Сетка из стекловолоконной ткани: циклы замораживания-оттаивания – разрушительная сила расширения кристаллов льда на границах раздела композитных материалов

Вода обладает уникальным разрушительным свойством: при замерзании она расширяется примерно на 4–9% в объеме. Это расширение создает огромное давление в замкнутых пространствах. В стеновой системе эти замкнутые пространства существуют на микроскопическом уровне-вдоль границы между стекловолокнами и их покрытием, внутри микро-трещин в матрице и на границе между сеткой и раствором.

Исследования подтверждают, что интерфейс оптоволоконной-матрицы является наиболее уязвимым местом. Исследования с использованием сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) показали, что циклы замораживания-оттаивания постепенно ухудшают связь между волокном и матрицей, ослабляя структурную целостность всей композитной системы. Циклический характер повреждений имеет решающее значение: каждое событие замораживания-оттаивания приближает интерфейс к отказу.

Недавние исследования выявили подробную картину того, как циклы замораживания-оттаивания постепенно разрушают композитные интерфейсы:

Этап первый– Водопоглощение: на этапе оттаивания вода проникает в существующие микро-трещины и пустоты на границе раздела волокон-матрицы. Эти ранее-существующие дефекты становятся точками проникновения влаги.

Второй этап– Возникновение трещин: когда температура падает, захваченная вода замерзает и расширяется. Объемное расширение создает давление, которое приводит к росту трещин на границе раздела. Образуются новые микро-трещины, расходящиеся наружу от исходного дефекта.

Третий этап– Распространение трещин: с каждым последующим циклом вновь образовавшиеся трещины расширяются и соединяются с соседними пустотами. Это создает цепную реакцию.-Чем больше трещин, тем больше путей для проникновения воды, а это значит, что в следующем цикле образуется больше льда. Трех-рентгеновская-томография показала, что трещины возникают преимущественно внутри слоев (внутриламинарно) и между слоями (межламинарно), причем предпочтительным местом повреждения является поверхность раздела.

Этап четвертый– Устойчивая деградация: в ходе повторяющихся циклов совокупный ущерб приводит к измеримому снижению механических свойств. Исследования показали необратимое снижение модуля упругости, что указывает на необратимую физическую деградацию как полимерной матрицы, так и интерфейса волоконной-матрицы.

Повреждения начинаются незаметно, но со временем проявляются заметно. Исследования композитов, армированных стекловолокном,-подверженных циклическому замораживанию-оттаиванию, показали:

• Существенное снижение свойств на растяжение, сдвиг и сжатие после продолжительной езды на велосипеде.
• Образование внутренних трещин, обнаруживаемое при не-неразрушающем контроле
• Перелом волокна виден под оптической микроскопией
• Деградация матрицы, ухудшающая связывание волокон основы и наполнителя.

В тяжелых случаях циклические изменения температуры разрушают матрицу до такой степени, что структурная целостность всего ламината оказывается под угрозой.

Ущерб от замораживания-оттаивания не возникает изолированно. Он часто сочетается с щелочной атакой, создавая синергетический эффект. Вода, проникающая через границу раздела, уносит с собой щелочные ионы из цементной матрицы. Эти ионы химически воздействуют на стекловолокна, в то время как расширение льда воздействует на них физически. Исследования поверхностей из стеклопластика-бетона показали значительное ухудшение целостности соединения с увеличением циклов замораживания-оттаивания, особенно в присутствии противообледенительных солей или щелочной поровой воды.

Вот почему так важна сетка из стекловолоконной ткани с высоким содержанием циркония (ZrO₂ больше или равно 14,5%) и надежными системами покрытия. Покрытие должно противостоять как химическому воздействию, так и физическим напряжениям расширения льда, сохраняя связь с волокнами, даже когда вода пытается их разъединить.

Исследования материалов, армированных стекловолокном-, дают обнадеживающие данные. Исследования показывают, что после 25 циклов замораживания-оттаивания правильно армированные образцы могут поддерживать скорость потери массы ниже 5 % и скорость потери прочности ниже 25 %-, что соответствует требованиям практического инженерного применения в климатических условиях как с зимним холодом, так и с летней жарой.

Для достижения такого уровня производительности необходимо:

• Качественные материалы: сетка с достаточным содержанием волокон, надлежащим покрытием и проверенной устойчивостью к щелочам.
• Правильная заливка: Полная герметизация раствором для минимизации начальных путей проникновения воды.
• Разработка интерфейса: обеспечение совместимости сетчатого покрытия и раствора для максимизации прочности сцепления.

Циклическое замораживание-оттаивание — одна из самых разрушительных сил, с которыми может столкнуться ограждающая конструкция здания. Механизм неумолим: вода проникает, лед расширяется, границы раздела разрушаются, а ущерб накапливается с каждым сезонным циклом. Для проектных групп, работающих в холодном климате, это означает выбор арматуры, способной выдержать не только напряжение, но и многократное физическое воздействие ледяной воды.

Когда вы выбираетесетка из стекловолокнас доказанной устойчивостью к замерзанию-разложению при оттаивании-подтвержденной испытаниями и разработанной с высоким содержанием диоксида циркония и прочным покрытием-вы инвестируете в стеновую систему, которая выдержит зиму за зимой, год за годом. Лед будет продолжать наступать, но ваше подкрепление будет держаться.

Если у вас есть вопросы о сетке из стекловолокна, устойчивой к морозу-оттаиванию, или вам нужны индивидуальные решения для вашего проекта, пожалуйста,связаться с нами. Наша профессиональная команда готова предоставить вам техническую поддержку и подробную информацию о продукте.

Офис: +86-21-66037922
             +86-21-66037926
Электронная почта: sales@galaxy-fiber.com
Мобильный: +86-18721503790
ГАЛАКТИЧЕСКОЕ волокно