новини

Дякуємо, що завітали на сайт Scatter Glassfiber Cabron Fiber contents.Ви використовуєте версію браузера з обмеженою підтримкою CSS.Для найкращої роботи радимо використовувати оновлений браузер (або вимкнути режим сумісності в Internet Explorer).Крім того, щоб забезпечити постійну підтримку, ми показуємо сайт без стилів і JavaScript.
Полімерно-залізобетон (FRP) вважається інноваційним і економічним методом ремонту конструкцій.У цьому дослідженні два типові матеріали [полімер, армований вуглецевим волокном (CFRP) і полімер, армований скловолокном (GFRP)], були обрані для вивчення ефекту армування бетону в суворих умовах.Обговорювалась стійкість бетону, що містить FRP, до впливу сульфатів і відповідних циклів заморожування-відтавання.Електронна мікроскопія для вивчення поверхні та внутрішньої деградації бетону під час сполученої ерозії.Ступінь і механізм корозії сульфату натрію проаналізовано за значенням рН, електронною мікроскопією СЕМ та енергетичним спектром ЕМП.Випробування міцності на осьовий стиск використовувалися для оцінки армування бетонних колон, обмежених FRP, і були отримані співвідношення напруга-деформація для різних методів утримання FRP в середовищі, пов’язаному з ерозією.Аналіз помилок був проведений для калібрування результатів експериментальних випробувань з використанням чотирьох існуючих прогнозних моделей.Усі спостереження вказують на те, що процес деградації бетону з обмеженим вмістом FRP є складним і динамічним під дією сполучених напруг.Сульфат натрію спочатку підвищує міцність бетону в сирому вигляді.Однак наступні цикли заморожування-відтавання можуть посилити розтріскування бетону, а сульфат натрію ще більше знижує міцність бетону, сприяючи розтріскуванню.Запропоновано точну чисельну модель для моделювання співвідношення напруга-деформація, яке є критичним для проектування та оцінки життєвого циклу бетону з обмеженнями FRP.
Як інноваційний метод армування бетону, який досліджували з 1970-х років, FRP має такі переваги, як легка вага, висока міцність, стійкість до корозії, стійкість до втоми та зручна конструкція1,2,3.Зі зменшенням витрат він стає все більш поширеним у таких інженерних додатках, як скловолокно (GFRP), вуглецеве волокно (CFRP), базальтове волокно (BFRP) і арамідне волокно (AFRP), які є найбільш часто використовуваними FRP для структурного посилення4, 5. Запропонований метод утримання FRP може покращити характеристики бетону та уникнути передчасного руйнування.Однак різні зовнішні середовища в машинобудуванні часто впливають на довговічність бетону з обмеженим вмістом FRP, що призводить до зниження його міцності.
Кілька дослідників вивчали зміни напруги та деформації в бетоні з різними формами та розмірами поперечного перерізу.Ян та ін.6 виявили, що кінцеве напруження та деформація позитивно корелюють із зростанням товщини фіброзної тканини.Wu et al.7 отримали криві напруга-деформація для бетону з обмеженнями FRP з використанням різних типів волокон для прогнозування граничних деформацій і навантажень.Лін та ін.8 виявили, що моделі напруги-деформації FRP для круглих, квадратних, прямокутних і еліптичних стрижнів також сильно відрізняються, і розробили нову орієнтовану на проектування модель напруги-деформації, використовуючи співвідношення ширини та радіуса кута як параметри.Лам та ін.9 помітили, що нерівномірне перекриття та кривизна FRP призвели до меншої деформації руйнування та напруги у FRP, ніж під час випробувань на розтяг плити.Крім того, вчені вивчали часткові обмеження та нові методи обмежень відповідно до різних реальних потреб проектування.Wang та ін.[10] провели випробування на осьовий стиск повністю, частково та необмеженого бетону в трьох обмежених режимах.Розроблено модель «напруження-деформація» та наведено коефіцієнти граничного ефекту для частково закритого бетону.Ву та ін.11 розробив метод для прогнозування залежності напруги від деформації бетону, обмеженого FRP, який враховує ефект розміру.Moran та ін.12 оцінили властивості осьового монотонного стиску бетону зі стисненням із спіральними смугами FRP та вивели його криві напруга-деформація.Однак у наведеному вище дослідженні в основному вивчається різниця між частково закритим бетоном і повністю закритим бетоном.Роль FRP, що частково обмежують бетонні секції, детально не вивчена.
