novice

Zahvaljujemo se vam za obisk vsebine raztresenih steklenih vlaken iz kabronskih vlaken.Uporabljate različico brskalnika z omejeno podporo za CSS.Za najboljšo izkušnjo priporočamo, da uporabite posodobljen brskalnik (ali onemogočite način združljivosti v Internet Explorerju).Poleg tega, da zagotovimo stalno podporo, spletno mesto prikažemo brez slogov in JavaScripta.
Polimerno armirani beton (FRP) velja za inovativno in ekonomično metodo strukturnih popravil.V tej študiji sta bila izbrana dva tipična materiala [polimer, ojačan z ogljikovimi vlakni (CFRP) in polimer, ojačan s steklenimi vlakni (GFRP)] za preučevanje učinka ojačitve betona v težkih okoljih.Razpravljali so o odpornosti betona, ki vsebuje FRP, na sulfatni napad in s tem povezane cikle zmrzovanja in odmrzovanja.Elektronska mikroskopija za preučevanje površinske in notranje razgradnje betona med konjugirano erozijo.Stopnjo in mehanizem korozije natrijevega sulfata smo analizirali s pH vrednostjo, SEM elektronsko mikroskopijo in EMF energijskim spektrom.Preskusi aksialne tlačne trdnosti so bili uporabljeni za ovrednotenje ojačitve betonskih stebrov, omejenih s FRP, in razmerja med napetostjo in deformacijo so bila izpeljana za različne metode zadrževanja FRP v erozivno povezanem okolju.Analiza napak je bila izvedena za kalibracijo rezultatov eksperimentalnih testov z uporabo štirih obstoječih napovednih modelov.Vsa opažanja kažejo, da je proces razgradnje betona, omejenega s FRP, zapleten in dinamičen pod konjugiranimi napetostmi.Natrijev sulfat na začetku poveča trdnost betona v njegovi surovi obliki.Vendar lahko poznejši cikli zamrzovanja in odmrzovanja poslabšajo razpokanje betona, natrijev sulfat pa dodatno zmanjša trdnost betona s spodbujanjem razpok.Predlaga se natančen numerični model za simulacijo razmerja med napetostjo in deformacijo, ki je ključnega pomena za načrtovanje in ocenjevanje življenjskega cikla betona, omejenega s FRP.
Kot inovativna metoda ojačitve betona, ki so jo raziskovali od leta 1970, ima FRP prednosti majhne teže, visoke trdnosti, odpornosti proti koroziji, odpornosti proti utrujenosti in priročne konstrukcije1,2,3.Ker se stroški znižujejo, postaja vse pogostejši v inženirskih aplikacijah, kot so steklena vlakna (GFRP), ogljikova vlakna (CFRP), bazaltna vlakna (BFRP) in aramidna vlakna (AFRP), ki so najpogosteje uporabljena FRP za strukturno ojačitev4, 5. Predlagana metoda zadrževanja FRP lahko izboljša učinkovitost betona in prepreči prezgodnji propad.Vendar pa različna zunanja okolja v strojništvu pogosto vplivajo na vzdržljivost betona, omejenega na FRP, zaradi česar je njegova trdnost ogrožena.
Več raziskovalcev je preučevalo spremembe napetosti in deformacij v betonu z različnimi oblikami in velikostmi preseka.Yang et al.6 ugotovili, da sta končni stres in deformacija pozitivno povezana z rastjo debeline fibroznega tkiva.Wu et al.7 so pridobili krivulje napetosti in deformacije za beton, omejen s FRP, z uporabo različnih vrst vlaken za napovedovanje končnih deformacij in obremenitev.Lin et al.8 je ugotovil, da se tudi modeli napetosti in deformacije FRP za okrogle, kvadratne, pravokotne in eliptične palice zelo razlikujejo, in razvili nov model napetosti in deformacije, ki je usmerjen v načrtovanje, z uporabo razmerja med širino in polmerom kota kot parametra.Lam in sod.9 so opazili, da sta neenakomerno prekrivanje in ukrivljenost FRP povzročila manjšo lomno deformacijo in napetost v FRP kot pri nateznih preskusih plošče.Poleg tega so znanstveniki preučevali delne omejitve in nove metode omejitev v skladu z različnimi potrebami oblikovanja v realnem svetu.Wang et al.[10] so izvedli preskuse aksialnega stiskanja na popolnoma, delno in neomejenem betonu v treh omejenih načinih.Razvit je bil model »napetost-deformacija« in podani so koeficienti mejnega učinka za delno zaprt beton.Wu et al.11 razvil metodo za napovedovanje odvisnosti napetosti od deformacije betona, omejenega s FRP, ki upošteva učinke velikosti.Moran et al.12 so ovrednotili lastnosti aksialne monotone kompresije omejenega betona s FRP vijačnimi trakovi in ​​izpeljali krivulje napetosti in deformacije.Vendar zgornja študija preučuje predvsem razliko med delno zaprtim betonom in popolnoma zaprtim betonom.Vloga FRP, ki delno omejujejo betonske odseke, ni bila podrobno raziskana.
