Новини

Благодарим ви, че посетихте съдържанието на разпръснати стъклени влакна от кабронови влакна.Използвате версия на браузър с ограничена поддръжка на CSS.За най-добро изживяване ви препоръчваме да използвате актуализиран браузър (или да деактивирате режима на съвместимост в Internet Explorer).Освен това, за да осигурим постоянна поддръжка, показваме сайта без стилове и JavaScript.
Бетонът, подсилен с полимер (FRP), се счита за иновативен и икономичен метод за структурен ремонт.В това проучване два типични материала [полимер, подсилен с въглеродни влакна (CFRP) и полимер, подсилен със стъклени влакна (GFRP)] бяха избрани за изследване на подсилващия ефект на бетона в тежки условия.Устойчивостта на бетона, съдържащ FRP, на сулфатна атака и свързаните цикли на замръзване-размразяване беше обсъдена.Електронна микроскопия за изследване на повърхностното и вътрешно разграждане на бетона по време на конюгирана ерозия.Степента и механизмът на корозия на натриев сулфат са анализирани чрез рН стойност, SEM електронна микроскопия и ЕМП енергиен спектър.Тестовете за якост на аксиален натиск са използвани за оценка на армировката на бетонни колони, ограничени от FRP, и са изведени връзки напрежение-деформация за различни методи за задържане на FRP в среда, свързана с ерозия.Беше извършен анализ на грешките, за да се калибрират резултатите от експерименталните тестове, като се използват четири съществуващи прогнозни модела.Всички наблюдения показват, че процесът на разграждане на бетон с ограничен FRP е сложен и динамичен при съединени напрежения.Натриевият сулфат първоначално повишава якостта на бетона в суров вид.Въпреки това последващите цикли на замразяване-размразяване могат да влошат напукването на бетона, а натриевият сулфат допълнително намалява якостта на бетона, като насърчава напукването.Предлага се точен числен модел за симулиране на връзката напрежение-деформация, която е от решаващо значение за проектирането и оценката на жизнения цикъл на бетон, ограничен от FRP.
Като иновативен метод за армиране на бетон, който е изследван от 1970 г., FRP има предимствата на леко тегло, висока якост, устойчивост на корозия, устойчивост на умора и удобна конструкция1,2,3.Тъй като разходите намаляват, той става все по-разпространен в инженерни приложения като фибростъкло (GFRP), въглеродни влакна (CFRP), базалтови влакна (BFRP) и арамидни влакна (AFRP), които са най-често използваните FRP за структурна армировка4, 5 Предложеният метод за задържане на FRP може да подобри ефективността на бетона и да избегне преждевременно срутване.Въпреки това, различните външни среди в машиностроенето често влияят върху издръжливостта на бетона с ограничен FRP, което води до компрометиране на неговата здравина.
Няколко изследователи са изследвали промените в напрежението и напрежението в бетон с различни форми и размери на напречното сечение.Yang и др.6 установи, че крайният стрес и напрежение корелират положително с растежа на дебелината на фиброзната тъкан.Wu et al.7 получиха криви напрежение-деформация за ограничен от FRP бетон, използвайки различни видове влакна за прогнозиране на крайните деформации и натоварвания.Lin et al.8 установиха, че FRP моделите напрежение-деформация за кръгли, квадратни, правоъгълни и елипсовидни пръти също се различават значително и разработиха нов проектно-ориентиран модел напрежение-деформация, използвайки съотношението на ширината и радиуса на ъгъла като параметри.Lam et al.9 наблюдава, че неравномерното припокриване и извивката на FRP води до по-малко деформация на счупване и напрежение във FRP, отколкото при тестове за опън на плоча.В допълнение, учените са проучили частични ограничения и нови методи за ограничаване според различните реални дизайнерски нужди.Wang и др.[10] извърши тестове за аксиална компресия върху изцяло, частично и неограничен бетон в три ограничени режима.Разработен е модел “напрежение-деформация” и са дадени коефициентите на ограничаващия ефект за частично затворен бетон.Wu и др.11 разработи метод за прогнозиране на зависимостта напрежение-деформация на бетон, ограничен от FRP, който отчита ефектите на размера.Moran et al.12 оценяват свойствата на аксиална монотонна компресия на ограничен бетон със спирални ленти от FRP и извеждат неговите криви напрежение-деформация.Въпреки това, горното проучване разглежда главно разликата между частично затворен бетон и напълно затворен бетон.Ролята на FRP, частично ограничаващи бетонните участъци, не е проучена подробно.
