nyheter

Takk for besøket, spre innholdet av glassfiber cabronfiber.Du bruker en nettleserversjon med begrenset CSS-støtte.For den beste opplevelsen anbefaler vi at du bruker en oppdatert nettleser (eller deaktiverer kompatibilitetsmodus i Internet Explorer).I tillegg, for å sikre kontinuerlig støtte, viser vi nettstedet uten stiler og JavaScript.
Polymerarmert betong (FRP) regnes som en innovativ og økonomisk metode for strukturell reparasjon.I denne studien ble to typiske materialer [karbonfiberarmert polymer (CFRP) og glassfiberarmert polymer (GFRP)] valgt for å studere den forsterkende effekten av betong i tøffe miljøer.Motstanden til betong som inneholder FRP mot sulfatangrep og relaterte fryse-tine-sykluser har blitt diskutert.Elektronmikroskopi for å studere overflaten og indre nedbrytning av betong under konjugert erosjon.Graden og mekanismen for natriumsulfatkorrosjon ble analysert ved pH-verdi, SEM-elektronmikroskopi og EMF-energispektrum.Aksiale trykkfasthetstester har blitt brukt for å evaluere armeringen av FRP-begrensede betongsøyler, og spennings-tøyningsforhold er utledet for ulike metoder for FRP-retensjon i et erosivt koblet miljø.Feilanalyse ble utført for å kalibrere eksperimentelle testresultater ved å bruke fire eksisterende prediktive modeller.Alle observasjoner indikerer at nedbrytningsprosessen til FRP-begrenset betong er kompleks og dynamisk under konjugerte påkjenninger.Natriumsulfat øker i utgangspunktet styrken til betong i rå form.Imidlertid kan påfølgende fryse-tine-sykluser forverre betongsprekker, og natriumsulfat reduserer betongens styrke ytterligere ved å fremme sprekkdannelse.En nøyaktig numerisk modell er foreslått for å simulere spenning-tøyningsforholdet, som er avgjørende for å designe og evaluere livssyklusen til FRP-begrenset betong.
Som en innovativ betongarmeringsmetode som har blitt forsket på siden 1970-tallet, har FRP fordelene med lett vekt, høy styrke, korrosjonsbestandighet, utmattelsesbestandighet og praktisk konstruksjon1,2,3.Ettersom kostnadene reduseres, blir det mer vanlig i ingeniørapplikasjoner som glassfiber (GFRP), karbonfiber (CFRP), basaltfiber (BFRP) og aramidfiber (AFRP), som er de mest brukte FRP for strukturell forsterkning4, 5 Den foreslåtte FRP-retensjonsmetoden kan forbedre betongens ytelse og unngå for tidlig kollaps.Imidlertid påvirker ulike ytre miljøer innen maskinteknikk ofte holdbarheten til FRP-begrenset betong, noe som fører til at dens styrke blir kompromittert.
Flere forskere har studert spennings- og tøyningsendringer i betong med ulike tverrsnittsformer og størrelser.Yang et al.6 fant at ultimat stress og belastning korrelerte positivt med vekst i fibrøst vevstykkelse.Wu et al.7 oppnådde spennings-tøyningskurver for FRP-begrenset betong ved bruk av ulike fibertyper for å forutsi endelige tøyninger og belastninger.Lin et al.8 fant at FRP spenningstøyningsmodeller for runde, firkantede, rektangulære og elliptiske stenger også skiller seg veldig, og utviklet en ny designorientert spenningstøyningsmodell som bruker forholdet mellom bredde og hjørneradius som parametere.Lam et al.9 observerte at den uensartede overlappingen og krumningen til FRP resulterte i mindre bruddtøyning og spenning i FRP enn i platestrekktester.I tillegg har forskere studert delvise begrensninger og nye begrensningsmetoder i henhold til ulike designbehov i den virkelige verden.Wang et al.[10] utførte aksiale kompresjonstester på hel, delvis og ubegrenset betong i tre begrensede moduser.En "stress-strain" modell er utviklet og koeffisientene for den begrensende effekten for delvis lukket betong er gitt.Wu et al.11 utviklet en metode for å forutsi spennings-tøyningsavhengigheten til FRP-begrenset betong som tar hensyn til størrelseseffekter.Moran et al.12 evaluerte de aksiale monotone kompresjonsegenskapene til begrenset betong med FRP-spiralformede strimler og utledet dens spenning-tøyningskurver.Imidlertid undersøker studien ovenfor hovedsakelig forskjellen mellom delvis lukket betong og helt lukket betong.Rollen til Frp-er som delvis begrenser betongseksjoner er ikke studert i detalj.