Poleg tega je študija ovrednotila delovanje betona z omejitvijo FRP v smislu tlačne trdnosti, spremembe deformacije, začetnega modula elastičnosti in modula deformacijskega utrjevanja pod različnimi pogoji.Tijani idr.13,14 so ugotovili, da se popravljivost betona, omejenega s FRP, zmanjšuje z naraščajočo škodo v poskusih popravil FRP na prvotno poškodovanem betonu.Ma et al.[15] so preučevali učinek začetne poškodbe na betonske stebre, omejene s FRP, in menili, da je bil učinek stopnje poškodbe na natezno trdnost zanemarljiv, vendar je pomembno vplival na prečne in vzdolžne deformacije.Vendar pa Cao et al.16 opazovanih krivulj napetosti in deformacije in ovojnih krivulj napetosti in deformacije betona, omejenega s FRP, na katerega je vplivala začetna poškodba.Poleg študij o začetnih okvarah betona so bile izvedene tudi nekatere študije o trajnosti betona, omejenega na FRP, v težkih okoljskih pogojih.Ti znanstveniki so preučevali razgradnjo betona, omejenega na FRP, v težkih pogojih in uporabili tehnike ocenjevanja škode, da bi ustvarili modele razgradnje za napovedovanje življenjske dobe.Xie et al.17 je beton, omejen s FRP, postavil v hidrotermalno okolje in ugotovil, da hidrotermalni pogoji pomembno vplivajo na mehanske lastnosti FRP, kar je povzročilo postopno zmanjšanje njegove tlačne trdnosti.V kislinsko-bazičnem okolju se vmesnik med CFRP in betonom poslabša.Ko se čas potopitve poveča, se stopnja sproščanja energije uničenja plasti CFRP znatno zmanjša, kar na koncu privede do uničenja vzorcev na površini 18,19,20.Poleg tega so nekateri znanstveniki preučevali tudi učinke zmrzovanja in odmrzovanja na beton, omejen s FRP.Liu et al.21 so ugotovili, da ima CFRP armatura dobro vzdržljivost v ciklih zamrzovanja in odmrzovanja na podlagi relativnega dinamičnega modula, tlačne trdnosti in razmerja med napetostjo in deformacijo.Poleg tega je predlagan model, ki je povezan s poslabšanjem mehanskih lastnosti betona.Vendar pa so Peng et al.22 izračunali življenjsko dobo CFRP in lepil za beton z uporabo podatkov o temperaturi in ciklu zamrzovanja-odmrzovanja.Guang et al.23 izvedel hitre preskuse zmrzovanja in odmrzovanja betona in predlagal metodo za ocenjevanje odpornosti proti zmrzali na podlagi debeline poškodovane plasti pod izpostavljenostjo zmrzovanju in odmrzovanju.Yazdani et al.24 preučevali vpliv FRP plasti na prodiranje kloridnih ionov v beton.Rezultati kažejo, da je plast FRP kemično odporna in izolira notranji beton pred zunanjimi kloridnimi ioni.Liu et al.25 so simulirali pogoje preskusa luščenja za sulfatno korodirani FRP beton, ustvarili model zdrsa in predvideli degradacijo vmesnika FRP-beton.Wang et al.26 vzpostavil model napetosti in deformacije za sulfatno erodirani beton, omejen s FRP, s preskusi enoosnega stiskanja.Zhou et al.[27] so proučevali poškodbe nezaprtega betona, ki so jih povzročili kombinirani cikli zamrzovanja in odmrzovanja soli, in prvič uporabili logistično funkcijo za opis mehanizma okvare.Te študije so dosegle pomemben napredek pri ocenjevanju trajnosti betona, omejenega na FRP.Vendar se je večina raziskovalcev osredotočila na modeliranje erozivnih medijev pod enim neugodnim pogojem.Beton je pogosto poškodovan zaradi povezane erozije, ki jo povzročajo različni okoljski pogoji.Ti kombinirani okoljski pogoji resno poslabšajo učinkovitost betona z omejitvijo FRP.
Sulfacija in cikli zamrzovanja-tajanja sta dva značilna pomembna parametra, ki vplivata na trajnost betona.Tehnologija lokalizacije FRP lahko izboljša lastnosti betona.Široko se uporablja v inženirstvu in raziskavah, vendar ima trenutno svoje omejitve.Več študij se je osredotočilo na odpornost betona, omejenega na FRP, proti sulfatni koroziji v hladnih regijah.Postopek erozije popolnoma zaprtega, polzaprtega in odprtega betona z natrijevim sulfatom in zmrzovanjem-tajanjem si zasluži podrobnejšo študijo, zlasti nova polzaprta metoda, opisana v tem članku.Učinek ojačitve na betonske stebre je bil preučen tudi z zamenjavo vrstnega reda zadrževanja FRP in erozije.Mikrokozmične in makroskopske spremembe vzorca zaradi erozije vezi so bile karakterizirane z elektronskim mikroskopom, pH testom, elektronskim mikroskopom SEM, analizo energijskega spektra EMF in enoosnim mehanskim testom.Poleg tega ta študija obravnava zakone, ki urejajo razmerje med napetostjo in deformacijo, ki se pojavi pri enoosnem mehanskem preskušanju.Eksperimentalno preverjene vrednosti mejne napetosti in deformacije so bile potrjene z analizo napak z uporabo štirih obstoječih mejnih modelov napetosti in deformacije.Predlagani model lahko v celoti napove končno deformacijo in trdnost materiala, kar je uporabno za prihodnjo prakso ojačitve FRP.Končno služi kot konceptualna podlaga za koncept odpornosti proti zmrzovanju betona FRP.