В допълнение, проучването оценява ефективността на бетона с ограничен FRP по отношение на якост на натиск, промяна на деформацията, начален модул на еластичност и модул на втвърдяване на деформация при различни условия.Tijani и др.13, 14 установяват, че възможността за ремонт на бетон, ограничен от FRP, намалява с увеличаване на щетите в експерименти за ремонт на FRP върху първоначално повреден бетон.Ма и др.[15] изследва ефекта от първоначалното увреждане върху бетонни колони, ограничени от FRP, и счита, че ефектът от степента на увреждане върху якостта на опън е незначителен, но има значителен ефект върху страничните и надлъжните деформации.Въпреки това, Cao et al.16 наблюдавани криви напрежение-деформация и обвивни криви напрежение-деформация на ограничен от FRP бетон, засегнат от първоначално увреждане.В допълнение към проучванията за първоначалното разрушаване на бетона, някои проучвания също са проведени върху издръжливостта на бетон с ограничен FRP при тежки условия на околната среда.Тези учени изследваха разграждането на бетон с ограничен FRP при тежки условия и използваха техники за оценка на щетите, за да създадат модели на разграждане за прогнозиране на експлоатационния живот.Xie и др.17 поставиха ограничен от FRP бетон в хидротермална среда и установиха, че хидротермалните условия значително повлияват механичните свойства на FRP, което води до постепенно намаляване на неговата якост на натиск.В киселинно-алкална среда интерфейсът между CFRP и бетона се влошава.С увеличаването на времето на потапяне скоростта на освобождаване на енергията на разрушаване на CFRP слоя намалява значително, което в крайна сметка води до разрушаване на междинни проби 18, 19, 20.В допълнение, някои учени също са изследвали ефектите от замръзване и размразяване върху бетон с ограничен FRP.Liu et al.21 отбелязват, че CFRP арматурата има добра издръжливост при цикли на замръзване-размразяване въз основа на относителния динамичен модул, якост на натиск и съотношение напрежение-деформация.Освен това е предложен модел, който е свързан с влошаване на механичните свойства на бетона.Peng et al.22 обаче изчисляват живота на CFRP и лепилата за бетон, като използват данни за температурата и цикъла на замразяване-размразяване.Гуанг и др.23 проведоха бързи тестове на замръзване-размразяване на бетон и предложиха метод за оценка на устойчивостта на замръзване въз основа на дебелината на повредения слой при излагане на замръзване-размразяване.Яздани и др.24 изследва ефекта на FRP слоевете върху проникването на хлоридни йони в бетона.Резултатите показват, че FRP слоят е химически устойчив и изолира вътрешния бетон от външните хлоридни йони.Liu et al.25 симулираха условия за изпитване на отлепване за корозирал от сулфат FRP бетон, създадоха модел на приплъзване и прогнозираха влошаване на интерфейса FRP-бетон.Wang и др.26 създаде модел на напрежение и деформация за ограничен от FRP сулфатно ерозиран бетон чрез тестове за едноосно натиск.Zhou и др.[27] изследват увреждането на неограничен бетон, причинено от комбинирани цикли на замръзване-размразяване на сол и за първи път използват логистична функция, за да опишат механизма на повреда.Тези проучвания постигнаха значителен напредък в оценката на издръжливостта на бетон с ограничен FRP.Повечето изследователи обаче са се фокусирали върху моделирането на ерозивни среди при едно неблагоприятно условие.Бетонът често се поврежда поради свързана ерозия, причинена от различни условия на околната среда.Тези комбинирани условия на околната среда сериозно влошават експлоатационните характеристики на бетона с ограничен FRP.
Циклите на сулфатиране и замразяване-размразяване са два типични важни параметъра, влияещи върху издръжливостта на бетона.Технологията за локализиране на FRP може да подобри свойствата на бетона.Той се използва широко в инженерството и научните изследвания, но в момента има своите ограничения.Няколко проучвания са фокусирани върху устойчивостта на бетон с ограничен FRP към сулфатна корозия в студени райони.Процесът на ерозия на напълно затворен, полузатворен и отворен бетон от натриев сулфат и замразяване-размразяване заслужава по-подробно проучване, особено новия полузатворен метод, описан в тази статия.Ефектът на армировката върху бетонните колони също беше изследван чрез размяна на реда на задържане на FRP и ерозия.Микрокосмическите и макроскопичните промени в пробата, причинени от ерозия на връзката, бяха характеризирани с електронен микроскоп, pH тест, SEM електронен микроскоп, анализ на енергийния спектър на EMF и едноосно механично изпитване.В допълнение, това изследване обсъжда законите, управляващи връзката напрежение-деформация, която възниква при едноосно механично изпитване.Експериментално проверените стойности на гранично напрежение и деформация бяха валидирани чрез анализ на грешката, използвайки четири съществуващи модела на гранично напрежение и деформация.Предложеният модел може напълно да предвиди крайната деформация и якост на материала, което е полезно за бъдещата практика на укрепване на FRP.И накрая, той служи като концептуална основа за концепцията за устойчивост на замръзване на FRP бетонна сол.