Крім того, дослідження оцінювало характеристики бетону з обмеженим вмістом FRP щодо міцності на стиск, зміни деформації, початкового модуля пружності та модуля зміцнення при деформації за різних умов.Тіджані та ін.13, 14 виявили, що ремонтопридатність бетону з обмеженим вмістом FRP зменшується зі збільшенням пошкодження в експериментах з ремонту FRP на спочатку пошкодженому бетоні.Ма та ін.[15] досліджували вплив початкового пошкодження на бетонні колони, обмежені FRP, і вважали, що вплив ступеня пошкодження на міцність на розрив був незначним, але мав значний вплив на бічні та поздовжні деформації.Однак Cao et al.16 спостережуваних кривих напруга-деформація та огинаюча кривих напруга-деформація бетону з обмеженнями FRP, що постраждали від початкового пошкодження.На додаток до досліджень початкового руйнування бетону, також були проведені деякі дослідження довговічності бетону з обмеженим вмістом FRP у суворих умовах навколишнього середовища.Ці вчені досліджували деградацію бетону з обмеженим вмістом FRP у суворих умовах і використовували методи оцінки пошкоджень для створення моделей деградації для прогнозування терміну служби.Xie та ін.17 помістив бетон, обмежений FRP, у гідротермальне середовище та виявив, що гідротермічні умови значно вплинули на механічні властивості FRP, що призвело до поступового зниження його міцності на стиск.У кислотно-лужному середовищі межа розділу між CFRP і бетоном погіршується.Зі збільшенням часу занурення швидкість виділення енергії руйнування шару CFRP значно зменшується, що в кінцевому підсумку призводить до руйнування міжфазних зразків18,19,20.Крім того, деякі вчені також вивчали вплив заморожування та відтавання на бетон з обмеженим вмістом FRP.Лю та ін.21 відзначили, що арматура з вуглепластику має добру довговічність під час циклів заморожування-розморожування на основі відносного динамічного модуля, міцності на стиск і співвідношення напруга-деформація.Крім того, запропоновано модель, пов'язану з погіршенням механічних властивостей бетону.Проте Peng та ін.22 розрахували термін служби CFRP і клеїв для бетону, використовуючи дані про температуру та цикл заморожування-відтавання.Guang та ін.23 провели швидкі випробування бетону на замерзання-відтавання та запропонували метод оцінки морозостійкості за товщиною пошкодженого шару під впливом замерзання-відтавання.Яздані та ін.24 досліджували вплив шарів FRP на проникнення іонів хлориду в бетон.Результати показують, що шар FRP є хімічно стійким і ізолює внутрішній бетон від зовнішніх іонів хлориду.Liu et al.25 змоделювали умови випробування на відшарування для сульфатно-корозійного FRP-бетону, створили модель ковзання та передбачили погіршення межі FRP-бетону.Wang та ін.26 створив модель напруження-деформації для сульфатно-еродованого бетону, обмеженого FRP, шляхом випробувань на одноосьовий стиск.Чжоу та ін.[27] досліджували пошкодження необмеженого бетону, спричинені комбінованими циклами заморожування-відтавання солі, і вперше використали логістичну функцію для опису механізму руйнування.Ці дослідження досягли значного прогресу в оцінці довговічності бетону з обмеженим вмістом FRP.Однак більшість дослідників зосередилися на моделюванні ерозійних середовищ за однієї несприятливої ​​умови.Бетон часто пошкоджується через супутню ерозію, спричинену різними умовами навколишнього середовища.Ці комбіновані умови навколишнього середовища серйозно погіршують характеристики бетону з обмеженим вмістом FRP.
Сульфатація та цикли заморожування-відтавання є двома типовими важливими параметрами, що впливають на довговічність бетону.Технологія локалізації FRP може покращити властивості бетону.Він широко використовується в техніці та дослідженнях, але наразі має свої обмеження.Кілька досліджень були зосереджені на стійкості бетону з обмеженим вмістом FRP до сульфатної корозії в холодних регіонах.Процес розмивання повністю закритого, напівзакритого та відкритого бетону сульфатом натрію та заморожуванням-розморожуванням заслуговує більш детального вивчення, особливо новий напівзакритий метод, описаний у цій статті.Вплив армування на бетонні колони також вивчався шляхом зміни порядку утримання FRP та ерозії.Мікрокосмічні та макроскопічні зміни у зразку, спричинені ерозією зв’язку, були охарактеризовані за допомогою електронного мікроскопа, тесту на pH, електронного мікроскопа SEM, аналізу енергетичного спектру ЕМП та одновісного механічного випробування.Крім того, у цьому дослідженні обговорюються закони, що регулюють взаємозв’язок напруження та деформації, який виникає під час одновісного механічного випробування.Експериментально підтверджені значення граничного напруження та деформації були підтверджені аналізом помилок з використанням чотирьох існуючих моделей граничного напруження та деформації.Запропонована модель може повністю передбачити кінцеву деформацію та міцність матеріалу, що корисно для майбутньої практики зміцнення FRP.Нарешті, це служить концептуальною основою для концепції морозостійкості бетону FRP.