I tillegg evaluerte studien ytelsen til FRP-begrenset betong med hensyn til trykkfasthet, tøyningsendring, initial elastisitetsmodul og tøyningsherdemodul under ulike forhold.Tijani et al.13,14 fant at reparasjonsevnen til FRP-begrenset betong avtar med økende skade i FRP-reparasjonsforsøk på opprinnelig skadet betong.Ma et al.[15] studerte effekten av initiale skader på FRP-begrensede betongsøyler og vurderte at effekten av skadegrad på strekkfastheten var ubetydelig, men hadde en signifikant effekt på side- og langsgående deformasjoner.Imidlertid, Cao et al.16 observerte spenningstøyningskurver og spenningstøyningskurver av FRP-begrenset betong påvirket av initial skade.I tillegg til studier på initial betongsvikt, er det også utført noen studier på holdbarheten til FRP-begrenset betong under tøffe miljøforhold.Disse forskerne studerte nedbrytningen av FRP-begrenset betong under tøffe forhold og brukte skadevurderingsteknikker for å lage nedbrytningsmodeller for å forutsi levetid.Xie et al.17 plasserte FRP-begrenset betong i et hydrotermisk miljø og fant at hydrotermiske forhold påvirket de mekaniske egenskapene til FRP betydelig, noe som resulterte i en gradvis reduksjon i trykkfastheten.I et syre-base miljø forringes grensesnittet mellom CFRP og betong.Ettersom nedsenkingstiden øker, reduseres hastigheten for frigjøring av ødeleggelsesenergien til CFRP-laget betydelig, noe som til slutt fører til ødeleggelse av grensesnittprøver18,19,20.I tillegg har noen forskere også studert effekten av frysing og tining på FRP-begrenset betong.Liu et al.21 bemerket at CFRP-armeringsjern har god holdbarhet under fryse-tine-sykluser basert på relativ dynamisk modul, trykkstyrke og spennings-tøyningsforhold.I tillegg foreslås en modell som er forbundet med forringelse av betongens mekaniske egenskaper.Peng et al.22 beregnet imidlertid levetiden til CFRP og betonglim ved hjelp av temperatur- og fryse-tine-syklusdata.Guang et al.23 utførte raske fryse-tine-tester av betong og foreslo en metode for å vurdere frostmotstand basert på tykkelsen på det skadede laget under fryse-tine eksponering.Yazdani et al.24 studerte effekten av FRP-lag på inntrengning av kloridioner i betong.Resultatene viser at FRP-laget er kjemisk motstandsdyktig og isolerer den indre betongen fra de ytre kloridionene.Liu et al.25 simulerte skrelletestbetingelser for sulfatkorrodert FRP-betong, laget en slip-modell og forutså nedbrytning av grensesnittet FRP-betong.Wang et al.26 etablert en spenningstøyningsmodell for FRP-begrenset sulfaterodert betong gjennom uniaksiale kompresjonstester.Zhou et al.[27] studerte skader på ubegrenset betong forårsaket av kombinerte fryse-tine-sykluser av salt og brukte for første gang en logistisk funksjon for å beskrive feilmekanismen.Disse studiene har gjort betydelige fremskritt i å evaluere holdbarheten til FRP-begrenset betong.Imidlertid har de fleste forskere fokusert på å modellere erosive medier under en ugunstig tilstand.Betong er ofte skadet på grunn av tilhørende erosjon forårsaket av ulike miljøforhold.Disse kombinerte miljøforholdene forringer ytelsen til FRP-begrenset betong alvorlig.
Sulfatering og fryse-tine-sykluser er to typiske viktige parametere som påvirker betongens holdbarhet.FRP-lokaliseringsteknologi kan forbedre betongens egenskaper.Det er mye brukt i ingeniørfag og forskning, men har for tiden sine begrensninger.Flere studier har fokusert på motstanden til FRP-begrenset betong mot sulfatkorrosjon i kalde områder.Prosessen med erosjon av helt lukket, halvlukket og åpen betong med natriumsulfat og fryse-tine fortjener mer detaljert studie, spesielt den nye halvlukkede metoden beskrevet i denne artikkelen.Armeringseffekten på betongsøyler ble også studert ved å bytte rekkefølgen på FRP-retensjon og erosjon.Mikrokosmiske og makroskopiske endringer i prøven forårsaket av bindingserosjon ble karakterisert ved elektronmikroskop, pH-test, SEM-elektronmikroskop, EMF-energispektrumanalyse og enakset mekanisk test.I tillegg diskuterer denne studien lovene som styrer spennings-tøyningsforholdet som oppstår i enakset mekanisk testing.De eksperimentelt verifiserte grensespennings- og tøyningsverdiene ble validert ved feilanalyse ved bruk av fire eksisterende grensespennings-tøyningsmodeller.Den foreslåtte modellen kan fullt ut forutsi den endelige tøyningen og styrken til materialet, noe som er nyttig for fremtidig FRP-armeringspraksis.Til slutt fungerer det som konseptuelt grunnlag for FRP betongsalt frostmotstandskonseptet.
