Nyheter

Tack för ditt besök sprid innehållet av glasfiber cabronfiber.Du använder en webbläsarversion med begränsat CSS-stöd.För bästa upplevelse rekommenderar vi att du använder en uppdaterad webbläsare (eller inaktiverar kompatibilitetsläge i Internet Explorer).Dessutom, för att säkerställa löpande support, visar vi webbplatsen utan stilar och JavaScript.
Polymerarmerad betong (FRP) anses vara en innovativ och ekonomisk metod för strukturell reparation.I denna studie valdes två typiska material [kolfiberarmerad polymer (CFRP) och glasfiberarmerad polymer (GFRP)] ut för att studera armeringseffekten av betong i tuffa miljöer.Beständigheten hos betong som innehåller FRP mot sulfatangrepp och relaterade frys-upptiningscykler har diskuterats.Elektronmikroskopi för att studera ytan och inre nedbrytning av betong under konjugerad erosion.Graden och mekanismen för natriumsulfatkorrosion analyserades med pH-värde, SEM-elektronmikroskopi och EMF-energispektrum.Axiella tryckhållfasthetstest har använts för att utvärdera armeringen av FRP-begränsade betongpelare, och spännings-töjningsförhållanden har härletts för olika metoder för FRP-retention i en erosiv kopplad miljö.Felanalys utfördes för att kalibrera experimentella testresultat med hjälp av fyra befintliga prediktiva modeller.Alla observationer indikerar att nedbrytningsprocessen av FRP-begränsad betong är komplex och dynamisk under konjugatpåkänningar.Natriumsulfat ökar initialt betongens hållfasthet i sin råa form.Däremot kan efterföljande frys-upptiningscykler förvärra betongens sprickbildning, och natriumsulfat minskar betongens hållfasthet ytterligare genom att främja sprickbildning.En korrekt numerisk modell föreslås för att simulera spännings-töjningsförhållandet, vilket är avgörande för att designa och utvärdera livscykeln för FRP-begränsad betong.
Som en innovativ betongarmeringsmetod som har forskats fram sedan 1970-talet har FRP fördelarna med låg vikt, hög hållfasthet, korrosionsbeständighet, utmattningsbeständighet och bekväm konstruktion1,2,3.I takt med att kostnaderna minskar blir det vanligare i tekniska tillämpningar som glasfiber (GFRP), kolfiber (CFRP), basaltfiber (BFRP) och aramidfiber (AFRP), som är de vanligaste FRP för strukturell förstärkning4, 5 Den föreslagna FRP-retentionsmetoden kan förbättra betongens prestanda och undvika för tidig kollaps.Olika yttre miljöer inom maskinteknik påverkar dock ofta hållbarheten hos FRP-begränsad betong, vilket gör att dess hållfasthet äventyras.
Flera forskare har studerat spännings- och töjningsförändringar i betong med olika tvärsnittsformer och storlekar.Yang et al.6 fann att slutlig stress och belastning korrelerade positivt med tillväxt i fibrös vävnadstjocklek.Wu et al.7 erhöll spännings-töjningskurvor för FRP-begränsad betong med användning av olika fibertyper för att förutsäga slutliga töjningar och belastningar.Lin et al.8 fann att FRP-spännings-töjningsmodeller för runda, kvadratiska, rektangulära och elliptiska stänger också skiljer sig mycket åt, och utvecklade en ny designorienterad spännings-töjningsmodell som använder förhållandet mellan bredd och hörnradie som parametrar.Lam et al.9 observerade att den olikformiga överlappningen och krökningen av FRP resulterade i mindre brotttöjning och påkänning i FRP än i plattdragprover.Dessutom har forskare studerat partiella begränsningar och nya begränsningsmetoder enligt olika verkliga designbehov.Wang et al.[10] utförde axiella kompressionstester på helt, delvis och obegränsad betong i tre begränsade lägen.En "stress-strain" modell har utvecklats och koefficienterna för den begränsande effekten för delvis sluten betong anges.Wu et al.11 utvecklat en metod för att förutsäga spännings-töjningsberoendet hos FRP-begränsad betong som tar hänsyn till storlekseffekter.Moran et al.12 utvärderade de axiella monotona kompressionsegenskaperna hos inträngd betong med spiralformade FRP-band och härledde dess spännings-töjningskurvor.Ovanstående studie undersöker dock främst skillnaden mellan delvis sluten betong och helt sluten betong.Rollen för FRP:er som delvis begränsar betongsektioner har inte studerats i detalj.