Ta študija ocenjuje propadanje betona, omejenega na FRP, z uporabo korozije sulfatne raztopine v kombinaciji s cikli zamrzovanja in odmrzovanja.Mikroskopske in makroskopske spremembe, ki jih povzroča erozija betona, so bile dokazane z uporabo vrstične elektronske mikroskopije, testiranja pH, energijske spektroskopije EDS in enoosnega mehanskega testiranja.Poleg tega so bile s poskusi aksialne kompresije raziskane mehanske lastnosti in spremembe napetosti in deformacije betona, omejenega s FRP, ki je bil podvržen lepljeni eroziji.
FRP Confined Concrete je sestavljen iz surovega betona, FRP zunanjega ovoja in epoksi lepila.Izbrana sta bila dva materiala za zunanjo izolacijo: CFRP in GRP, lastnosti materialov so prikazane v tabeli 1. Kot lepila sta bili uporabljeni epoksi smoli A in B (mešalno razmerje 2:1 volumsko).riž.1 prikazuje podrobnosti konstrukcije materialov betonske mešanice.Na sliki 1a je bil uporabljen portlandski cement Swan PO 42.5.Grobi agregati so zdrobljen bazaltni kamen s premerom 5-10 oziroma 10-19 mm, kot je prikazano na sl.1b in c.Kot fino polnilo na sliki 1g je bil uporabljen naravni rečni pesek z modulom drobnosti 2,3.Raztopino natrijevega sulfata pripravimo iz zrnc brezvodnega natrijevega sulfata in določene količine vode.
Sestava betonske mešanice: a – cement, b – agregat 5–10 mm, c – agregat 10–19 mm, d – rečni pesek.
Projektna trdnost betona je 30 MPa, zaradi česar je svež cementni beton poseden od 40 do 100 mm.Razmerje mešanice betona je prikazano v tabeli 2, razmerje grobega agregata 5-10 mm in 10-20 mm pa je 3:7.Učinek interakcije z okoljem smo modelirali tako, da smo najprej pripravili 10 % raztopino NaSO4 in nato raztopino vlili v komoro s ciklom zamrzovanja in odmrzovanja.
Betonske mešanice smo pripravljali v 0,5 m3 prisilnem mešalniku in celotno šaržo betona porabili za polaganje zahtevanih vzorcev.Najprej se pripravijo sestavine betona po tabeli 2, cement, pesek in grobi agregat pa se mešajo tri minute.Nato enakomerno porazdelite vodo in mešajte 5 minut.Nato so bili vzorci betona vliti v valjaste kalupe in stisnjeni na vibracijski mizi (premer kalupa 10 cm, višina 20 cm).
Po utrjevanju 28 dni so bili vzorci oviti s FRP materialom.Ta študija obravnava tri metode za armiranobetonske stebre, vključno s popolnoma zaprtimi, delno omejenimi in neomejenimi.Dve vrsti, CFRP in GFRP, se uporabljata za omejene materiale.FRP Popolnoma zaprta betonska lupina iz FRP, visoka 20 cm in dolga 39 cm.Zgornji in spodnji del betona, vezanega na FRP, nista bila zatesnjena z epoksi smolo.Postopek polhermetičnega preskušanja kot nedavno predlagane nepredušne tehnologije je opisan v nadaljevanju.
(2) Z ravnilom narišite črto na betonski cilindrični površini, da določite položaj FRP trakov, razdalja med trakovi je 2,5 cm.Nato ovijte trak okoli betonskih območij, kjer FRP ni potreben.
(3) Betonsko površino gladko poliramo z brusnim papirjem, obrišemo z alkoholno volno in premažemo z epoksidom.Nato ročno prilepite trakove iz steklenih vlaken na betonsko površino in iztisnite reže, tako da se steklena vlakna popolnoma oprimejo betonske površine in preprečijo nastanek zračnih mehurčkov.Nazadnje prilepite FRP trakove na betonsko površino od zgoraj navzdol, glede na oznake, narejene z ravnilom.
(4) Po pol ure preverite, ali se je beton ločil od FRP.Če FRP drsi ali štrli, ga je treba takoj popraviti.Oblikovani vzorci se morajo sušiti 7 dni, da se zagotovi trdnost strjevanja.
(5) Po strjevanju s pomočjo noža odstranite trak s površine betona in na koncu dobite polhermetični betonski steber FRP.
Rezultati pod različnimi omejitvami so prikazani na sl.2. Slika 2a prikazuje popolnoma zaprt CFRP beton, Slika 2b prikazuje polsplošen CFRP beton, Slika 2c prikazuje popolnoma zaprt GFRP beton, Slika 2d pa prikazuje delno omejen CFRP beton.
Zaprti slogi: (a) popolnoma zaprt CFRP;(b) polzaprta ogljikova vlakna;(c) popolnoma zaprti v steklenih vlaknih;(d) polzaprta steklena vlakna.
Obstajajo štirje glavni parametri, ki so zasnovani za raziskovanje učinka omejitev FRP in zaporedij erozije na učinkovitost nadzora erozije jeklenk.Tabela 3 prikazuje število vzorcev betonskih stebrov.Vzorci za vsako kategorijo so bili sestavljeni iz treh enakih vzorcev statusa, da so bili podatki dosledni.Za vse eksperimentalne rezultate v tem članku je bilo analizirano povprečje treh vzorcev.
