știri

Vă mulțumim pentru vizitarea conținutului de fibre de sticlă cabron.Utilizați o versiune de browser cu suport limitat pentru CSS.Pentru cea mai bună experiență, vă recomandăm să utilizați un browser actualizat (sau să dezactivați Modul de compatibilitate în Internet Explorer).În plus, pentru a asigura suport continuu, arătăm site-ul fără stiluri și JavaScript.
Betonul armat cu polimeri (FRP) este considerat o metodă inovatoare și economică de reparații structurale.În acest studiu, două materiale tipice [polimer armat cu fibră de carbon (CFRP) și polimer armat cu fibră de sticlă (GFRP)] au fost selectate pentru a studia efectul de armare al betonului în medii dure.A fost discutată rezistența betonului care conține FRP la atacul sulfatului și ciclurile de îngheț-dezgheț aferente.Microscopia electronică pentru a studia suprafața și degradarea internă a betonului în timpul eroziunii conjugate.Gradul și mecanismul de coroziune a sulfatului de sodiu au fost analizate prin valoarea pH-ului, microscopia electronică SEM și spectrul de energie EMF.Testele de rezistență la compresiune axială au fost utilizate pentru a evalua armăturile stâlpilor din beton constrâns cu FRP și s-au derivat relații tensiune-deformare pentru diferite metode de reținere a FRP într-un mediu cuplat eroziv.Analiza erorilor a fost efectuată pentru a calibra rezultatele testelor experimentale folosind patru modele predictive existente.Toate observațiile indică faptul că procesul de degradare a betonului restricționat cu FRP este complex și dinamic sub tensiuni conjugate.Sulfatul de sodiu crește inițial rezistența betonului în forma sa brută.Cu toate acestea, ciclurile ulterioare de îngheț-dezgheț pot exacerba fisurarea betonului, iar sulfatul de sodiu reduce și mai mult rezistența betonului prin promovarea fisurilor.Este propus un model numeric precis pentru a simula relația stres-deformare, care este critică pentru proiectarea și evaluarea ciclului de viață al betonului constrâns de FRP.
Fiind o metodă inovatoare de armare a betonului care a fost cercetată încă din anii 1970, FRP are avantajele unei greutăți ușoare, rezistență ridicată, rezistență la coroziune, rezistență la oboseală și construcție convenabilă1,2,3.Pe măsură ce costurile scad, aceasta devine din ce în ce mai comună în aplicațiile de inginerie, cum ar fi fibra de sticlă (GFRP), fibra de carbon (CFRP), fibra de bazalt (BFRP) și fibra de aramidă (AFRP), care sunt cele mai frecvent utilizate FRP pentru armarea structurală4, 5. Metoda de reținere a FRP propusă poate îmbunătăți performanța betonului și poate evita colapsul prematur.Cu toate acestea, diferite medii externe din inginerie mecanică afectează adesea durabilitatea betonului limitat de FRP, ceea ce face ca rezistența acestuia să fie compromisă.
Mai mulți cercetători au studiat schimbările de tensiuni și deformații în beton cu diferite forme și dimensiuni de secțiune transversală.Yang şi colab.6 a constatat că stresul și deformarea finală au corelat pozitiv cu creșterea grosimii țesutului fibros.Wu și colab.7 au obținut curbele efort-deformare pentru betonul constrâns prin FRP folosind diferite tipuri de fibre pentru a prezice deformațiile și sarcinile finale.Lin și colab.8 au descoperit că modelele de tensiune-deformare FRP pentru bare rotunde, pătrate, dreptunghiulare și eliptice diferă, de asemenea, foarte mult și au dezvoltat un nou model de stres-deformare orientat spre proiectare, folosind ca parametri raportul dintre lățime și raza colțului.Lam și colab.9 au observat că suprapunerea și curbura neuniformă a FRP au dus la mai puțină deformare la rupere și efort în FRP decât în ​​testele de întindere a plăcilor.În plus, oamenii de știință au studiat constrângerile parțiale și noi metode de constrângere în funcție de diferitele nevoi de proiectare din lumea reală.Wang şi colab.[10] a efectuat încercări de compresie axială pe beton total, parțial și nerestricționat în trei moduri limitate.A fost dezvoltat un model „stres-deformare” și sunt dați coeficienții efectului limitator pentru betonul parțial închis.Wu şi colab.11 a dezvoltat o metodă pentru prezicerea dependenței de tensiune-deformare a betonului constrâns de FRP care ia în considerare efectele dimensiunii.Moran et al.12 au evaluat proprietățile de compresie monotonă axială ale betonului constrâns cu benzi elicoidale FRP și au derivat curbele tensiunii-deformare ale acestuia.Cu toate acestea, studiul de mai sus examinează în principal diferența dintre betonul parțial închis și betonul complet închis.Rolul FRP care limitează parțial secțiunile de beton nu a fost studiat în detaliu.
