uudised

Täname, et külastasite klaaskiust kabronkiudude sisu.Kasutate piiratud CSS-i toega brauseri versiooni.Parima kasutuskogemuse saavutamiseks soovitame kasutada värskendatud brauserit (või keelata Internet Exploreris ühilduvusrežiim).Lisaks näitame pideva toe tagamiseks saiti ilma stiilide ja JavaScriptita.
Polümeer-armeeritud betooni (FRP) peetakse uuenduslikuks ja säästlikuks konstruktsiooniparandusmeetodiks.Selles uuringus valiti välja kaks tüüpilist materjali [süsinikkiuga tugevdatud polümeer (CFRP) ja klaaskiuga tugevdatud polümeer (GFRP)], et uurida betooni tugevdavat toimet karmides keskkondades.Arutatud on FRP-d sisaldava betooni vastupidavust sulfaadile ja sellega seotud külmumis-sulamistsüklitele.Elektronmikroskoopia betooni pinna ja sisemise lagunemise uurimiseks konjugeeritud erosiooni ajal.Naatriumsulfaadi korrosiooni astet ja mehhanismi analüüsiti pH väärtuse, SEM elektronmikroskoopia ja EMF energiaspektri abil.FRP-ga piiratud betoonsammaste tugevdamise hindamiseks on kasutatud aksiaalseid survetugevuse katseid ning pinge-deformatsiooni seoseid on tuletatud erinevate meetodite jaoks FRP säilitamiseks erosiooniga seotud keskkonnas.Eksperimentaalsete katsetulemuste kalibreerimiseks viidi läbi veaanalüüs, kasutades nelja olemasolevat ennustavat mudelit.Kõik tähelepanekud näitavad, et FRP-ga piiratud betooni lagunemisprotsess on konjugeeritud pingete korral keeruline ja dünaamiline.Naatriumsulfaat suurendab esialgu betooni tugevust selle töötlemata kujul.Kuid järgnevad külmutamise-sulatamise tsüklid võivad betooni pragunemist süvendada ja naatriumsulfaat vähendab veelgi betooni tugevust, soodustades pragunemist.Pinge-deformatsiooni suhte simuleerimiseks, mis on FRP-ga piiratud betooni elutsükli kavandamisel ja hindamisel kriitilise tähtsusega, pakutakse välja täpne numbriline mudel.
Innovaatilise betooni tugevdusmeetodina, mida on uuritud alates 1970. aastatest, on FRP eelisteks kerge kaal, kõrge tugevus, korrosioonikindlus, väsimuskindlus ja mugav konstruktsioon1,2,3.Kuna kulud vähenevad, on see üha tavalisem sellistes insenerirakendustes nagu klaaskiud (GFRP), süsinikkiud (CFRP), basaltkiud (BFRP) ja aramiidkiud (AFRP), mis on konstruktsiooni tugevdamiseks kõige sagedamini kasutatav FRP4, 5 Kavandatav FRP kinnipidamismeetod võib parandada betooni jõudlust ja vältida enneaegset kokkuvarisemist.Kuid erinevad väliskeskkonnad masinaehituses mõjutavad sageli FRP-piiranguga betooni vastupidavust, põhjustades selle tugevuse ohtu.
Mitmed teadlased on uurinud pinge- ja deformatsioonimuutusi erineva ristlõike kuju ja suurusega betoonis.Yang et al.6 leiti, et lõplik stress ja pinge korreleerusid positiivselt kiulise koe paksuse kasvuga.Wu jt 7 said FRP-ga piiratud betooni pinge-deformatsiooni kõverad, kasutades erinevaid kiutüüpe, et ennustada lõplikke deformatsioone ja koormusi.Lin jt 8 leidsid, et ümmarguste, ruudukujuliste, ristkülikukujuliste ja elliptiliste vardade FRP pinge-deformatsiooni mudelid erinevad samuti suuresti ning töötasid välja uue disainile orienteeritud pinge-deformatsiooni mudeli, kasutades parameetritena laiuse ja nurga raadiuse suhet.Lam jt 9 täheldasid, et FRP ebaühtlane kattumine ja kõverus põhjustasid FRP-s väiksemat murdepinget ja pinget kui plaadi tõmbekatsetes.Lisaks on teadlased uurinud osalisi piiranguid ja uusi piirangumeetodeid vastavalt erinevatele reaalse maailma disainivajadustele.Wang et al.[10] tegi täielikult, osaliselt ja piiranguteta betooni aksiaalse kokkusurumise katseid kolmes piiratud režiimis.Välja on töötatud “pinge-deformatsiooni” mudel ja antud osaliselt suletud betooni piirava toime koefitsiendid.Wu et al.11 töötas välja meetodi FRP-ga piiratud betooni pinge-deformatsiooni sõltuvuse ennustamiseks, mis võtab arvesse suuruse mõju.Moran et al.12 hindasid FRP spiraalsete ribadega piiratud betooni aksiaalseid monotoonseid kokkusurumisomadusi ja tuletasid selle pinge-deformatsiooni kõverad.Ülaltoodud uuring uurib aga peamiselt erinevust osaliselt suletud betooni ja täielikult suletud betooni vahel.Betoonisektsioone osaliselt piiravate FRP-de rolli ei ole üksikasjalikult uuritud.