Това проучване оценява влошаването на бетона, ограничен от FRP, като се използва корозия от сулфатен разтвор в комбинация с цикли на замразяване-размразяване.Микроскопични и макроскопични промени, причинени от ерозия на бетон, са демонстрирани с помощта на сканираща електронна микроскопия, pH тестване, EDS енергийна спектроскопия и едноосно механично изпитване.В допълнение, механичните свойства и промените напрежение-деформация на бетон, ограничен от FRP, подложен на свързана ерозия, бяха изследвани с помощта на експерименти за аксиално компресиране.
FRP Confined Concrete се състои от суров бетон, FRP външен обвиващ материал и епоксидно лепило.Бяха избрани два външни изолационни материала: CFRP и GRP, свойствата на материалите са показани в таблица 1. Епоксидни смоли A и B бяха използвани като лепила (съотношение на смесване 2:1 по обем).Ориз.1 илюстрира детайлите на конструкцията на материали от бетонова смес.На фигура 1а е използван портланд цимент Swan PO 42.5.Грубите агрегати са натрошен базалтов камък с диаметър съответно 5-10 и 10-19 mm, както е показано на фиг.1б и в.Като фин пълнител на фиг. 1g е използван естествен речен пясък с модул на финост 2,3.Пригответе разтвор на натриев сулфат от гранулите безводен натриев сулфат и определено количество вода.
Съставът на бетоновата смес: a – цимент, b – добавъчен материал 5–10 mm, c – добавъчен материал 10–19 mm, d – речен пясък.
Проектната якост на бетона е 30 MPa, което води до слягане на свеж циментов бетон от 40 до 100 mm.Съотношението на бетоновата смес е показано в таблица 2, а съотношението на едър добавъчен материал 5-10 мм и 10-20 мм е 3:7.Ефектът от взаимодействието с околната среда беше моделиран чрез първо приготвяне на 10% разтвор на NaSO4 и след това изливане на разтвора в камера за цикъл на замразяване-размразяване.
Бетонните смеси бяха приготвени в 0,5 m3 принудителен миксер и цялата партида бетон беше използвана за полагане на необходимите проби.Най-напред се приготвят бетоновите съставки съгласно таблица 2, а циментът, пясъкът и едрият добавъчен материал се смесват предварително за три минути.След това разпределете равномерно водата и разбъркайте за 5 минути.След това пробите от бетон се изливат в цилиндрични форми и се уплътняват върху вибрираща маса (диаметър на формата 10 cm, височина 20 cm).
След втвърдяване в продължение на 28 дни, пробите бяха обвити с FRP материал.Това проучване обсъжда три метода за стоманобетонни колони, включително напълно затворени, полуограничени и неограничени.Два вида, CFRP и GFRP, се използват за ограничени материали.FRP Напълно затворена бетонна обвивка от FRP, 20 cm висока и 39 cm дълга.Горната и долната част на бетона, свързан с FRP, не са запечатани с епоксидна смола.Процесът на полухерметично изпитване като наскоро предложена херметична технология е описан по следния начин.
(2) С помощта на линийка начертайте линия върху бетонната цилиндрична повърхност, за да определите позицията на FRP лентите, разстоянието между лентите е 2,5 cm.След това увийте лентата около бетонните зони, където FRP не е необходим.
(3) Бетонната повърхност се полира гладко с шкурка, избърсва се с алкохолна вата и се покрива с епоксидна смола.След това ръчно залепете лентите от фибростъкло върху бетонната повърхност и натиснете празнините, така че фибростъклото да залепне напълно за бетонната повърхност и да избегне въздушни мехурчета.Накрая залепете FRP лентите върху бетонната повърхност отгоре надолу, според маркировките, направени с линийка.
(4) След половин час проверете дали бетонът се е отделил от FRP.Ако FRP се изплъзва или стърчи, трябва да се поправи незабавно.Формованите образци трябва да се втвърдяват в продължение на 7 дни, за да се осигури здравина на втвърдяването.
(5) След втвърдяване използвайте нож, за да отстраните лентата от бетонната повърхност и накрая получете полухерметична бетонна колона от FRP.
Резултатите при различни ограничения са показани на фиг.2. Фигура 2a показва напълно затворен CFRP бетон, Фигура 2b показва полуобобщен CFRP бетон, Фигура 2c показва напълно затворен GFRP бетон, а Фигура 2d показва полуограничен CFRP бетон.
Затворени стилове: (a) напълно затворен CFRP;б) полузатворени въглеродни влакна;в) изцяло затворени във фибростъкло;г) полузатворен фибростъкло.
