Aktualności

Dziękujemy za odwiedzenie zawartości rozproszonego włókna szklanego z włókna szklanego.Używasz wersji przeglądarki z ograniczoną obsługą CSS.Aby uzyskać najlepsze wrażenia, zalecamy korzystanie ze zaktualizowanej przeglądarki (lub wyłączenie trybu zgodności w Internet Explorerze).Ponadto, aby zapewnić stałe wsparcie, pokazujemy witrynę bez stylów i JavaScript.
Beton polimerowo-zbrojony (FRP) jest uważany za innowacyjną i ekonomiczną metodę naprawy konstrukcji.W tym badaniu wybrano dwa typowe materiały [polimer wzmocniony włóknem węglowym (CFRP) i polimer wzmocniony włóknem szklanym (GFRP)], aby zbadać wzmacniający wpływ betonu w trudnych warunkach.Omówiono odporność betonu zawierającego FRP na atak siarczanów i związane z nim cykle zamrażania-rozmrażania.Mikroskopia elektronowa do badania powierzchniowej i wewnętrznej degradacji betonu podczas erozji sprzężonej.Stopień i mechanizm korozji siarczanowej analizowano za pomocą wartości pH, mikroskopii elektronowej SEM oraz widma energetycznego EMF.Osiowe testy wytrzymałości na ściskanie zostały wykorzystane do oceny zbrojenia kolumn betonowych ograniczanych przez FRP, a zależności naprężenie-odkształcenie zostały wyprowadzone dla różnych metod retencji FRP w erozyjnym sprzężonym środowisku.Przeprowadzono analizę błędów w celu skalibrowania wyników testów eksperymentalnych przy użyciu czterech istniejących modeli predykcyjnych.Wszystkie obserwacje wskazują, że proces degradacji betonu FRP jest złożony i dynamiczny pod wpływem naprężeń sprzężonych.Siarczan sodu początkowo zwiększa wytrzymałość betonu w stanie surowym.Jednak kolejne cykle zamrażania i rozmrażania mogą zaostrzyć pękanie betonu, a siarczan sodu dodatkowo zmniejsza wytrzymałość betonu, sprzyjając pękaniu.Zaproponowano dokładny model numeryczny do symulacji zależności naprężenie-odkształcenie, która ma kluczowe znaczenie dla projektowania i oceny cyklu życia betonu związanego z FRP.
Jako innowacyjna metoda zbrojenia betonu, badana od lat 70. XX wieku, FRP ma zalety w postaci lekkości, wysokiej wytrzymałości, odporności na korozję, odporności na zmęczenie i wygodnej konstrukcji1,2,3.Wraz ze spadkiem kosztów staje się coraz bardziej powszechny w zastosowaniach inżynieryjnych, takich jak włókno szklane (GFRP), włókno węglowe (CFRP), włókno bazaltowe (BFRP) i włókno aramidowe (AFRP), które są najczęściej używanymi FRP do wzmacniania konstrukcji4, 5 Proponowana metoda retencji FRP może poprawić właściwości betonu i uniknąć przedwczesnego zapadania się.Jednak różne środowiska zewnętrzne w inżynierii mechanicznej często wpływają na trwałość betonu o ograniczonej zawartości FRP, powodując pogorszenie jego wytrzymałości.
Kilku naukowców badało zmiany naprężeń i odkształceń w betonie o różnych kształtach i rozmiarach przekroju poprzecznego.Yang i in.6 stwierdzili, że maksymalne naprężenie i odkształcenie korelowało dodatnio ze wzrostem grubości tkanki włóknistej.Wu i wsp.7 uzyskali krzywe naprężenie-odkształcenie dla betonu wzmocnionego FRP przy użyciu różnych rodzajów włókien w celu przewidywania ostatecznych odkształceń i obciążeń.Lin i wsp. 8 stwierdzili, że modele FRP naprężenie-odkształcenie dla prętów okrągłych, kwadratowych, prostokątnych i eliptycznych również znacznie się różnią, i opracowali nowy model naprężenia-odkształcenia zorientowany na projekt, wykorzystujący jako parametry stosunek szerokości i promienia narożnika.Lam i in.9 zaobserwowali, że nierównomierne zachodzenie na siebie i krzywizna FRP spowodowały mniejsze odkształcenie i naprężenie pękające w FRP niż w próbach rozciągania płyt.Ponadto naukowcy zbadali częściowe ograniczenia i nowe metody ograniczeń zgodnie z różnymi rzeczywistymi potrzebami projektowymi.Wang i in.[10] przeprowadzili próby osiowego ściskania betonu pełnego, częściowego i nieograniczonego w trzech trybach ograniczonych.Opracowano model „naprężenie-odkształcenie” i podano współczynniki efektu ograniczającego dla betonu częściowo zamkniętego.Wu i in.11 opracowali metodę przewidywania zależności naprężenie-odkształcenie betonu z FRP, która uwzględnia wpływ rozmiaru.Moran i wsp. 12 ocenili osiowe właściwości ściskania monotonicznego betonu związanego ze spiralnymi paskami FRP i wyprowadzili jego krzywe naprężenie-odkształcenie.Jednak powyższe badanie dotyczy głównie różnicy między częściowo zamkniętym betonem a całkowicie zamkniętym betonem.Rola FRP częściowo ograniczająca przekroje betonowe nie została szczegółowo zbadana.