Lisaks hinnati uuringus FRP-piiranguga betooni toimivust survetugevuse, deformatsioonimuutuse, esialgse elastsusmooduli ja deformatsiooni-kõvenemismooduli osas erinevates tingimustes.Tijani jt.13,14 leidis, et FRP-ga piiratud betooni parandatavus väheneb kahjustuste suurenemisega algselt kahjustatud betooni FRP-remondikatsetes.Ma et al.[15] uuris esialgsete kahjustuste mõju FRP-ga piiratud betoonsammastele ja leidis, et kahjustusastme mõju tõmbetugevusele oli tühine, kuid sellel oli oluline mõju külg- ja pikisuunalistele deformatsioonidele.Siiski, Cao et al.16 täheldati esialgsest kahjustusest mõjutatud FRP-ga piiratud betooni pinge-deformatsiooni kõveraid ja pinge-deformatsiooni mähiskõveraid.Lisaks esialgse betooni purunemise uuringutele on läbi viidud ka mõned uuringud FRP-piiranguga betooni vastupidavuse kohta karmides keskkonnatingimustes.Need teadlased uurisid FRP-ga piiratud betooni lagunemist karmides tingimustes ja kasutasid kahjustuste hindamise meetodeid, et luua lagunemismudeleid, et ennustada kasutusiga.Xie et al.17 paigutas FRP-ga piiratud betooni hüdrotermilisse keskkonda ja leidis, et hüdrotermilised tingimused mõjutasid oluliselt FRP mehaanilisi omadusi, mille tulemusena vähenes järk-järgult selle survetugevus.Happe-aluse keskkonnas CFRP ja betooni vaheline liides halveneb.Kui keelekümblusaeg pikeneb, väheneb CFRP kihi hävitamise energia vabanemise kiirus märkimisväärselt, mis lõppkokkuvõttes viib liideste proovide hävitamiseni 18, 19, 20.Lisaks on mõned teadlased uurinud ka külmumise ja sulatamise mõju FRP-ga piiratud betoonile.Liu et al.21 märkisid, et CFRP armatuurvarrastel on hea vastupidavus külmumis-sulamistsüklite ajal, mis põhineb suhtelisel dünaamilisel moodulil, survetugevusel ja pinge-deformatsiooni suhtel.Lisaks pakutakse välja mudel, mis on seotud betooni mehaaniliste omaduste halvenemisega.Siiski arvutasid Peng jt 22 CFRP ja betooniliimide eluea temperatuuri ja külmumis-sulamistsükli andmeid kasutades.Guang et al.23 viis läbi betooni kiirkülmumis-sulamiskatsed ja pakkus välja meetodi külmakindluse hindamiseks, mis põhines kahjustatud kihi paksusel külmumis-sulamisel kokkupuutel.Yazdani et al.24 uuris FRP kihtide mõju kloriidioonide tungimisele betooni.Tulemused näitavad, et FRP kiht on keemiliselt vastupidav ja isoleerib sisemise betooni välistest kloriidioonidest.Liu et al.25 simuleerisid sulfaatkorrodeerunud FRP-betooni koorimiskatse tingimusi, lõid libisemismudeli ja ennustasid FRP-betooni liidese lagunemist.Wang et al.26 koostas üheteljeliste survekatsete abil FRP-ga piiratud sulfaat-erodeeritud betooni pinge-deformatsiooni mudeli.Zhou et al.[27] uuris soola kombineeritud külmumis-sulamistsüklite põhjustatud kahjustusi vabale betoonile ja kasutas esimest korda logistilist funktsiooni, et kirjeldada rikkemehhanismi.Need uuringud on FRP-ga piiratud betooni vastupidavuse hindamisel teinud märkimisväärseid edusamme.Enamik teadlasi on aga keskendunud erosioonikeskkonna modelleerimisele ühe ebasoodsa tingimuse korral.Betoon on sageli kahjustatud erinevate keskkonnatingimuste põhjustatud erosiooni tõttu.Need kombineeritud keskkonnatingimused halvendavad oluliselt FRP-piiranguga betooni toimivust.
Sulfatsiooni- ja külmumis-sulamistsüklid on kaks tüüpilist olulist betooni vastupidavust mõjutavat parameetrit.FRP lokaliseerimise tehnoloogia võib parandada betooni omadusi.Seda kasutatakse laialdaselt inseneri- ja uurimistöös, kuid praegu on sellel oma piirangud.Mitmed uuringud on keskendunud FRP-ga piiratud betooni vastupidavusele sulfaatkorrosioonile külmades piirkondades.Täielikult suletud, poolsuletud ja avatud betooni erosiooni protsess naatriumsulfaadi ja külmutamise-sulatamise mõjul väärib üksikasjalikumat uurimist, eriti käesolevas artiklis kirjeldatud uut poolsuletud meetodit.Samuti uuriti betoonsammaste tugevdusefekti, vahetades FRP retentsiooni ja erosiooni järjekorda.Sidemete erosioonist põhjustatud mikrokosmilisi ja makroskoopilisi muutusi proovis iseloomustati elektronmikroskoobi, pH testi, SEM elektronmikroskoobi, EMF energiaspektri analüüsi ja üheteljelise mehaanilise testiga.Lisaks käsitletakse selles uuringus üheteljelises mehaanilises testimises esinevat pinge-deformatsiooni suhet reguleerivaid seadusi.Eksperimentaalselt kontrollitud piirpinge ja deformatsiooni väärtused kinnitati veaanalüüsiga, kasutades nelja olemasolevat piirpinge-deformatsiooni mudelit.Kavandatud mudel suudab täielikult ennustada materjali lõplikku pinget ja tugevust, mis on kasulik tulevaste FRP tugevdamise praktikate jaoks.Lõpuks on see FRP betooni soola külmakindluse kontseptsiooni kontseptuaalne alus.