În plus, studiul a evaluat performanța betonului restricționat cu FRP în ceea ce privește rezistența la compresiune, modificarea deformarii, modulul inițial de elasticitate și modulul de întărire la deformare în diferite condiții.Tijani et al.13,14 a constatat că capacitatea de reparare a betonului limitat cu FRP scade odată cu creșterea daunelor în experimentele de reparare a FRP pe betonul deteriorat inițial.Ma și colab.[15] a studiat efectul deteriorării inițiale asupra stâlpilor de beton constrânși cu FRP și au considerat că efectul gradului de deteriorare asupra rezistenței la tracțiune a fost neglijabil, dar a avut un efect semnificativ asupra deformațiilor laterale și longitudinale.Cu toate acestea, Cao și colab.16 au observat curbele stres-deformare și curbe stres-deformație ale anvelopei betonului constrâns cu FRP afectate de deteriorarea inițială.Pe lângă studiile privind cedarea inițială a betonului, au fost efectuate și unele studii privind durabilitatea betonului limitat de FRP în condiții de mediu dure.Acești oameni de știință au studiat degradarea betonului restricționat cu FRP în condiții dure și au folosit tehnici de evaluare a daunelor pentru a crea modele de degradare pentru a prezice durata de viață.Xie și colab.17 au plasat betonul constrâns cu FRP într-un mediu hidrotermal și au descoperit că condițiile hidrotermale au afectat în mod semnificativ proprietățile mecanice ale FRP, ducând la o scădere treptată a rezistenței sale la compresiune.Într-un mediu acido-bazic, interfața dintre CFRP și beton se deteriorează.Pe măsură ce timpul de imersie crește, rata de eliberare a energiei de distrugere a stratului CFRP scade semnificativ, ceea ce duce în cele din urmă la distrugerea probelor de interfață18,19,20.În plus, unii oameni de știință au studiat și efectele înghețului și dezghețului asupra betonului cu conținut limitat de FRP.Liu și colab.21 au remarcat că armatura CFRP are o durabilitate bună în timpul ciclurilor de îngheț-dezgheț, bazate pe modulul dinamic relativ, rezistența la compresiune și raportul efort-deformare.În plus, se propune un model care este asociat cu deteriorarea proprietăților mecanice ale betonului.Cu toate acestea, Peng și colab.22 au calculat durata de viață a adezivilor CFRP și a betonului folosind date despre temperatură și ciclul de îngheț-dezgheț.Guang şi colab.23 a efectuat teste rapide de îngheț-dezgheț ale betonului și a propus o metodă de evaluare a rezistenței la îngheț pe baza grosimii stratului deteriorat sub expunerea la îngheț-dezgheț.Yazdani și colab.24 au studiat efectul straturilor de FRP asupra pătrunderii ionilor de clorură în beton.Rezultatele arată că stratul de FRP este rezistent chimic și izolează betonul interior de ionii exteriori de clorură.Liu și colab.25 au simulat condițiile de testare la exfoliere pentru betonul FRP corodat cu sulfat, au creat un model de alunecare și au prezis degradarea interfeței FRP-beton.Wang şi colab.26 a stabilit un model de efort-deformare pentru betonul erodat cu sulfat de FRP constrâns prin teste de compresie uniaxiale.Zhou şi colab.[27] a studiat deteriorarea betonului neconfinat cauzată de ciclurile combinate de îngheț-dezgheț de sare și a folosit pentru prima dată o funcție logistică pentru a descrie mecanismul de defecțiune.Aceste studii au făcut progrese semnificative în evaluarea durabilității betonului limitat de FRP.Cu toate acestea, majoritatea cercetătorilor s-au concentrat pe modelarea mediilor erozive într-o condiție nefavorabilă.Betonul este adesea deteriorat din cauza eroziunii asociate cauzate de diferite condiții de mediu.Aceste condiții de mediu combinate degradează grav performanța betonului restricționat cu FRP.
Ciclurile de sulfatare și îngheț-dezgheț sunt doi parametri importanți tipici care afectează durabilitatea betonului.Tehnologia de localizare FRP poate îmbunătăți proprietățile betonului.Este utilizat pe scară largă în inginerie și cercetare, dar în prezent are limitări.Mai multe studii s-au concentrat asupra rezistenței betonului restricționat cu FRP la coroziunea prin sulfat în regiunile reci.Procesul de eroziune a betonului complet închis, semi-închis și deschis prin sulfat de sodiu și îngheț-dezgheț merită un studiu mai detaliat, în special noua metodă semi-închisă descrisă în acest articol.Efectul de armătură asupra stâlpilor de beton a fost studiat și prin schimbarea ordinii de retenție și eroziune a FRP.Modificările microcosmice și macroscopice ale probei cauzate de eroziunea legăturilor au fost caracterizate prin microscop electronic, test pH, microscop electronic SEM, analiză a spectrului de energie EMF și test mecanic uniaxial.În plus, acest studiu discută legile care guvernează relația efort-deformare care apare în testările mecanice uniaxiale.Valorile limită de tensiune și deformare verificate experimental au fost validate prin analiza erorilor folosind patru modele limită de tensiuni-deformații existente.Modelul propus poate prezice pe deplin deformarea și rezistența finală a materialului, ceea ce este util pentru practica viitoare de armare FRP.În cele din urmă, servește drept bază conceptuală pentru conceptul de rezistență la îngheț la sare de beton FRP.