Ponadto w badaniu oceniono właściwości betonu z ograniczeniami FRP pod względem wytrzymałości na ściskanie, zmiany odkształcenia, początkowego modułu sprężystości i modułu twardnienia odkształceniowego w różnych warunkach.Tijaniego i in.13,14 stwierdzili, że naprawialność betonu z ograniczoną zawartością FRP zmniejsza się wraz ze wzrostem uszkodzeń w eksperymentach naprawy FRP na początkowo uszkodzonym betonie.Ma i in.[15] badali wpływ początkowych uszkodzeń na słupy betonowe wzmocnione FRP i uznali, że wpływ stopnia uszkodzenia na wytrzymałość na rozciąganie był znikomy, ale miał znaczący wpływ na odkształcenia poprzeczne i wzdłużne.Jednak Cao i in.16 obserwowanych krzywych naprężenie-odkształcenie i krzywych obwiedni naprężenie-odkształcenie betonu związanego FRP dotkniętego początkowym uszkodzeniem.Oprócz badań nad początkowym zniszczeniem betonu, przeprowadzono również badania trwałości betonu z ograniczoną zawartością FRP w trudnych warunkach środowiskowych.Naukowcy ci zbadali degradację betonu z ograniczeniami FRP w trudnych warunkach i wykorzystali techniki oceny uszkodzeń do stworzenia modeli degradacji w celu przewidywania żywotności.Xie i in.17 umieścił beton związany FRP w środowisku hydrotermalnym i stwierdził, że warunki hydrotermalne znacząco wpłynęły na właściwości mechaniczne FRP, powodując stopniowy spadek jego wytrzymałości na ściskanie.W środowisku kwasowo-zasadowym interfejs między CFRP a betonem pogarsza się.Wraz ze wzrostem czasu zanurzenia tempo uwalniania energii niszczenia warstwy CFK znacznie maleje, co ostatecznie prowadzi do zniszczenia próbek międzyfazowych18,19,20.Ponadto niektórzy naukowcy badali również wpływ zamrażania i rozmrażania na beton o ograniczonej zawartości FRP.Liu i wsp.21 zauważyli, że pręty zbrojeniowe z CFRP mają dobrą trwałość w cyklach zamrażania i rozmrażania w oparciu o względny moduł dynamiczny, wytrzymałość na ściskanie i stosunek naprężenia do odkształcenia.Ponadto zaproponowano model związany z pogorszeniem właściwości mechanicznych betonu.Jednak Peng i wsp.22 obliczyli żywotność CFRP i klejów do betonu na podstawie danych dotyczących temperatury i cyklu zamrażania-rozmrażania.Guang i in.23 przeprowadził szybkie zamrażanie-rozmrażanie betonu i zaproponował metodę oceny mrozoodporności na podstawie grubości warstwy uszkodzonej w wyniku działania zamrażania i rozmrażania.Yazdani i in.24 badali wpływ warstw FRP na penetrację jonów chlorkowych do betonu.Wyniki pokazują, że warstwa FRP jest odporna chemicznie i izoluje wewnętrzny beton od zewnętrznych jonów chlorkowych.Liu i wsp.25 symulowali warunki testu odrywania dla betonu FRP skorodowanego siarczanami, stworzyli model poślizgu i przewidzieli degradację interfejsu FRP-beton.Wang i in.26 ustanowił model naprężenia i odkształcenia dla betonu erodowanego przez siarczany z ograniczeniami FRP za pomocą testów jednoosiowego ściskania.Zhou i in.[27] badali uszkodzenia betonu nieograniczonego powodowane przez połączone cykle zamrażania i rozmrażania soli i po raz pierwszy użyli funkcji logistycznej do opisania mechanizmu zniszczenia.Badania te poczyniły znaczne postępy w ocenie trwałości betonu z ograniczoną zawartością FRP.Jednak większość badaczy skupiła się na modelowaniu ośrodków erozyjnych w jednym niesprzyjającym stanie.Beton jest często uszkodzony z powodu związanej z tym erozji spowodowanej różnymi warunkami środowiskowymi.Te połączone warunki środowiskowe poważnie obniżają wydajność betonu z ograniczeniami FRP.
Cykle zasiarczania i zamrażania-rozmrażania to dwa typowe ważne parametry wpływające na trwałość betonu.Technologia lokalizacji FRP może poprawić właściwości betonu.Jest szeroko stosowany w inżynierii i badaniach, ale obecnie ma swoje ograniczenia.Kilka badań skupiło się na odporności betonu z ograniczeniami FRP na korozję siarczanową w zimnych regionach.Proces erozji całkowicie zamkniętego, półzamkniętego i otwartego betonu przez siarczan sodu i zamrażanie-rozmrażanie zasługuje na bardziej szczegółowe badania, zwłaszcza nowa metoda półzamknięta opisana w tym artykule.Zbadano również wpływ zbrojenia na słupy betonowe poprzez zamianę kolejności retencji FRP i erozji.Mikrokosmiczne i makroskopowe zmiany w próbce wywołane erozją wiązania scharakteryzowano za pomocą mikroskopu elektronowego, testu pH, mikroskopu elektronowego SEM, analizy widma energetycznego EMF i jednoosiowego testu mechanicznego.Ponadto w tym badaniu omówiono prawa rządzące zależnością naprężenie-odkształcenie, która występuje w jednoosiowych testach mechanicznych.Eksperymentalnie zweryfikowane graniczne wartości naprężeń i odkształceń zostały zweryfikowane za pomocą analizy błędów przy użyciu czterech istniejących modeli granicznych naprężeń i odkształceń.Proponowany model może w pełni przewidzieć ostateczne odkształcenie i wytrzymałość materiału, co jest przydatne w przyszłej praktyce wzmacniania FRP.Wreszcie służy jako podstawa koncepcyjna dla koncepcji odporności na mróz betonu FRP.