Selles uuringus hinnatakse FRP-ga piiratud betooni riknemist, kasutades sulfaatlahuse korrosiooni koos külmumis-sulatustsüklitega.Betooni erosioonist põhjustatud mikroskoopilisi ja makroskoopilisi muutusi on demonstreeritud skaneeriva elektronmikroskoopia, pH testimise, EDS energiaspektroskoopia ja üheteljelise mehaanilise testimise abil.Lisaks uuriti aksiaalse kokkusurumise katsete abil FRP-ga piiratud betooni mehaanilisi omadusi ja pinge-deformatsiooni muutusi, mis on allutatud seotud erosioonile.
FRP Confined Concrete koosneb toorbetoonist, FRP väliskattematerjalist ja epoksüliimast.Välist isolatsioonimaterjali valiti kaks: CFRP ja GRP, materjalide omadused on toodud tabelis 1. Liimainetena kasutati epoksüvaikusid A ja B (segamissuhe 2:1 mahu järgi).Riis.1 illustreerib betoonisegu materjalide ehituse üksikasju.Joonisel 1a kasutati Swan PO 42.5 portlandtsementi.Jämedad täitematerjalid on purustatud basaltkivi läbimõõduga vastavalt 5-10 ja 10-19 mm, nagu on näidatud joonisel fig.1b ja c.Peene täiteainena joonisel 1g kasutati looduslikku jõeliiva peensusmooduliga 2,3.Veevaba naatriumsulfaadi graanulitest ja teatud kogusest veest valmistage naatriumsulfaadi lahus.
Betoonisegu koostis: a – tsement, b – täitematerjal 5–10 mm, c – täitematerjal 10–19 mm, d – jõeliiv.
Betooni arvutuslik tugevus on 30 MPa, mille tulemuseks on 40 kuni 100 mm värske tsementbetooni settimine.Betoonisegu suhe on näidatud tabelis 2 ning jämeda täitematerjali 5-10 mm ja 10-20 mm suhe on 3:7.Keskkonnaga interaktsiooni mõju modelleeriti, valmistades esmalt 10% NaSO4 lahuse ja seejärel valades lahuse külmutus-sulatustsükli kambrisse.
Betoonisegud valmistati 0,5 m3 sundsegistis ja kogu betoonipartii kasutati vajalike proovide ladumiseks.Kõigepealt valmistatakse betooni koostisosad vastavalt tabelile 2 ning tsementi, liiva ja jämedat täitematerjali eelsegatakse kolm minutit.Seejärel jaotage vesi ühtlaselt ja segage 5 minutit.Järgmisena valati betooniproovid silindrilistesse vormidesse ja tihendati vibrolaual (vormi läbimõõt 10 cm, kõrgus 20 cm).
Pärast 28-päevast kõvenemist mähiti proovid FRP materjaliga.Selles uuringus käsitletakse kolme raudbetoonsammaste meetodit, sealhulgas täielikult suletud, poolpiiratud ja piiranguteta.Piiratud materjalide puhul kasutatakse kahte tüüpi, CFRP ja GFRP.FRP Täielikult suletud FRP betoonkest, 20 cm kõrge ja 39 cm pikk.FRP-ga seotud betooni ülemine ja alumine osa ei olnud epoksiidiga tihendatud.Poolhermeetilist testimisprotsessi kui hiljuti välja pakutud õhukindlat tehnoloogiat kirjeldatakse järgmiselt.
(2) FRP-ribade asukoha määramiseks tõmmake betooni silindrilisele pinnale joonlaua abil joon, ribade vahe on 2,5 cm.Seejärel keerake teip ümber betoonipiirkondade, kus FRP-d pole vaja.
(3) Betoonpind poleeritakse liivapaberiga siledaks, pühitakse piiritusvillaga ja kaetakse epoksiidiga.Seejärel kleepige klaaskiudribad käsitsi betoonpinnale ja suruge vahed välja nii, et klaaskiud kleepuks täielikult betoonpinnaga ja väldiks õhumulle.Lõpuks liimige FRP-ribad betoonpinnale ülalt alla vastavalt joonlauaga tehtud märkidele.
(4) Poole tunni pärast kontrollige, kas betoon on FRP-st eraldunud.Kui FRP libiseb või jääb välja, tuleb see kohe parandada.Vormitud proove tuleb kõveneda 7 päeva, et tagada kõvenenud tugevus.
(5) Pärast kõvenemist eemaldage teip betoonpinnalt noa abil ja lõpuks hankige poolhermeetiline FRP betoonsammas.
Tulemused erinevatel piirangutel on näidatud joonisel fig.2. Joonisel 2a on kujutatud täielikult suletud CFRP-betoon, joonisel 2b on kujutatud poolgeneraliseeritud CFRP-betoon, joonisel 2c on kujutatud täielikult suletud GFRP-betoon ja joonisel 2d on kujutatud poolsuletud CFRP-betoon.
Suletud stiilid: a) täielikult suletud CFRP;b) poolsuletud süsinikkiud;c) täielikult klaaskiuga ümbritsetud;d) poolsuletud klaaskiud.