(1) Zrakotesen material je razvrščen kot ogljikova vlakna ali steklena vlakna.Primerjali smo vpliv dveh vrst vlaken na armaturo betona.
(2) Metode zadrževanja betonskih stebrov so razdeljene na tri vrste: popolnoma omejene, delno omejene in neomejene.Erozijsko odpornost polzaprtih betonskih stebrov smo primerjali z dvema drugima različicama.
(3) Pogoji erozije so cikli zamrzovanja in odmrzovanja plus raztopina sulfata, število ciklov zamrzovanja in odmrzovanja pa je 0-krat, 50-krat oziroma 100-krat.Raziskovali so učinek povezane erozije na betonske stebre, omejene s FRP.
(4) Preizkušanci so razdeljeni v tri skupine.Prva skupina je FRP ovijanje in nato korozija, druga skupina je najprej korozija in nato ovijanje, tretja skupina pa je najprej korozija in nato ovijanje in nato korozija.
Eksperimentalni postopek uporablja univerzalni preskuševalni stroj, natezni preskuševalni stroj, enoto za cikel zamrzovanja in odmrzovanja (tip CDR-Z), elektronski mikroskop, pH meter, merilnik napetosti, napravo za premik, elektronski mikroskop SEM in Analizator energijskega spektra EDS v tej študiji.Vzorec je betonski steber višine 10 cm in premera 20 cm.Beton je bil utrjen v 28 dneh po vlivanju in zbijanju, kot je prikazano na sliki 3a.Vse vzorce smo po ulivanju odstranili iz kalupa in hranili 28 dni pri 18-22°C in 95% relativni vlažnosti, nato pa smo nekatere vzorce ovili s steklenimi vlakni.
Preskusne metode: (a) oprema za vzdrževanje stalne temperature in vlažnosti;(b) stroj s ciklom zamrzovanja in odmrzovanja;(c) univerzalni preskusni stroj;(d) pH tester;(e) mikroskopsko opazovanje.
Poskus z zamrzovanjem in odmrzovanjem uporablja metodo hitrega zamrzovanja, kot je prikazano na sliki 3b.V skladu z GB/T 50082-2009 "Standardi vzdržljivosti za konvencionalni beton" so bili vzorci betona popolnoma potopljeni v 10-odstotno raztopino natrijevega sulfata pri 15-20 °C za 4 dni pred zamrzovanjem in odmrzovanjem.Po tem se sulfatni napad začne in konča hkrati s ciklom zamrzovanja in odmrzovanja.Čas cikla zamrzovanja in odmrzovanja je 2 do 4 ure, čas odmrzovanja pa ne sme biti krajši od 1/4 časa cikla.Temperaturo jedra vzorca je treba vzdrževati v območju od (-18±2) do (5±2) °С.Prehod iz zamrznjenega v odtaljevanje ne sme trajati več kot deset minut.Trije cilindrični enaki vzorci vsake kategorije so bili uporabljeni za preučevanje izgube teže in spremembe pH raztopine v 25 ciklih zamrzovanja in odmrzovanja, kot je prikazano na sliki 3d.Po vsakih 25 ciklih zamrzovanja in odmrzovanja smo vzorce odstranili in površine očistili, preden smo določili njihovo svežo težo (Wd).Vsi poskusi so bili izvedeni v treh izvodih vzorcev, povprečne vrednosti pa so bile uporabljene za razpravo o rezultatih testa.Formule za izgubo mase in trdnosti vzorca se določijo na naslednji način:
V formuli je ΔWd izguba teže (%) vzorca po vsakih 25 ciklih zamrzovanja in odmrzovanja, W0 je povprečna teža vzorca betona pred ciklom zamrzovanja in odmrzovanja (kg), Wd je povprečna teža betona.teža vzorca po 25 ciklih zamrzovanja in odmrzovanja (kg).
Koeficient degradacije trdnosti vzorca je označen s Kd, formula za izračun pa je naslednja:
V formuli je ΔKd stopnja izgube trdnosti (%) vzorca po vsakih 50 ciklih zmrzovanja in odmrzovanja, f0 je povprečna trdnost vzorca betona pred ciklom zmrzovanja in odmrzovanja (MPa), fd je povprečna trdnost vzorec betona za 50 ciklov zamrzovanja in odmrzovanja (MPa).
Na sl.3c prikazuje stroj za tlačno testiranje betonskih vzorcev.V skladu s »Standardom za preskusne metode za fizikalne in mehanske lastnosti betona« (GBT50081-2019) je opredeljena metoda za preskušanje betonskih stebrov na tlačno trdnost.Stopnja obremenitve pri kompresijskem preskusu je 0,5 MPa/s, ves čas preskusa pa se uporablja stalna in zaporedna obremenitev.Razmerje med obremenitvijo in premikom za vsak vzorec je bilo zabeleženo med mehanskim preskušanjem.Merilniki napetosti so bili pritrjeni na zunanje površine betona in plasti FRP vzorcev za merjenje aksialnih in vodoravnih deformacij.Strešna celica se uporablja pri mehanskem preskušanju za beleženje spremembe deformacije vzorca med kompresijskim preskusom.