Acest studiu evaluează deteriorarea betonului limitat în FRP utilizând coroziunea soluției de sulfat în combinație cu cicluri de îngheț-dezgheț.Modificările microscopice și macroscopice cauzate de eroziunea betonului au fost demonstrate utilizând microscopia electronică cu scanare, testarea pH-ului, spectroscopia de energie EDS și testele mecanice uniaxiale.În plus, proprietățile mecanice și modificările tensiunii-deformare ale betonului constrâns cu FRP supus eroziunii lipite au fost investigate folosind experimente de compresie axială.
Betonul închis FRP constă din beton brut, material de înveliș exterior FRP și adeziv epoxidic.Au fost selectate două materiale de izolare exterioară: CFRP și GRP, proprietățile materialelor sunt prezentate în Tabelul 1. S-au folosit rășini epoxidice A și B ca adezivi (raport de amestec 2:1 în volum).Orez.1 ilustrează detaliile construcției materialelor din amestec de beton.În Figura 1a, a fost folosit ciment Portland Swan PO 42.5.Agregatele grosiere sunt piatră de bazalt zdrobită cu diametrul de 5-10 și, respectiv, 10-19 mm, așa cum se arată în fig.1b și c.Ca umplutură fină din fig. 1g a folosit nisip natural de râu cu un modul de finețe de 2,3.Se prepară o soluție de sulfat de sodiu din granulele de sulfat de sodiu anhidru și o anumită cantitate de apă.
Compoziția amestecului de beton: a – ciment, b – agregat 5–10 mm, c – agregat 10–19 mm, d – nisip de râu.
Rezistența de proiectare a betonului este de 30 MPa, ceea ce are ca rezultat o tasare proaspătă a betonului de ciment de 40 până la 100 mm.Raportul amestecului de beton este prezentat în tabelul 2, iar raportul agregatului grosier 5-10 mm și 10-20 mm este 3:7.Efectul interacțiunii cu mediul a fost modelat prin prepararea mai întâi a unei soluții de NaSO4 10% și apoi turnarea soluției într-o cameră cu ciclu de îngheț-dezgheț.
Amestecuri de beton au fost preparate într-un malaxor forțat de 0,5 m3 și întregul lot de beton a fost folosit pentru așezarea probelor necesare.În primul rând, ingredientele din beton sunt pregătite conform Tabelului 2, iar cimentul, nisipul și agregatul grosier sunt preamestecate timp de trei minute.Apoi distribuiți uniform apa și amestecați timp de 5 minute.Apoi, probele de beton au fost turnate în forme cilindrice și compactate pe o masă vibrantă (diametru matriță 10 cm, înălțime 20 cm).
După întărire timp de 28 de zile, probele au fost învelite cu material FRP.Acest studiu discută trei metode pentru stâlpii din beton armat, inclusiv complet închise, semi-constrânse și nerestricționate.Două tipuri, CFRP și GFRP, sunt utilizate pentru materiale limitate.FRP Carcasă din beton FRP complet închisă, 20 cm înălțime și 39 cm lungime.Partea superioară și inferioară a betonului legat de FRP nu au fost sigilate cu epoxid.Procesul de testare semi-ermetică ca tehnologie etanșă propusă recent este descris după cum urmează.
(2) Folosind o riglă, trasați o linie pe suprafața cilindrică de beton pentru a determina poziția benzilor FRP, distanța dintre benzi este de 2,5 cm.Apoi, înfășurați banda în jurul zonelor de beton în care FRP nu este necesar.
(3) Suprafața betonului este lustruită netedă cu șmirghel, ștearsă cu lână alcoolică și acoperită cu epoxid.Apoi lipiți manual benzile de fibră de sticlă pe suprafața betonului și apăsați golurile astfel încât fibra de sticlă să adere pe deplin la suprafața betonului și să evite bulele de aer.La final, lipiți benzile de FRP pe suprafața de beton de sus în jos, conform semnelor făcute cu o riglă.
(4) După o jumătate de oră, verificați dacă betonul s-a separat de FRP.Dacă FRP alunecă sau iese afară, ar trebui să fie reparat imediat.Probele turnate trebuie să fie întărite timp de 7 zile pentru a asigura rezistența la întărire.
(5) După întărire, utilizați un cuțit utilitar pentru a îndepărta banda de pe suprafața betonului și, în final, obțineți o coloană de beton FRP semi-ermetică.
Rezultatele sub diferite constrângeri sunt prezentate în fig.2. Figura 2a prezintă un beton CFRP complet închis, Figura 2b prezintă un beton CFRP semigeneralizat, Figura 2c arată un beton GFRP complet închis și Figura 2d prezintă un beton CFRP semi-constrâns.
Stiluri închise: (a) CFRP complet închis;(b) fibră de carbon semiînchisă;(c) complet închis în fibră de sticlă;(d) fibră de sticlă semiînchisă.
Există patru parametri principali care sunt proiectați pentru a investiga efectul constrângerilor FRP și al secvențelor de eroziune asupra performanței de control al eroziunii a cilindrilor.Tabelul 3 arată numărul de mostre de coloane de beton.Eșantioanele pentru fiecare categorie au constat din trei eșantioane de stare identice pentru a menține datele consistente.Media a trei eșantioane a fost analizată pentru toate rezultatele experimentale din acest articol.