FRP piirangute ja erosioonijärjestuste mõju uurimiseks silindrite erosioonitõrjevõimele on neli peamist parameetrit.Tabelis 3 on näidatud betoonsamba näidiste arv.Iga kategooria valimid koosnesid kolmest identsest olekuproovist, et hoida andmed järjepidevad.Kõigi selle artikli katsetulemuste jaoks analüüsiti kolme proovi keskmist.
(1) Õhukindel materjal klassifitseeritakse süsinikkiuks või klaaskiuks.Võrreldi kahte tüüpi kiudude mõju betooni armatuurile.
(2) Betoonsamba piiramise meetodid jagunevad kolme tüüpi: täielikult piiratud, poolpiiratud ja piiramata.Poolsuletud betoonsammaste erosioonikindlust võrreldi kahe teise variandiga.
(3) Erosioonitingimusteks on külmumis-sulatustsüklid pluss sulfaadilahus ning külmumis-sulatustsüklite arv on vastavalt 0, 50 ja 100 korda.Uuritud on sidestatud erosiooni mõju FRP-ga piiratud betoonsammastele.
(4) Katsekehad on jagatud kolme rühma.Esimene rühm on FRP mähkimine ja seejärel korrosioon, teine ​​rühm on kõigepealt korrosioon ja seejärel mähkimine ning kolmas rühm on kõigepealt korrosioon ja seejärel mähkimine ja seejärel korrosioon.
Eksperimentaalses protseduuris kasutatakse universaalset testimismasinat, tõmbekatsemasinat, külmutus-sulatustsükli seadet (CDR-Z tüüpi), elektronmikroskoopi, pH-meetrit, deformatsioonimõõturit, nihkeseadet, SEM-elektronmikroskoopi ja EDS-i energiaspektri analüsaator selles uuringus.Näidis on 10 cm kõrgune ja 20 cm läbimõõduga betoonsammas.Betoon kõvenes 28 päeva jooksul pärast valamist ja tihendamist, nagu on näidatud joonisel 3a.Kõik proovid võeti pärast valamist vormist välja ja hoiti 28 päeva 18-22°C ja 95% suhtelise õhuniiskuse juures ning seejärel mähiti osa proove klaaskiuga.
Katsemeetodid: a) seadmed püsiva temperatuuri ja niiskuse hoidmiseks;b) külmutamise-sulatamise tsükli masin;c) universaalne katseseade;d) pH tester;e) mikroskoopiline vaatlus.
Külmutamise-sulatamise katses kasutatakse kiirkülmutamise meetodit, nagu on näidatud joonisel 3b.Vastavalt GB/T 50082-2009 “Tavalise betooni vastupidavusstandardid” järgi kasteti betooniproovid enne külmutamist ja sulatamist 4 päevaks täielikult 10% naatriumsulfaadi lahusesse temperatuuril 15-20°C.Pärast seda algab ja lõpeb sulfaadi rünnak samaaegselt külmutamise-sulatamise tsükliga.Külmutamise-sulatamise tsükli kestus on 2 kuni 4 tundi ja sulatusaeg ei tohiks olla lühem kui 1/4 tsükli ajast.Proovi sisetemperatuuri tuleks hoida vahemikus (-18±2) kuni (5±2) °С.Üleminek külmutamisest sulatamisele ei tohiks kesta kauem kui kümme minutit.Iga kategooria kolme silindrilist identset proovi kasutati lahuse kaalukaotuse ja pH muutuse uurimiseks 25 külmutamis-sulatustsükli jooksul, nagu on näidatud joonisel 3d.Pärast iga 25 külmutamis-sulatamise tsüklit eemaldati proovid ja pinnad puhastati enne nende värske massi (Wd) määramist.Kõik katsed viidi läbi proovide kolmes eksemplaris ja katsetulemuste arutamiseks kasutati keskmisi väärtusi.Proovi massi ja tugevuse kao valemid määratakse järgmiselt:
Valemis on ΔWd proovi kaalukadu (%) pärast iga 25 külmutamis-sulatustsüklit, W0 betooniproovi keskmine kaal enne külmumis-sulatustsüklit (kg), Wd on betooni keskmine kaal.proovi kaal pärast 25 külmutamis-sulatustsüklit (kg).
Proovi tugevuse vähenemise koefitsienti iseloomustab Kd ja arvutusvalem on järgmine:
Valemis on ΔKd proovi tugevuse kadumise määr (%) pärast iga 50 külmumis-sulatustsüklit, f0 on betooniproovi keskmine tugevus enne külmumis-sulatustsüklit (MPa), fd on betooniproovi keskmine tugevus enne külmumis-sulatustsüklit. betooniproov 50 külmutamis-sulatustsükli jaoks (MPa).
Joonisel fig.3c on kujutatud betoonikehade survekatsemasin.Vastavalt Betooni füüsikaliste ja mehaaniliste omaduste katsemeetodite standardile (GBT50081-2019) on määratletud meetod betoonsammaste survetugevuse testimiseks.Kompressioonitesti koormusmäär on 0,5 MPa/s ning kogu katse vältel kasutatakse pidevat ja järjestikust koormust.Iga proovi koormuse ja nihke suhe registreeriti mehaanilise testimise käigus.Aksiaalsete ja horisontaalsete deformatsioonide mõõtmiseks kinnitati proovikehade betooni ja FRP kihtide välispindadele deformatsioonimõõturid.Tüverakku kasutatakse mehaanilises testimises, et registreerida proovi tüve muutus survekatse ajal.