Denne studien evaluerer forringelsen av FRP-begrenset betong ved bruk av sulfatløsningskorrosjon i kombinasjon med fryse-tine-sykluser.Mikroskopiske og makroskopiske endringer forårsaket av betongerosjon har blitt demonstrert ved bruk av skanningselektronmikroskopi, pH-testing, EDS-energispektroskopi og enakset mekanisk testing.I tillegg ble de mekaniske egenskapene og spennings-tøyningsendringene til FRP-begrenset betong utsatt for bundet erosjon undersøkt ved bruk av aksiale kompresjonsforsøk.
FRP Confined Concrete består av råbetong, FRP ytterfolie og epoksylim.To utvendige isolasjonsmaterialer ble valgt: CFRP og GRP, materialenes egenskaper er vist i tabell 1. Epoksyharpiks A og B ble brukt som lim (blandingsforhold 2:1 i volum).Ris.1 illustrerer detaljene ved konstruksjonen av betongblandingsmaterialer.I figur 1a ble Swan PO 42.5 Portland sement brukt.Grove tilslag er knust basaltstein med en diameter på henholdsvis 5-10 og 10-19 mm, som vist i fig.1b og c.Som et fint fyllstoff i fig. 1g ble det brukt naturlig elvesand med en finhetsmodul på 2,3.Forbered en løsning av natriumsulfat fra granulene av vannfritt natriumsulfat og en viss mengde vann.
Sammensetningen av betongblandingen: a – sement, b – tilslag 5–10 mm, c – tilslag 10–19 mm, d – elvesand.
Konstruksjonsstyrken til betong er 30 MPa, noe som gir en ny sementbetongsetning på 40 til 100 mm.Betongblandingsforholdet er vist i tabell 2, og forholdet mellom grovt tilslag 5-10 mm og 10-20 mm er 3:7.Effekten av interaksjon med miljøet ble modellert ved først å tilberede en 10 % NaSO4-løsning og deretter helle løsningen i et fryse-tine-sykluskammer.
Betongblandinger ble tilberedt i en 0,5 m3 tvangsblander og hele betongpartiet ble brukt til å legge de nødvendige prøvene.Først av alt tilberedes betongingrediensene i henhold til tabell 2, og sement, sand og grovt tilslag forblandes i tre minutter.Fordel deretter vannet jevnt og rør i 5 minutter.Deretter ble betongprøver støpt inn i sylindriske former og komprimert på et vibrerende bord (formdiameter 10 cm, høyde 20 cm).
Etter herding i 28 dager ble prøvene pakket inn med FRP-materiale.Denne studien diskuterer tre metoder for armert betongsøyler, inkludert helt lukkede, semi-begrensede og ubegrensede.To typer, CFRP og GFRP, brukes for begrensede materialer.FRP Hellukket FRP betongskall, 20 cm høy og 39 cm lang.Topp og bunn av den FRP-bundne betongen ble ikke forseglet med epoksy.Den semi-hermetiske testprosessen som en nylig foreslått lufttett teknologi er beskrevet som følger.
(2) Bruk en linjal til å tegne en linje på den sylindriske betongflaten for å bestemme plasseringen av FRP-listene, avstanden mellom stripene er 2,5 cm.Vikle deretter tapen rundt betongområdene der FRP ikke er nødvendig.
(3) Betongoverflaten poleres glatt med sandpapir, tørkes av med spritull og belegges med epoksy.Fest deretter glassfiberlistene manuelt på betongoverflaten og press ut spaltene slik at glassfiberen fester seg helt til betongoverflaten og unngår luftbobler.Til slutt limer du FRP-listene på betongoverflaten fra topp til bunn, i henhold til merkene laget med linjal.
(4) Etter en halvtime, sjekk om betongen har skilt seg fra FRP.Hvis Frp glir eller stikker ut, bør det fikses umiddelbart.Støpte prøver må herdes i 7 dager for å sikre herdet styrke.
(5) Etter herding, bruk en verktøykniv for å fjerne tapen fra betongoverflaten, og få til slutt en semi-hermetisk FRP betongsøyle.
Resultatene under forskjellige begrensninger er vist i fig.2. Figur 2a viser en helt lukket CFRP-betong, figur 2b viser en semi-generalisert CFRP-betong, figur 2c viser en helt lukket GFRP-betong, og figur 2d viser en semi-constrained CFRP-betong.
Vedlagte stiler: (a) fullstendig lukket CFRP;(b) halvlukket karbonfiber;(c) fullstendig innelukket i glassfiber;(d) halvlukket glassfiber.
Det er fire hovedparametere som er designet for å undersøke effekten av FRP-begrensninger og erosjonssekvenser på erosjonskontrollytelsen til sylindere.Tabell 3 viser antall betongsøyleprøver.Prøvene for hver kategori besto av tre identiske statusprøver for å holde dataene konsistente.Gjennomsnittet av tre prøver ble analysert for alle eksperimentelle resultater i denne artikkelen.