Има четири основни параметъра, които са предназначени да изследват ефекта от ограниченията на FRP и последователностите на ерозия върху ефективността на контрола на ерозията на цилиндрите.Таблица 3 показва броя на пробите от бетонни колони.Пробите за всяка категория се състоят от три идентични проби за състояние, за да се поддържат данните последователни.Средната стойност от три проби беше анализирана за всички експериментални резултати в тази статия.
(1) Херметичният материал се класифицира като въглеродни влакна или фибростъкло.Направено е сравнение на ефекта на два вида фибри върху армировката на бетона.
(2) Методите за ограничаване на бетонните колони се разделят на три вида: напълно ограничени, полуограничени и неограничени.Устойчивостта на ерозия на полузатворените бетонни колони беше сравнена с две други разновидности.
(3) Условията на ерозия са цикли на замразяване-размразяване плюс сулфатен разтвор, а броят на циклите на замразяване-размразяване е съответно 0, 50 и 100 пъти.Изследван е ефектът от свързаната ерозия върху бетонни колони, ограничени от FRP.
(4) Пробните образци са разделени на три групи.Първата група е FRP опаковане и след това корозия, втората група е първо корозия и след това опаковане, а третата група е първо корозия и след това опаковане и след това корозия.
Експерименталната процедура използва универсална машина за изпитване, машина за изпитване на опън, модул за цикъл на замразяване-размразяване (тип CDR-Z), електронен микроскоп, pH метър, тензометър, устройство за изместване, SEM електронен микроскоп и EDS енергиен спектрален анализатор в това изследване.Пробата представлява бетонна колона с височина 10 cm и диаметър 20 cm.Бетонът беше втвърден в рамките на 28 дни след изливането и уплътняването, както е показано на фигура 3а.Всички проби бяха извадени от формата след отливане и държани в продължение на 28 дни при 18-22°C и 95% относителна влажност, след което някои проби бяха увити с фибростъкло.
Методи за изпитване: а) оборудване за поддържане на постоянна температура и влажност;б) машина с цикъл на замразяване-размразяване;в) универсална машина за изпитване;г) тестер за pH;д) микроскопско наблюдение.
Експериментът със замразяване-размразяване използва метода на бързо замразяване, както е показано на фигура 3b.Съгласно GB/T 50082-2009 „Стандарти за издръжливост на конвенционален бетон“, бетонните проби бяха изцяло потопени в 10% разтвор на натриев сулфат при 15-20°C за 4 дни преди замразяване и размразяване.След това сулфатната атака започва и завършва едновременно с цикъла на замразяване-размразяване.Времето на цикъла на замразяване-размразяване е от 2 до 4 часа, а времето за размразяване не трябва да бъде по-малко от 1/4 от времето на цикъла.Температурата на сърцевината на пробата трябва да се поддържа в границите от (-18±2) до (5±2) °С.Преходът от замразяване към размразяване не трябва да отнема повече от десет минути.Три цилиндрични идентични проби от всяка категория бяха използвани за изследване на загубата на тегло и промяната на pH на разтвора за 25 цикъла на замразяване-размразяване, както е показано на Фиг. 3d.След всеки 25 цикъла на замразяване-размразяване, пробите се отстраняват и повърхностите се почистват, преди да се определи прясното им тегло (Wd).Всички експерименти бяха проведени в три екземпляра на пробите и средните стойности бяха използвани за обсъждане на резултатите от теста.Формулите за загуба на маса и якост на пробата се определят, както следва:
Във формулата ΔWd е загубата на тегло (%) на пробата след всеки 25 цикъла на замразяване-размразяване, W0 е средното тегло на бетонната проба преди цикъла на замръзване-размразяване (kg), Wd е средното тегло на бетона.тегло на пробата след 25 цикъла на замразяване-размразяване (kg).
Коефициентът на разграждане на якостта на пробата се характеризира с Kd, а формулата за изчисление е, както следва:
Във формулата ΔKd е степента на загуба на якост (%) на пробата след всеки 50 цикъла на замръзване-размразяване, f0 е средната якост на бетонната проба преди цикъла на замръзване-размразяване (MPa), fd е средната якост на бетонната проба за 50 цикъла на замръзване-размразяване (MPa).
На фиг.3с показва машина за изпитване на натиск за бетонни образци.В съответствие със „Стандарт за методи за изпитване на физичните и механичните свойства на бетона“ (GBT50081-2019) е дефиниран метод за изпитване на бетонни колони за якост на натиск.Скоростта на натоварване при теста за компресия е 0,5 MPa/s, като по време на теста се използва непрекъснато и последователно натоварване.Връзката товар-преместване за всеки образец беше записана по време на механични изпитвания.Тензометри бяха прикрепени към външните повърхности на бетона и FRP слоевете на образците за измерване на аксиални и хоризонтални деформации.Клетката за деформация се използва при механично изпитване за записване на промяната в деформацията на образеца по време на тест за компресия.