У цьому дослідженні оцінюється знос бетону з обмеженим вмістом FRP за допомогою сульфатної корозії в поєднанні з циклами заморожування-відтавання.Мікроскопічні та макроскопічні зміни, викликані ерозією бетону, були продемонстровані за допомогою скануючої електронної мікроскопії, тестування pH, енергетичної спектроскопії EDS та одновісного механічного випробування.Крім того, механічні властивості та зміни напруги та деформації бетону, що стиснений FRP, підданого склеєній ерозії, досліджували за допомогою експериментів з осьовим стисненням.
FRP Confined Concrete складається з сирого бетону, зовнішнього обгорткового матеріалу FRP та епоксидного клею.Було обрано два зовнішні ізоляційні матеріали: CFRP і GRP, властивості матеріалів наведені в таблиці 1. Епоксидні смоли A і B використовувалися як клеї (співвідношення змішування 2:1 за об’ємом).Рис.1 ілюструє деталі конструкції матеріалів бетонної суміші.На малюнку 1а використовувався портландцемент Swan PO 42,5.Крупний заповнювач - це подрібнений базальтовий камінь діаметром 5-10 і 10-19 мм відповідно, як показано на рис.1b і c.Як дрібнодисперсний наповнювач на рис. 1г використано природний річковий пісок з модулем крупності 2,3.Приготуйте розчин натрій сульфату із гранул безводного натрій сульфату та певної кількості води.
Склад бетонної суміші: а – цемент, б – заповнювач 5–10 мм, в – заповнювач 10–19 мм, г – річковий пісок.
Розрахункова міцність бетону становить 30 МПа, що забезпечує осадку свіжого цементобетону від 40 до 100 мм.Співвідношення бетонної суміші наведено в таблиці 2, а співвідношення крупного заповнювача 5-10 мм і 10-20 мм становить 3:7.Ефект взаємодії з навколишнім середовищем моделювався шляхом спочатку приготування 10% розчину NaSO4, а потім заливання розчину в камеру циклу заморожування-розморожування.
Бетонні суміші готували в примусовому змішувачі об’ємом 0,5 м3 і всю партію бетону використовували для укладання необхідних зразків.Спочатку готують інгредієнти бетону згідно з таблицею 2, а цемент, пісок і крупний заповнювач попередньо змішують протягом трьох хвилин.Потім рівномірно розподіліть воду і перемішуйте 5 хвилин.Далі зразки бетону відливали у циліндричні форми та ущільнювали на вібростолі (діаметр форми 10 см, висота 20 см).
Після затвердіння протягом 28 днів зразки були обгорнуті FRP матеріалом.У цьому дослідженні розглядаються три методи для залізобетонних колон, включаючи повністю закриті, напівобмежені та необмежені.Два типи, CFRP і GFRP, використовуються для обмежених матеріалів.FRP Повністю закрита бетонна оболонка з FRP, висотою 20 см і довжиною 39 см.Верх і низ бетону, пов’язаного з FRP, не були загерметизовані епоксидною смолою.Напівгерметичний процес тестування як нещодавно запропонована герметична технологія описаний наступним чином.
(2) За допомогою лінійки намалюйте лінію на бетонній циліндричній поверхні, щоб визначити положення смуг FRP, відстань між смугами становить 2,5 см.Потім обмотайте стрічкою бетонні ділянки, де FRP не потрібен.
(3) Бетонну поверхню відшліфовано наждачним папером, протерто спиртовою ваткою та покрито епоксидною смолою.Потім вручну наклеїти скловолоконні смужки на бетонну поверхню та витиснути щілини, щоб скловолокно повністю прилягало до бетонної поверхні та уникало бульбашок повітря.Нарешті, приклейте смуги FRP на бетонну поверхню зверху вниз, відповідно до позначок, зроблених лінійкою.
(4) Через півгодини перевірте, чи бетон відокремився від FRP.Якщо FRP ковзає або стирчить, це слід негайно виправити.Формовані зразки повинні витримуватися протягом 7 днів, щоб забезпечити міцність затвердіння.
(5) Після затвердіння використовуйте канцелярський ніж, щоб видалити стрічку з бетонної поверхні, і нарешті отримати напівгерметичну бетонну колону з FRP.
Результати за різних обмежень показані на рис.2. На малюнку 2a показано повністю закритий CFRP бетон, на малюнку 2b показано напівузагальнений CFRP бетон, на малюнку 2c показано повністю закритий GFRP бетон, а на малюнку 2d показано напівобмежений CFRP бетон.
Закриті стилі: (a) повністю закритий CFRP;(b) напівзакрите вуглецеве волокно;(c) повністю закриті скловолокном;(d) напівзакрите скловолокно.