(1) Materialul etanș la aer este clasificat ca fibră de carbon sau fibră de sticlă.S-a făcut o comparație a efectului a două tipuri de fibre asupra armăturii betonului.
(2) Metodele de reținere a coloanelor de beton sunt împărțite în trei tipuri: complet limitat, semilimitat și nelimitat.Rezistența la eroziune a stâlpilor de beton semiînchiși a fost comparată cu alte două soiuri.
(3) Condițiile de eroziune sunt cicluri de îngheț-dezgheț plus soluție de sulfat, iar numărul de cicluri de îngheț-dezgheț este de 0, 50 și, respectiv, de 100 de ori.A fost studiat efectul eroziunii cuplate asupra stâlpilor din beton constrâns cu FRP.
(4) Piesele de testare sunt împărțite în trei grupe.Primul grup este ambalarea FRP și apoi coroziune, al doilea grup este coroziune mai întâi și apoi ambalare, iar al treilea grup este coroziune mai întâi și apoi ambalare și apoi coroziune.
Procedura experimentală folosește o mașină de testare universală, o mașină de testare la tracțiune, o unitate de ciclu îngheț-dezgheț (tip CDR-Z), un microscop electronic, un pH-metru, un tensiometru, un dispozitiv de deplasare, un microscop electronic SEM și un Analizorul de spectru de energie EDS în acest studiu.Proba este o coloană de beton de 10 cm înălțime și 20 cm în diametru.Betonul a fost întărit în 28 de zile după turnare și compactare, așa cum se arată în Figura 3a.Toate probele au fost deformate după turnare și ținute timp de 28 de zile la 18-22°C și 95% umiditate relativă, iar apoi unele probe au fost împachetate cu fibră de sticlă.
Metode de încercare: (a) echipamente pentru menținerea constantă a temperaturii și umidității;(b) o mașină cu ciclu îngheț-dezgheț;(c) aparat universal de testare;(d) tester de pH;(e) observație microscopică.
Experimentul de îngheț-dezgheț utilizează metoda de înghețare rapidă, așa cum se arată în Figura 3b.Conform GB/T 50082-2009 „Standarde de durabilitate pentru betonul convențional”, probele de beton au fost complet scufundate în soluție de sulfat de sodiu 10% la 15-20°C timp de 4 zile înainte de congelare și dezghețare.După aceea, atacul sulfatului începe și se termină simultan cu ciclul de îngheț-dezgheț.Durata ciclului de îngheț-dezgheț este de 2 până la 4 ore, iar timpul de dezghețare nu trebuie să fie mai mic de 1/4 din timpul ciclului.Temperatura miezului probei trebuie menținută în intervalul de la (-18±2) la (5±2) °С.Trecerea de la congelare la dezghețare nu trebuie să dureze mai mult de zece minute.Trei probe cilindrice identice din fiecare categorie au fost utilizate pentru a studia pierderea în greutate și modificarea pH-ului soluției în 25 de cicluri de îngheț-dezgheț, așa cum se arată în Fig. 3d.După fiecare 25 de cicluri de îngheț-dezgheț, probele au fost îndepărtate și suprafețele au fost curățate înainte de a determina greutatea lor proaspătă (Wd).Toate experimentele au fost efectuate în trei exemplare ale probelor, iar valorile medii au fost folosite pentru a discuta rezultatele testului.Formulele pentru pierderea de masă și rezistență a probei se determină după cum urmează:
În formulă, ΔWd este pierderea în greutate (%) a probei după fiecare 25 de cicluri de îngheț-dezgheț, W0 este greutatea medie a probei de beton înainte de ciclul de îngheț-dezgheț (kg), Wd este greutatea medie a betonului.greutatea probei după 25 de cicluri de îngheț-dezgheț (kg).
Coeficientul de degradare a rezistenței eșantionului este caracterizat de Kd, iar formula de calcul este următoarea:
În formulă, ΔKd este rata de pierdere a rezistenței (%) a probei după fiecare 50 de cicluri de îngheț-dezgheț, f0 este rezistența medie a probei de beton înainte de ciclul de îngheț-dezgheț (MPa), fd este rezistența medie a proba de beton pentru 50 de cicluri de îngheț-dezgheț (MPa).
Pe fig.3c prezintă o mașină de testare la compresiune pentru probe de beton.În conformitate cu „Standardul pentru metodele de testare pentru proprietățile fizice și mecanice ale betonului” (GBT50081-2019), este definită o metodă de testare a stâlpilor de beton pentru rezistența la compresiune.Rata de încărcare în testul de compresie este de 0,5 MPa/s, iar încărcarea continuă și secvențială este utilizată pe tot parcursul testului.Relația sarcină-deplasare pentru fiecare eșantion a fost înregistrată în timpul testării mecanice.Extensometrele au fost atașate la suprafețele exterioare ale straturilor de beton și FRP ale specimenelor pentru a măsura deformațiile axiale și orizontale.Celula de deformare este utilizată în testarea mecanică pentru a înregistra modificarea deformarii specimenului în timpul unui test de compresie.