(1) Lufttett materiale er klassifisert som karbonfiber eller glassfiber.Det ble foretatt en sammenligning av effekten av to typer fibre på armeringen av betong.
(2) Metoder for inneslutning av betong kolonner er delt inn i tre typer: fullt begrenset, semi-begrenset og ubegrenset.Erosjonsmotstanden til halvlukkede betongsøyler ble sammenlignet med to andre varianter.
(3) Erosjonsforholdene er fryse-tine-sykluser pluss sulfatløsning, og antall fryse-tine-sykluser er henholdsvis 0, 50 og 100 ganger.Effekten av koblet erosjon på FRP-begrensede betongsøyler er studert.
(4) Prøvestykkene er delt inn i tre grupper.Den første gruppen er FRP-innpakning og deretter korrosjon, den andre gruppen er korrosjon først og deretter innpakning, og den tredje gruppen er korrosjon først og deretter innpakning og deretter korrosjon.
Den eksperimentelle prosedyren bruker en universell testmaskin, en strekktestmaskin, en fryse-tine-syklusenhet (CDR-Z-type), et elektronmikroskop, et pH-meter, en strekkmåler, en forskyvningsenhet, et SEM-elektronmikroskop og et EDS energispektrumanalysator i denne studien.Prøven er en betongsøyle 10 cm høy og 20 cm i diameter.Betongen ble herdet innen 28 dager etter påstøping og komprimering, som vist i figur 3a.Alle prøvene ble fjernet fra formen etter støping og holdt i 28 dager ved 18-22°C og 95 % relativ fuktighet, og deretter ble noen prøver pakket inn med glassfiber.
Testmetoder: (a) utstyr for å opprettholde konstant temperatur og fuktighet;(b) en fryse-tine syklusmaskin;(c) universell testmaskin;(d) pH-tester;(e) mikroskopisk observasjon.
Fryse-tine-eksperimentet bruker flash-frysemetoden som vist i figur 3b.I henhold til GB/T 50082-2009 "Durability Standards for Conventional Concrete" ble betongprøver fullstendig nedsenket i 10 % natriumsulfatløsning ved 15-20°C i 4 dager før frysing og tining.Etter det begynner og slutter sulfatangrepet samtidig med fryse-tine-syklusen.Syklustiden for fryse-tine er 2 til 4 timer, og avrimingstiden bør ikke være mindre enn 1/4 av syklustiden.Prøvekjernetemperaturen bør holdes innenfor området fra (-18±2) til (5±2) °С.Overgangen fra frossen til tining bør ikke ta mer enn ti minutter.Tre sylindriske identiske prøver av hver kategori ble brukt for å studere vekttapet og pH-endring av løsningen over 25 fryse-tine-sykluser, som vist i fig. 3d.Etter hver 25. fryse-tine-syklus ble prøvene fjernet og overflatene rengjort før friskvekten (Wd) ble bestemt.Alle forsøk ble utført i tre eksemplarer av prøvene, og gjennomsnittsverdiene ble brukt for å diskutere testresultatene.Formlene for tap av masse og styrke til prøven bestemmes som følger:
I formelen er ΔWd vekttapet (%) av prøven etter hver 25 fryse-tine-syklus, W0 er gjennomsnittsvekten til betongprøven før fryse-tine-syklusen (kg), Wd er gjennomsnittlig betongvekt.vekt av prøve etter 25 fryse-tine-sykluser (kg).
Styrkedegraderingskoeffisienten til prøven er karakterisert ved Kd, og beregningsformelen er som følger:
I formelen er ΔKd hastigheten på styrketapet (%) av prøven etter hver 50. fryse-tine-syklus, f0 er gjennomsnittsstyrken til betongprøven før fryse-tine-syklusen (MPa), fd er gjennomsnittsstyrken på betongprøven for 50 fryse-tine-sykluser (MPa).
På fig.3c viser en trykktestmaskin for betongprøver.I samsvar med "Standard for testmetoder for fysiske og mekaniske egenskaper av betong" (GBT50081-2019), er det definert en metode for testing av betongsøyler for trykkfasthet.Lastehastigheten i kompresjonstesten er 0,5 MPa/s, og kontinuerlig og sekvensiell belastning brukes gjennom hele testen.Last-forskyvningsforholdet for hver prøve ble registrert under mekanisk testing.Strekkmålere ble festet til de ytre overflatene av betong- og FRP-lagene til prøvene for å måle aksiale og horisontale tøyninger.Belastningscellen brukes i mekanisk testing for å registrere endringen i prøvebelastningen under en kompresjonstest.