Є чотири основні параметри, призначені для дослідження впливу обмежень FRP і послідовності ерозії на ефективність контролю ерозії циліндрів.У таблиці 3 наведено кількість зразків бетонної колони.Зразки для кожної категорії складалися з трьох ідентичних зразків статусу, щоб зберегти узгодженість даних.Для всіх експериментальних результатів у цій статті було проаналізовано середнє значення трьох зразків.
(1) Герметичний матеріал класифікується як вуглецеве волокно або скловолокно.Проведено порівняння впливу двох видів фібри на армування бетону.
(2) Методи утримання бетонних колон поділяються на три типи: повністю обмежені, напівобмежені та необмежені.Стійкість до ерозії напівзакритих бетонних колон порівнювалася з двома іншими різновидами.
(3) Умовами ерозії є цикли заморожування-відтавання плюс розчин сульфату, а кількість циклів заморожування-відтавання становить 0, 50 і 100 разів відповідно.Було вивчено вплив спільної ерозії на бетонні колони, обмежені FRP.
(4) Випробувальні зразки поділяються на три групи.Перша група — це FRP обгортка, а потім корозія, друга група — спочатку корозія, а потім обгортка, а третя група — спочатку корозія, потім обгортка, а потім корозія.
Експериментальна процедура використовує універсальну випробувальну машину, машину для випробування на розтяг, блок циклу заморожування-розморожування (тип CDR-Z), електронний мікроскоп, рН-метр, тензодатчик, пристрій переміщення, електронний мікроскоп SEM та Аналізатор енергетичного спектру EDS у цьому дослідженні.Зразок являє собою бетонну колону висотою 10 см і діаметром 20 см.Бетон затвердів протягом 28 днів після заливки та ущільнення, як показано на малюнку 3а.Після відливання всі зразки виймали з форми та витримували протягом 28 днів при 18-22°C і відносній вологості 95%, а потім деякі зразки обгортали скловолокном.
Методи випробування: (a) обладнання для підтримки постійної температури та вологості;(b) машина циклу заморожування-відтавання;(c) універсальна випробувальна машина;(d) рН-тестер;(e) мікроскопічне спостереження.
Експеримент із заморожуванням-відтаванням використовує метод швидкого заморожування, як показано на малюнку 3b.Відповідно до GB/T 50082-2009 «Стандарти міцності звичайного бетону», зразки бетону повністю занурювали в 10% розчин сульфату натрію при 15-20°C на 4 дні перед заморожуванням і розморожуванням.Після цього сульфатна атака починається і завершується одночасно з циклом заморожування-відтавання.Тривалість циклу заморожування-розморожування становить від 2 до 4 годин, а час розморожування не повинен бути менше 1/4 часу циклу.Температуру серцевини проби необхідно підтримувати в межах від (-18±2) до (5±2) °С.Перехід від заморожування до розморожування повинен тривати не більше десяти хвилин.Три циліндричні ідентичні зразки кожної категорії були використані для вивчення втрати ваги та зміни рН розчину протягом 25 циклів заморожування-відтавання, як показано на рис. 3d.Після кожних 25 циклів заморожування-розморожування зразки виймали, а поверхні очищали перед визначенням їх свіжої ваги (Wd).Усі експерименти проводили в трьох примірниках зразків, а середні значення використовували для обговорення результатів тесту.Формули втрати маси і міцності зразка визначаються так:
У формулі ΔWd — це втрата ваги (%) зразка після кожних 25 циклів заморожування-розморожування, W0 — середня вага зразка бетону перед циклом заморожування-розморожування (кг), Wd — середня вага бетону.вага зразка після 25 циклів заморожування-відтавання (кг).
Коефіцієнт деградації міцності зразка характеризується Kd, а формула розрахунку має такий вигляд:
У формулі ΔKd — швидкість втрати міцності (%) зразка після кожних 50 циклів заморожування-відтавання, f0 — середня міцність зразка бетону перед циклом заморожування-відтавання (МПа), fd — середня міцність зразок бетону на 50 циклів заморожування-відтавання (МПа).
На рис.3c показана машина для випробування бетонних зразків на стиск.Відповідно до «Стандарту на методи випробувань фізико-механічних властивостей бетону» (GBT50081-2019) визначено метод випробування бетонних колон на міцність при стиску.Швидкість навантаження під час випробування на стиск становить 0,5 МПа/с, протягом усього випробування використовується безперервне та послідовне навантаження.Співвідношення навантаження-переміщення для кожного зразка було зареєстровано під час механічних випробувань.Тензодатчики були прикріплені до зовнішніх поверхонь бетону та FRP шарів зразків для вимірювання осьових і горизонтальних деформацій.Деформаційна комірка використовується під час механічних випробувань для реєстрації зміни деформації зразка під час випробування на стиск.