Niniejsze badanie ocenia niszczenie betonu o ograniczonej zawartości FRP przy użyciu korozji w roztworze siarczanowym w połączeniu z cyklami zamrażania i rozmrażania.Mikroskopowe i makroskopowe zmiany spowodowane erozją betonu zostały wykazane za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej, testów pH, spektroskopii energetycznej EDS i jednoosiowych testów mechanicznych.Ponadto zbadano właściwości mechaniczne i zmiany naprężenia i odkształcenia betonu związanego FRP poddanego erozji związanej za pomocą eksperymentów ściskania osiowego.
Beton ograniczony FRP składa się z surowego betonu, zewnętrznego materiału owijki FRP i kleju epoksydowego.Wybrano dwa materiały izolacji zewnętrznej: CFRP i GRP, właściwości materiałów przedstawiono w tabeli 1. Jako spoiwa zastosowano żywice epoksydowe A i B (stosunek mieszania 2:1 objętościowo).Ryż.1 ilustruje szczegóły budowy materiałów z mieszanki betonowej.Na rysunku 1a zastosowano cement portlandzki Swan PO 42.5.Kruszywo grube to kruszywo bazaltowe o średnicy odpowiednio 5-10 i 10-19 mm, jak pokazano na ryc.1b i c.Jako drobny wypełniacz na ryc. 1g zastosowano naturalny piasek rzeczny o module rozdrobnienia 2,3.Przygotuj roztwór siarczanu sodu z granulek bezwodnego siarczanu sodu i pewnej ilości wody.
Skład mieszanki betonowej: a – cement, b – kruszywo 5–10 mm, c – kruszywo 10–19 mm, d – piasek rzeczny.
Wytrzymałość obliczeniowa betonu wynosi 30 MPa, co daje osiadanie świeżego betonu cementowego od 40 do 100 mm.Proporcje mieszanki betonowej przedstawiono w tabeli 2, a proporcja kruszywa grubego 5-10 mm i 10-20 mm wynosi 3:7.Efekt interakcji z otoczeniem zamodelowano, najpierw przygotowując 10% roztwór NaSO4, a następnie wlewając go do komory cyklu zamrażania i rozmrażania.
Mieszanki betonowe przygotowano w mieszalniku wymuszonym o pojemności 0,5 m3 i całą partię betonu wykorzystano do ułożenia wymaganych próbek.Najpierw przygotowuje się składniki betonu zgodnie z Tabelą 2, a następnie wstępnie miesza się cement, piasek i grube kruszywo przez trzy minuty.Następnie równomiernie rozprowadź wodę i mieszaj przez 5 minut.Następnie próbki betonu odlano do cylindrycznych form i zagęszczono na stole wibracyjnym (średnica formy 10 cm, wysokość 20 cm).
Po utwardzaniu przez 28 dni próbki owinięto materiałem FRP.W tym badaniu omówiono trzy metody dla słupów żelbetowych, w tym całkowicie zamknięte, częściowo związane i nieograniczone.W przypadku ograniczonych materiałów stosuje się dwa rodzaje, CFRP i GFRP.FRP Całkowicie zamknięta betonowa skorupa FRP o wysokości 20 cm i długości 39 cm.Górna i dolna część betonu związanego FRP nie została uszczelniona żywicą epoksydową.Półhermetyczny proces testowania jako niedawno zaproponowana technologia hermetyczna jest opisany w następujący sposób.
(2) Za pomocą linijki narysuj linię na betonowej cylindrycznej powierzchni, aby określić położenie pasków FRP, odległość między paskami wynosi 2,5 cm.Następnie owiń taśmę wokół betonowych obszarów, w których FRP nie jest potrzebne.
(3) Powierzchnia betonu jest wypolerowana na gładko papierem ściernym, przetarta wełną alkoholową i pokryta żywicą epoksydową.Następnie ręcznie przyklej paski włókna szklanego do powierzchni betonu i dociśnij szczeliny, aby włókno szklane całkowicie przylegało do powierzchni betonu i unikało pęcherzyków powietrza.Na koniec przyklej paski FRP do powierzchni betonu od góry do dołu, zgodnie z oznaczeniami wykonanymi linijką.
(4) Po pół godzinie sprawdź, czy beton oddzielił się od FRP.Jeśli FRP ślizga się lub wystaje, należy go natychmiast naprawić.Uformowane próbki muszą być utwardzane przez 7 dni, aby zapewnić wytrzymałość po utwardzeniu.
(5) Po utwardzeniu użyj noża uniwersalnego, aby usunąć taśmę z powierzchni betonu, a na koniec uzyskaj półhermetyczną kolumnę betonową FRP.
Wyniki przy różnych ograniczeniach przedstawiono na ryc.2. Rysunek 2a przedstawia całkowicie zamknięty beton CFRP, Rysunek 2b pokazuje częściowo uogólniony beton CFRP, Rysunek 2c przedstawia całkowicie zamknięty beton GFRP, a Rysunek 2d pokazuje częściowo związany beton CFRP.
Zamknięte style: (a) całkowicie zamknięte CFRP;b) półzamknięte włókno węglowe;(c) całkowicie otoczone włóknem szklanym;d) półzamknięte włókno szklane.
Istnieją cztery główne parametry, które mają na celu zbadanie wpływu ograniczeń FRP i sekwencji erozji na działanie cylindrów w zakresie kontroli erozji.W tabeli 3 przedstawiono liczbę próbek słupów betonowych.Próbki dla każdej kategorii składały się z trzech identycznych próbek statusu, aby zachować spójność danych.Średnia z trzech próbek została przeanalizowana dla wszystkich wyników eksperymentalnych w tym artykule.