На всеки 25 цикъла на замразяване-размразяване проба от разтвора за замразяване-размразяване се отстранява и се поставя в контейнер.На фиг.3d показва pH тест на разтвор на проба в контейнер.Микроскопско изследване на повърхността и напречното сечение на пробата при условия на замразяване-размразяване е показано на Фиг. 3d.Състоянието на повърхността на различни проби след 50 и 100 цикъла на замразяване-размразяване в сулфатен разтвор се наблюдава под микроскоп.Микроскопът използва 400x увеличение.При наблюдение на повърхността на пробата се наблюдава основно ерозията на FRP слоя и външния слой бетон.Наблюдението на напречното сечение на пробата основно избира условията на ерозия на разстояние 5, 10 и 15 mm от външния слой.Образуването на сулфатни продукти и циклите на замразяване-размразяване изискват допълнителни тестове.Следователно, модифицираната повърхност на избраните проби беше изследвана с помощта на сканиращ електронен микроскоп (SEM), оборудван с енергийно дисперсивен спектрометър (EDS).
Визуално проверете повърхността на пробата с електронен микроскоп и изберете 400X увеличение.Степента на увреждане на повърхността в полузатворен и безфугов GRP бетон при цикли на замръзване-размразяване и излагане на сулфати е доста висока, докато при напълно затворен бетон е незначителна.Първата категория се отнася до появата на ерозия на свободно течащ бетон от натриев сулфат и от 0 до 100 цикъла на замразяване-размразяване, както е показано на Фиг. 4а.Бетонните проби без излагане на замръзване имат гладка повърхност без видими елементи.След 50 ерозии блокът на пулпата на повърхността частично се отлепи, разкривайки бялата обвивка на пулпата.След 100 ерозии черупките на разтворите напълно паднаха при визуална проверка на бетонната повърхност.Микроскопското наблюдение показа, че повърхността на ерозирания при замразяване-размразяване бетон е гладка и повърхностният агрегат и хоросанът са в една и съща равнина.Беше наблюдавана неравна, грапава повърхност върху бетонна повърхност, ерозирана от 50 цикъла на замразяване-размразяване.Това може да се обясни с факта, че част от хоросана е разрушена и малко количество бели гранулирани кристали се прилепват към повърхността, която се състои главно от агрегат, хоросан и бели кристали.След 100 цикъла на замразяване-размразяване върху повърхността на бетона се появи голяма площ от бели кристали, докато тъмният груб агрегат беше изложен на външната среда.В момента повърхността на бетона е предимно изложена на инертни материали и бели кристали.
Морфология на ерозионна бетонна колона от замръзване-размразяване: (а) неограничена бетонна колона;б) полузатворен бетон, подсилен с въглеродни влакна;в) GRP полузатворен бетон;(d) напълно затворен CFRP бетон;д) GRP бетон, полузатворен бетон.
Втората категория е корозията на полухерметични CFRP и GRP бетонни колони при цикли на замразяване-размразяване и излагане на сулфати, както е показано на Фиг. 4b, c.Визуалната проверка (1x увеличение) показа, че върху повърхността на влакнестия слой постепенно се образува бял прах, който бързо пада с увеличаване на броя на циклите на замразяване-размразяване.Неограничената повърхностна ерозия на полухерметичния FRP бетон стана по-изразена с увеличаването на броя на циклите на замръзване-размразяване.Видимият феномен на „подуване“ (отворената повърхност на разтвора на бетонната колона е на ръба на срутването).Феноменът на пилинг обаче е частично възпрепятстван от съседното покритие от въглеродни влакна).Под микроскоп синтетичните въглеродни влакна изглеждат като бели нишки на черен фон при 400-кратно увеличение.Поради кръглата форма на влакната и излагането на неравномерна светлина, те изглеждат бели, но самите снопове от въглеродни влакна са черни.Фибростъклото първоначално е като бяла нишка, но при контакт с лепилото става прозрачно и състоянието на бетона вътре в фибростъклото се вижда ясно.Фибростъклото е ярко бяло, а свързващото вещество е жълтеникаво.И двете са много светли на цвят, така че цветът на лепилото ще скрие нишките от фибростъкло, придавайки на цялостния вид жълтеникав оттенък.Въглеродните и стъклените влакна са защитени от повреда чрез външна епоксидна смола.Тъй като броят на атаките на замръзване-размразяване се увеличи, повече празнини и няколко бели кристала станаха видими на повърхността.С увеличаването на цикъла на сулфатно замразяване, свързващото вещество постепенно става по-тънко, жълтеникавият цвят изчезва и влакната стават видими.
Третата категория е корозията на напълно затворен CFRP и GRP бетон при цикли на замразяване-размразяване и излагане на сулфати, както е показано на Фиг. 4d, e.Отново, наблюдаваните резултати са подобни на тези за втория тип ограничена секция на бетонната колона.