La fiecare 25 de cicluri de îngheț-dezgheț, o probă din soluția de îngheț-dezgheț a fost îndepărtată și plasată într-un recipient.Pe fig.3d arată un test de pH al unei soluții de probă într-un recipient.Examinarea microscopică a suprafeței și a secțiunii transversale a probei în condiții de îngheț-dezgheț este prezentată în Fig. 3d.Starea suprafeței diferitelor probe după 50 și 100 de cicluri de îngheț-dezgheț în soluție de sulfat a fost observată la microscop.Microscopul folosește o mărire de 400x.La observarea suprafeței probei, se observă în principal eroziunea stratului de FRP și a stratului exterior de beton.Observarea secțiunii transversale a probei selectează practic condițiile de eroziune la o distanță de 5, 10 și 15 mm de stratul exterior.Formarea de produse sulfat și cicluri de îngheț-dezgheț necesită teste suplimentare.Prin urmare, suprafața modificată a probelor selectate a fost examinată folosind un microscop electronic cu scanare (SEM) echipat cu un spectrometru cu dispersie de energie (EDS).
Inspectați vizual suprafața probei cu un microscop electronic și selectați o mărire de 400X.Gradul de deteriorare a suprafeței în betonul GRP semiînchis și fără rosturi sub cicluri de îngheț-dezgheț și expunere la sulfați este destul de mare, în timp ce în betonul complet închis este neglijabil.Prima categorie se referă la apariția eroziunii betonului cu curgere liberă prin sulfat de sodiu și de la 0 la 100 de cicluri de îngheț-dezgheț, așa cum se arată în Fig. 4a.Probele de beton fără expunere la îngheț au o suprafață netedă, fără caracteristici vizibile.După 50 de eroziuni, blocul de pulpă de la suprafață s-a desprins parțial, expunând coaja albă a pulpei.După 100 de eroziuni, învelișurile soluțiilor au căzut complet în timpul unei inspecții vizuale a suprafeței de beton.Observația microscopică a arătat că suprafața betonului erodat prin îngheț-dezgheț era netedă, iar agregatul de suprafață și mortarul se aflau în același plan.O suprafață neuniformă, rugoasă a fost observată pe o suprafață de beton erodata de 50 de cicluri de îngheț-dezgheț.Acest lucru se poate explica prin faptul că o parte din mortar este distrusă și o cantitate mică de cristale granulare albe aderă la suprafață, care este compusă în principal din agregat, mortar și cristale albe.După 100 de cicluri de îngheț-dezgheț, pe suprafața betonului a apărut o zonă mare de cristale albe, în timp ce agregatul grosier întunecat a fost expus mediului extern.În prezent, suprafața betonului este în mare parte agregate expuse și cristale albe.
Morfologia unei coloane de beton eroziv îngheț-dezgheț: (a) coloană de beton nerestricționată;(b) beton armat cu fibră de carbon semiînchis;(c) beton semiînchis GRP;(d) beton CFRP complet închis;(e) beton GRP beton semiînchis.
A doua categorie este coroziunea stâlpilor de beton semiermetic CFRP și GRP sub cicluri de îngheț-dezgheț și expunerea la sulfați, așa cum se arată în Fig. 4b, c.Inspecția vizuală (mărire 1x) a arătat că pe suprafața stratului fibros sa format treptat o pulbere albă, care a căzut rapid odată cu creșterea numărului de cicluri de îngheț-dezgheț.Eroziunea de suprafață nelimitată a betonului semiermetic FRP a devenit mai pronunțată pe măsură ce numărul ciclurilor de îngheț-dezgheț a crescut.Fenomenul vizibil de „balonare” (suprafața deschisă a soluției coloanei de beton este pe punctul de a se prăbuși).Totuși, fenomenul de peeling este parțial împiedicat de stratul de fibră de carbon adiacent).La microscop, fibrele de carbon sintetice apar ca fire albe pe un fundal negru la o mărire de 400x.Datorită formei rotunde a fibrelor și expunerii la lumină neuniformă, acestea par albe, dar fasciculele de fibre de carbon în sine sunt negre.Fibra de sticlă este inițial ca un fir alb, dar la contactul cu adezivul devine transparentă și starea betonului din interiorul fibrei de sticlă este clar vizibilă.Fibra de sticlă este albă strălucitoare, iar liantul este gălbui.Ambele sunt foarte deschise la culoare, astfel încât culoarea adezivului va ascunde firele de fibră de sticlă, dând aspectului general o tentă gălbuie.Fibrele de carbon și de sticlă sunt protejate împotriva deteriorării printr-o rășină epoxidică externă.Pe măsură ce numărul atacurilor de îngheț-dezgheț a crescut, mai multe goluri și câteva cristale albe au devenit vizibile la suprafață.Pe măsură ce ciclul de congelare al sulfatului crește, liantul devine treptat mai subțire, culoarea gălbuie dispare și fibrele devin vizibile.
A treia categorie este coroziunea betonului CFRP și GRP complet închis sub cicluri de îngheț-dezgheț și expunerea la sulfați, așa cum se arată în Fig. 4d, e.Din nou, rezultatele observate sunt similare cu cele pentru al doilea tip de secțiune constrânsă a stâlpului de beton.