Dessutom utvärderade studien prestandan hos FRP-begränsad betong i termer av tryckhållfasthet, töjningsförändring, initial elasticitetsmodul och töjningshärdningsmodul under olika förhållanden.Tijani et al.13,14 fann att reparationsbarheten för FRP-begränsad betong minskar med ökande skador i FRP-reparationsexperiment på initialt skadad betong.Ma et al.[15] studerade effekten av initiala skador på FRP-begränsade betongpelare och ansåg att effekten av skadegrad på draghållfastheten var försumbar, men hade en signifikant effekt på laterala och longitudinella deformationer.Emellertid har Cao et al.16 observerade spännings-töjningskurvor och spännings-töjningskurvor av FRP-begränsad betong som påverkats av initial skada.Utöver studier om initialt betongbrott har vissa studier också genomförts om hållbarheten hos FRP-begränsad betong under tuffa miljöförhållanden.Dessa forskare studerade nedbrytningen av FRP-begränsad betong under svåra förhållanden och använde skadebedömningstekniker för att skapa nedbrytningsmodeller för att förutsäga livslängd.Xie et al.17 placerade FRP-begränsad betong i en hydrotermisk miljö och fann att hydrotermiska förhållanden signifikant påverkade de mekaniska egenskaperna hos FRP, vilket resulterade i en gradvis minskning av dess tryckhållfasthet.I en syra-basmiljö försämras gränssnittet mellan CFRP och betong.När nedsänkningstiden ökar, minskar frisättningshastigheten för destruktionsenergin för CFRP-skiktet avsevärt, vilket i slutändan leder till förstörelsen av gränssnittsprover18,19,20.Dessutom har vissa forskare också studerat effekterna av frysning och upptining på FRP-begränsad betong.Liu et al.21 noterade att CFRP-armeringsjärn har god hållbarhet under frys-tiningscykler baserat på relativ dynamisk modul, tryckhållfasthet och spännings-töjningsförhållande.Dessutom föreslås en modell som är förknippad med försämringen av betongens mekaniska egenskaper.Peng et al.22 beräknade dock livslängden för CFRP och betonglim med hjälp av temperatur- och frys-upptiningscykeldata.Guang et al.23 genomförde snabba frys-tö-tester av betong och föreslog en metod för att bedöma frostbeständighet baserat på tjockleken på det skadade lagret under frys-tiningsexponering.Yazdani et al.24 studerade effekten av FRP-skikt på penetration av kloridjoner i betong.Resultaten visar att FRP-skiktet är kemiskt resistent och isolerar den inre betongen från de yttre kloridjonerna.Liu et al.25 simulerade avskalningstestförhållanden för sulfatkorroderad FRP-betong, skapade en glidmodell och förutspådde nedbrytning av gränssnittet FRP-betong.Wang et al.26 etablerade en spänningstöjningsmodell för FRP-begränsad sulfateroderad betong genom enaxliga kompressionstester.Zhou et al.[27] studerade skador på obegränsad betong orsakad av kombinerade frys-upptiningscykler av salt och använde för första gången en logistisk funktion för att beskriva felmekanismen.Dessa studier har gjort betydande framsteg när det gäller att utvärdera hållbarheten hos FRP-begränsad betong.De flesta forskare har dock fokuserat på att modellera erosiva medier under ett ogynnsamt villkor.Betong skadas ofta på grund av tillhörande erosion orsakad av olika miljöförhållanden.Dessa kombinerade miljöförhållanden försämrar kraftigt prestandan hos FRP-begränsad betong.
Sulfatering och frys-tinningscykler är två typiska viktiga parametrar som påverkar betongens hållbarhet.FRP-lokaliseringsteknik kan förbättra betongens egenskaper.Det används ofta inom teknik och forskning, men har för närvarande sina begränsningar.Flera studier har fokuserat på motståndskraften hos FRP-begränsad betong mot sulfatkorrosion i kalla områden.Erosionsprocessen av helt sluten, halvsluten och öppen betong med natriumsulfat och frys-upptining förtjänar en mer detaljerad studie, särskilt den nya halvslutna metoden som beskrivs i denna artikel.Armeringseffekten på betongpelare studerades också genom att byta ut ordningen för FRP-retention och erosion.Mikrokosmiska och makroskopiska förändringar i provet orsakade av bindningserosion karakteriserades av elektronmikroskop, pH-test, SEM-elektronmikroskop, EMF-energispektrumanalys och enaxlig mekanisk test.Dessutom diskuterar denna studie de lagar som styr spänning-töjningsförhållandet som uppstår vid enaxlig mekanisk testning.De experimentellt verifierade gränsspännings- och töjningsvärdena validerades genom felanalys med hjälp av fyra befintliga gränsspännings-töjningsmodeller.Den föreslagna modellen kan till fullo förutsäga materialets slutliga töjning och styrka, vilket är användbart för framtida FRP-förstärkningsövningar.Slutligen tjänar den som den konceptuella grunden för frostbeständighetskonceptet för FRP-betongsalt.