Кожні 25 циклів заморожування-розморожування зразок розчину заморожування-розморожування видаляли та поміщали в контейнер.На рис.3d показує рН-тест розчину зразка в контейнері.Мікроскопічне дослідження поверхні та поперечного перерізу зразка в умовах заморожування-відтавання показано на рис. 3d.Під мікроскопом спостерігали стан поверхні різних зразків після 50 і 100 циклів заморожування-відтавання в сульфатному розчині.Мікроскоп використовує 400-кратне збільшення.При спостереженні за поверхнею зразка в основному спостерігається ерозія шару FRP і зовнішнього шару бетону.Спостереження за поперечним перерізом зразка в основному вибирає умови ерозії на відстані 5, 10 і 15 мм від зовнішнього шару.Утворення сульфатних продуктів і цикли заморожування-відтавання потребують подальших випробувань.Тому модифіковану поверхню відібраних зразків досліджували за допомогою скануючого електронного мікроскопа (SEM), оснащеного енергодисперсійним спектрометром (EDS).
Візуально огляньте поверхню зразка за допомогою електронного мікроскопа та виберіть 400-кратне збільшення.Ступінь пошкодження поверхні напівзакритого та безстикового бетону GRP під час циклів заморожування-відтавання та впливу сульфатів досить високий, тоді як у повністю закритому бетоні він незначний.Перша категорія відноситься до виникнення ерозії сипучого бетону сульфатом натрію та від 0 до 100 циклів заморожування-відтавання, як показано на рис. 4а.Зразки бетону без вимерзання мають гладку поверхню без видимих ​​ознак.Після 50 ерозій пульповий блок на поверхні частково відшаровувався, оголюючи білу оболонку пульпи.Після 100 розмивів оболонки розчинів повністю відпали при візуальному огляді бетонної поверхні.Спостереження під мікроскопом показало, що поверхня ерозійного бетону 0 була гладкою, а поверхня заповнювача та розчину знаходилися в одній площині.На бетонній поверхні, пошкодженій 50 циклами заморожування-розморожування, спостерігалася нерівна шорстка поверхня.Це можна пояснити тим фактом, що частина розчину руйнується, і невелика кількість білих зернистих кристалів прилипає до поверхні, яка в основному складається із заповнювача, розчину та білих кристалів.Після 100 циклів заморожування-розморожування на поверхні бетону з'явилася велика площа білих кристалів, а темний грубий заповнювач піддавався зовнішньому середовищу.В даний час поверхня бетону в основному оголена заповнювачем і білими кристалами.
Морфологія ерозійної бетонної колони замерзання-відтавання: (а) необмежена бетонна колона;(b) напівзакритий армований вуглецевим волокном бетон;(c) GRP напівзакритий бетон;(d) повністю закритий CFRP бетон;(e) GRP бетон напівзакритий бетон.
Друга категорія – це корозія напівгерметичних бетонних колон з вуглепластику та пластику пластику під час циклів заморожування-відтавання та впливу сульфатів, як показано на рис. 4b, c.Візуальний огляд (1-кратне збільшення) показав, що на поверхні волокнистого шару поступово утворюється білий порошок, який швидко відпадає зі збільшенням кількості циклів заморожування-відтавання.Необмежена поверхнева ерозія напівгерметичного FRP-бетону стала більш вираженою зі збільшенням кількості циклів заморожування-відтавання.Видиме явище «здуття» (відкрита поверхня розчину бетонної колони знаходиться на межі обвалення).Однак явище відшарування частково перешкоджає сусідньому покриттю з вуглецевого волокна).Під мікроскопом синтетичні вуглецеві волокна виглядають як білі нитки на чорному фоні при 400-кратному збільшенні.Завдяки круглій формі волокон і впливу нерівномірного світла вони виглядають білими, але самі пучки вуглецевих волокон чорні.Скловолокно спочатку має білу ниткоподібну структуру, але при контакті з клеєм стає прозорим і добре видно стан бетону всередині скловолокна.Скловолокно яскраво-біле, а сполучна жовтувата.Обидва мають дуже світлий колір, тому колір клею приховає нитки скловолокна, надаючи загальному вигляду жовтуватий відтінок.Вуглецеві та скляні волокна захищені від пошкоджень зовнішньою епоксидною смолою.У міру збільшення кількості атак заморожування-розморожування на поверхні стало видно більше пустот і кілька білих кристалів.У міру збільшення циклу сульфатного заморожування сполучна речовина поступово стає тоншою, зникає жовтуватий колір і стають видимими волокна.
Третя категорія – це корозія повністю закритого CFRP і GRP бетону під час циклів заморожування-відтавання та впливу сульфатів, як показано на рис. 4d, e.Знову ж таки, спостережувані результати подібні до результатів для другого типу обмеженої секції бетонної колони.