(1) Materiał nieprzepuszczający powietrza jest klasyfikowany jako włókno węglowe lub włókno szklane.Porównano wpływ dwóch rodzajów włókien na zbrojenie betonu.
(2) Metody ograniczania słupów betonowych dzielą się na trzy rodzaje: w pełni ograniczone, częściowo ograniczone i nieograniczone.Odporność na erozję półzamkniętych słupów betonowych porównano z dwoma innymi odmianami.
(3) Warunki erozji to cykle zamrażania-rozmrażania plus roztwór siarczanu, a liczba cykli zamrażania-rozmrażania wynosi odpowiednio 0, 50 i 100 razy.Zbadano wpływ erozji sprzężonej na słupy betonowe z ograniczeniami FRP.
(4) Badane części są podzielone na trzy grupy.Pierwsza grupa to owijanie FRP, a następnie korozja, druga grupa to najpierw korozja, a następnie owijanie, a trzecia grupa to najpierw korozja, a następnie owijanie, a następnie korozja.
W procedurze doświadczalnej wykorzystuje się uniwersalną maszynę wytrzymałościową, maszynę do wytrzymałości na rozciąganie, jednostkę do zamrażania i rozmrażania (typu CDR-Z), mikroskop elektronowy, pehametr, tensometr, urządzenie przemieszczeniowe, mikroskop elektronowy SEM oraz Analizator widma energetycznego EDS w tym badaniu.Próbką jest betonowy słup o wysokości 10 cm i średnicy 20 cm.Beton został utwardzony w ciągu 28 dni po wylaniu i zagęszczeniu, jak pokazano na rysunku 3a.Wszystkie próbki wyjęto z formy po odlaniu i przechowywano przez 28 dni w temperaturze 18-22°C i wilgotności względnej 95%, a następnie niektóre próbki owinięto włóknem szklanym.
Metody badawcze: a) sprzęt do utrzymywania stałej temperatury i wilgotności;(b) maszyna do cyklu zamrażania i rozmrażania;(c) uniwersalna maszyna wytrzymałościowa;(d) tester pH;(e) obserwacja mikroskopowa.
Eksperyment zamrażania i rozmrażania wykorzystuje metodę błyskawicznego zamrażania, jak pokazano na rycinie 3b.Zgodnie z GB/T 50082-2009 „Standardy trwałości betonu konwencjonalnego”, próbki betonu zostały całkowicie zanurzone w 10% roztworze siarczanu sodu w temperaturze 15-20°C na 4 dni przed zamrożeniem i rozmrożeniem.Następnie atak siarczanu rozpoczyna się i kończy jednocześnie z cyklem zamrażania i rozmrażania.Czas cyklu zamrażania-rozmrażania wynosi od 2 do 4 godzin, a czas rozmrażania nie powinien być krótszy niż 1/4 czasu cyklu.Temperaturę rdzenia próbki należy utrzymywać w przedziale od (-18±2) do (5±2) °С.Przejście od zamrożenia do rozmrożenia nie powinno zająć więcej niż dziesięć minut.Trzy cylindryczne identyczne próbki z każdej kategorii wykorzystano do zbadania utraty masy i zmiany pH roztworu w ciągu 25 cykli zamrażania i rozmrażania, jak pokazano na ryc. 3d.Po każdych 25 cyklach zamrażania-rozmrażania próbki usuwano, a powierzchnie czyszczono przed określeniem ich świeżej masy (Wd).Wszystkie eksperymenty przeprowadzono w trzech powtórzeniach próbek, a do omówienia wyników testu wykorzystano wartości średnie.Wzory na utratę masy i wytrzymałości próbki określa się w następujący sposób:
We wzorze ΔWd to ubytek masy (%) próbki po każdych 25 cyklach zamrażania-rozmrażania, W0 to średnia masa próbki betonu przed cyklem zamrażania-rozmrażania (kg), Wd to średnia masa betonu.masa próbki po 25 cyklach zamrażania-rozmrażania (kg).
Współczynnik degradacji wytrzymałościowej próbki charakteryzuje się Kd, a wzór obliczeniowy jest następujący:
We wzorze ΔKd to szybkość utraty wytrzymałości (%) próbki po każdych 50 cyklach zamrażania-rozmrażania, f0 to średnia wytrzymałość próbki betonu przed cyklem zamrażania-rozmrażania (MPa), fd to średnia wytrzymałość próbki betonu na 50 cykli zamrażania i rozmrażania (MPa).
na ryc.3c przedstawia maszynę wytrzymałościową do próbek betonu.Zgodnie z „Normą dotyczącą metod badań właściwości fizycznych i mechanicznych betonu” (GBT50081-2019) zdefiniowano metodę badania słupów betonowych pod kątem wytrzymałości na ściskanie.Szybkość obciążenia w teście ściskania wynosi 0,5 MPa/s, a podczas całego testu stosowane jest obciążenie ciągłe i sekwencyjne.Zależność obciążenia od przemieszczenia dla każdej próbki rejestrowano podczas badań mechanicznych.Tensometry przymocowano do zewnętrznych powierzchni betonu i warstw FRP próbek w celu pomiaru odkształceń osiowych i poziomych.Cela odkształcenia jest używana w testach mechanicznych do rejestrowania zmiany odkształcenia próbki podczas testu ściskania.