Comparați fenomenele observate după aplicarea celor trei metode de izolare descrise mai sus.Țesuturile fibroase din betonul FRP complet izolat rămân stabile pe măsură ce crește numărul de cicluri de îngheț-dezgheț.Pe de altă parte, stratul inelar adeziv este mai subțire la suprafață.Rășinile epoxidice reacţionează în cea mai mare parte cu ionii activi de hidrogen din acidul sulfuric cu ciclu deschis și cu greu reacționează cu sulfații28.Astfel, se poate considera că eroziunea modifică în principal proprietățile stratului adeziv ca urmare a ciclurilor de îngheț-dezgheț, modificând astfel efectul de întărire al FRP.Suprafața de beton a betonului semiermetic FRP are același fenomen de eroziune ca suprafața de beton nelimitat.Stratul său FRP corespunde stratului FRP al betonului complet închis, iar deteriorarea nu este evidentă.Cu toate acestea, în betonul GRP semietanșat, apar fisuri de eroziune extinse acolo unde benzile de fibre se intersectează cu betonul expus.Eroziunea suprafețelor expuse de beton devine mai severă pe măsură ce crește numărul de cicluri de îngheț-dezgheț.
Interioarele betonului FRP complet închis, semiînchis și nerestricționat au prezentat diferențe semnificative atunci când au fost supuse la cicluri de îngheț-dezgheț și expunere la soluții de sulfat.Proba a fost tăiată transversal și secțiunea transversală a fost observată folosind un microscop electronic la o mărire de 400x.Pe fig.5 prezintă imagini microscopice la o distanță de 5 mm, 10 mm și, respectiv, 15 mm de limita dintre beton și mortar.S-a observat că atunci când soluția de sulfat de sodiu este combinată cu îngheț-dezgheț, deteriorarea betonului este progresiv defalcat de la suprafață către interior.Deoarece condițiile de eroziune internă ale betonului CFRP și GFRP sunt aceleași, această secțiune nu compară cele două materiale de izolare.
Observarea microscopică a interiorului secțiunii de beton a stâlpului: (a) limitată complet de fibră de sticlă;(b) semiînchis cu fibră de sticlă;(c) nelimitat.
Eroziunea internă a betonului FRP complet închis este prezentată în fig.5a.Fisurile sunt vizibile la 5 mm, suprafața este relativ netedă, nu există cristalizare.Suprafața este netedă, fără cristale, de 10 până la 15 mm grosime.Eroziunea internă a betonului semiermetic FRP este prezentată în fig.5 B. Fisurile și cristalele albe sunt vizibile la 5mm și 10mm, iar suprafața este netedă la 15mm.Figura 5c prezintă secțiuni ale stâlpilor din beton FRP în care s-au găsit fisuri la 5, 10 și 15 mm.Câteva cristale albe din fisuri au devenit progresiv mai rare pe măsură ce fisurile s-au mutat din exteriorul betonului în interior.Coloanele nesfârșite din beton au prezentat cea mai mare eroziune, urmate de coloanele din beton FRP semi-constrânse.Sulfatul de sodiu a avut un efect redus asupra interiorului probelor de beton FRP complet închise peste 100 de cicluri de îngheț-dezgheț.Acest lucru indică faptul că principala cauză a eroziunii betonului FRP complet constrâns este eroziunea asociată îngheț-dezgheț pe o perioadă de timp.Observarea secțiunii transversale a arătat că secțiunea imediat înainte de înghețare și dezghețare a fost netedă și lipsită de agregate.Pe măsură ce betonul îngheață și se dezgheță, fisurile sunt vizibile, același lucru este valabil și pentru agregate, iar cristalele granulare albe sunt acoperite dens cu fisuri.Studiile27 au arătat că atunci când betonul este plasat într-o soluție de sulfat de sodiu, sulfatul de sodiu va pătrunde în beton, dintre care unele vor precipita sub formă de cristale de sulfat de sodiu, iar altele vor reacționa cu cimentul.Cristalele de sulfat de sodiu și produsele de reacție arată ca niște granule albe.
FRP limitează complet fisurile din beton în eroziunea conjugată, dar secțiunea este netedă, fără cristalizare.Pe de altă parte, secțiunile de beton semiînchise și nerestricționate din FRP au dezvoltat fisuri interne și cristalizare sub eroziune conjugată.Conform descrierii imaginii și studiilor anterioare29, procesul de eroziune a îmbinării betonului FRP nerestricționat și semi-restricționat este împărțit în două etape.Prima etapă a fisurilor betonului este asociată cu dilatarea și contracția în timpul înghețului-dezghețului.Când sulfatul pătrunde în beton și devine vizibil, sulfatul corespunzător umple fisurile create de contracția din reacțiile de îngheț-dezgheț și hidratare.Prin urmare, sulfatul are un efect protector special asupra betonului într-un stadiu incipient și poate îmbunătăți într-o anumită măsură proprietățile mecanice ale betonului.A doua etapă a atacului sulfatului continuă, pătrunzând fisuri sau goluri și reacționând cu cimentul pentru a forma alaun.Ca urmare, fisura crește în dimensiune și provoacă daune.În acest timp, reacțiile de dilatare și contracție asociate cu înghețul și dezghețarea vor exacerba deteriorarea internă a betonului, rezultând o reducere a capacității portante.