Hver 25. fryse-tine-syklus ble en prøve av fryse-tine-løsningen fjernet og plassert i en beholder.På fig.3d viser en pH-test av en prøveløsning i en beholder.Mikroskopisk undersøkelse av overflaten og tverrsnittet av prøven under fryse-tine forhold er vist i fig. 3d.Tilstanden til overflaten til forskjellige prøver etter 50 og 100 fryse-tine-sykluser i sulfatløsning ble observert under et mikroskop.Mikroskopet bruker 400x forstørrelse.Ved observasjon av overflaten av prøven observeres hovedsakelig erosjonen av FRP-laget og det ytre laget av betong.Observasjon av prøvens tverrsnitt velger i utgangspunktet erosjonsforholdene i en avstand på 5, 10 og 15 mm fra det ytre laget.Dannelsen av sulfatprodukter og fryse-tine-sykluser krever ytterligere testing.Derfor ble den modifiserte overflaten til de utvalgte prøvene undersøkt ved bruk av et skanningselektronmikroskop (SEM) utstyrt med et energidispergerende spektrometer (EDS).
Inspiser prøveoverflaten visuelt med et elektronmikroskop og velg 400X forstørrelse.Graden av overflateskader i halvlukket og fugeløs GRP-betong under fryse-tine-sykluser og eksponering for sulfater er ganske høy, mens den i hellukket betong er ubetydelig.Den første kategorien refererer til forekomsten av erosjon av frittflytende betong av natriumsulfat og fra 0 til 100 fryse-tine-sykluser, som vist i fig. 4a.Betongprøver uten frosteksponering har en glatt overflate uten synlige trekk.Etter 50 erosjoner ble masseblokken på overflaten delvis skrellet av, og blottlagt det hvite skallet til massen.Etter 100 erosjoner falt skjellene til løsningene helt av under en visuell inspeksjon av betongoverflaten.Mikroskopisk observasjon viste at overflaten til den 0 fryse-tine eroderte betongen var glatt og overflatetilslag og mørtel var i samme plan.En ujevn, ru overflate ble observert på en betongoverflate erodert av 50 fryse-tine-sykluser.Dette kan forklares med at noe av mørtelen blir ødelagt og en liten mengde hvite granulære krystaller fester seg til overflaten, som hovedsakelig er sammensatt av tilslag, mørtel og hvite krystaller.Etter 100 fryse-tine-sykluser dukket det opp et stort område med hvite krystaller på overflaten av betongen, mens det mørke grove tilslaget ble utsatt for det ytre miljøet.For tiden er betongoverflaten for det meste eksponert tilslag og hvite krystaller.
Morfologi av en erosiv fryse-tine betongsøyle: (a) ubegrenset betongsøyle;(b) halvlukket karbonfiberarmert betong;(c) GRP halvlukket betong;(d) fullstendig lukket CFRP-betong;(e) GRP betong halvlukket betong.
Den andre kategorien er korrosjon av semi-hermetiske CFRP- og GRP-betongsøyler under fryse-tine-sykluser og eksponering for sulfater, som vist i fig. 4b, ca.Visuell inspeksjon (1x forstørrelse) viste at det gradvis ble dannet et hvitt pulver på overflaten av det fibrøse laget, som raskt falt av med en økning i antall fryse-tine-sykluser.Den ubegrensede overflateerosjonen av semi-hermetisk FRP-betong ble mer uttalt etter hvert som antallet fryse-tine-sykluser økte.Det synlige fenomenet "oppblåsthet" (den åpne overflaten av løsningen av betongsøylen er på randen av kollaps).Imidlertid er avskallingsfenomenet delvis hemmet av det tilstøtende karbonfiberbelegget).Under mikroskopet vises syntetiske karbonfibre som hvite tråder på svart bakgrunn ved 400x forstørrelse.På grunn av den runde formen på fibrene og eksponering for ujevnt lys fremstår de hvite, men selve karbonfiberbuntene er svarte.Glassfiber er i utgangspunktet hvittrådaktig, men ved kontakt med limet blir det gjennomsiktig og tilstanden til betongen inne i glassfiberen er godt synlig.Glassfiberen er knallhvit og bindemiddelet er gulaktig.Begge er veldig lyse i fargen, så fargen på limet vil skjule glassfibertrådene, noe som gir det generelle utseendet en gulaktig fargetone.Karbon- og glassfibrene er beskyttet mot skade av en ekstern epoksyharpiks.Etter hvert som antallet fryse-tine-angrep økte, ble flere tomrom og noen få hvite krystaller synlige på overflaten.Ettersom sulfatfrysesyklusen øker, blir bindemidlet gradvis tynnere, den gulaktige fargen forsvinner og fibrene blir synlige.
Den tredje kategorien er korrosjon av helt lukket CFRP- og GRP-betong under fryse-tine-sykluser og eksponering for sulfater, som vist i fig. 4d, f.eks.Igjen er de observerte resultatene lik de for den andre typen begrenset seksjon av betongsøylen.