Denna studie utvärderar försämringen av FRP-begränsad betong med användning av sulfatlösningskorrosion i kombination med frys-upptiningscykler.Mikroskopiska och makroskopiska förändringar orsakade av betongerosion har visats med hjälp av svepelektronmikroskopi, pH-testning, EDS-energispektroskopi och enaxlig mekanisk testning.Dessutom undersöktes de mekaniska egenskaperna och spännings-töjningsförändringarna hos FRP-begränsad betong utsatt för bondad erosion med hjälp av axiell kompressionsexperiment.
FRP Confined Concrete består av råbetong, FRP ytterhölje och epoxilim.Två externa isoleringsmaterial valdes ut: CFRP och GRP, materialens egenskaper visas i tabell 1. Epoxihartser A och B användes som lim (blandningsförhållande 2:1 i volym).Ris.1 illustrerar detaljerna i konstruktionen av betongblandningsmaterial.I figur 1a användes Swan PO 42.5 Portlandcement.Grova ballast är krossad basaltsten med en diameter på 5-10 respektive 10-19 mm, som visas i fig.Ib och c.Som ett fint fyllmedel i fig. 1g användes naturlig flodsand med en finhetsmodul på 2,3.Förbered en lösning av natriumsulfat från granulerna av vattenfritt natriumsulfat och en viss mängd vatten.
Betongblandningens sammansättning: a – cement, b – ballast 5–10 mm, c – ballast 10–19 mm, d – flodsand.
Konstruktionshållfastheten för betong är 30 MPa, vilket resulterar i en ny cementbetongsättning på 40 till 100 mm.Betongblandningsförhållandet visas i tabell 2, och förhållandet mellan grovt ballast 5-10 mm och 10-20 mm är 3:7.Effekten av interaktion med miljön modellerades genom att först bereda en 10% NaSO4-lösning och sedan hälla lösningen i en frys-upptining-cykelkammare.
Betongblandningar bereddes i en 0,5 m3 tvångsblandare och hela betongsatsen användes för att lägga de erforderliga proverna.Först och främst framställs betongingredienserna enligt tabell 2, och cement, sand och grovt ballast förblandas i tre minuter.Fördela sedan vattnet jämnt och rör om i 5 minuter.Därefter göts betongprover i cylindriska formar och komprimerades på ett vibrerande bord (formens diameter 10 cm, höjd 20 cm).
Efter härdning i 28 dagar lindades proverna med FRP-material.Den här studien diskuterar tre metoder för armerad betongpelare, inklusive helt slutna, halvt begränsade och obegränsade.Två typer, CFRP och GFRP, används för begränsade material.FRP Helslutna FRP betongskal, 20 cm högt och 39 cm långt.Toppen och botten av den FRP-bundna betongen tätades inte med epoxi.Den semi-hermetiska testprocessen som en nyligen föreslagen lufttät teknologi beskrivs enligt följande.
(2) Använd en linjal och rita en linje på den cylindriska betongytan för att bestämma positionen för FRP-remsorna, avståndet mellan remsorna är 2,5 cm.Linda sedan tejpen runt de betongområden där FRP inte behövs.
(3) Betongytan poleras slät med sandpapper, torkas av med spritull och beläggs med epoxi.Klistra sedan fast glasfiberremsorna manuellt på betongytan och tryck ut springorna så att glasfibern sitter helt fast på betongytan och undviker luftbubblor.Limma slutligen fast FRP-remsorna på betongytan uppifrån och ned, enligt märkena som gjorts med en linjal.
(4) Efter en halvtimme, kontrollera om betongen har separerat från FRP.Om FRP:n glider eller sticker ut bör det åtgärdas omedelbart.Gjutna prover måste härdas i 7 dagar för att säkerställa härdningshållfasthet.
(5) Efter härdning, använd en verktygskniv för att ta bort tejpen från betongytan och skaffa slutligen en semi-hermetisk FRP-betongpelare.
Resultaten under olika begränsningar visas i fig.2. Figur 2a visar en helt sluten CFRP-betong, Figur 2b visar en semi-generaliserad CFRP-betong, Figur 2c visar en helt sluten GFRP-betong, och Figur 2d visar en semi-contrained CFRP-betong.
Bifogade stilar: (a) helt inneslutna CFRP;(b) halvsluten kolfiber;(c) helt innesluten i glasfiber;d) Halvsluten glasfiber.