Co 25 cykli zamrażania-rozmrażania pobierano próbkę roztworu do zamrażania-rozmrażania i umieszczano w pojemniku.na ryc.3d pokazuje test pH próbki roztworu w pojemniku.Badanie mikroskopowe powierzchni i przekroju poprzecznego próbki w warunkach zamrażania i rozmrażania pokazano na ryc. 3d.Pod mikroskopem obserwowano stan powierzchni różnych próbek po 50 i 100 cyklach zamrażania i rozmrażania w roztworze siarczanowym.Mikroskop wykorzystuje powiększenie 400x.Podczas obserwacji powierzchni próbki obserwuje się głównie erozję warstwy FRP i zewnętrznej warstwy betonu.Obserwacja przekroju poprzecznego próbki zasadniczo dobiera warunki erozji w odległości 5, 10 i 15 mm od warstwy zewnętrznej.Tworzenie produktów siarczanowych i cykli zamrażania i rozmrażania wymaga dalszych badań.W związku z tym zmodyfikowaną powierzchnię wybranych próbek zbadano za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM) wyposażonego w spektrometr z dyspersją energii (EDS).
Sprawdź wzrokowo powierzchnię próbki za pomocą mikroskopu elektronowego i wybierz powiększenie 400X.Stopień uszkodzenia powierzchni w częściowo zamkniętym i bezspoinowym betonie GRP w cyklach zamrażania i rozmrażania oraz ekspozycji na siarczany jest dość wysoki, podczas gdy w całkowicie zamkniętym betonie jest znikomy.Pierwsza kategoria odnosi się do występowania erozji betonu sypkiego przez siarczan sodu i od 0 do 100 cykli zamrażania-rozmrażania, co pokazano na rys. 4a.Próbki betonu bez ekspozycji na mróz mają gładką powierzchnię bez widocznych cech.Po 50 nadżerkach blok miazgi na powierzchni częściowo złuszczał się, odsłaniając białą skorupę miazgi.Po 100 erozjach skorupy roztworów całkowicie odpadły podczas oględzin powierzchni betonu.Obserwacje mikroskopowe wykazały, że powierzchnia betonu zerodowanego przez zamrażanie i rozmrażanie była gładka, a kruszywo powierzchniowe i zaprawa znajdowały się w tej samej płaszczyźnie.Zaobserwowano nierówną, chropowatą powierzchnię na betonowej powierzchni erodowanej przez 50 cykli zamrażania i rozmrażania.Można to wytłumaczyć faktem, że część zaprawy jest zniszczona i niewielka ilość białych ziarnistych kryształów przylega do powierzchni, która składa się głównie z kruszywa, zaprawy i białych kryształów.Po 100 cyklach zamrażania-rozmrażania na powierzchni betonu pojawił się duży obszar białych kryształów, podczas gdy ciemne kruszywo grube zostało wystawione na działanie środowiska zewnętrznego.Obecnie powierzchnia betonu to w większości odsłonięte kruszywo i białe kryształy.
Morfologia erozyjnego słupa betonowego w wyniku zamrażania i rozmrażania: (a) nieograniczony słup betonowy;(b) częściowo zamknięty beton zbrojony włóknem węglowym;(c) częściowo zamknięty beton GRP;(d) całkowicie zamknięty beton CFRP;(e) Beton częściowo zamknięty GRP.
Druga kategoria to korozja półhermetycznych kolumn betonowych CFRP i GRP w cyklach zamrażania i rozmrażania oraz narażenia na siarczany, jak pokazano na ryc. 4b, c.Oględziny (powiększenie 1x) wykazały, że na powierzchni warstwy włóknistej stopniowo tworzył się biały proszek, który szybko odpadał wraz ze wzrostem liczby cykli zamrażania-rozmrażania.Nieograniczona erozja powierzchni półhermetycznego betonu FRP stawała się coraz bardziej wyraźna wraz ze wzrostem liczby cykli zamrażania i rozmrażania.Widoczne zjawisko „wzdęcia” (otwarta powierzchnia roztworu betonowego słupa jest na skraju zawalenia).Zjawisko łuszczenia jest jednak częściowo hamowane przez sąsiadującą powłokę z włókna węglowego).Pod mikroskopem syntetyczne włókna węglowe wyglądają jak białe nici na czarnym tle przy 400-krotnym powiększeniu.Ze względu na okrągły kształt włókien i ekspozycję na nierówne światło wydają się białe, ale same wiązki włókien węglowych są czarne.Włókno szklane jest początkowo białe nitkowate, ale w kontakcie z klejem staje się przezroczyste, a stan betonu wewnątrz włókna szklanego jest wyraźnie widoczny.Włókno szklane jest jasnobiałe, a spoiwo żółtawe.Oba są bardzo jasne, więc kolor kleju ukryje włókna szklane, nadając całości żółtawy odcień.Włókna węglowe i szklane są chronione przed uszkodzeniem przez zewnętrzną żywicę epoksydową.Wraz ze wzrostem liczby ataków zamrażania i rozmrażania na powierzchni pojawiło się więcej pustych przestrzeni i kilka białych kryształów.Wraz ze wzrostem cyklu zamrażania siarczanowego spoiwo stopniowo staje się cieńsze, żółtawy kolor zanika, a włókna stają się widoczne.
Trzecia kategoria to korozja całkowicie zamkniętego betonu CFRP i GRP w cyklach zamrażania i rozmrażania oraz narażenia na siarczany, jak pokazano na ryc. 4d, e.Ponownie, zaobserwowane wyniki są podobne do tych dla drugiego typu wymuszonego przekroju słupa betonowego.