Iga 25 külmutamis-sulatamise tsükli järel võeti külmutamise-sulatamise lahuse proov ja pandi anumasse.Joonisel fig.3d näitab mahutis proovilahuse pH-testi.Proovi pinna ja ristlõike mikroskoopiline uurimine külmutamise-sulatamise tingimustes on näidatud joonisel 3d.Mikroskoobi all jälgiti erinevate proovide pinna seisundit pärast 50 ja 100 külmutamis-sulatustsüklit sulfaadilahuses.Mikroskoop kasutab 400x suurendust.Proovi pinna vaatlemisel jälgitakse peamiselt FRP kihi ja betooni väliskihi erosiooni.Proovi ristlõike vaatlemisel valitakse põhimõtteliselt erosioonitingimused 5, 10 ja 15 mm kaugusel väliskihist.Sulfaadiproduktide moodustumine ja külmumis-sulatustsüklid nõuavad täiendavaid katseid.Seetõttu uuriti valitud proovide modifitseeritud pinda skaneeriva elektronmikroskoobi (SEM) abil, mis oli varustatud energia hajutava spektromeetriga (EDS).
Kontrollige proovi pinda visuaalselt elektronmikroskoobiga ja valige 400X suurendus.Pinnakahjustuste määr poolsuletud ja vuukideta GRP-betoonis külmumis-sulamistsüklite ja sulfaatidega kokkupuutel on üsna kõrge, samas kui täielikult suletud betoonis on see tühine.Esimene kategooria viitab vabalt voolava betooni erosioonile naatriumsulfaadi ja 0 kuni 100 külmumis-sulatustsükli toimel, nagu on näidatud joonisel 4a.Külmaga kokku puutumata betooniproovidel on sile pind ilma nähtavate tunnusteta.Pärast 50 erosiooni koorus pinnal olev pulbiplokk osaliselt maha, paljastades viljaliha valge kesta.Pärast 100 erosiooni kukkusid lahuste kestad betoonpinna visuaalsel kontrollimisel täielikult maha.Mikroskoopiline vaatlus näitas, et 0 külmumisel-sulamisel erodeeritud betooni pind oli sile ning pinna täitematerjal ja mört olid samas tasapinnas.50 külmumis-sulamistsükliga erodeeritud betoonpinnal täheldati ebaühtlast kareda pinda.See on seletatav asjaoluga, et osa mördist hävib ja pinnale kleepub vähesel määral valgeid teralisi kristalle, mis koosnevad peamiselt täitematerjalist, mördist ja valgetest kristallidest.Pärast 100 külmumis-sulatustsüklit ilmus betooni pinnale suur valgete kristallide ala, samal ajal kui tume jäme täitematerjal puutus väliskeskkonnaga kokku.Praegu on betoonpinnal enamasti paljandunud täitematerjal ja valged kristallid.
Erosiivse külmuva-sulava betoonkolonni morfoloogia: a) piiranguteta betoonsammas;b) poolsuletud süsinikkiust raudbetoon;(c) GRP poolsuletud betoon;d) täielikult suletud CFRP betoon;e) GRP-betoonist poolsuletud betoon.
Teine kategooria on poolhermeetiliste CFRP ja GRP betoonsammaste korrosioon külmumis-sulatustsüklite ja sulfaatidega kokkupuute ajal, nagu on näidatud joonistel 4b, c.Visuaalne kontroll (1x suurendus) näitas, et kiulise kihi pinnale tekkis järk-järgult valge pulber, mis külmutamise-sulatamise tsüklite arvu suurenedes kiiresti maha kukkus.Poolhermeetilise FRP-betooni piiramatu pinnaerosioon muutus tugevamaks külmumis-sulamistsüklite arvu suurenedes.Nähtav "puhitus" (betoonkolonni lahuse avatud pind on kokkuvarisemise äärel).Koorimise nähtust takistab aga osaliselt külgnev süsinikkiust kate).Mikroskoobi all paistavad sünteetilised süsinikkiud valgete niitidena mustal taustal 400-kordse suurendusega.Kiudude ümara kuju ja ebaühtlase valgusega kokkupuute tõttu näivad need valged, kuid süsinikkiu kimbud ise on mustad.Klaaskiud on algselt valge niiditaoline, kuid kokkupuutel liimiga muutub läbipaistvaks ja betooni olek klaaskiu sees on selgelt nähtav.Klaaskiud on säravvalge ja sideaine kollakas.Mõlemad on väga heledat värvi, nii et liimivärv peidab klaaskiust kiud, andes üldilmele kollaka varjundi.Süsinik- ja klaaskiud on kahjustuste eest kaitstud välise epoksüvaiguga.Kui külmumis-sulamisrünnakute arv suurenes, muutusid pinnale nähtavamaks tühimikud ja mõned valged kristallid.Sulfaadi külmumistsükli pikenedes muutub sideaine järk-järgult õhemaks, kollakas värvus kaob ja kiud muutuvad nähtavaks.
Kolmas kategooria on täielikult suletud CFRP ja GRP betooni korrosioon külmumis-sulamistsüklite ja sulfaatidega kokkupuutel, nagu on näidatud joonisel 4d, e.Jällegi on täheldatud tulemused sarnased betoonsamba teist tüüpi piiratud sektsiooni tulemustega.