Det finns fyra huvudparametrar som är utformade för att undersöka effekten av FRP-begränsningar och erosionssekvenser på cylindrarnas erosionskontrollprestanda.Tabell 3 visar antalet betongpelarprover.Proverna för varje kategori bestod av tre identiska statusprover för att hålla data konsekventa.Medelvärdet av tre prover analyserades för alla experimentella resultat i denna artikel.
(1) Lufttätt material klassificeras som kolfiber eller glasfiber.En jämförelse gjordes av effekten av två typer av fibrer på armeringen av betong.
(2) Metoder för inneslutning av betongpelare är indelade i tre typer: helt begränsad, halvbegränsad och obegränsad.Erosionsbeständigheten hos halvslutna betongpelare jämfördes med två andra varianter.
(3) Erosionsförhållandena är frys-tiningscykler plus sulfatlösning, och antalet frys-tinningscykler är 0, 50 respektive 100 gånger.Effekten av kopplad erosion på FRP-begränsade betongpelare har studerats.
(4) Provbitarna är indelade i tre grupper.Den första gruppen är FRP-omslag och sedan korrosion, den andra gruppen är korrosion först och sedan omslag, och den tredje gruppen är korrosion först och sedan omslag och sedan korrosion.
Den experimentella proceduren använder en universell testmaskin, en dragprovningsmaskin, en frys-tiningscykelenhet (CDR-Z-typ), ett elektronmikroskop, en pH-mätare, en töjningsmätare, en förskjutningsanordning, ett SEM-elektronmikroskop och en EDS energispektrumanalysator i denna studie.Provet är en betongpelare 10 cm hög och 20 cm i diameter.Betongen härdades inom 28 dagar efter gjutning och packning, som visas i figur 3a.Alla prover togs ur formen efter gjutning och hölls i 28 dagar vid 18-22°C och 95 % relativ fuktighet, och sedan lindades några prover med glasfiber.
Testmetoder: a) Utrustning för att upprätthålla konstant temperatur och luftfuktighet.(b) en frys-upptiningscykelmaskin;(c) Universell testmaskin.(d) pH-testare;(e) Mikroskopisk observation.
Frys-tina-experimentet använder flashfrysningsmetoden som visas i figur 3b.Enligt GB/T 50082-2009 "Durability Standards for Conventional Concrete" var betongprover helt nedsänkta i 10 % natriumsulfatlösning vid 15-20°C i 4 dagar innan de frystes och tinades.Efter det börjar sulfatattacken och slutar samtidigt med frys-upptiningscykeln.Cykeltiden för frysning och upptining är 2 till 4 timmar, och avfrostningstiden bör inte vara mindre än 1/4 av cykeltiden.Provets kärntemperatur bör hållas inom intervallet från (-18±2) till (5±2) °С.Övergången från fryst till upptining bör inte ta mer än tio minuter.Tre cylindriska identiska prover av varje kategori användes för att studera viktminskningen och pH-förändringen av lösningen under 25 frys-upptiningscykler, såsom visas i fig. 3d.Efter var 25:e frysning-tiningscykel togs proverna bort och ytorna rengjordes innan deras färskvikt (Wd) bestämdes.Alla experiment utfördes i tre exemplar av proverna och medelvärdena användes för att diskutera testresultaten.Formlerna för provets förlust av massa och styrka bestäms enligt följande:
I formeln är ΔWd viktförlusten (%) av provet efter var 25:e frys-tiningscykel, W0 är medelvikten av betongprovet före frys-upptiningscykeln (kg), Wd är den genomsnittliga betongvikten.provets vikt efter 25 frys-/tiningscykler (kg).
Styrkans nedbrytningskoefficient för provet kännetecknas av Kd, och beräkningsformeln är följande:
I formeln är ΔKd graden av hållfasthetsförlust (%) av provet efter var 50:e frys-tiningscykel, f0 är medelhållfastheten för betongprovet före frys-tinningscykeln (MPa), fd är medelhållfastheten för betongprovet för 50 frys-upptiningscykler (MPa).
På fig.3c visar en tryckprovningsmaskin för betongprover.I enlighet med "Standard för testmetoder för betongens fysiska och mekaniska egenskaper" (GBT50081-2019) definieras en metod för att testa betongpelare för tryckhållfasthet.Belastningshastigheten i kompressionstestet är 0,5 MPa/s, och kontinuerlig och sekventiell belastning används under hela testet.Last-förskjutningsförhållandet för varje prov registrerades under mekanisk testning.Töjningsmätare fästes på de yttre ytorna av betong- och FRP-skikten på proverna för att mäta axiella och horisontella töjningar.Töjningscellen används i mekanisk testning för att registrera förändringen i provets töjning under ett kompressionstest.