Sammenlign fenomenene som er observert etter bruk av de tre inneslutningsmetodene beskrevet ovenfor.Det fibrøse vevet i fullt isolert FRP-betong forblir stabilt ettersom antall fryse-tine-sykluser øker.På den annen side er limringlaget tynnere på overflaten.Epoksyharpikser reagerer stort sett med aktive hydrogenioner i svovelsyre med åpen ring og reagerer nesten ikke med sulfater28.Dermed kan det vurderes at erosjon hovedsakelig endrer egenskapene til limlaget som følge av fryse-tine-sykluser, og dermed endrer den forsterkende effekten av FRP.Betongoverflaten til FRP semi-hermetisk betong har samme erosjonsfenomen som ubegrenset betongoverflate.Dets FRP-lag tilsvarer FRP-laget av helt lukket betong, og skaden er ikke åpenbar.Men i halvtettet GRP-betong oppstår det omfattende erosjonssprekker der fiberlistene skjærer seg med den eksponerte betongen.Erosjon av eksponerte betongoverflater blir mer alvorlig ettersom antallet fryse-tine-sykluser øker.
Interiøret i helt lukket, halvlukket og ubegrenset FRP-betong viste betydelige forskjeller når de ble utsatt for fryse-tine-sykluser og eksponering for sulfatløsninger.Prøven ble kuttet på tvers og tverrsnittet ble observert ved hjelp av et elektronmikroskop ved 400x forstørrelse.På fig.5 viser mikroskopiske bilder i en avstand på 5 mm, 10 mm og 15 mm fra grensen mellom henholdsvis betong og mørtel.Det har blitt observert at når natriumsulfatløsning kombineres med fryse-tine, brytes betongskader gradvis ned fra overflaten til det indre.Fordi de indre erosjonsforholdene til CFRP og GFRP-begrenset betong er de samme, sammenligner ikke denne delen de to inneslutningsmaterialene.
Mikroskopisk observasjon av innsiden av betongseksjonen av kolonnen: (a) fullstendig begrenset av glassfiber;(b) halvlukket med glassfiber;(c) ubegrenset.
Innvendig erosjon av FRP hellukket betong er vist i fig.5a.Sprekker er synlige ved 5 mm, overflaten er relativt jevn, det er ingen krystallisering.Overflaten er glatt, uten krystaller, 10 til 15 mm tykk.Innvendig erosjon av FRP semi-hermetisk betong er vist i fig.5 B. Sprekker og hvite krystaller er synlige ved 5 mm og 10 mm, og overflaten er glatt ved 15 mm.Figur 5c viser snitt av FRP-søyler av betong hvor det ble funnet sprekker ved 5, 10 og 15 mm.Noen få hvite krystaller i sprekkene ble gradvis sjeldnere etter hvert som sprekkene beveget seg fra utsiden av betongen til innsiden.Endeløse betongsøyler viste mest erosjon, etterfulgt av semi-begrensede FRP-betongsøyler.Natriumsulfat hadde liten effekt på det indre av helt lukkede FRP-betongprøver over 100 fryse-tine-sykluser.Dette indikerer at hovedårsaken til erosjon av fullstendig begrenset FRP-betong er assosiert fryse-tine-erosjon over en periode.Observasjon av tverrsnittet viste at snittet rett før frysing og tining var glatt og fri for tilslag.Når betongen fryser og tiner, er sprekker synlige, det samme gjelder for tilslag, og de hvite granulære krystallene er tett dekket med sprekker.Studier27 har vist at når betong legges i en natriumsulfatløsning, vil natriumsulfat trenge inn i betongen, hvorav noen vil utfelles som natriumsulfatkrystaller, og noen vil reagere med sement.Natriumsulfatkrystaller og reaksjonsprodukter ser ut som hvite granuler.
FRP begrenser helt betongsprekker i konjugert erosjon, men snittet er glatt uten krystallisering.På den annen side har FRP-halvlukkede og ubegrensede betongseksjoner utviklet indre sprekker og krystallisering under konjugert erosjon.I henhold til beskrivelsen av bildet og tidligere studier29 er den felles erosjonsprosessen av uinnskrenket og semi-begrenset FRP-betong delt inn i to stadier.Den første fasen av betongsprekker er forbundet med ekspansjon og sammentrekning under fryse-tine.Når sulfat trenger inn i betongen og blir synlig, fyller det tilsvarende sulfatet sprekker skapt av krymping fra fryse-tine- og hydratiseringsreaksjoner.Derfor har sulfat en spesiell beskyttende effekt på betong på et tidlig stadium og kan forbedre betongens mekaniske egenskaper til en viss grad.Den andre fasen av sulfatangrep fortsetter, og trenger gjennom sprekker eller hulrom og reagerer med sementen for å danne alun.Som et resultat vokser sprekken i størrelse og forårsaker skade.I løpet av denne tiden vil ekspansjons- og sammentrekningsreaksjonene forbundet med frysing og tining forverre indre skader på betongen, noe som resulterer i en reduksjon i bæreevne.