Võrrelge nähtusi, mida täheldati pärast kolme ülalkirjeldatud isoleerimismeetodi rakendamist.Täielikult isoleeritud FRP-betooni kiudkoed jäävad külmumis-sulatustsüklite arvu suurenedes stabiilseks.Teisest küljest on kleepuva rõnga kiht pinnalt õhem.Epoksüvaigud reageerivad enamasti avatud tsükliga väävelhappes olevate aktiivsete vesinikioonidega ja peaaegu ei reageeri sulfaatidega28.Seega võib arvata, et erosioon muudab peamiselt külmumis-sulamistsüklite tulemusena liimikihi omadusi, muutes seeläbi FRP tugevdavat toimet.FRP poolhermeetilise betooni betoonpinnal on sama erosiooninähtus kui piiramatul betoonpinnal.Selle FRP-kiht vastab täielikult suletud betooni FRP-kihile ja kahjustus ei ole ilmne.Kuid poolsuletud GRP-betoonis tekivad ulatuslikud erosioonipraod, kus kiuribad ristuvad paljastunud betooniga.Katmata betoonpindade erosioon muutub tugevamaks, kui külmumis-sulamistsüklite arv suureneb.
Täielikult suletud, poolsuletud ja piiranguteta FRP-betooni sisemused näitasid olulisi erinevusi külmumis-sulatustsüklite ja sulfaadilahustega kokkupuutel.Proov lõigati risti ja ristlõiget jälgiti elektronmikroskoobiga 400-kordse suurendusega.Joonisel fig.5 näitab mikroskoopilisi kujutisi vastavalt 5 mm, 10 mm ja 15 mm kaugusel betooni ja mördi piirist.On täheldatud, et kui naatriumsulfaadi lahus kombineeritakse külmutamise-sulatamisega, lagunevad betooni kahjustused järk-järgult pinnalt sisemusse.Kuna CFRP ja GFRP-ga piiratud betooni sisemise erosiooni tingimused on samad, ei võrrelda selles jaotises kahte isolatsioonimaterjali.
Kolonni betoonosa sisemuse mikroskoopiline vaatlus: a) täielikult piiratud klaaskiuga;b) poolsuletud klaaskiuga;c) piiramatu.
FRP täielikult suletud betooni sisemine erosioon on näidatud joonisel fig.5a.5 mm juures on nähtavad praod, pind suhteliselt sile, kristalliseerumist ei esine.Pind on sile, ilma kristallideta, paksusega 10–15 mm.FRP poolhermeetilise betooni sisemine erosioon on näidatud joonisel fig.5 B. Praod ja valged kristallid on nähtavad 5 mm ja 10 mm juures ning pind on sile 15 mm.Joonisel 5c on kujutatud betoonist FRP-sammaste lõike, kus leiti 5, 10 ja 15 mm pragusid.Mõned valged kristallid pragudes muutusid järk-järgult harvemaks, kui praod liikusid betooni välisküljelt sissepoole.Enim erosiooni ilmnesid lõputud betoonsambad, millele järgnesid poolpiiratud FRP betoonsambad.Naatriumsulfaadil oli 100 külmumis-sulatustsükli jooksul vähe mõju täielikult suletud FRP betooniproovide sisemusele.See näitab, et täielikult piiratud FRP-betooni erosiooni peamine põhjus on seotud külmumis-sulamiserosioon teatud aja jooksul.Ristlõike jälgimine näitas, et vahetult enne külmutamist ja sulatamist oli lõik sile ja täitematerjalideta.Betooni külmumisel ja sulamisel on näha pragusid, sama kehtib ka täitematerjali kohta ning valged teralised kristallid on tihedalt kaetud pragudega.Uuringud27 on näidanud, et kui betoon asetatakse naatriumsulfaadi lahusesse, tungib naatriumsulfaat betooni, millest osa sadestub naatriumsulfaadi kristallidena ja osa reageerib tsemendiga.Naatriumsulfaadi kristallid ja reaktsioonisaadused näevad välja nagu valged graanulid.
FRP piirab täielikult betooni pragusid konjugeeritud erosioonil, kuid sektsioon on sile ilma kristalliseerumiseta.Teisest küljest on FRP poolsuletud ja piiramata betoonsektsioonidel konjugeeritud erosiooni käigus tekkinud sisemised praod ja kristalliseerumine.Pildi kirjelduse ja varasemate uuringute29 järgi on piiranguteta ja poolpiiratud FRP betooni vuugierosiooni protsess jagatud kaheks etapiks.Betooni pragunemise esimene etapp on seotud paisumise ja kokkutõmbumisega külmumise-sulamise ajal.Kui sulfaat tungib betooni ja muutub nähtavaks, täidab vastav sulfaat praod, mis on tekkinud külmumis-sulamis- ja hüdratatsioonireaktsioonide kokkutõmbumisel.Seetõttu on sulfaadil varajases staadiumis betoonile eriline kaitsev toime ja see võib teatud määral parandada betooni mehaanilisi omadusi.Sulfaadirünnaku teine ​​etapp jätkub, tungides läbi pragude või tühimike ja reageerides tsemendiga, moodustades maarja.Selle tulemusena suureneb pragu suurus ja põhjustab kahjustusi.Selle aja jooksul süvendavad külmumise ja sulamisega seotud paisumis- ja kokkutõmbumisreaktsioonid betooni sisemisi kahjustusi, mille tulemuseks on kandevõime vähenemine.
