Siatka z włókna szklanego: cykle zamrażania-rozmrażania – niszczycielska siła ekspansji kryształków lodu na interfejsach kompozytowych

Woda ma wyjątkową i destrukcyjną właściwość: po zamarznięciu zwiększa swoją objętość od około 4% do 9%. Ta ekspansja generuje ogromne ciśnienie w ograniczonych przestrzeniach. W systemie ściennym te ograniczone przestrzenie występują na poziomie mikroskopowym-wzdłuż granicy włókien szklanych z ich powłoką, w obrębie mikro-pęknięć w osnowie oraz na granicy siatki i zaprawy.

Badania potwierdzają, że interfejs-włókna światłowodowego jest najbardziej wrażliwym punktem. Badania z wykorzystaniem skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) wykazały, że cykle-rozmrażania stopniowo pogarszają wiązanie pomiędzy włóknem a matrycą, osłabiając integralność strukturalną całego układu kompozytowego. Cykliczny charakter uszkodzeń jest krytyczny: każde zdarzenie zamrożenia-odtajania przybliża interfejs do awarii.

Niedawne badania ukazały szczegółowy obraz tego, jak cykle-rozmrażania stopniowo niszczą interfejsy kompozytowe:

Etap pierwszy– Absorpcja wody: w fazie rozmrażania woda wnika w istniejące mikro-pęknięcia i puste przestrzenie na styku-matrycy światłowodowej. Te-istniejące defekty stają się punktami wejścia wilgoci.

Etap drugi– Inicjacja pęknięć: Gdy temperatura spada, uwięziona woda zamarza i rozszerza się. Rozszerzanie objętościowe wytwarza ciśnienie, które powoduje rozwój pęknięć na granicy faz. Tworzą się nowe mikro-pęknięcia promieniujące na zewnątrz od pierwotnej wady.

Etap trzeci– Propagacja pęknięć: Z każdym kolejnym cyklem nowo utworzone pęknięcia rozszerzają się i łączą z sąsiednimi pustkami. Tworzy to reakcję łańcuchową.-Więcej pęknięć oznacza więcej dróg wnikania wody, co oznacza większe tworzenie się lodu w następnym cyklu. Trój-wymiarowa tomografia rentgenowska- wykazała, że ​​pęknięcia powstają przede wszystkim w warstwach (wewnątrzlaminarne) i pomiędzy warstwami (międzywarstwowe), przy czym preferowanym miejscem uszkodzeń jest powierzchnia styku.

Etap czwarty– Trwała degradacja: W powtarzających się cyklach skumulowane uszkodzenia prowadzą do mierzalnego pogorszenia właściwości mechanicznych. W badaniach zaobserwowano trwały spadek modułu zachowawczego, co wskazuje na nieodwracalną degradację fizyczną zarówno matrycy polimerowej, jak i powierzchni styku-matrycy włóknistej.

Uszkodzenia zaczynają się niewidocznie, ale z biegiem czasu ujawniają się w sposób widoczny. Badania nad kompozytami-wzmocnionymi włóknem szklanym poddawanymi cyklom zamrażania-rozmrażania udokumentowały:

• Znaczące zmniejszenie właściwości rozciągających, ścinających i ściskających po dłuższych cyklach
• Tworzenie się pęknięć wewnętrznych wykrywalne-na drodze nieniszczącej kontroli
• Pęknięcie włókna widoczne pod mikroskopem optycznym
• Degradacja osnowy, która pogarsza wiązanie włókien osnowy i wypełnienia

W ciężkich przypadkach cykle termiczne powodują degradację matrycy do takiego stopnia, że ​​naruszona zostaje strukturalna integralność całego laminatu.

Uszkodzenia związane z zamrożeniem-rozmrożeniem nie występują samodzielnie. Często łączy się z atakiem alkalicznym, tworząc atak synergiczny. Woda przenikająca przez powierzchnię styku niesie ze sobą jony alkaliczne z matrycy cementowej. Jony te atakują włókna szklane chemicznie, podczas gdy ekspansja lodu atakuje je fizycznie. Badania powierzchni stykowych-betonowych z GFRP wykazały znaczną degradację integralności wiązania wraz ze wzrostem cykli-rozmrażania, szczególnie w obecności- soli odladzających lub alkalicznej wody porów.

Dlatego właśnie niezbędna jest siatka z włókna szklanego o wysokiej zawartości tlenku cyrkonu (ZrO₂ większa lub równa 14,5%) i solidne systemy powłok. Powłoka musi być odporna zarówno na atak chemiczny, jak i naprężenia fizyczne wynikające z rozszerzania się lodu, utrzymując swoje wiązanie z włóknami nawet wtedy, gdy woda próbuje je rozdzielić.

Badania nad materiałami-wzmocnionymi włóknem szklanym dostarczają zachęcających danych. Badania pokazują, że po 25 cyklach zamrażania-rozmrażania odpowiednio wzmocnione próbki mogą utrzymać współczynnik utraty masy poniżej 5% i współczynnik utraty wytrzymałości poniżej 25%-, spełniając wymagania praktycznych zastosowań inżynieryjnych w klimatach, w których występuje zarówno zima, jak i letni upał.

Osiągnięcie tego poziomu wydajności wymaga:

• Materiały wysokiej jakości: Siatka o odpowiedniej zawartości włókien, odpowiedniej powłoce i potwierdzonej odporności na alkalia.
• Prawidłowe osadzenie: Pełne zamknięcie w zaprawie, aby zminimalizować początkowe drogi wody.
• Inżynieria interfejsu: Zapewnienie kompatybilności pomiędzy powłoką siatkową a zaprawą, aby zmaksymalizować siłę wiązania.

Cykle zamrażania-odmrażania to jedna z najbardziej niszczycielskich sił, z jakimi może spotkać się przegroda budynku. Mechanizm jest nieubłagany: woda przenika, lód rozszerza się, zawodzą połączenia, a zniszczenia kumulują się z każdym cyklem sezonowym. Dla zespołów projektowych pracujących w zimnym klimacie oznacza to określenie zbrojenia, które wytrzyma nie tylko napięcie, ale także wielokrotny atak fizyczny zamarzającej wody.

Kiedy wybierzeszsiatka z tkaniny z włókna szklanegoze sprawdzoną odpornością na zamarzanie-odmrażanie-potwierdzoną testami i o wysokiej zawartości tlenku cyrkonu oraz solidną powłoką-inwestujesz w system ścienny, który przetrwa zimę po zimie, rok po roku. Lód będzie nadal napływał, ale wasze posiłki nie ustaną.

Jeśli masz pytania dotyczące siatki z włókna szklanego zapewniającej odporność na zamarzanie-odmrażanie lub potrzebujesz niestandardowych rozwiązań dla swojego projektu, skontaktuj się z namiskontaktuj się z nami. Nasz profesjonalny zespół jest gotowy udzielić Ci wsparcia technicznego i szczegółowych informacji o produkcie.

Biuro: +86-21-66037922
             +86-21-66037926
E-mail: sales@galaxy-fiber.com
Telefon komórkowy: +86-18721503790
GALAXYFIBER