På fig.6 viser pH-endringene til betongimpregneringsløsninger for tre begrensede metoder overvåket etter 0, 25, 50, 75 og 100 fryse-tine-sykluser.Ubegrensede og semi-lukkede FRP betongmørtler viste den raskeste pH-økningen fra 0 til 25 fryse-tine sykluser.Deres pH-verdier økte fra henholdsvis 7,5 til 11,5 og 11,4.Etter hvert som antallet fryse-tine-sykluser økte, avtok pH-stigningen gradvis etter 25-100 fryse-tine-sykluser.Deres pH-verdier økte fra 11,5 og 11,4 til henholdsvis 12,4 og 11,84.Fordi den helbundne FRP-betongen dekker FRP-laget, er det vanskelig for natriumsulfatløsning å trenge inn.Samtidig er det vanskelig for sementsammensetningen å trenge inn i eksterne løsninger.Dermed økte pH gradvis fra 7,5 til 8,0 mellom 0 og 100 fryse-tine-sykluser.Årsaken til endringen i pH analyseres som følger.Silikatet i betong kombineres med hydrogenioner i vann for å danne kiselsyre, og den gjenværende OH- øker pH i den mettede løsningen.Endringen i pH var mer uttalt mellom 0-25 fryse-tine-sykluser og mindre uttalt mellom 25-100 fryse-tine-sykluser30.Det ble imidlertid funnet her at pH fortsatte å øke etter 25-100 fryse-tine-sykluser.Dette kan forklares med det faktum at natriumsulfat reagerer kjemisk med det indre av betongen, og endrer pH i løsningen.Analyse av den kjemiske sammensetningen viser at betong reagerer med natriumsulfat på følgende måte.
Formlene (3) og (4) viser at natriumsulfat og kalsiumhydroksid i sement danner gips (kalsiumsulfat), og kalsiumsulfat reagerer videre med kalsiummetaluminat i sement for å danne alunkrystaller.Reaksjon (4) er ledsaget av dannelsen av basisk OH-, som fører til en økning i pH.Siden denne reaksjonen er reversibel, stiger pH på et bestemt tidspunkt og endres sakte.
På fig.7a viser vekttapet av helt lukket, halvlukket og sammenlåst GRP-betong under fryse-tine-sykluser i sulfatløsning.Den mest åpenbare endringen i massetap er ubegrenset betong.Ubegrenset betong mistet omtrent 3,2 % av massen etter 50 fryse-tine-angrep og omtrent 3,85 % etter 100 fryse-tine-angrep.Resultatene viser at effekten av konjugert erosjon på kvaliteten på frittflytende betong avtar etter hvert som antall fryse-tine-sykluser øker.Ved observasjon av overflaten av prøven fant man imidlertid at tapet av mørtel etter 100 fryse-tine-sykluser var større enn etter 50 fryse-tine-sykluser.Kombinert med studiene i forrige avsnitt kan det antas at penetrering av sulfater i betong fører til en nedgang i massetap.I mellomtiden resulterer internt generert alun og gips også i langsommere vekttap, som forutsagt av kjemiske ligninger (3) og (4).
Vektendring: (a) forhold mellom vektendring og antall fryse-tine-sykluser;(b) forhold mellom masseendring og pH-verdi.
Endringen i vekttap av FRP semi-hermetisk betong avtar først og øker deretter.Etter 50 fryse-tine-sykluser er massetapet av semi-hermetisk glassfiberbetong omtrent 1,3 %.Vekttap etter 100 sykluser var 0,8 %.Derfor kan det konkluderes med at natriumsulfat trenger inn i frittflytende betong.I tillegg viste observasjon av overflaten av prøvestykket også at fiberstrimlene kunne motstå avskalling av mørtel i et åpent område, og dermed redusere vekttapet.
Endringen i massetap av helt lukket FRP-betong er forskjellig fra de to første.Masse taper ikke, men legger til.Etter 50 frost-tine erosjoner økte massen med ca 0,08 %.Etter 100 ganger økte massen med omtrent 0,428%.Siden betongen er helt utstøpt, vil ikke mørtelen på overflaten av betongen løsne og vil neppe føre til tap av kvalitet.På den annen side forbedrer inntrengningen av vann og sulfater fra overflaten med høyt innhold inn i det indre av betongen med lavt innhold også kvaliteten på betongen.