Var 25:e frys-tinningscykler avlägsnades ett prov av frys-upptiningslösningen och placerades i en behållare.På fig.3d visar ett pH-test av en provlösning i en behållare.Mikroskopisk undersökning av ytan och tvärsnittet av provet under frys-upptining-förhållanden visas i fig. 3d.Ytan hos olika prover efter 50 och 100 frys-tinningscykler i sulfatlösning observerades under ett mikroskop.Mikroskopet använder 400x förstoring.När man observerar provets yta observeras huvudsakligen erosionen av FRP-lagret och det yttre lagret av betong.Observation av provets tvärsnitt väljer i princip erosionsförhållandena på ett avstånd av 5, 10 och 15 mm från det yttre lagret.Bildandet av sulfatprodukter och frys-upptiningscykler kräver ytterligare testning.Därför undersöktes den modifierade ytan av de utvalda proverna med användning av ett svepelektronmikroskop (SEM) utrustat med en energidispersiv spektrometer (EDS).
Inspektera provytan visuellt med ett elektronmikroskop och välj 400X förstoring.Graden av ytskador i halvsluten och fogfri GRP-betong under frys-tiningscykler och exponering för sulfater är ganska hög, medan den i helt sluten betong är försumbar.Den första kategorin hänför sig till förekomsten av erosion av friflytande betong av natriumsulfat och från 0 till 100 frys-upptiningscykler, som visas i fig. 4a.Betongprover utan frostexponering har en slät yta utan synliga egenskaper.Efter 50 erosioner lossnade massablocket på ytan delvis och blottade det vita skalet på massan.Efter 100 erosioner föll lösningarnas skal helt av vid en visuell inspektion av betongytan.Mikroskopisk observation visade att ytan på den 0 frys-tinade eroderade betongen var slät och ytaggregatet och murbruket var i samma plan.En ojämn, grov yta observerades på en betongyta som eroderats av 50 frys-upptiningscykler.Detta kan förklaras av att en del av murbruket förstörs och en liten mängd vita granulära kristaller fäster på ytan, som huvudsakligen består av stenmaterial, murbruk och vita kristaller.Efter 100 frys-upptiningscykler uppträdde ett stort område av vita kristaller på betongens yta, medan det mörka grova ballasten exponerades för den yttre miljön.För närvarande är betongytan mest exponerad ballast och vita kristaller.
Morfologi för en erosiv frys-upptining betongpelare: (a) Obegränsad betongpelare.(b) Halvsluten kolfiberarmerad betong.(c) Halvsluten glasfiberbetong;(d) helt innesluten CFRP-betong;(e) Halvsluten betong av glasfiberbetong.
Den andra kategorin är korrosion av semi-hermetiska CFRP- och GRP-betongpelare under frys-upptiningscykler och exponering för sulfater, som visas i Fig. 4b, c.Visuell inspektion (1x förstoring) visade att ett vitt pulver gradvis bildades på ytan av det fibrösa lagret, som snabbt föll av med en ökning av antalet frys-upptiningscykler.Den obegränsade yterosionen av semi-hermetisk FRP-betong blev mer uttalad när antalet frys-upptiningscykler ökade.Det synliga fenomenet "uppblåsthet" (den öppna ytan av lösningen av betongkolonnen är på gränsen till kollaps).Avskalningsfenomenet hämmas dock delvis av den intilliggande kolfiberbeläggningen).Under mikroskopet visas syntetiska kolfibrer som vita trådar på en svart bakgrund vid 400x förstoring.På grund av fibrernas runda form och exponering för ojämnt ljus ser de vita ut, men själva kolfiberknippena är svarta.Glasfiber är från början vit trådliknande, men vid kontakt med limmet blir det genomskinligt och betongens tillstånd inuti glasfibern syns tydligt.Glasfibern är klarvit och bindemedlet är gulaktigt.Båda är mycket ljusa i färgen, så färgen på limet kommer att dölja glasfibersträngarna, vilket ger det övergripande utseendet en gulaktig nyans.Kol- och glasfibrerna skyddas från skador av ett externt epoxiharts.När antalet frys-tö-attacker ökade, blev fler tomrum och några vita kristaller synliga på ytan.När sulfatfryscykeln ökar blir bindemedlet gradvis tunnare, den gulaktiga färgen försvinner och fibrerna blir synliga.
Den tredje kategorin är korrosion av helt sluten CFRP- och GRP-betong under frys-upptiningscykler och exponering för sulfater, som visas i Fig. 4d, t.ex.Återigen liknar de observerade resultaten de för den andra typen av begränsad sektion av betongpelaren.