Порівняйте явища, що спостерігаються після застосування трьох методів стримування, описаних вище.Волокнисті тканини в повністю ізольованому бетоні FRP залишаються стабільними зі збільшенням кількості циклів заморожування-відтавання.З іншого боку, шар клейового кільця тонший на поверхні.Епоксидні смоли в основному реагують з активними іонами водню в сірчаній кислоті з відкритим кільцем і майже не реагують з сульфатами28.Таким чином, можна вважати, що ерозія головним чином змінює властивості клейового шару в результаті циклів заморожування-відтавання, тим самим змінюючи зміцнюючий ефект FRP.Бетонна поверхня напівгерметичного бетону FRP має таке ж явище ерозії, як і необмежена бетонна поверхня.Його шар FRP відповідає шару FRP повністю закритого бетону, і пошкодження неочевидні.Однак у напівгерметичному GRP бетоні великі ерозійні тріщини виникають у місцях перетину волокнистих смужок з відкритим бетоном.Ерозія відкритих бетонних поверхонь стає більш серйозною, оскільки збільшується кількість циклів заморожування-відтавання.
Інтер’єри повністю закритого, напівзакритого та необмеженого FRP бетону показали значні відмінності під час циклів заморожування-розморожування та впливу сульфатних розчинів.Зразок розрізали поперечно і поперечний зріз спостерігали за допомогою електронного мікроскопа при 400-кратному збільшенні.На рис.5 показані мікроскопічні зображення на відстані 5 мм, 10 мм і 15 мм від межі між бетоном і розчином відповідно.Було помічено, що коли розчин сульфату натрію поєднується із заморожуванням-розморожуванням, пошкодження бетону поступово поширюються від поверхні до внутрішньої частини.Оскільки умови внутрішньої ерозії CFRP і GFRP бетону однакові, у цьому розділі не порівнюються два матеріали для утримання.
Мікроскопічне спостереження внутрішньої частини бетонної секції колони: (а) повністю обмежена скловолокном;(b) напівзакритий скловолокном;(c) необмежений.
Внутрішня ерозія повністю закритого бетону FRP показана на рис.5а.Тріщини видно на 5 мм, поверхня відносно гладка, кристалізації немає.Поверхня гладка, без кристалів, товщиною від 10 до 15 мм.Внутрішня ерозія FRP напівгерметичного бетону показана на рис.5 B. Тріщини та білі кристали видно на 5 мм і 10 мм, а поверхня гладка на 15 мм.На малюнку 5c показано розрізи бетонних колон FRP, де були виявлені тріщини на 5, 10 і 15 мм.Кілька білих кристалів у тріщинах ставали все рідшими, оскільки тріщини рухалися ззовні бетону всередину.Нескінченні бетонні колони показали найбільше ерозії, за ними йдуть напівобмежені бетонні колони з FRP.Сульфат натрію мало вплинув на внутрішню частину повністю закритих зразків бетону FRP протягом 100 циклів заморожування-відтавання.Це вказує на те, що основною причиною ерозії повністю обмеженого FRP-бетону є ерозія замерзання-відтавання протягом певного періоду часу.Спостереження за поперечним зрізом показало, що зріз безпосередньо перед замерзанням і відтаванням був гладким і вільним від агрегатів.У міру замерзання і відтавання бетону з’являються тріщини, те ж саме стосується і заповнювача, а білі зернисті кристали густо покриваються тріщинами.Дослідження27 показали, що коли бетон помістити в розчин сульфату натрію, сульфат натрію проникне в бетон, частина з яких випаде в осад у вигляді кристалів сульфату натрію, а частина вступить в реакцію з цементом.Кристали сульфату натрію і продукти реакції виглядають як білі гранули.
FRP повністю обмежує бетонні тріщини під час сполученої ерозії, але розріз гладкий без кристалізації.З іншого боку, напівзакриті та необмежені бетонні секції FRP мають внутрішні тріщини та кристалізацію під дією сполученої ерозії.Відповідно до опису зображення та попередніх досліджень29, процес спільної ерозії необмеженого та напівобмеженого FRP бетону розділений на два етапи.Перша стадія розтріскування бетону пов'язана з розширенням і звуженням під час замерзання-відтавання.Коли сульфат проникає в бетон і стає видимим, відповідний сульфат заповнює тріщини, утворені внаслідок усадки в результаті реакцій заморожування-відтавання та гідратації.Таким чином, сульфат має особливу захисну дію на бетон на ранній стадії і може певною мірою покращити механічні властивості бетону.Друга стадія сульфатної атаки триває, проникаючи в тріщини або порожнечі та реагуючи з цементом, утворюючи галун.В результаті тріщина збільшується в розмірах і викликає пошкодження.Протягом цього часу реакції розширення та звуження, пов’язані із замерзанням і відтаванням, посилять внутрішні пошкодження бетону, що призведе до зниження несучої здатності.