Joonisel fig.6 näitab betooni immutuslahuste pH muutusi kolme piiratud meetodi puhul, mida jälgiti pärast 0, 25, 50, 75 ja 100 külmutamis-sulatustsüklit.Piiranguteta ja poolsuletud FRP betoonmördid näitasid kõige kiiremini pH tõusu 0-lt 25 külmumis-sulatustsüklile.Nende pH väärtused tõusid vastavalt 7,5-lt 11,5-le ja 11,4-le.Külmumis-sulatamise tsüklite arvu suurenedes aeglustus pH tõus järk-järgult pärast 25-100 külmumis-sulatustsüklit.Nende pH-väärtused tõusid 11,5-lt ja 11,4-lt vastavalt 12,4-le ja 11,84-le.Kuna täielikult seotud FRP betoon katab FRP kihi, on naatriumsulfaadi lahusel raske tungida.Samal ajal on tsemendikompositsioonil raske tungida välistesse lahustesse.Seega tõusis pH järk-järgult 7,5-lt 8,0-ni vahemikus 0 kuni 100 külmutamis-sulatustsüklit.pH muutuse põhjust analüüsitakse järgmiselt.Betoonis sisalduv silikaat ühineb vees olevate vesinikioonidega, moodustades ränihappe ning ülejäänud OH- tõstab küllastunud lahuse pH-d.PH muutus oli rohkem väljendunud 0–25 külmumis-sulatustsükli vahel ja vähem väljendunud 25–100 külmutamis-sulatustsükli vahel30.Siin aga leiti, et pH tõusis jätkuvalt pärast 25-100 külmutamis-sulatustsüklit.Seda saab seletada asjaoluga, et naatriumsulfaat reageerib keemiliselt betooni sisemusega, muutes lahuse pH-d.Keemilise koostise analüüs näitab, et betoon reageerib naatriumsulfaadiga järgmiselt.
Valemid (3) ja (4) näitavad, et naatriumsulfaat ja kaltsiumhüdroksiid tsemendis moodustavad kipsi (kaltsiumsulfaat) ja kaltsiumsulfaat reageerib edasi tsemendis oleva kaltsiummetaluminaadiga, moodustades maarjakristalle.Reaktsiooniga (4) kaasneb aluselise OH- moodustumine, mis viib pH tõusuni.Kuna see reaktsioon on pöörduv, tõuseb pH teatud aja jooksul ja muutub aeglaselt.
Joonisel fig.7a näitab täielikult suletud, poolsuletud ja blokeeritud GRP-betooni kaalukadu külmumis-sulatustsüklite ajal sulfaadilahuses.Kõige ilmsem massikadu muutus on piiranguteta betoon.Piiranguteta betoon kaotas umbes 3,2% oma massist pärast 50 külmumis-sulamisrünnakut ja umbes 3,85% pärast 100 külmumis-sulamisrünnakut.Tulemused näitavad, et konjugeeritud erosiooni mõju vabalt voolava betooni kvaliteedile väheneb külmumis-sulamistsüklite arvu suurenedes.Proovi pinda vaadeldes aga selgus, et mördi kadu pärast 100 külmutamis-sulatustsüklit oli suurem kui 50 külmutamis-sulatustsükli järel.Koos eelmises jaotises tehtud uuringutega võib oletada, et sulfaatide tungimine betooni viib massikadu aeglustumiseni.Samal ajal põhjustavad sisemiselt toodetud maarjas ja kips ka aeglasema kaalukaotuse, nagu ennustavad keemilised võrrandid (3) ja (4).
Kaalu muutus: a) seos kaalumuutuse ja külmutamise-sulatamise tsüklite arvu vahel;b) seos massimuutuse ja pH väärtuse vahel.
FRP poolhermeetilise betooni kaalukadu muutus esmalt väheneb ja seejärel suureneb.Pärast 50 külmutamis-sulatustsüklit on poolhermeetilise klaaskiudbetooni massikadu umbes 1,3%.Kaalulangus pärast 100 tsüklit oli 0,8%.Seetõttu võib järeldada, et naatriumsulfaat tungib vabalt voolavasse betooni.Lisaks näitas katsekeha pinna jälgimine ka seda, et kiuribad võivad lahtisel alal vastu seista mördi koorumisele, vähendades seeläbi kaalukaotust.
Täielikult suletud FRP-betooni massikadu muutus erineb kahest esimesest.Mass ei kaota, vaid lisab.Pärast 50 külma-sula erosiooni suurenes mass umbes 0,08%.Pärast 100 korda suurenes selle mass umbes 0,428%.Kuna betoon on täielikult valatud, ei tule betooni pinnal olev mört maha ja tõenäoliselt ei kao selle kvaliteet.Teisest küljest parandab betooni kvaliteeti ka vee ja sulfaatide tungimine kõrge sisaldusega pinnalt madala sisaldusega betooni sisemusse.