Pe fig.6 prezintă modificările pH-ului soluțiilor de impregnare a betonului pentru trei metode limitate monitorizate după 0, 25, 50, 75 și 100 de cicluri de îngheț-dezgheț.Mortarele de beton FRP fără restricții și semiînchise au prezentat cea mai rapidă creștere a pH-ului de la 0 la 25 de cicluri de îngheț-dezgheț.Valorile pH-ului lor au crescut de la 7,5 la 11,5 și, respectiv, 11,4.Pe măsură ce numărul de cicluri de îngheț-dezgheț a crescut, creșterea pH-ului a încetinit treptat după 25-100 de cicluri de îngheț-dezgheț.Valorile pH-ului lor au crescut de la 11,5 și 11,4 la 12,4 și, respectiv, 11,84.Deoarece betonul FRP complet lipit acoperă stratul FRP, este dificil ca soluția de sulfat de sodiu să pătrundă.În același timp, este dificil ca compoziția de ciment să pătrundă în soluțiile externe.Astfel, pH-ul a crescut treptat de la 7,5 la 8,0 între 0 și 100 de cicluri de îngheț-dezgheț.Motivul modificării pH-ului este analizat după cum urmează.Silicatul din beton se combină cu ionii de hidrogen din apă pentru a forma acid silicic, iar OH-ul rămas crește pH-ul soluției saturate.Modificarea pH-ului a fost mai pronunțată între 0-25 cicluri de îngheț-dezgheț și mai puțin pronunțată între 25-100 de cicluri de îngheț-dezgheț30.Totuși, aici s-a constatat că pH-ul a continuat să crească după 25-100 de cicluri de îngheț-dezgheț.Acest lucru poate fi explicat prin faptul că sulfatul de sodiu reacționează chimic cu interiorul betonului, modificând pH-ul soluției.Analiza compoziției chimice arată că betonul reacţionează cu sulfatul de sodiu în felul următor.
Formulele (3) și (4) arată că sulfatul de sodiu și hidroxidul de calciu din ciment formează gips (sulfat de calciu), iar sulfatul de calciu reacţionează în continuare cu metaaluminatul de calciu din ciment pentru a forma cristale de alaun.Reacția (4) este însoțită de formarea OH- bazic, ceea ce duce la creșterea pH-ului.De asemenea, deoarece această reacție este reversibilă, pH-ul crește la un anumit moment și se modifică lent.
Pe fig.7a arată pierderea în greutate a betonului GRP complet închis, semiînchis și interblocat în timpul ciclurilor de îngheț-dezgheț în soluție de sulfat.Cea mai evidentă modificare a pierderii de masă este betonul nerestricționat.Betonul nerestricționat și-a pierdut aproximativ 3,2% din masă după 50 de atacuri de îngheț-dezgheț și aproximativ 3,85% după 100 de atacuri de îngheț-dezgheț.Rezultatele arată că efectul eroziunii conjugate asupra calității betonului cu curgere liberă scade pe măsură ce crește numărul de cicluri de îngheț-dezgheț.Cu toate acestea, la observarea suprafeței probei, s-a constatat că pierderea de mortar după 100 de cicluri de îngheț-dezgheț a fost mai mare decât după 50 de cicluri de îngheț-dezgheț.În combinație cu studiile din secțiunea anterioară, se poate presupune că pătrunderea sulfaților în beton duce la o încetinire a pierderii de masă.Între timp, alaunul și ghipsul generate intern au ca rezultat, de asemenea, o pierdere mai lentă în greutate, așa cum este prezis de ecuațiile chimice (3) și (4).
Modificarea greutății: (a) relația dintre modificarea greutății și numărul de cicluri de îngheț-dezgheț;(b) relația dintre modificarea masei și valoarea pH-ului.
Modificarea pierderii în greutate a betonului semiermetic FRP scade mai întâi și apoi crește.După 50 de cicluri de îngheț-dezgheț, pierderea de masă a betonului semiermetic din fibră de sticlă este de aproximativ 1,3%.Pierderea în greutate după 100 de cicluri a fost de 0,8%.Prin urmare, se poate concluziona că sulfatul de sodiu pătrunde în betonul cu curgere liberă.În plus, observarea suprafeței piesei de testare a arătat, de asemenea, că benzile de fibre ar putea rezista la decojirea mortarului într-o zonă deschisă, reducând astfel pierderea în greutate.
Modificarea pierderii de masă a betonului FRP complet închis este diferită de primele două.Masa nu pierde, ci adaugă.După 50 de eroziuni de îngheț-dezgheț, masa a crescut cu aproximativ 0,08%.După 100 de ori, masa sa a crescut cu aproximativ 0,428%.Deoarece betonul este turnat complet, mortarul de pe suprafața betonului nu se va desprinde și este puțin probabil să aibă ca rezultat pierderea calității.Pe de altă parte, pătrunderea apei și a sulfaților de pe suprafața cu conținut ridicat în interiorul betonului cu conținut scăzut îmbunătățește și calitatea betonului.