Сравнете наблюдаваните явления след прилагане на трите метода за ограничаване, описани по-горе.Влакнестите тъкани в напълно изолирания FRP бетон остават стабилни, тъй като броят на циклите на замразяване-размразяване се увеличава.От друга страна, лепилният пръстен е по-тънък на повърхността.Епоксидните смоли реагират предимно с активни водородни йони в сярна киселина с отворен пръстен и почти не реагират със сулфати28.По този начин може да се счита, че ерозията променя главно свойствата на адхезивния слой в резултат на цикли на замразяване-размразяване, като по този начин променя усилващия ефект на FRP.Бетонната повърхност на FRP полухерметичния бетон има същия феномен на ерозия като неограничената бетонна повърхност.Неговият FRP слой съответства на FRP слоя на напълно затворен бетон и повредата не е очевидна.Въпреки това, в полузапечатания GRP бетон се появяват обширни ерозионни пукнатини, където лентите от влакна се пресичат с открития бетон.Ерозията на откритите бетонни повърхности става по-сериозна с увеличаване на броя на циклите на замразяване-размразяване.
Вътрешността на напълно затворен, полузатворен и неограничен FRP бетон показва значителни разлики, когато е подложен на цикли на замразяване-размразяване и излагане на сулфатни разтвори.Пробата се нарязва напречно и напречното сечение се наблюдава с помощта на електронен микроскоп при 400x увеличение.На фиг.5 показва микроскопични изображения на разстояние съответно 5 mm, 10 mm и 15 mm от границата между бетон и хоросан.Наблюдавано е, че когато разтворът на натриев сулфат се комбинира със замразяване-размразяване, увреждането на бетона постепенно се разгражда от повърхността към вътрешността.Тъй като условията на вътрешна ерозия на CFRP и GFRP бетона са едни и същи, този раздел не сравнява двата ограничителни материала.
Микроскопско наблюдение на вътрешността на бетонната секция на колоната: (а) изцяло ограничена от фибростъкло;б) полузатворени с фибростъкло;в) неограничен.
Вътрешната ерозия на FRP напълно затворен бетон е показана на фиг.5а.Виждат се пукнатини на 5 мм, повърхността е сравнително гладка, няма кристализация.Повърхността е гладка, без кристали, с дебелина от 10 до 15 mm.Вътрешната ерозия на FRP полухерметичен бетон е показана на фиг.5 B. Пукнатини и бели кристали се виждат на 5 mm и 10 mm, а повърхността е гладка на 15 mm.Фигура 5в показва участъци от бетонни FRP колони, където са открити пукнатини при 5, 10 и 15 mm.Няколко бели кристала в пукнатините стават все по-редки, докато пукнатините се преместват от външната страна на бетона към вътрешната.Безкрайните бетонни колони показаха най-голяма ерозия, последвани от полуограничени бетонни колони от FRP.Натриевият сулфат има малък ефект върху вътрешността на напълно затворени бетонни проби от FRP в продължение на 100 цикъла на замразяване-размразяване.Това показва, че основната причина за ерозия на напълно ограничен FRP бетон е свързаната ерозия от замръзване-размразяване за определен период от време.Наблюдението на напречното сечение показа, че сечението непосредствено преди замразяването и размразяването е гладко и без агрегати.При замръзване и размразяване на бетона се виждат пукнатини, същото важи и за инертния материал, а белите гранулирани кристали са плътно покрити с пукнатини.Проучвания27 показват, че когато бетонът се постави в разтвор на натриев сулфат, натриевият сулфат ще проникне в бетона, някои от които ще се утаят като кристали на натриев сулфат, а други ще реагират с цимента.Кристалите на натриев сулфат и продуктите от реакцията изглеждат като бели гранули.
FRP напълно ограничава бетонните пукнатини при съединена ерозия, но сечението е гладко без кристализация.От друга страна, FRP полузатворените и неограничени бетонни участъци са развили вътрешни пукнатини и кристализация при свързана ерозия.Според описанието на изображението и предишни проучвания29, процесът на съвместна ерозия на неограничен и полу-ограничен FRP бетон е разделен на два етапа.Първият етап на напукване на бетона е свързан с разширяване и свиване по време на замръзване-размразяване.Когато сулфатът проникне в бетона и стане видим, съответният сулфат запълва пукнатини, създадени от свиване от реакции на замръзване-размразяване и хидратация.Следователно сулфатът има специален защитен ефект върху бетона в ранен етап и може да подобри механичните свойства на бетона до известна степен.Вторият етап на сулфатна атака продължава, прониквайки в пукнатини или празнини и реагирайки с цимента, за да образува стипца.В резултат на това пукнатината нараства по размер и причинява щети.През това време реакциите на разширяване и свиване, свързани със замръзване и размразяване, ще влошат вътрешното увреждане на бетона, което ще доведе до намаляване на носещата способност.
