Introducción

Como un nuevo tipo de material,Envoltura de FRPHa sido ampliamente utilizado para reparar y reforzar estructuras de hormigón en los últimos años debido a su alta relación resistencia-peso, resistencia a la corrosión y fácil construcción. El método de refuerzo común es usar adhesivo estructural de construcción para pegar envoltura de CFRP en la superficie de tracción de vigas y losas de concreto, o envolver columnas de concreto para reforzar la estructura. Sin embargo, la resistencia al fuego de las estructuras de concreto reforzado con envoltura de CFRP es muy pobre. La temperatura ambiente de las estructuras de hormigón reforzadas y reparadas con envoltura de CFRP no debe ser superior a 60 C durante mucho tiempo. Por un lado, la mayoría de los adhesivos utilizados para pegar láminas de fibra de carbono son epoxi. Cuando la temperatura excede la temperatura de transición vítrea (Tg), los adhesivos se descomponen o ablandan, perdiendo así la fuerza de cizallamiento entre las fibras y evitando que las fibras se pandeen. Por otro lado, en condiciones aeróbicas, cuando la temperatura es superior a 400 C, la envoltura de CFRP se oxidará obviamente y la combustión liberará humo tóxico. Se encuentra que la estructura reforzada con CFRP sin ninguna medida de protección contra incendios apenas puede cumplir con los requisitos de resistencia al fuego. Por lo tanto, tomar buenas medidas de protección para mejorar la resistencia al fuego de la estructura de concreto reforzado con envoltura de CFRP tiene un papel muy importante. Los investigadores en el país y en el extranjero han realizado una gran cantidad de investigaciones experimentales y análisis teóricos sobre las medidas de protección contra incendios y la mejora del rendimiento de resistencia al fuego de los miembros de concreto reforzado con CFRP, y han logrado resultados de investigación fructíferos. Basado en el análisis de la literatura de investigación existente en el hogar y en el extranjero, tomando la estructura de concreto reforzado con CFRP como objeto de investigación, este documento expone principalmente la comparación de los materiales de protección contra incendios utilizados en la estructura de concreto reforzado con envoltura de CFRP en la actualidad, resume sistemáticamente los factores que afectan su resistencia al fuego, y señala algunos problemas a estudiar.

Comparación de materiales de protección contra incendios existentes

Debido a que la envoltura de CFRP en sí misma no tiene suficiente resistencia al fuego, y la envoltura de CFRP se usa principalmente para refuerzo y reparación, no se usa como material a prueba de fuego, por lo que el código requiere que después de fortalecer la estructura de concreto con envoltura de CFRP, la superficie de la estructura reforzada y reparada debe ser protegida. Los materiales resistentes al fuego y sus métodos de tratamiento deben usarse para lograr los grados de protección contra incendios requeridos de los edificios después del refuerzo. Cuando las estructuras reforzadas están en otros ambientes especiales, los materiales protectores eficaces se deben seleccionar según circunstancias específicas. En la actualidad, los principales materiales de protección contra incendios utilizados en las estructuras de concreto reforzado con envoltura de CFRP son: revestimiento ignífugo grueso, revestimiento ignífugo ultrafino, tablero de prevención de incendios y mortero de cemento ordinario.

(1) Recubrimientos ignífugos gruesos: el mecanismo de los recubrimientos ignífugos gruesos es prevenir y consumir el calor del fuego en la superficie del sustrato haciendo uso del buen aislamiento térmico de los materiales aislantes de alta eficiencia inherentes a los recubrimientos y el efecto de absorción de calor de los aditivos. para aliviar la temperatura crítica del sustrato. Los recubrimientos ignífugos gruesos no solo tienen ventajas obvias en la resistencia al fuego, sino que también tienen las características de resistencia al agua, bajo costo y buena resistencia a la intemperie. Se usó una viga protectora revestida con retardante de fuego de 40mm de espesor para la prueba de resistencia al fuego. La temperatura de la superficie de CFRP fue de aproximadamente 225 C después de 2 horas de fuego, y el límite de resistencia al fuego de la muestra fue de 125 min, que excedió el límite de resistencia al fuego del primer grado requerido por el Código de Protección contra Incendios en Diseño Arquitectónico (GB 16-87) Para 2,0 H. Esto muestra que el método tiene un mejor efecto de prevención de incendios. Los recubrimientos gruesos son propensos a la contracción y el agrietamiento debido al grosor de los recubrimientos, por lo que el grosor de cada recubrimiento no supera los 10mm, y los recubrimientos deben fijarse con malla de alambre y pernos de expansión.

(2) Recubrimientos ignífugos ultrafinos: se libera una gran cantidad de gases inertes por descomposición térmica a alta temperatura de fuego, lo que reduce la concentración de gases combustibles y oxígeno en el aire, y ralentiza o suprime la combustión. Además, cuando se dispara el recubrimiento, se expande y hace espuma, formando una capa de espuma carbonizada porosa ligera, que puede prevenir eficazmente la transferencia de calor al sustrato. Se descubrió experimentalmente que las vigas reforzadas con recubrimientos ignífugos ultrafinos para protección contra incendios tenían grietas más anchas en el recubrimiento al principio, y luego, con el aumento del espesor de espuma, las grietas más anchas entre los recubrimientos se llenaron lentamente. Comparativamente hablando, la resistencia al fuego del revestimiento ignífugo ultrafino es inferior a la del revestimiento ignífugo grueso. Para mejorar la adhesión entre los recubrimientos y la envoltura de CFRP, además de la malla de alambre entre los recubrimientos y la envoltura de CFRP, se debe rociar una pequeña cantidad de arena de cuarzo en el exterior.

(3) Tablero a prueba de fuego: generalmente, está hecho de material inorgánico como material base, y agrega varios materiales modificados después de un cierto proceso. Este tipo de placa puede mantener una cierta fuerza en el fuego, y tiene buena estabilidad dimensional y rendimiento de aislamiento contra incendios. El tablero a prueba de fuego de silicato de calcio de 40mm de espesor se utilizó como capa protectora bajo la curva de calentamiento estándar IS0834 durante 122 minutos, y la desviación final fue de 143,6mm. El criterio para determinar el límite de resistencia al fuego de las muestras es que las muestras colapsan o la deflexión máxima de las muestras excede L/20 durante la prueba, en la que L es el alcance de fuego de las muestras, unidad mm. El alcance de fuego real de la viga es de 4m, y el límite máximo de desviación es de 200mm. Por lo tanto, el tablero de protección contra incendios aún puede lograr un mejor efecto de protección contra incendios.

(4) mortero de cemento: rociado o pintado manualmente, el mortero de cemento se aplicará a la superficie de los componentes de refuerzo. El mortero de cemento no es un material a prueba de fuego. Se sugiere que el mortero de cemento ordinario también se puede utilizar como una medida de protección a prueba de fuego para fortalecer las vigas de concreto bajo la condición de límite bajo a prueba de fuego. Para evitar el derramamiento prematuro de la envoltura de CFRP, la malla de alambre de acero en forma de U debe establecerse entre el mortero de cemento y la envoltura de CFRP, y los tornillos de expansión deben establecerse en la parte superior de la viga en ambos lados para reforzar la malla de alambre de acero.

Principales factores que afectan la resistencia al fuego

De acuerdo con la literatura existente, los factores que afectan la resistencia al fuego de las vigas de concreto reforzado con envoltura de CFRP son: el grosor de la cubierta de concreto, la relación de carga, el refuerzo de envoltura de CFRP, el grosor del recubrimiento, la relación de la envuelta a la altura, el rendimiento térmico de los materiales resistentes al fuego.