Mai multe studii au fost efectuate anterior cu privire la relația dintre pH și pierderea de masă în betonul restricționat cu FRP în condiții de eroziune.Majoritatea cercetărilor discută în principal relația dintre pierderea de masă, modulul elastic și pierderea de rezistență.Pe fig.7b arată relația dintre pH-ul betonului și pierderea de masă sub trei constrângeri.Se propune un model predictiv pentru a prezice pierderea de masă a betonului folosind trei metode de retenție la valori diferite ale pH-ului.După cum se poate vedea în Figura 7b, coeficientul lui Pearson este ridicat, indicând că există într-adevăr o corelație între pH și pierderea de masă.Valorile r-pătratului pentru betonul nerestricționat, semi-restricționat și complet restricționat au fost 0,86, 0,75 și, respectiv, 0,96.Acest lucru indică faptul că schimbarea pH-ului și pierderea în greutate a betonului complet izolat este relativ liniară atât în ​​condiții de sulfat, cât și în condiții de îngheț-dezgheț.În betonul nerestricționat și betonul semiermetic FRP, pH-ul crește treptat pe măsură ce cimentul reacționează cu soluția apoasă.Ca urmare, suprafața betonului este distrusă treptat, ceea ce duce la imponderabilitate.Pe de altă parte, pH-ul betonului complet închis se schimbă puțin deoarece stratul de FRP încetinește reacția chimică a cimentului cu soluția de apă.Astfel, pentru un beton complet închis, nu există eroziune vizibilă a suprafeței, dar va câștiga în greutate din cauza saturației datorită absorbției soluțiilor de sulfat.
Pe fig.8 prezintă rezultatele unei scanări SEM a probelor gravate cu sulfat de sodiu îngheț-dezgheț.Microscopia electronică a examinat probe colectate din blocuri prelevate din stratul exterior al coloanelor de beton.Figura 8a este o imagine cu microscop electronic cu scanare a betonului neînchis înainte de eroziune.Se observă că există multe găuri pe suprafața probei, care afectează rezistența coloanei de beton în sine înainte de dezghețarea înghețului.Pe fig.8b prezintă o imagine cu microscopul electronic a unei probe de beton FRP complet izolate după 100 de cicluri de îngheț-dezgheț.Pot fi detectate fisuri în probă din cauza înghețului și dezghețului.Cu toate acestea, suprafața este relativ netedă și nu există cristale pe ea.Prin urmare, fisurile neumplute sunt mai vizibile.Pe fig.8c prezintă o probă de beton GRP semiermetic după 100 de cicluri de eroziune prin îngheț.Este clar că fisurile s-au lărgit și s-au format boabe între fisuri.Unele dintre aceste particule se atașează de fisuri.O scanare SEM a unei probe dintr-o coloană de beton nerestricționată este prezentată în Figura 8d, un fenomen compatibil cu semi-restricția.Pentru a elucida în continuare compoziția particulelor, particulele din fisuri au fost mărite în continuare și analizate folosind spectroscopie EDS.Particulele vin în principal în trei forme diferite.Conform analizei spectrului de energie, primul tip, așa cum se arată în Figura 9a, este un cristal bloc obișnuit, compus în principal din O, S, Ca și alte elemente.Prin combinarea formulelor anterioare (3) și (4), se poate determina că componenta principală a materialului este gipsul (sulfatul de calciu).Al doilea este prezentat în Figura 9b;conform analizei spectrului energetic, este un obiect acicular nedirecțional, iar componentele sale principale sunt O, Al, S și Ca.Rețetele combinate arată că materialul constă în principal din alaun.Al treilea bloc prezentat în Fig. 9c, este un bloc neregulat, determinat prin analiza spectrului de energie, constând în principal din componentele O, Na și S. S-a dovedit că acestea sunt în principal cristale de sulfat de sodiu.Microscopia electronică cu scanare a arătat că majoritatea golurilor au fost umplute cu cristale de sulfat de sodiu, așa cum se arată în Figura 9c, împreună cu cantități mici de gips și alaun.
Imagini microscopice electronice ale probelor înainte și după coroziune: (a) beton deschis înainte de coroziune;(b) după coroziune, fibra de sticlă este complet etanșată;(c) după coroziunea betonului semiînchis GRP;(d) după coroziunea betonului deschis.
Analiza ne permite să tragem următoarele concluzii.Imaginile cu microscopul electronic ale celor trei probe au fost toate de 1k× și au fost găsite și observate fisuri și produse de eroziune în imagini.Betonul nerestricționat are cele mai largi fisuri și conține multe granule.Betonul FRP sub presiune este inferior betonului fără presiune în ceea ce privește lățimea fisurilor și numărul de particule.Betonul FRP complet închis are cea mai mică lățime de fisură și fără particule după eroziunea prin îngheț-dezgheț.Toate acestea indică faptul că betonul FRP complet închis este cel mai puțin susceptibil la eroziune prin îngheț și dezgheț.Procesele chimice din interiorul coloanelor de beton FRP semi-închise și deschise duc la formarea de alaun și gips, iar penetrarea sulfatului afectează porozitatea.În timp ce ciclurile de îngheț-dezgheț sunt principala cauză a fisurilor betonului, sulfații și produsele lor umplu unele dintre fisurile și porii în primul rând.Cu toate acestea, pe măsură ce cantitatea și timpul de eroziune crește, fisurile continuă să se extindă și volumul de alaun format crește, rezultând fisuri de extrudare.În cele din urmă, îngheț-dezgheț și expunerea la sulfat va reduce rezistența coloanei.