На рис.6 показує зміни рН розчинів для просочування бетону для трьох обмежених методів, що спостерігаються після 0, 25, 50, 75 і 100 циклів заморожування-відтавання.Необмежені та напівзакриті бетонні розчини FRP продемонстрували найшвидше підвищення pH від 0 до 25 циклів заморожування-розморожування.Їх значення pH підвищилися з 7,5 до 11,5 і 11,4 відповідно.У міру збільшення кількості циклів заморожування-розморожування підвищення pH поступово сповільнювалося після 25-100 циклів заморожування-розморожування.Їх значення pH зросли з 11,5 і 11,4 до 12,4 і 11,84 відповідно.Оскільки повністю зв’язаний FRP-бетон покриває шар FRP, розчину сульфату натрію важко проникнути.При цьому цементному складу складно проникнути в зовнішні розчини.Таким чином, рН поступово підвищувався від 7,5 до 8,0 між 0 і 100 циклами заморожування-розморожування.Причина зміни рН аналізується наступним чином.Силікат у бетоні поєднується з іонами водню у воді, утворюючи кремнієву кислоту, а решта OH- підвищує рН насиченого розчину.Зміна pH була більш вираженою між 0-25 циклами заморожування-розморожування та менш вираженою між 25-100 циклами заморожування-розморожування30.Однак було виявлено, що рН продовжує зростати після 25-100 циклів заморожування-розморожування.Це можна пояснити тим фактом, що сульфат натрію хімічно реагує з внутрішньою поверхнею бетону, змінюючи pH розчину.Аналіз хімічного складу показує, що бетон реагує з сульфатом натрію наступним чином.
Формули (3) і (4) показують, що сульфат натрію та гідроксид кальцію в цементі утворюють гіпс (сульфат кальцію), а сульфат кальцію далі реагує з метаалюмінатом кальцію в цементі з утворенням кристалів галуну.Реакція (4) супроводжується утворенням основного ОН-, що призводить до підвищення рН.Крім того, оскільки ця реакція є оборотною, рН підвищується в певний час і змінюється повільно.
На рис.7а показує втрату ваги повністю закритого, напівзакритого та з’єднаного GRP бетону під час циклів заморожування-відтавання в сульфатному розчині.Найбільш очевидна зміна втрати маси необмеженого бетону.Бетон без обмежень втратив приблизно 3,2% своєї маси після 50 атак заморожування-розморожування та приблизно 3,85% після 100 атак заморожування-розморожування.Результати показують, що вплив суміжної ерозії на якість сипкого бетону зменшується зі збільшенням кількості циклів заморожування-відтавання.Однак при спостереженні за поверхнею зразка було виявлено, що втрати розчину після 100 циклів заморожування-розморожування були більшими, ніж після 50 циклів заморожування-розморожування.У поєднанні з дослідженнями в попередньому розділі можна припустити, що проникнення сульфатів у бетон призводить до уповільнення втрати маси.Тим часом галун і гіпс, що утворюються всередині, також призводять до повільнішої втрати ваги, як передбачено хімічними рівняннями (3) і (4).
Зміна ваги: ​​(a) зв’язок між зміною ваги та кількістю циклів заморожування-розморожування;(b) зв’язок між зміною маси та значенням pH.
Зміна втрати ваги напівгерметичного бетону FRP спочатку зменшується, а потім збільшується.Після 50 циклів заморожування-відтавання втрата маси напівгерметичного склобетону становить близько 1,3%.Втрата ваги після 100 циклів склала 0,8%.Отже, можна зробити висновок, що сульфат натрію проникає в сипучий бетон.Крім того, спостереження за поверхнею випробувального зразка також показало, що волокнисті смужки можуть протистояти відшарування розчину на відкритому місці, тим самим зменшуючи втрату ваги.
Зміна втрати маси повністю закритого FRP бетону відрізняється від перших двох.Маси не втрачає, а додає.Після 50 морозно-талих ерозій маса збільшилася приблизно на 0,08%.Через 100 разів його маса збільшилася приблизно на 0,428%.Оскільки бетон повністю залитий, розчин на поверхні бетону не відійде і навряд чи призведе до втрати якості.З іншого боку, проникнення води та сульфатів з поверхні з високим вмістом всередину бетону з низьким вмістом також покращує якість бетону.
