-оттаивания
Механизм воздействия:
Влага, проникающая в микротрещины, замерзает и расширяется, увеличивая размер повреждения; повторное замерзание и оттаивание приводит к растрескиванию матрицы.
Меры защиты:
Контролируйте водопоглощение материала; используйте гибкую смоляную матрицу для уменьшения хрупких повреждений.
6. Длительная нагрузка и ползучесть
Эффекты статической нагрузки:
Ползучесть смоляной матрицы приводит к перераспределению напряжений, и волокна подвергаются более высоким нагрузкам, что может спровоцировать разрушение.
AFRP значительно ползет, CFRP имеет наилучшее сопротивление ползучести.
Динамическая нагрузка:
Усталостная нагрузка ускоряет расширение микротрещин и сокращает усталостную долговечность.
Меры защиты:
При проектировании следует учитывать более высокий коэффициент безопасности; отдавайте предпочтение углепластику или высокомодульным волокнам.
7. Интегрированная экологическая связь
Реальные сценарии (например, морская среда):
Влажность, соляной туман, колебания температуры и механические нагрузки действуют синергетически, значительно сокращая срок службы.
Стратегия реагирования:
Многофакторная оценка эксперимента по ускоренному старению; фактор дисконтирования резерва окружающей среды при проектировании.
Резюме и рекомендации
Выбор материала: Предпочтительный тип волокна в зависимости от окружающей среды (например, углепластик с хорошей химической стойкостью, стеклопластик с низкой стоимостью, но требующий защиты).
Защитная конструкция: покрытие поверхности, герметизация, оптимизированный состав смолы.
Мониторинг и обслуживание: регулярное обнаружение микротрещин и ухудшения характеристик, своевременный ремонт.
ДолговечностьАрмирование стеклопластикомнеобходимо гарантировать за счет сочетания оптимизации материалов, проектирования конструкции и оценки экологической адаптивности, особенно в суровых условиях, где необходимо тщательно проверять долгосрочные эксплуатационные характеристики.
Время публикации: 02.04.2025