На фиг.6 показва промените на pH на разтворите за импрегниране на бетон за три ограничени метода, наблюдавани след 0, 25, 50, 75 и 100 цикъла на замразяване-размразяване.Неограничените и полузатворени FRP бетонови разтвори показаха най-бързото повишаване на pH от 0 до 25 цикъла на замразяване-размразяване.Стойностите им на рН се повишават съответно от 7,5 до 11,5 и 11,4.Тъй като броят на циклите на замразяване-размразяване се увеличава, повишаването на pH постепенно се забавя след 25-100 цикъла на замразяване-размразяване.Стойностите им на рН се повишават съответно от 11,5 и 11,4 до 12,4 и 11,84.Тъй като напълно залепеният FRP бетон покрива FRP слоя, е трудно за разтвор на натриев сулфат да проникне.В същото време е трудно циментовият състав да проникне във външни разтвори.Така рН постепенно се повишава от 7,5 до 8,0 между 0 и 100 цикъла на замразяване-размразяване.Причината за промяната в pH се анализира, както следва.Силикатът в бетона се свързва с водородните йони във водата, за да образува силициева киселина, а останалата OH- повишава pH на наситения разтвор.Промяната в pH е по-изразена между 0-25 цикъла на замразяване-размразяване и по-слабо изразена между 25-100 цикъла на замразяване-размразяване30.Тук обаче беше установено, че рН продължава да се повишава след 25-100 цикъла на замразяване-размразяване.Това може да се обясни с факта, че натриевият сулфат реагира химически с вътрешността на бетона, променяйки pH на разтвора.Анализът на химичния състав показва, че бетонът реагира с натриев сулфат по следния начин.
Формули (3) и (4) показват, че натриевият сулфат и калциевият хидроксид в цимента образуват гипс (калциев сулфат), а калциевият сулфат допълнително реагира с калциевия метаалуминат в цимента, за да образува кристали стипца.Реакцията (4) е придружена от образуването на основен OH-, което води до повишаване на pH.Освен това, тъй като тази реакция е обратима, pH се повишава в определен момент и се променя бавно.
На фиг.7а показва загубата на тегло на напълно затворен, полузатворен и блокиран GRP бетон по време на цикли на замразяване-размразяване в сулфатен разтвор.Най-очевидната промяна в загубата на маса е неограниченият бетон.Неограниченият бетон загуби около 3,2% от масата си след 50 атаки на замръзване-размразяване и около 3,85% след 100 атаки на замръзване-размразяване.Резултатите показват, че ефектът от свързаната ерозия върху качеството на свободно течащия бетон намалява с увеличаване на броя на циклите на замразяване-размразяване.Въпреки това, когато се наблюдава повърхността на пробата, беше установено, че загубата на хоросан след 100 цикъла на замразяване-размразяване е по-голяма, отколкото след 50 цикъла на замразяване-размразяване.В комбинация с проучванията в предишния раздел може да се предположи, че проникването на сулфати в бетона води до забавяне на загубата на маса.Междувременно, вътрешно генерираните стипца и гипс също водят до по-бавна загуба на тегло, както се предвижда от химичните уравнения (3) и (4).
Промяна на теглото: а) връзка между промяната на теглото и броя на циклите на замразяване-размразяване;б) връзка между промяната на масата и стойността на рН.
Промяната в загубата на тегло на FRP полухерметичен бетон първо намалява и след това се увеличава.След 50 цикъла на замразяване-размразяване, загубата на маса на полухерметичния бетон от фибростъкло е около 1,3%.Загубата на тегло след 100 цикъла е 0,8%.Следователно може да се заключи, че натриевият сулфат прониква в свободно течливия бетон.В допълнение, наблюдението на повърхността на тестовото парче също показа, че влакнестите ленти могат да устоят на отлепване на хоросан на открито, като по този начин намаляват загубата на тегло.
Промяната в загубата на маса на напълно затворен FRP бетон е различна от първите две.Масата не губи, а добавя.След 50 ерозии от замръзване и размразяване масата се е увеличила с около 0,08%.След 100 пъти масата му се е увеличила с около 0,428%.Тъй като бетонът е напълно излят, хоросанът върху повърхността на бетона няма да се отдели и е малко вероятно да доведе до загуба на качество.От друга страна, проникването на вода и сулфати от повърхността с високо съдържание във вътрешността на бетона с ниско съдържание също подобрява качеството на бетона.