Varem on läbi viidud mitmeid uuringuid pH ja massikao vahelise seose kohta FRP-ga piiratud betoonis erosioonitingimustes.Enamik uuringuid käsitleb peamiselt seost massikadu, elastsusmooduli ja tugevuskadu vahel.Joonisel fig.7b näitab seost betooni pH ja massikao vahel kolme piirangu alusel.Pakutakse välja ennustav mudel betooni massikadu ennustamiseks, kasutades kolme retentsioonimeetodit erinevatel pH väärtustel.Nagu on näha jooniselt 7b, on Pearsoni koefitsient kõrge, mis näitab, et pH ja massikadu vahel on tõepoolest korrelatsioon.Piiramata, poolpiiratud ja täielikult tõkestatud betooni r-ruudu väärtused olid vastavalt 0,86, 0,75 ja 0,96.See näitab, et täielikult isoleeritud betooni pH muutus ja kaalukadu on suhteliselt lineaarsed nii sulfaadi kui ka külmutamise-sulatamise tingimustes.Piiranguteta betoonis ja poolhermeetilises FRP-betoonis tõuseb pH järk-järgult, kui tsement reageerib vesilahusega.Selle tulemusena hävib betoonpind järk-järgult, mis viib kaaluta olekuni.Teisest küljest muutub täielikult suletud betooni pH vähe, kuna FRP kiht aeglustab tsemendi keemilist reaktsiooni vesilahusega.Seega ei ole täielikult suletud betooni puhul nähtavat pinna erosiooni, kuid see võtab kaalus juurde sulfaadilahuste imendumise tõttu küllastumise tõttu.
Joonisel fig.8 on näidatud naatriumsulfaadi külmutamise-sulatusega söövitatud proovide SEM-skaneerimise tulemused.Elektronmikroskoopiaga uuriti betoonsammaste väliskihist võetud plokkidest kogutud proove.Joonisel 8a on skaneeriva elektronmikroskoobi kujutis suletud betoonist enne erosiooni.Tuleb märkida, et proovi pinnal on palju auke, mis mõjutavad betoonsamba enda tugevust enne külma sulatamist.Joonisel fig.8b on näidatud täielikult isoleeritud FRP betooniproovi elektronmikroskoobi kujutis pärast 100 külmutamis-sulatustsüklit.Proovis võib avastada külmumisest ja sulatamisest tingitud pragusid.Pind on aga suhteliselt sile ja sellel pole kristalle.Seetõttu on täitmata praod paremini nähtavad.Joonisel fig.Joonisel 8c on näidatud poolhermeetilise GRP-betooni näidis pärast 100 külma erosioonitsüklit.On selge, et praod laienesid ja pragude vahele tekkisid terad.Mõned neist osakestest kinnituvad pragude külge.Piiranguteta betoonsamba proovi SEM-skaneerimine on näidatud joonisel 8d, mis on poolpiiranguga kooskõlas.Osakeste koostise edasiseks selgitamiseks suurendati pragudes olevaid osakesi veelgi ja analüüsiti EDS-spektroskoopia abil.Osakesed on põhimõtteliselt kolme erineva kujuga.Energiaspektri analüüsi kohaselt on esimene tüüp, nagu on näidatud joonisel 9a, tavaline plokkkristall, mis koosneb peamiselt O, S, Ca ja muudest elementidest.Kombineerides eelnevaid valemeid (3) ja (4), saab kindlaks teha, et materjali põhikomponendiks on kips (kaltsiumsulfaat).Teine on näidatud joonisel fig 9b;energiaspektri analüüsi järgi on tegemist nõelakujulise suunata objektiga, mille põhikomponendid on O, Al, S ja Ca.Kombineeritud retseptid näitavad, et materjal koosneb peamiselt maarjast.Kolmas joonisel 9c kujutatud plokk on energiaspektri analüüsiga määratud ebakorrapärane plokk, mis koosneb peamiselt komponentidest O, Na ja S. Selgus, et need on peamiselt naatriumsulfaadi kristallid.Skaneeriv elektronmikroskoopia näitas, et enamik tühikuid olid täidetud naatriumsulfaadi kristallidega, nagu on näidatud joonisel 9c, koos väikese koguse kipsi ja maarjaga.
Proovide elektronmikroskoopilised kujutised enne ja pärast korrosiooni: a) avatud betoon enne korrosiooni;b) pärast korrosiooni on klaaskiud täielikult suletud;c) pärast GRP poolsuletud betooni korrosiooni;d) pärast lahtise betooni korrosiooni.
Analüüs võimaldab teha järgmised järeldused.Kolme proovi elektronmikroskoobi kujutised olid kõik 1k × ning piltidelt leiti ja täheldati pragusid ja erosiooniprodukte.Piiramatu betoonil on kõige laiemad praod ja see sisaldab palju terakesi.FRP poolsurvebetoon on pragude laiuse ja osakeste arvu poolest madalam kui surveta betoon.Täielikult suletud FRP-betoonil on väikseim pragude laius ja pärast külmumis-sulamiserosiooni pole osakesi.Kõik see näitab, et täielikult suletud FRP-betoon on külmumisest ja sulamisest tingitud erosiooni suhtes kõige vähem vastuvõtlik.Keemilised protsessid poolsuletud ja avatud FRP betoonsammastes viivad maarja ja kipsi moodustumiseni ning sulfaadi läbitungimine mõjutab poorsust.Kuigi külmumis-sulamistsüklid on betooni pragunemise peamine põhjus, täidavad sulfaadid ja nende tooted kõigepealt mõned praod ja poorid.Erosiooni hulga ja aja suurenedes aga praod laienevad ja moodustunud maarja maht suureneb, mille tulemuseks on ekstrusioonipraod.Lõppkokkuvõttes vähendab külmutamine-sulatamine ja kokkupuude sulfaadiga kolonni tugevust.