Jämför de fenomen som observerats efter tillämpning av de tre inneslutningsmetoderna som beskrivs ovan.De fibrösa vävnaderna i helisolerad FRP-betong förblir stabila när antalet frys-upptiningscykler ökar.Å andra sidan är limringskiktet tunnare på ytan.Epoxihartser reagerar mestadels med aktiva vätejoner i svavelsyra med öppen ring och reagerar knappast med sulfater28.Således kan det anses att erosion huvudsakligen förändrar egenskaperna hos limskiktet som ett resultat av frys-upptiningscykler och därigenom förändrar den förstärkande effekten av FRP.Betongytan hos halvhermetisk FRP-betong har samma erosionsfenomen som obegränsad betongyta.Dess FRP-skikt motsvarar FRP-skiktet av helt sluten betong, och skadan är inte uppenbar.I halvtätad GRP-betong uppstår dock omfattande erosionssprickor där fiberremsorna korsar den exponerade betongen.Erosion av exponerade betongytor blir allvarligare när antalet frys-tiningscykler ökar.
Interiören av helt sluten, halvsluten och obegränsad FRP-betong visade betydande skillnader när de utsattes för frys-upptiningscykler och exponering för sulfatlösningar.Provet skars tvärs och tvärsnittet observerades med användning av ett elektronmikroskop vid 400x förstoring.På fig.5 visar mikroskopiska bilder på ett avstånd av 5 mm, 10 mm och 15 mm från gränsen mellan betong respektive murbruk.Det har observerats att när natriumsulfatlösning kombineras med frys-upptining, bryts betongskador successivt ner från ytan till det inre.Eftersom de interna erosionsförhållandena för CFRP och GFRP-begränsad betong är desamma, jämförs inte detta avsnitt de två inneslutningsmaterialen.
Mikroskopisk observation av insidan av kolonnens betongsektion: (a) helt begränsad av glasfiber;(b) halvslutna med glasfiber;(c) obegränsad.
Invändig erosion av FRP helt sluten betong visas i fig.5a.Sprickor är synliga vid 5 mm, ytan är relativt slät, det finns ingen kristallisering.Ytan är slät, utan kristaller, 10 till 15 mm tjock.Intern erosion av semi-hermetisk FRP-betong visas i fig.5 B. Sprickor och vita kristaller är synliga vid 5 mm och 10 mm, och ytan är slät vid 15 mm.Figur 5c visar sektioner av FRP-pelare av betong där sprickor påträffades vid 5, 10 och 15 mm.Några få vita kristaller i sprickorna blev allt sällsyntare när sprickorna flyttade från utsidan av betongen till insidan.Ändlösa betongpelare uppvisade mest erosion, följt av semi-contrained FRP betongpelare.Natriumsulfat hade liten effekt på det inre av helt slutna FRP-betongprover under 100 frys-upptiningscykler.Detta indikerar att den främsta orsaken till erosion av helt begränsad FRP-betong är associerad frys-upptining erosion under en tidsperiod.Observation av tvärsnittet visade att snittet omedelbart före frysning och upptining var jämnt och fritt från ballast.När betongen fryser och tinar är sprickor synliga, detsamma gäller ballast och de vita granulära kristallerna är tätt täckta med sprickor.Studier27 har visat att när betong placeras i en natriumsulfatlösning kommer natriumsulfat att tränga in i betongen, varav en del faller ut som natriumsulfatkristaller och en del reagerar med cement.Natriumsulfatkristaller och reaktionsprodukter ser ut som vita granulat.
FRP begränsar helt betongsprickor i konjugerad erosion, men sektionen är slät utan kristallisering.Å andra sidan har halvslutna och obegränsade betongsektioner av FRP utvecklat inre sprickor och kristallisering under konjugerad erosion.Enligt beskrivningen av bilden och tidigare studier29 delas den gemensamma erosionsprocessen av obegränsad och semi-begränsad FRP-betong i två steg.Det första steget av betongsprickbildning är förknippat med expansion och sammandragning under frysning-upptining.När sulfat tränger in i betongen och blir synligt, fyller motsvarande sulfat sprickor som skapats av krympning från frys-upptining och hydratiseringsreaktioner.Därför har sulfat en speciell skyddande effekt på betong i ett tidigt skede och kan förbättra betongens mekaniska egenskaper i viss utsträckning.Det andra steget av sulfatangrepp fortsätter, penetrerar sprickor eller tomrum och reagerar med cementen för att bilda alun.Som ett resultat växer sprickan i storlek och orsakar skador.Under denna tid kommer expansions- och kontraktionsreaktionerna i samband med frysning och upptining att förvärra inre skador på betongen, vilket resulterar i en minskning av bärigheten.