Vsakih 25 ciklov zamrzovanja in odmrzovanja je bil vzorec raztopine zamrzovanja in odmrzovanja odstranjen in postavljen v posodo.Na sl.3d prikazuje pH test raztopine vzorca v posodi.Mikroskopski pregled površine in preseka vzorca v pogojih zamrzovanja in odmrzovanja je prikazan na sliki 3d.Pod mikroskopom smo opazovali stanje površine različnih vzorcev po 50 in 100 ciklih zamrzovanja in odmrzovanja v raztopini sulfata.Mikroskop uporablja 400-kratno povečavo.Pri opazovanju površine vzorca se opazi predvsem erozija FRP plasti in zunanje plasti betona.Opazovanje preseka vzorca v bistvu izbere pogoje erozije na razdalji 5, 10 in 15 mm od zunanje plasti.Nastajanje sulfatnih produktov in ciklov zmrzovanja in odmrzovanja zahteva nadaljnje testiranje.Zato smo modificirano površino izbranih vzorcev pregledali z vrstičnim elektronskim mikroskopom (SEM), opremljenim z energijsko disperzivnim spektrometrom (EDS).
Vizualno preglejte površino vzorca z elektronskim mikroskopom in izberite 400-kratno povečavo.Stopnja površinske poškodbe polzaprtega in brezfugiranega GRP betona pod cikli zamrzovanja in odmrzovanja ter izpostavljenosti sulfatom je precej visoka, medtem ko je pri popolnoma zaprtem betonu zanemarljiva.Prva kategorija se nanaša na pojav erozije tekočega betona zaradi natrijevega sulfata in od 0 do 100 ciklov zamrzovanja in odmrzovanja, kot je prikazano na sliki 4a.Vzorci betona brez izpostavljenosti zmrzali imajo gladko površino brez vidnih delcev.Po 50 erozijah se je pulpini blok na površini delno odluščil in razgalil belo lupino pulpe.Po 100 erozijah so lupine raztopin med vizualnim pregledom betonske površine popolnoma odpadle.Mikroskopsko opazovanje je pokazalo, da je bila površina betona, erodiranega z zamrzovanjem in odmrzovanjem, gladka, površinski agregat in malta pa v isti ravnini.Na betonski površini, ki je bila erodirana zaradi 50 ciklov zamrzovanja in odmrzovanja, je bila opažena neravna, hrapava površina.To je mogoče pojasniti z dejstvom, da je del malte uničen in da se na površino oprime majhna količina belih zrnatih kristalov, ki so v glavnem sestavljeni iz agregata, malte in belih kristalov.Po 100 ciklih zamrzovanja in odmrzovanja se je na površini betona pojavila velika površina belih kristalov, medtem ko je bil temni grobi agregat izpostavljen zunanjemu okolju.Trenutno je površina betona večinoma izpostavljena agregatu in belim kristalom.
Morfologija erozivnega zamrzovalno-odmrznjenega betonskega stebra: (a) neomejen betonski steber;(b) polzaprt beton, armiran z ogljikovimi vlakni;(c) GFK polzaprt beton;(d) popolnoma zaprt CFRP beton;(e) GRP beton, polzaprt beton.
Druga kategorija je korozija polhermetičnih betonskih stebrov iz CFRP in GRP pod cikli zamrzovanja in odmrzovanja ter izpostavljenost sulfatom, kot je prikazano na sliki 4b, c.Vizualni pregled (1x povečava) je pokazal, da se je na površini vlaknaste plasti postopoma oblikoval bel prah, ki je s povečevanjem števila ciklov zamrzovanja in odmrzovanja hitro odpadal.Neomejena površinska erozija polhermetičnega FRP betona je postala bolj izrazita, ko se je povečalo število ciklov zamrzovanja in odmrzovanja.Viden pojav "napihnjenosti" (odprta površina raztopine betonskega stebra je na robu propada).Vendar je pojav luščenja delno oviran zaradi sosednje prevleke iz ogljikovih vlaken).Pod mikroskopom so sintetična ogljikova vlakna videti kot bele niti na črnem ozadju pri 400-kratni povečavi.Zaradi okrogle oblike vlaken in izpostavljenosti neenakomerni svetlobi so videti bela, sami snopi ogljikovih vlaken pa so črni.Steklena vlakna so na začetku bela nitasta, ob stiku z lepilom pa postanejo prozorna in stanje betona v notranjosti steklenih vlaken je dobro vidno.Steklena vlakna so svetlo bela, vezivo pa rumenkasto.Oba sta zelo svetle barve, tako da bo barva lepila skrila niti iz steklenih vlaken, kar daje splošnemu videzu rumenkast odtenek.Ogljikova in steklena vlakna so zaščitena pred poškodbami z zunanjo epoksi smolo.Ko se je število napadov zmrzovanja in odmrzovanja povečalo, je na površini postalo vidnih več praznin in nekaj belih kristalov.S podaljševanjem cikla sulfatnega zamrzovanja se vezivo postopoma tanjša, rumenkasta barva izgine in vlakna postanejo vidna.
Tretja kategorija je korozija popolnoma zaprtega CFRP in GRP betona v ciklih zamrzovanja in odmrzovanja in izpostavljenosti sulfatom, kot je prikazano na sliki 4d, e.Opaženi rezultati so spet podobni tistim za drugo vrsto omejenega odseka betonskega stebra.