Раніше було проведено кілька досліджень щодо взаємозв’язку між рН і втратою маси в бетоні з обмеженим вмістом FRP в ерозійних умовах.Більшість досліджень в основному обговорюють зв’язок між втратою маси, модулем пружності та втратою міцності.На рис.7b показано співвідношення між pH бетону та втратою маси за трьох обмежень.Пропонується прогностична модель для прогнозування втрати маси бетону з використанням трьох методів утримання при різних значеннях pH.Як видно на малюнку 7b, коефіцієнт Пірсона високий, що вказує на те, що дійсно існує кореляція між рН і втратою маси.Значення r-квадрат для необмеженого, напівобмеженого та повністю обмеженого бетону становили 0,86, 0,75 та 0,96 відповідно.Це вказує на те, що зміна pH і втрата ваги повністю ізольованого бетону є відносно лінійними як в умовах сульфату, так і в умовах заморожування-відтавання.У необмеженому бетоні та напівгерметичному бетоні FRP рН поступово зростає, коли цемент реагує з водним розчином.В результаті бетонна поверхня поступово руйнується, що призводить до невагомості.З іншого боку, рН повністю закритого бетону мало змінюється, оскільки шар FRP уповільнює хімічну реакцію цементу з водним розчином.Таким чином, для повністю закритого бетону немає видимої ерозії поверхні, але він буде набирати вагу через насичення внаслідок поглинання сульфатних розчинів.
На рис.8 показує результати СЕМ-сканування зразків, протравлених заморожуванням-розморожуванням сульфатом натрію.Електронна мікроскопія досліджувала зразки, зібрані з блоків, узятих із зовнішнього шару бетонних колон.На рисунку 8а зображено скануючим електронним мікроскопом неогороджений бетон до ерозії.Відзначається, що на поверхні зразка є багато отворів, які впливають на міцність самої бетонної колони до відмерзання.На рис.8b показано зображення, отримане за допомогою електронного мікроскопа, повністю ізольованого зразка бетону FRP після 100 циклів заморожування-відтавання.У зразку можуть бути виявлені тріщини внаслідок замерзання та відтавання.Однак поверхня відносно гладка і на ній немає кристалів.Тому незаповнені тріщини більш помітні.На рис.8c показаний зразок напівгерметичного GRP бетону після 100 циклів морозної ерозії.Видно, що тріщини розширилися і між тріщинами утворилися зерна.Деякі з цих частинок прикріплюються до тріщин.SEM-сканування зразка необмеженої бетонної колони показано на малюнку 8d, явище, що відповідає напівобмеженню.Для подальшого з’ясування складу частинок, частинки в тріщинах були додатково збільшені та проаналізовані за допомогою спектроскопії EDS.Частинки в основному бувають трьох різних форм.Відповідно до аналізу енергетичного спектру, перший тип, як показано на малюнку 9а, є звичайним блочним кристалом, який в основному складається з O, S, Ca та інших елементів.Поєднавши попередні формули (3) і (4), можна визначити, що основним компонентом матеріалу є гіпс (сульфат кальцію).Другий показаний на малюнку 9b;згідно з аналізом енергетичного спектру, це голчастий ненаправлений об’єкт, основними компонентами якого є O, Al, S і Ca.Комбіновані рецепти показують, що матеріал складається переважно з квасцов.Третій блок, показаний на рис. 9c, є нерегулярним блоком, визначеним за допомогою аналізу енергетичного спектру, що складається переважно з компонентів O, Na та S. Виявилося, що це переважно кристали сульфату натрію.Скануюча електронна мікроскопія показала, що більшість пустот були заповнені кристалами сульфату натрію, як показано на малюнку 9c, а також невеликою кількістю гіпсу та галуну.
Електронно-мікроскопічні зображення зразків до і після корозії: (а) відкритий бетон до корозії;(b) після корозії скловолокно повністю герметично;(c) після корозії GRP напівзакритого бетону;(d) після корозії відкритого бетону.
Проведений аналіз дозволяє зробити наступні висновки.Усі зображення трьох зразків, отримані за допомогою електронного мікроскопа, мали розмір 1k×, і на зображеннях були виявлені та помічені тріщини та продукти ерозії.Бетон без обмежень має найширші тріщини і містить багато зерен.Бетон напівдавлення FRP поступається бетону без тиску за шириною тріщини та кількістю частинок.Повністю закритий FRP-бетон має найменшу ширину тріщин і відсутність часток після ерозії замерзання-відтавання.Усе це вказує на те, що повністю закритий FRP-бетон найменш сприйнятливий до ерозії від замерзання та відтавання.Хімічні процеси всередині напівзакритих і відкритих FRP бетонних колон призводять до утворення квасцов і гіпсу, а проникнення сульфату впливає на пористість.У той час як цикли заморожування-відтавання є основною причиною розтріскування бетону, сульфати та їхні продукти заповнюють деякі тріщини та пори.Однак із збільшенням кількості та часу ерозії тріщини продовжують розширюватися, а об’єм утворених квасцов збільшується, що призводить до екструзійних тріщин.Зрештою, заморожування-відтавання та вплив сульфату зменшать міцність колони.