Porównaj zjawiska zaobserwowane po zastosowaniu trzech opisanych powyżej metod ograniczania.Tkanki włókniste w pełni izolowanym betonie FRP pozostają stabilne wraz ze wzrostem liczby cykli zamrażania i rozmrażania.Z drugiej strony warstwa pierścienia kleju jest cieńsza na powierzchni.Żywice epoksydowe reagują głównie z aktywnymi jonami wodoru w kwasie siarkowym o otwartym pierścieniu i prawie nie reagują z siarczanami28.Można zatem uznać, że erozja zmienia głównie właściwości warstwy adhezyjnej w wyniku cykli zamrażania i rozmrażania, zmieniając tym samym działanie wzmacniające FRP.Betonowa powierzchnia półhermetycznego betonu FRP ma takie samo zjawisko erozji jak nieograniczona powierzchnia betonu.Jego warstwa FRP odpowiada warstwie FRP całkowicie zamkniętego betonu, a uszkodzenia nie są oczywiste.Jednak w częściowo uszczelnionym betonie GRP występują rozległe pęknięcia erozyjne w miejscach, w których pasma włókien przecinają się z odsłoniętym betonem.Erozja odsłoniętych powierzchni betonowych staje się bardziej dotkliwa wraz ze wzrostem liczby cykli zamrażania i rozmrażania.
Wnętrza całkowicie zamkniętego, półzamkniętego i nieograniczonego betonu FRP wykazywały znaczne różnice po poddaniu cyklom zamrażania i rozmrażania oraz ekspozycji na roztwory siarczanów.Próbkę przecięto poprzecznie i obserwowano przekrój za pomocą mikroskopu elektronowego przy powiększeniu 400x.na ryc.5 przedstawia obrazy mikroskopowe w odległości odpowiednio 5 mm, 10 mm i 15 mm od granicy między betonem a zaprawą.Zaobserwowano, że gdy roztwór siarczanu sodu jest łączony z zamrażaniem i rozmrażaniem, uszkodzenia betonu są stopniowo rozkładane od powierzchni do wnętrza.Ponieważ wewnętrzne warunki erozji betonu ograniczonego CFRP i GFRP są takie same, w tej części nie porównano tych dwóch materiałów obudowy.
Obserwacja mikroskopowa wnętrza betonowego odcinka kolumny: (a) całkowicie ograniczona włóknem szklanym;(b) półzamknięte z włókna szklanego;(c) nieograniczone.
Erozję wewnętrzną całkowicie zamkniętego betonu FRP pokazano na ryc.5a.Pęknięcia są widoczne co 5 mm, powierzchnia jest stosunkowo gładka, nie ma krystalizacji.Powierzchnia jest gładka, bez kryształków, o grubości od 10 do 15 mm.Erozję wewnętrzną półhermetycznego betonu FRP pokazano na ryc.5 B. Pęknięcia i białe kryształy są widoczne przy 5 mm i 10 mm, a powierzchnia jest gładka przy 15 mm.Rysunek 5c przedstawia przekroje betonowych kolumn FRP, w których stwierdzono pęknięcia na 5, 10 i 15 mm.Kilka białych kryształów w pęknięciach stawało się coraz rzadszych, gdy pęknięcia przesuwały się z zewnątrz betonu do wewnątrz.Niekończące się słupy betonowe wykazywały największą erozję, a następnie częściowo związane słupy betonowe FRP.Siarczan sodu miał niewielki wpływ na wnętrze całkowicie zamkniętych próbek betonu FRP w ponad 100 cyklach zamrażania i rozmrażania.Wskazuje to, że główną przyczyną erozji w pełni związanego betonu FRP jest związana z nim erozja zamrażania i rozmrażania w pewnym okresie czasu.Obserwacja przekroju wykazała, że ​​przekrój bezpośrednio przed zamarzaniem i rozmrażaniem był gładki i wolny od agregatów.Gdy beton zamarza i rozmraża, widoczne są pęknięcia, to samo dotyczy kruszywa, a białe ziarniste kryształy są gęsto pokryte pęknięciami.Badania27 wykazały, że gdy beton zostanie umieszczony w roztworze siarczanu sodu, siarczan sodu wniknie w beton, z których część wytrąci się w postaci kryształów siarczanu sodu, a część zareaguje z cementem.Kryształy siarczanu sodu i produkty reakcji wyglądają jak białe granulki.
FRP całkowicie ogranicza pęknięcia betonu w erozji sprzężonej, ale przekrój jest gładki bez krystalizacji.Z drugiej strony, półzamknięte i nieograniczone sekcje betonowe FRP rozwinęły wewnętrzne pęknięcia i krystalizację pod wpływem erozji sprzężonej.Zgodnie z opisem obrazu i wcześniejszymi badaniami29 wspólny proces erozji betonu nieograniczonego i częściowo ograniczonego FRP dzieli się na dwa etapy.Pierwszy etap pękania betonu związany jest z rozszerzaniem się i kurczeniem podczas zamrażania i rozmrażania.Kiedy siarczan wnika w beton i staje się widoczny, odpowiedni siarczan wypełnia pęknięcia powstałe w wyniku skurczu w wyniku reakcji zamrażania i rozmrażania oraz hydratacji.Dlatego siarczan ma szczególne działanie ochronne na beton na wczesnym etapie i może w pewnym stopniu poprawić właściwości mechaniczne betonu.Drugi etap ataku siarczanów trwa, penetrując pęknięcia lub puste przestrzenie i reagując z cementem, tworząc ałun.W rezultacie pęknięcie powiększa się i powoduje uszkodzenia.W tym czasie reakcje rozszerzania i kurczenia związane z zamarzaniem i rozmrażaniem pogłębią wewnętrzne uszkodzenia betonu, powodując zmniejszenie nośności.