Primerjajte pojave, opažene po uporabi treh zgoraj opisanih metod zadrževanja.Vlaknasta tkiva v popolnoma izoliranem FRP betonu ostanejo stabilna, ko se število ciklov zamrzovanja in odmrzovanja povečuje.Po drugi strani pa je plast lepilnega obroča na površini tanjša.Epoksidne smole večinoma reagirajo z aktivnimi vodikovimi ioni v žveplovi kislini z odprtim obročem in komajda reagirajo s sulfati28.Tako se lahko šteje, da erozija v glavnem spremeni lastnosti lepilne plasti kot rezultat ciklov zamrzovanja in odmrzovanja, s čimer se spremeni ojačitveni učinek FRP.Betonska površina polhermetičnega betona FRP ima enak pojav erozije kot neomejena betonska površina.Njegova FRP plast ustreza FRP plasti popolnoma zaprtega betona in poškodba ni očitna.Vendar pa se v delno zatesnjenem GRP betonu pojavijo obsežne erozijske razpoke, kjer se trakovi vlaken križajo z izpostavljenim betonom.Erozija izpostavljenih betonskih površin postane hujša, ko se poveča število ciklov zamrzovanja in odmrzovanja.
Notranjost popolnoma zaprtega, polzaprtega in neomejenega FRP betona je pokazala pomembne razlike, ko je bila izpostavljena ciklom zamrzovanja in odmrzovanja in izpostavljenosti sulfatnim raztopinam.Vzorec smo prečno prerezali in prerez opazovali z elektronskim mikroskopom pri 400-kratni povečavi.Na sl.5 prikazuje mikroskopske slike na razdalji 5 mm, 10 mm oziroma 15 mm od meje med betonom in malto.Ugotovljeno je bilo, da ko se raztopina natrijevega sulfata kombinira z zamrzovanjem in odmrzovanjem, se poškodbe betona postopoma razgradijo od površine do notranjosti.Ker so pogoji notranje erozije CFRP in GFRP betona enaki, ta razdelek ne primerja obeh zadrževalnih materialov.
Mikroskopsko opazovanje notranjosti betonskega dela stebra: (a) popolnoma omejeno s steklenimi vlakni;(b) polzaprto s steklenimi vlakni;(c) neomejeno.
Notranja erozija FRP popolnoma zaprtega betona je prikazana na sl.5a.Razpoke so vidne na 5 mm, površina je relativno gladka, kristalizacije ni.Površina je gladka, brez kristalčkov, debeline 10 do 15 mm.Notranja erozija FRP polhermetičnega betona je prikazana na sl.5 B. Razpoke in beli kristali so vidni pri 5 mm in 10 mm, površina pa je gladka pri 15 mm.Slika 5c prikazuje odseke betonskih FRP stebrov, kjer so bile ugotovljene razpoke pri 5, 10 in 15 mm.Nekaj ​​belih kristalov v razpokah je postajalo vse redkejše, ko so se razpoke premikale od zunanjosti betona proti notranjosti.Neskončni betonski stebri so pokazali največ erozije, sledijo pa jim delno omejeni FRP betonski stebri.Natrijev sulfat je imel majhen učinek na notranjost popolnoma zaprtih vzorcev betona FRP v 100 ciklih zamrzovanja in odmrzovanja.To kaže, da je glavni vzrok erozije popolnoma omejenega FRP betona povezana erozija zaradi zamrzovanja in odmrzovanja v določenem časovnem obdobju.Opazovanje prečnega prereza je pokazalo, da je bil prerez neposredno pred zmrzovanjem in odmrzovanjem gladek in brez agregatov.Pri zmrzovanju in odmrzovanju betona so vidne razpoke, enako velja za agregat, beli zrnati kristali pa so na gosto pokriti z razpokami.Študije27 so pokazale, da ko beton položite v raztopino natrijevega sulfata, bo natrijev sulfat prodrl v beton, nekaj se ga bo oborilo kot kristali natrijevega sulfata, nekaj pa bo reagiralo s cementom.Kristali natrijevega sulfata in produkti reakcije izgledajo kot bela zrnca.
FRP popolnoma omejuje betonske razpoke pri konjugirani eroziji, vendar je odsek gladek brez kristalizacije.Po drugi strani pa so polzaprti in neomejeni betonski odseki FRP razvili notranje razpoke in kristalizacijo pod konjugirano erozijo.V skladu z opisom slike in prejšnjimi študijami29 je proces skupne erozije neomejenega in polomejenega FRP betona razdeljen na dve stopnji.Prva stopnja razpokanja betona je povezana z raztezanjem in krčenjem med zamrzovanjem in odmrzovanjem.Ko sulfat prodre v beton in postane viden, ustrezni sulfat zapolni razpoke, ki nastanejo zaradi krčenja zaradi reakcij zmrzovanja in odmrzovanja ter hidratacije.Zato ima sulfat poseben zaščitni učinek na beton v zgodnji fazi in lahko do določene mere izboljša mehanske lastnosti betona.Druga stopnja napada sulfata se nadaljuje, prodira skozi razpoke ali praznine in reagira s cementom, da nastane galun.Posledično se razpoka poveča in povzroči škodo.V tem času bodo reakcije raztezanja in krčenja, povezane z zmrzovanjem in odmrzovanjem, poslabšale notranje poškodbe betona, kar bo povzročilo zmanjšanje nosilnosti.