Det er tidligere utført flere studier på sammenhengen mellom pH og massetap i FRP-begrenset betong under erosive forhold.Mesteparten av forskningen diskuterer hovedsakelig sammenhengen mellom massetap, elastisitetsmodul og styrketap.På fig.7b viser forholdet mellom betongens pH og massetap under tre begrensninger.En prediktiv modell foreslås for å forutsi betongmassetap ved bruk av tre retensjonsmetoder ved forskjellige pH-verdier.Som man kan se i figur 7b, er Pearsons koeffisient høy, noe som indikerer at det faktisk er en korrelasjon mellom pH og massetap.De r-kvadrerte verdiene for ubegrenset, semi-begrenset og fullt begrenset betong var henholdsvis 0,86, 0,75 og 0,96.Dette indikerer at pH-endringen og vekttapet til helisolert betong er relativt lineær under både sulfat- og fryse-tine forhold.I ubegrenset betong og semi-hermetisk FRP-betong øker pH-en gradvis ettersom sementen reagerer med den vandige løsningen.Som et resultat blir betongoverflaten gradvis ødelagt, noe som fører til vektløshet.På den annen side endres pH-verdien i helt lukket betong lite fordi FRP-laget bremser den kjemiske reaksjonen til sementen med vannløsningen.Således, for en helt lukket betong, er det ingen synlig overflateerosjon, men den vil øke i vekt på grunn av metning på grunn av absorpsjon av sulfatløsninger.
På fig.8 viser resultatene av en SEM-skanning av prøver etset med natriumsulfat fryse-tine.Elektronmikroskopi undersøkte prøver samlet fra blokker tatt fra det ytre laget av betongsøyler.Figur 8a er et skanningselektronmikroskopbilde av ulukket betong før erosjon.Det bemerkes at det er mange hull på overflaten av prøven, som påvirker styrken til selve betongsøylen før frosttining.På fig.8b viser et elektronmikroskopbilde av en fullstendig isolert FRP-betongprøve etter 100 fryse-tine-sykluser.Sprekker i prøven på grunn av frysing og tining kan oppdages.Imidlertid er overflaten relativt glatt og det er ingen krystaller på den.Derfor er ufylte sprekker mer synlige.På fig.8c viser en prøve av semi-hermetisk GRP-betong etter 100 frosterosjonssykluser.Det er tydelig at sprekkene utvidet seg og det ble dannet korn mellom sprekkene.Noen av disse partiklene fester seg til sprekker.En SEM-skanning av en prøve av en ubegrenset betongsøyle er vist i figur 8d, et fenomen forenlig med semi-restriksjon.For å belyse sammensetningen av partiklene ytterligere, ble partiklene i sprekkene ytterligere forstørret og analysert ved hjelp av EDS-spektroskopi.Partikler kommer i utgangspunktet i tre forskjellige former.I følge energispektrumanalysen er den første typen, som vist i figur 9a, en vanlig blokkkrystall, hovedsakelig sammensatt av O, S, Ca og andre elementer.Ved å kombinere de foregående formlene (3) og (4), kan det fastslås at hovedkomponenten i materialet er gips (kalsiumsulfat).Den andre er vist i figur 9b;i henhold til energispektrumanalysen er det et nålformet ikke-retningsbestemt objekt, og hovedkomponentene er O, Al, S og Ca.Kombinasjonsoppskrifter viser at materialet hovedsakelig består av alun.Den tredje blokken vist i fig. 9c, er en uregelmessig blokk, bestemt ved energispektrumanalyse, hovedsakelig bestående av komponentene O, Na og S. Det viste seg at disse hovedsakelig er natriumsulfatkrystaller.Skanneelektronmikroskopi viste at de fleste hulrommene var fylt med natriumsulfatkrystaller, som vist i figur 9c, sammen med små mengder gips og alun.
Elektronmikroskopiske bilder av prøver før og etter korrosjon: (a) åpen betong før korrosjon;(b) etter korrosjon er glassfiberen fullstendig forseglet;(c) etter korrosjon av GRP semi-lukket betong;(d) etter korrosjon av åpen betong.
Analysen lar oss trekke følgende konklusjoner.Elektronmikroskopbildene av de tre prøvene var alle 1k× og sprekker og erosjonsprodukter ble funnet og observert i bildene.Ubegrenset betong har de bredeste sprekkene og inneholder mange korn.FRP-halvtrykksbetong er dårligere enn ikke-trykkbetong når det gjelder sprekkvidde og partikkelantall.Hellukket FRP-betong har minste sprekkvidde og ingen partikler etter fryse-tine erosjon.Alt dette indikerer at helt lukket FRP-betong er minst utsatt for erosjon fra frysing og tining.Kjemiske prosesser inne i halvlukkede og åpne FRP-betongsøyler fører til dannelse av alun og gips, og sulfatinntrengning påvirker porøsiteten.Mens fryse-tine-sykluser er hovedårsaken til sprekker i betong, fyller sulfater og deres produkter noen av sprekkene og porene i utgangspunktet.Imidlertid, ettersom mengden og tiden for erosjon øker, fortsetter sprekkene å utvide seg og volumet av alun som dannes øker, noe som resulterer i ekstruderingssprekker.Til syvende og sist vil fryse-tine og sulfateksponering redusere styrken til kolonnen.