na ryc.6 przedstawia zmiany pH roztworów do impregnacji betonu dla trzech ograniczonych metod monitorowanych po 0, 25, 50, 75 i 100 cyklach zamrażania-rozmrażania.Nieograniczone i półzamknięte zaprawy betonowe FRP wykazały najszybszy wzrost pH od 0 do 25 cykli zamrażania-rozmrażania.Ich wartości pH wzrosły odpowiednio z 7,5 do 11,5 i 11,4.Wraz ze wzrostem liczby cykli zamrażania-rozmrażania wzrost pH stopniowo spowalniał po 25-100 cyklach zamrażania-rozmrażania.Ich wartości pH wzrosły odpowiednio z 11,5 i 11,4 do 12,4 i 11,84.Ponieważ w pełni związany beton FRP pokrywa warstwę FRP, trudno jest penetrować roztwór siarczanu sodu.Jednocześnie kompozycja cementowa ma trudności z penetracją do roztworów zewnętrznych.Tak więc pH stopniowo wzrastało od 7,5 do 8,0 między 0 a 100 cyklami zamrażania-rozmrażania.Przyczynę zmiany pH analizuje się w następujący sposób.Krzemian w betonie łączy się z jonami wodoru w wodzie tworząc kwas krzemowy, a pozostały OH- podnosi pH roztworu nasyconego.Zmiana pH była bardziej wyraźna między 0-25 cyklami zamrażania-rozmrażania i mniej wyraźna między 25-100 cyklami zamrażania-rozmrażania30.Jednak tutaj stwierdzono, że pH nadal rosło po 25-100 cyklach zamrażania-rozmrażania.Można to wytłumaczyć faktem, że siarczan sodu reaguje chemicznie z wnętrzem betonu, zmieniając pH roztworu.Z analizy składu chemicznego wynika, że ​​beton reaguje z siarczanem sodu w następujący sposób.
Wzory (3) i (4) pokazują, że siarczan sodu i wodorotlenek wapnia w cemencie tworzą gips (siarczan wapnia), a siarczan wapnia dalej reaguje z metaglinianem wapnia w cemencie, tworząc kryształy ałunu.Reakcji (4) towarzyszy powstanie zasadowego OH-, co prowadzi do wzrostu pH.Ponadto, ponieważ ta reakcja jest odwracalna, pH wzrasta w pewnym momencie i zmienia się powoli.
na ryc.7a pokazuje utratę masy całkowicie zamkniętego, częściowo zamkniętego i połączonego betonu GRP podczas cykli zamrażania i rozmrażania w roztworze siarczanowym.Najbardziej oczywistą zmianą w utracie masy jest nieograniczony beton.Nieograniczony beton stracił około 3,2% swojej masy po 50 atakach zamrażania i rozmrażania i około 3,85% po 100 atakach zamrażania i rozmrażania.Wyniki pokazują, że wpływ erozji sprzężonej na jakość betonu swobodnego zmniejsza się wraz ze wzrostem liczby cykli zamrażania-rozmrażania.Jednak obserwując powierzchnię próbki stwierdzono, że ubytek zaprawy po 100 cyklach zamrażania-rozmrażania był większy niż po 50 cyklach zamrażania-rozmrażania.W połączeniu z badaniami z poprzedniego rozdziału można postawić hipotezę, że penetracja siarczanów do betonu prowadzi do spowolnienia ubytku masy.Tymczasem wewnętrznie wytwarzany ałun i gips również powodują wolniejszą utratę wagi, jak przewidują równania chemiczne (3) i (4).
Zmiana masy: a) związek między zmianą masy a liczbą cykli zamrażania-rozmrażania;(b) związek między zmianą masy a wartością pH.
Zmiana ubytku masy półhermetycznego betonu FRP najpierw maleje, a następnie wzrasta.Po 50 cyklach zamrażania i rozmrażania utrata masy półhermetycznego betonu z włókna szklanego wynosi około 1,3%.Utrata wagi po 100 cyklach wyniosła 0,8%.Można zatem wnioskować, że siarczan sodu przenika do betonu sypkiego.Ponadto obserwacja powierzchni elementu testowego wykazała również, że paski włókien były odporne na łuszczenie się zaprawy na otwartej przestrzeni, zmniejszając w ten sposób utratę masy.
Zmiana utraty masy całkowicie zamkniętego betonu FRP różni się od dwóch pierwszych.Masa nie traci, ale dodaje.Po 50 erozjach mrozowo-roztopowych masa zwiększyła się o około 0,08%.Po 100 razy jego masa wzrosła o około 0,428%.Ponieważ beton jest całkowicie wylany, zaprawa na powierzchni betonu nie odpadnie i jest mało prawdopodobne, aby spowodowała utratę jakości.Z drugiej strony wnikanie wody i siarczanów z powierzchni o wysokiej zawartości do wnętrza betonu o niskiej zawartości również poprawia jakość betonu.