På fig.6 visar pH-förändringarna för betongimpregneringslösningar för tre begränsade metoder övervakade efter 0, 25, 50, 75 och 100 frys-upptiningscykler.Obegränsade och halvslutna FRP-betongbruk visade den snabbaste pH-ökningen från 0 till 25 frys-upptiningscykler.Deras pH-värden ökade från 7,5 till 11,5 respektive 11,4.När antalet frys-tinningscykler ökade, avtog pH-höjningen gradvis efter 25-100 frys-tinningscykler.Deras pH-värden ökade från 11,5 och 11,4 till 12,4 respektive 11,84.Eftersom den helt bundna FRP-betongen täcker FRP-skiktet är det svårt för natriumsulfatlösning att penetrera.Samtidigt är det svårt för cementkompositionen att tränga in i externa lösningar.Således ökade pH gradvis från 7,5 till 8,0 mellan 0 och 100 frys-tiningscykler.Orsaken till förändringen i pH analyseras enligt följande.Silikatet i betong kombineras med vätejoner i vatten för att bilda kiselsyra, och den återstående OH- höjer den mättade lösningens pH.Förändringen i pH var mer uttalad mellan 0-25 frys-ti-cykler och mindre uttalad mellan 25-100 frys-ti-cykler30.Det visade sig dock här att pH fortsatte att öka efter 25-100 frys-upptiningscykler.Detta kan förklaras av det faktum att natriumsulfat reagerar kemiskt med betongens inre, vilket förändrar lösningens pH.Analys av den kemiska sammansättningen visar att betong reagerar med natriumsulfat på följande sätt.
Formlerna (3) och (4) visar att natriumsulfat och kalciumhydroxid i cement bildar gips (kalciumsulfat), och kalciumsulfat reagerar vidare med kalciummetaluminat i cement för att bilda alunkristaller.Reaktion (4) åtföljs av bildning av basiskt OH-, vilket leder till en ökning av pH.Dessutom, eftersom denna reaktion är reversibel, stiger pH vid en viss tidpunkt och ändras långsamt.
På fig.Figur 7a visar viktminskningen av helt sluten, halvsluten och sammankopplad GRP-betong under frys-upptiningscykler i sulfatlösning.Den mest uppenbara förändringen i massförlust är obegränsad betong.Obegränsad betong förlorade cirka 3,2 % av sin massa efter 50 frys-tina-attacker och cirka 3,85 % efter 100 frys-tina-attacker.Resultaten visar att effekten av konjugerad erosion på kvaliteten på fritt flytande betong minskar när antalet frys-upptiningscykler ökar.När man observerade provets yta fann man emellertid att förlusten av murbruk efter 100 frys-tinningscykler var större än efter 50 frys-tinningscykler.I kombination med studierna i föregående avsnitt kan man anta att penetration av sulfater i betong leder till en avmattning i massförlust.Samtidigt resulterar internt genererad alun och gips också i långsammare viktminskning, vilket förutsägs av kemiska ekvationer (3) och (4).
Viktförändring: (a) samband mellan viktförändring och antalet frys-/tiningscykler.(b) samband mellan massaförändring och pH-värde.
Förändringen i viktminskning av FRP semi-hermetisk betong minskar först och ökar sedan.Efter 50 frys-upptiningscykler är massförlusten för semi-hermetisk glasfiberbetong cirka 1,3 %.Viktminskning efter 100 cykler var 0,8 %.Därför kan man dra slutsatsen att natriumsulfat tränger in i fririnnande betong.Dessutom visade observation av provbitens yta också att fiberremsorna kunde motstå murbruk att flagna i ett öppet område och därigenom minska viktminskningen.
Förändringen i massförlust av helt sluten FRP-betong skiljer sig från de två första.Mass förlorar inte, men lägger till.Efter 50 frost-tina erosioner ökade massan med ca 0,08%.Efter 100 gånger ökade dess massa med cirka 0,428%.Eftersom betongen är helt gjuten kommer murbruket på betongens yta inte att lossna och det är osannolikt att det leder till kvalitetsförlust.Å andra sidan förbättrar inträngningen av vatten och sulfater från ytan med hög halt in i det inre av betongen med låg halt också betongens kvalitet.