Преди това са проведени няколко проучвания за връзката между pH и загубата на маса в бетон с ограничен FRP при ерозионни условия.Повечето от изследванията основно обсъждат връзката между загуба на маса, модул на еластичност и загуба на якост.На фиг.7b показва връзката между pH на бетона и загубата на маса при три ограничения.Предложен е прогнозен модел за прогнозиране на загуба на маса на бетон, като се използват три метода на задържане при различни стойности на pH.Както може да се види на фигура 7b, коефициентът на Pearson е висок, което показва, че наистина има връзка между pH и загубата на маса.Стойностите на r-квадрат за неограничен, полуограничен и напълно ограничен бетон бяха съответно 0,86, 0,75 и 0,96.Това показва, че промяната на pH и загубата на тегло на напълно изолиран бетон е относително линейна както при сулфатни условия, така и при условия на замръзване-размразяване.В неограничен бетон и полу-херметичен FRP бетон рН постепенно се повишава, докато циментът реагира с водния разтвор.В резултат на това повърхността на бетона постепенно се разрушава, което води до безтегловност.От друга страна, pH на напълно затворения бетон се променя малко, тъй като FRP слоят забавя химическата реакция на цимента с водния разтвор.По този начин, за напълно затворен бетон, няма видима повърхностна ерозия, но той ще наддаде на тегло поради насищане поради абсорбцията на сулфатни разтвори.
На фиг.8 показва резултатите от SEM сканиране на проби, ецвани с натриев сулфат замразяване-размразяване.Електронна микроскопия изследва проби, събрани от блокове, взети от външния слой на бетонни колони.Фигура 8а е изображение от сканиращ електронен микроскоп на незатворен бетон преди ерозия.Отбелязва се, че има много дупки на повърхността на пробата, които влияят на здравината на самата бетонна колона преди замръзване.На фиг.8b показва изображение с електронен микроскоп на напълно изолирана FRP бетонна проба след 100 цикъла на замразяване-размразяване.Могат да бъдат открити пукнатини в пробата поради замръзване и размразяване.Повърхността обаче е относително гладка и по нея няма кристали.Следователно незапълнените пукнатини са по-видими.На фиг.8c показва проба от полухерметичен GRP бетон след 100 цикъла на ерозия от замръзване.Ясно е, че пукнатините се разширяват и между пукнатините се образуват зърна.Някои от тези частици се прикрепят към пукнатини.SEM сканиране на проба от неограничена бетонна колона е показано на Фигура 8d, феномен, съответстващ на полуограничението.За допълнително изясняване на състава на частиците, частиците в пукнатините бяха допълнително увеличени и анализирани с помощта на EDS спектроскопия.Частиците основно се предлагат в три различни форми.Според анализа на енергийния спектър, първият тип, както е показано на фигура 9а, е правилен блоков кристал, съставен главно от O, S, Ca и други елементи.Чрез комбиниране на предишните формули (3) и (4) може да се определи, че основният компонент на материала е гипс (калциев сулфат).Вторият е показан на фигура 9b;според анализа на енергийния спектър, това е игловиден ненасочен обект и основните му компоненти са O, Al, S и Ca.Рецептите за комбиниране показват, че материалът се състои главно от стипца.Третият блок, показан на фиг. 9c, е неправилен блок, определен чрез анализ на енергийния спектър, състоящ се главно от компоненти O, Na и S. Оказа се, че това са главно кристали на натриев сулфат.Сканиращата електронна микроскопия показа, че повечето от кухините са запълнени с кристали на натриев сулфат, както е показано на фигура 9c, заедно с малки количества гипс и стипца.
Електронномикроскопични изображения на проби преди и след корозия: а) отворен бетон преди корозия;б) след корозия фибростъклото е напълно запечатано;в) след корозия на GRP полузатворен бетон;г) след корозия на открит бетон.
Анализът ни позволява да направим следните изводи.Електронномикроскопските изображения на трите проби бяха 1k× и в изображенията бяха открити и наблюдавани пукнатини и продукти на ерозия.Бетонът без ограничения има най-широки пукнатини и съдържа много зърна.FRP бетонът под полуналягане е по-нисък от бетона без налягане по отношение на ширината на пукнатината и броя на частиците.Напълно затвореният FRP бетон има най-малката ширина на пукнатината и никакви частици след ерозия от замръзване-размразяване.Всичко това показва, че напълно затвореният FRP бетон е най-малко податлив на ерозия от замръзване и размразяване.Химическите процеси вътре в полузатворени и отворени FRP бетонни колони водят до образуването на стипца и гипс, а проникването на сулфат влияе върху порьозността.Докато циклите на замръзване-размразяване са основната причина за напукване на бетона, сулфатите и техните продукти запълват някои от пукнатините и порите на първо място.Въпреки това, тъй като количеството и времето на ерозията се увеличават, пукнатините продължават да се разширяват и обемът на образуваната стипца се увеличава, което води до екструзионни пукнатини.В крайна сметка замразяването-размразяването и излагането на сулфат ще намалят здравината на колоната.