Wcześniej przeprowadzono kilka badań dotyczących związku między pH a utratą masy w betonie z ograniczeniami FRP w warunkach erozyjnych.Większość badań omawia głównie związek między utratą masy, modułem sprężystości i utratą wytrzymałości.na ryc.7b pokazuje zależność między pH betonu a utratą masy przy trzech ograniczeniach.Zaproponowano model predykcyjny do przewidywania utraty masy betonu przy użyciu trzech metod retencji przy różnych wartościach pH.Jak widać na rycinie 7b, współczynnik Pearsona jest wysoki, co wskazuje, że rzeczywiście istnieje korelacja między pH a utratą masy.Wartości r-kwadrat dla betonu nieograniczonego, częściowo ograniczonego i całkowicie ograniczonego wynosiły odpowiednio 0,86, 0,75 i 0,96.Wskazuje to, że zmiana pH i utrata masy w pełni zaizolowanego betonu jest stosunkowo liniowa zarówno w warunkach siarczanowych, jak i zamrażania-rozmrażania.W nieograniczonym betonie i półhermetycznym betonie FRP pH stopniowo wzrasta, gdy cement reaguje z roztworem wodnym.W rezultacie powierzchnia betonu jest stopniowo niszczona, co prowadzi do stanu nieważkości.Z drugiej strony pH całkowicie zamkniętego betonu zmienia się niewiele, ponieważ warstwa FRP spowalnia reakcję chemiczną cementu z roztworem wodnym.Tak więc w przypadku całkowicie zamkniętego betonu nie ma widocznej erozji powierzchni, ale przybierze on na wadze z powodu nasycenia z powodu absorpcji roztworów siarczanów.
na ryc.8 przedstawia wyniki skanu SEM próbek wytrawionych za pomocą zamrażania i rozmrażania siarczanem sodu.Za pomocą mikroskopu elektronowego zbadano próbki pobrane z bloków pobranych z zewnętrznej warstwy słupów betonowych.Figura 8a to obraz ze skaningowego mikroskopu elektronowego niezamkniętego betonu przed erozją.Należy zauważyć, że na powierzchni próbki występuje wiele otworów, które wpływają na wytrzymałość samego słupa betonowego przed rozmrożeniem.na ryc.8b przedstawia obraz z mikroskopu elektronowego w pełni izolowanej próbki betonu FRP po 100 cyklach zamrażania i rozmrażania.Można wykryć pęknięcia w próbce spowodowane zamarzaniem i rozmrażaniem.Jednak powierzchnia jest stosunkowo gładka i nie ma na niej kryształków.Dlatego niewypełnione pęknięcia są bardziej widoczne.na ryc.8c przedstawia próbkę półhermetycznego betonu GRP po 100 cyklach erozji mrozowej.Wyraźnie widać, że pęknięcia się poszerzyły, a pomiędzy pęknięciami utworzyły się ziarna.Niektóre z tych cząstek przyczepiają się do pęknięć.Skan SEM próbki nieograniczonej betonowej kolumny pokazano na rysunku 8d, zjawisko zgodne z półograniczeniem.Aby dokładniej wyjaśnić skład cząstek, cząstki w pęknięciach zostały dodatkowo powiększone i przeanalizowane za pomocą spektroskopii EDS.Cząsteczki zasadniczo występują w trzech różnych kształtach.Zgodnie z analizą widma energetycznego pierwszy typ, jak pokazano na rysunku 9a, to regularny kryształ blokowy, składający się głównie z O, S, Ca i innych pierwiastków.Łącząc poprzednie wzory (3) i (4) można stwierdzić, że głównym składnikiem materiału jest gips (siarczan wapnia).Drugi pokazano na fig. 9b;według analizy widma energetycznego jest to obiekt iglasty bezkierunkowy, a jego głównymi składnikami są O, Al, S i Ca.Receptury kombinowane pokazują, że materiał składa się głównie z ałunu.Trzeci blok pokazany na ryc. 9c to blok nieregularny, określony analizą widma energetycznego, składający się głównie ze składników O, Na i S. Okazało się, że są to głównie kryształy siarczanu sodu.Skaningowa mikroskopia elektronowa wykazała, że ​​większość pustek była wypełniona kryształami siarczanu sodu, jak pokazano na rycinie 9c, wraz z niewielkimi ilościami gipsu i ałunu.
Obrazy z mikroskopu elektronowego próbek przed i po korozji: (a) otwarty beton przed korozją;(b) po korozji włókno szklane jest całkowicie uszczelnione;(c) po korozji betonu półzamkniętego z TWS;(d) po korozji otwartego betonu.
Analiza pozwala wyciągnąć następujące wnioski.Obrazy z mikroskopu elektronowego trzech próbek były 1k ×, a pęknięcia i produkty erozji zostały znalezione i zaobserwowane na obrazach.Beton nieograniczony ma najszersze pęknięcia i zawiera wiele ziaren.Beton półciśnieniowy FRP jest gorszy od betonu nieciśnieniowego pod względem szerokości pęknięć i liczby cząstek.Całkowicie zamknięty beton FRP ma najmniejszą szerokość pęknięć i nie ma cząstek po erozji zamrażania i rozmrażania.Wszystko to wskazuje, że w pełni zamknięty beton FRP jest najmniej podatny na erozję w wyniku zamarzania i rozmrażania.Procesy chemiczne wewnątrz półzamkniętych i otwartych kolumn z betonu FRP prowadzą do powstawania ałunu i gipsu, a penetracja siarczanów wpływa na porowatość.Podczas gdy cykle zamrażania i rozmrażania są główną przyczyną pękania betonu, siarczany i ich produkty wypełniają niektóre pęknięcia i pory w pierwszej kolejności.Jednak wraz ze wzrostem ilości i czasu erozji pęknięcia nadal się rozszerzają, a objętość utworzonego ałunu wzrasta, co powoduje pęknięcia ekstruzyjne.Ostatecznie zamrażanie-rozmrażanie i ekspozycja na siarczany zmniejszą wytrzymałość kolumny.