Flera studier har tidigare genomförts på sambandet mellan pH och massförlust i FRP-begränsad betong under erosiva förhållanden.Det mesta av forskningen diskuterar främst sambandet mellan massförlust, elasticitetsmodul och styrkeförlust.På fig.Figur 7b visar förhållandet mellan betongens pH och massförlust under tre begränsningar.En prediktiv modell föreslås för att förutsäga betongmassaförlust med hjälp av tre retentionsmetoder vid olika pH-värden.Som kan ses i figur 7b är Pearsons koefficient hög, vilket indikerar att det verkligen finns en korrelation mellan pH och massförlust.De r-kvadrerade värdena för obegränsad, semi-begränsad och helt begränsad betong var 0,86, 0,75 respektive 0,96.Detta indikerar att pH-förändringen och viktminskningen för helisolerad betong är relativt linjär under både sulfat- och frys-upptiningsförhållanden.I oinskränkt betong och semi-hermetisk FRP-betong ökar pH-värdet gradvis när cementen reagerar med vattenlösningen.Som ett resultat förstörs betongytan gradvis, vilket leder till viktlöshet.Å andra sidan ändras pH-värdet för helt sluten betong lite eftersom FRP-skiktet bromsar cementens kemiska reaktion med vattenlösningen.Således, för en helt sluten betong, finns det ingen synlig yterosion, men den kommer att öka i vikt på grund av mättnad på grund av absorptionen av sulfatlösningar.
På fig.8 visar resultaten av en SEM-skanning av prover etsade med natriumsulfat frys-upptining.Elektronmikroskopi undersökte prover som samlats in från block tagna från det yttre lagret av betongpelare.Figur 8a är en svepelektronmikroskopbild av oinnesluten betong före erosion.Det noteras att det finns många hål på provets yta, som påverkar själva betongpelarens hållfasthet före frostupptining.På fig.8b visar en elektronmikroskopbild av ett fullständigt isolerat FRP-betongprov efter 100 frys-upptiningscykler.Sprickor i provet på grund av frysning och upptining kan upptäckas.Ytan är dock relativt slät och det finns inga kristaller på den.Därför är ofyllda sprickor mer synliga.På fig.8c visar ett prov av semi-hermetisk GRP-betong efter 100 frosterosionscykler.Det är tydligt att sprickorna vidgades och korn bildades mellan sprickorna.Vissa av dessa partiklar fäster sig vid sprickor.En SEM-skanning av ett prov av en obegränsad betongpelare visas i figur 8d, ett fenomen som överensstämmer med semi-restriktion.För att ytterligare belysa sammansättningen av partiklarna förstorades partiklarna i sprickorna ytterligare och analyserades med EDS-spektroskopi.Partiklar finns i princip i tre olika former.Enligt energispektrumanalysen är den första typen, som visas i figur 9a, en vanlig blockkristall, huvudsakligen sammansatt av O, S, Ca och andra element.Genom att kombinera de tidigare formlerna (3) och (4) kan det fastställas att huvudkomponenten i materialet är gips (kalciumsulfat).Den andra visas i figur 9b;enligt energispektrumanalysen är det ett nålformigt icke-riktat föremål, och dess huvudkomponenter är O, Al, S och Ca.Kombinationsrecept visar att materialet huvudsakligen består av alun.Det tredje blocket som visas i fig. 9c är ett oregelbundet block, bestämt genom energispektrumanalys, huvudsakligen bestående av komponenterna O, Na och S. Det visade sig att dessa huvudsakligen är natriumsulfatkristaller.Svepelektronmikroskopi visade att de flesta av tomrummen var fyllda med natriumsulfatkristaller, som visas i figur 9c, tillsammans med små mängder gips och alun.
Elektronmikroskopiska bilder av prover före och efter korrosion: a) öppen betong före korrosion.(b) efter korrosion är glasfibern helt förseglad;(c) efter korrosion av GRP-halvsluten betong;(d) efter korrosion av öppen betong.
Analysen gör att vi kan dra följande slutsatser.Elektronmikroskopbilderna av de tre proverna var alla 1k× och sprickor och erosionsprodukter hittades och observerades i bilderna.Obegränsad betong har de bredaste sprickorna och innehåller många korn.FRP-halvtrycksbetong är sämre än icke-tryckbetong när det gäller sprickbredd och partikelantal.Helsluten FRP-betong har den minsta sprickbredden och inga partiklar efter frys-upptining erosion.Allt detta tyder på att helt sluten FRP-betong är minst känslig för erosion från frysning och upptining.Kemiska processer inuti halvslutna och öppna FRP-betongpelare leder till bildning av alun och gips, och sulfatpenetrering påverkar porositeten.Medan frys-upptiningscykler är den främsta orsaken till betongsprickor, fyller sulfater och deras produkter en del av sprickorna och porerna i första hand.Men när mängden och tiden för erosionen ökar, fortsätter sprickorna att expandera och volymen alun som bildas ökar, vilket resulterar i extruderingssprickor.I slutändan kommer frys-upptining och sulfatexponering att minska styrkan på kolonnen.