Na sl.Slika 6 prikazuje spremembe pH raztopin za impregnacijo betona za tri omejene metode, spremljane po 0, 25, 50, 75 in 100 ciklih zamrzovanja in odmrzovanja.Neomejene in polzaprte betonske malte FRP so pokazale najhitrejšo rast pH od 0 do 25 ciklov zamrzovanja in odmrzovanja.Njihove pH vrednosti so se povečale s 7,5 na 11,5 oziroma 11,4.Ko se je število ciklov zamrzovanja in odmrzovanja povečalo, se je dvig pH postopoma upočasnil po 25–100 ciklih zamrzovanja in odmrzovanja.Njihove pH vrednosti so se povečale z 11,5 in 11,4 na 12,4 oziroma 11,84.Ker popolnoma vezan FRP beton pokriva plast FRP, raztopina natrijevega sulfata težko prodre vanj.Hkrati je cementni sestavi težko prodreti v zunanje rešitve.Tako se je pH med 0 in 100 cikli zamrzovanja in odmrzovanja postopoma povečal s 7,5 na 8,0.Vzrok za spremembo pH se analizira na naslednji način.Silikat v betonu se poveže z vodikovimi ioni v vodi in tvori kremenčevo kislino, preostali OH- pa zviša pH nasičene raztopine.Sprememba pH je bila bolj izrazita med 0-25 cikli zamrzovanja in odmrzovanja in manj izrazita med 25-100 cikli zamrzovanja-odmrzovanja30.Vendar pa je bilo ugotovljeno, da se je pH še naprej povečeval po 25-100 ciklih zamrzovanja in odmrzovanja.To je mogoče pojasniti z dejstvom, da natrijev sulfat kemično reagira z notranjostjo betona in spremeni pH raztopine.Analiza kemijske sestave kaže, da beton reagira z natrijevim sulfatom na naslednji način.
Formuli (3) in (4) kažeta, da natrijev sulfat in kalcijev hidroksid v cementu tvorita sadro (kalcijev sulfat), kalcijev sulfat pa nadalje reagira s kalcijevim metaaluminatom v cementu, da tvori kristale galuna.Reakcijo (4) spremlja tvorba bazičnega OH-, kar vodi do povečanja pH.Poleg tega, ker je ta reakcija reverzibilna, pH ob določenem času naraste in se počasi spreminja.
Na sl.Slika 7a prikazuje izgubo teže popolnoma zaprtega, polzaprtega in prepletenega GRP betona med cikli zamrzovanja in odmrzovanja v raztopini sulfata.Najbolj očitna sprememba izgube mase je neomejen beton.Beton brez omejitev je izgubil približno 3,2 % svoje mase po 50 napadih zmrzovanja in odmrzovanja in približno 3,85 % po 100 napadih zmrzovanja in odmrzovanja.Rezultati kažejo, da se učinek konjugirane erozije na kakovost sipkega betona zmanjšuje z večanjem števila ciklov zamrzovanja in odmrzovanja.Pri opazovanju površine vzorca pa je bilo ugotovljeno, da je bila izguba malte po 100 ciklih zamrzovanja-odmrzovanja večja kot po 50 ciklih zamrzovanja-odmrzovanja.V kombinaciji s študijami v prejšnjem razdelku je mogoče domnevati, da prodiranje sulfatov v beton povzroči upočasnitev izgube mase.Medtem notranje ustvarjeni galun in sadra povzročita tudi počasnejšo izgubo teže, kot predvidevajo kemijske enačbe (3) in (4).
Sprememba teže: (a) razmerje med spremembo teže in številom ciklov zamrzovanja in odmrzovanja;(b) razmerje med spremembo mase in vrednostjo pH.
Sprememba izgube teže polhermetičnega betona FRP se najprej zmanjša in nato poveča.Po 50 ciklih zamrzovanja in odmrzovanja je izguba mase polhermetičnega betona iz steklenih vlaken približno 1,3 %.Izguba teže po 100 ciklih je bila 0,8 %.Zato lahko sklepamo, da natrijev sulfat prodre v tekoči beton.Poleg tega je opazovanje površine preskušanca tudi pokazalo, da so lahko trakovi iz vlaken odporni na luščenje malte na odprtem območju, s čimer se zmanjša izguba teže.
Sprememba izgube mase popolnoma zaprtega FRP betona se razlikuje od prvih dveh.Masa ne izgublja, ampak dodaja.Po 50 erozijah zmrzali in odmrznitve se je masa povečala za približno 0,08 %.Po 100-kratniku se je njegova masa povečala za približno 0,428%.Ker je beton v celoti vlit, se malta na površini betona ne bo odlepila in verjetno ne bo povzročila izgube kakovosti.Po drugi strani pa prodiranje vode in sulfatov s površine z visoko vsebnostjo v notranjost betona z nizko vsebnostjo prav tako izboljša kakovost betona.
Pred tem je bilo izvedenih več študij o razmerju med pH in izgubo mase v betonu z omejitvijo FRP v erozivnih pogojih.Večina raziskav obravnava predvsem razmerje med izgubo mase, modulom elastičnosti in izgubo trdnosti.Na sl.7b prikazuje razmerje med pH betona in izgubo mase pod tremi omejitvami.Predlaga se napovedni model za napovedovanje izgube mase betona z uporabo treh zadrževalnih metod pri različnih vrednostih pH.Kot je razvidno iz slike 7b, je Pearsonov koeficient visok, kar kaže, da dejansko obstaja korelacija med pH in izgubo mase.Vrednosti r-kvadrata za neomejen, pol-omejen in popolnoma omejen beton so bile 0,86, 0,75 oziroma 0,96.To kaže, da sta sprememba pH in izguba teže popolnoma izoliranega betona razmeroma linearna v pogojih sulfata in zamrzovanja-odmrzovanja.V neomejenem betonu in polhermetičnem FRP betonu se pH postopoma povečuje, ko cement reagira z vodno raztopino.Posledično se betonska površina postopoma uniči, kar vodi v breztežnost.Po drugi strani pa se pH popolnoma zaprtega betona malo spremeni, ker plast FRP upočasni kemično reakcijo cementa z vodno raztopino.Tako pri popolnoma zaprtem betonu ni vidne površinske erozije, bo pa pridobil težo zaradi nasičenosti zaradi absorpcije sulfatnih raztopin.
Na sl.8 prikazuje rezultate SEM skeniranja vzorcev, jedkanih z natrijevim sulfatom pri zamrzovanju in odmrzovanju.Z elektronsko mikroskopijo so pregledali vzorce, zbrane iz blokov, vzetih iz zunanje plasti betonskih stebrov.Slika 8a je slika nezaprtega betona pred erozijo z vrstičnim elektronskim mikroskopom.Ugotovljeno je, da je na površini vzorca veliko lukenj, ki vplivajo na trdnost samega betonskega stebra pred zmrzaljo.Na sl.8b prikazuje elektronsko mikroskopsko sliko popolnoma izoliranega vzorca betona FRP po 100 ciklih zamrzovanja in odmrzovanja.V vzorcu so lahko zaznane razpoke zaradi zmrzovanja in odmrzovanja.Je pa površina razmeroma gladka in na njej ni kristalov.Zato so nezapolnjene razpoke bolj vidne.Na sl.8c prikazuje vzorec polhermetičnega GRP betona po 100 ciklih erozije zmrzali.Jasno je, da so se razpoke razširile in med razpokami so nastala zrna.Nekateri od teh delcev se pritrdijo na razpoke.Skeniranje s SEM vzorca neomejenega betonskega stebra je prikazano na sliki 8d, pojav, ki je skladen s pol-omejitvijo.Da bi dodatno pojasnili sestavo delcev, so delce v razpokah dodatno povečali in analizirali s spektroskopijo EDS.Delci so v osnovi v treh različnih oblikah.Glede na analizo energijskega spektra je prvi tip, kot je prikazano na sliki 9a, navaden blok kristal, ki je v glavnem sestavljen iz O, S, Ca in drugih elementov.S kombinacijo prejšnjih formul (3) in (4) lahko ugotovimo, da je glavna sestavina materiala sadra (kalcijev sulfat).Drugi je prikazan na sliki 9b;po analizi energijskega spektra je igličast neusmeren objekt, njegove glavne komponente pa so O, Al, S in Ca.Recepti za kombiniranje kažejo, da material sestoji predvsem iz galuna.Tretji blok, prikazan na sliki 9c, je nepravilen blok, določen z analizo energijskega spektra, sestavljen predvsem iz komponent O, Na in S. Izkazalo se je, da so to predvsem kristali natrijevega sulfata.Vrstična elektronska mikroskopija je pokazala, da je bila večina praznin zapolnjena s kristali natrijevega sulfata, kot je prikazano na sliki 9c, skupaj z majhnimi količinami sadre in galuna.
Elektronsko mikroskopske slike vzorcev pred in po koroziji: (a) odprt beton pred korozijo;(b) po koroziji je stekleno vlakno popolnoma zatesnjeno;(c) po koroziji GRP polzaprtega betona;(d) po koroziji odprtega betona.
Analiza nam omogoča naslednje zaključke.Slike treh vzorcev z elektronskim mikroskopom so bile vse 1k×, na slikah pa so bile najdene in opažene razpoke in produkti erozije.Beton brez omejitev ima najširše razpoke in vsebuje veliko zrn.Poltlačni beton FRP je glede širine razpok in števila delcev slabši od betona brez tlaka.Popolnoma zaprt FRP beton ima najmanjšo širino razpoke in brez delcev po eroziji zmrzovanja in odmrzovanja.Vse to kaže, da je popolnoma zaprt FRP beton najmanj dovzeten za erozijo zaradi zmrzovanja in odmrzovanja.Kemični procesi znotraj polzaprtih in odprtih betonskih stebrov iz FRP vodijo do tvorbe galuna in sadre, prodiranje sulfata pa vpliva na poroznost.Medtem ko so cikli zamrzovanja in odmrzovanja glavni vzrok za razpoke v betonu, sulfati in njihovi produkti zapolnijo nekatere razpoke in pore.Ko pa se količina in čas erozije povečata, se razpoke še naprej širijo in količina nastalega galuna se poveča, kar povzroči ekstruzijske razpoke.Končno bosta zamrzovanje-odmrzovanje in izpostavljenost sulfatu zmanjšala moč kolone.