vijesti

Hvala što ste posjetili raspršene sadržaje staklenih vlakana kabronskih vlakana.Koristite verziju preglednika s ograničenom CSS podrškom.Za najbolje iskustvo preporučujemo da koristite ažurirani preglednik (ili onemogućite način kompatibilnosti u Internet Exploreru).Osim toga, kako bismo osigurali stalnu podršku, web stranicu prikazujemo bez stilova i JavaScripta.
Beton ojačan polimerima (FRP) smatra se inovativnom i ekonomičnom metodom popravka konstrukcije.U ovoj studiji, dva tipična materijala [polimer ojačan ugljičnim vlaknima (CFRP) i polimer ojačan staklenim vlaknima (GFRP)] odabrana su za proučavanje učinka armiranja betona u teškim uvjetima.Raspravljalo se o otpornosti betona koji sadrži FRP na djelovanje sulfata i povezane cikluse smrzavanja i odmrzavanja.Elektronska mikroskopija za proučavanje površinske i unutarnje degradacije betona tijekom konjugirane erozije.Stupanj i mehanizam korozije natrijevog sulfata analizirani su pH vrijednošću, SEM elektronskom mikroskopijom i EMF energetskim spektrom.Ispitivanja aksijalne tlačne čvrstoće korištena su za procjenu armature betonskih stupova ograničenih FRP-om, a odnosi naprezanja i deformacija izvedeni su za različite metode zadržavanja FRP-a u erozivno povezanom okruženju.Provedena je analiza pogrešaka kako bi se kalibrirali rezultati eksperimentalnih ispitivanja korištenjem četiri postojeća prediktivna modela.Sva opažanja pokazuju da je proces degradacije betona s ograničenim FRP-om složen i dinamičan pod konjugiranim naprezanjima.Natrijev sulfat u početku povećava čvrstoću betona u sirovom obliku.Međutim, naknadni ciklusi smrzavanja i odmrzavanja mogu pogoršati pucanje betona, a natrijev sulfat dodatno smanjuje čvrstoću betona potičući pucanje.Predložen je točan numerički model za simulaciju odnosa naprezanja i deformacija, što je ključno za projektiranje i procjenu životnog ciklusa betona ograničenog FRP-om.
Kao inovativna metoda armiranja betona koja se istražuje od 1970-ih, FRP ima prednosti male težine, velike čvrstoće, otpornosti na koroziju, otpornosti na zamor i praktične konstrukcije1,2,3.Kako se troškovi smanjuju, postaje sve uobičajeniji u inženjerskim primjenama kao što su staklena vlakna (GFRP), ugljična vlakna (CFRP), bazaltna vlakna (BFRP) i aramidna vlakna (AFRP), koja su najčešće korišteni FRP za strukturalno pojačanje4, 5. Predložena metoda zadržavanja FRP-a može poboljšati performanse betona i izbjeći prerano urušavanje.Međutim, različita vanjska okruženja u strojarstvu često utječu na trajnost betona s ograničenim FRP-om, uzrokujući kompromitiranje njegove čvrstoće.
Nekoliko je istraživača proučavalo promjene naprezanja i deformacija u betonu s različitim oblicima i veličinama poprečnog presjeka.Yang i sur.6 otkrili su da krajnji stres i deformacija pozitivno koreliraju s rastom debljine fibroznog tkiva.Wu et al.7 dobili su krivulje naprezanje-deformacija za beton s ograničenjem FRP-a koristeći različite vrste vlakana za predviđanje krajnjih deformacija i opterećenja.Lin et al.8 otkrili su da se FRP modeli naprezanja i deformacija za okrugle, kvadratne, pravokutne i eliptične šipke također uvelike razlikuju te su razvili novi model naprezanja i deformacija orijentiran na dizajn koristeći omjer širine i polumjera kuta kao parametre.Lam i suradnici9 primijetili su da nejednoliko preklapanje i zakrivljenost FRP-a rezultira manjim deformacijama i naprezanjem pri lomu u FRP-u nego kod ispitivanja vlačne ploče.Osim toga, znanstvenici su proučavali djelomična ograničenja i nove metode ograničenja u skladu s različitim potrebama projektiranja u stvarnom svijetu.Wang i sur.[10] proveli su testove aksijalne kompresije na potpunom, djelomičnom i neograničenom betonu u tri ograničena načina.Razvijen je model "naprezanje-deformacija" i dani su koeficijenti ograničavajućeg učinka za djelomično zatvoreni beton.Wu i sur.11 razvio je metodu za predviđanje ovisnosti o naprezanju i deformaciji betona ograničenog FRP-om koja uzima u obzir učinke veličine.Moran et al.12 procijenili su svojstva aksijalne monotone kompresije stegnutog betona s FRP spiralnim trakama i izveli njegove krivulje naprezanje-deformacija.Međutim, gornja studija uglavnom ispituje razliku između djelomično zatvorenog betona i potpuno zatvorenog betona.Uloga FRP-a u djelomičnom ograničavanju betonskih presjeka nije detaljno proučavana.
Osim toga, studija je procijenila performanse betona ograničenog FRP-om u smislu tlačne čvrstoće, promjene deformacije, početnog modula elastičnosti i modula otvrdnjavanja deformacije pod različitim uvjetima.Tijani i sur.13,14 utvrđeno je da se mogućnost popravka betona ograničenog FRP-om smanjuje s povećanjem oštećenja u eksperimentima popravka FRP-a na početno oštećenom betonu.Ma et al.[15] proučavali su učinak početnog oštećenja na betonske stupove ograničene FRP-om i smatrali da je učinak stupnja oštećenja na vlačnu čvrstoću zanemariv, ali da ima značajan učinak na bočne i uzdužne deformacije.Međutim, Cao et al.16 promatranih krivulja naprezanje-deformacija i krivulja naprezanje-deformacija anvelopa betona ograničenog FRP-om zahvaćenog početnim oštećenjima.Uz studije o početnom slomu betona, također su provedene neke studije o trajnosti betona s ograničenim FRP-om u teškim uvjetima okoline.Ovi su znanstvenici proučavali degradaciju betona ograničenog FRP-om u teškim uvjetima i koristili tehnike procjene oštećenja za izradu modela degradacije za predviđanje životnog vijeka.Xie i sur.17 postavio je beton ograničen FRP-om u hidrotermalno okruženje i otkrio da hidrotermalni uvjeti značajno utječu na mehanička svojstva FRP-a, što je rezultiralo postupnim smanjenjem njegove tlačne čvrstoće.U kiselo-baznom okruženju, sučelje između CFRP-a i betona se pogoršava.Kako se vrijeme uranjanja povećava, brzina oslobađanja energije razaranja CFRP sloja značajno opada, što u konačnici dovodi do razaranja međufaznih uzoraka18,19,20.Osim toga, neki su znanstvenici također proučavali učinke smrzavanja i odmrzavanja na beton s ograničenim FRP-om.Liu et al.21 primijetili su da CFRP armatura ima dobru izdržljivost u ciklusima smrzavanja i odmrzavanja na temelju relativnog dinamičkog modula, tlačne čvrstoće i omjera naprezanja i deformacija.Osim toga, predložen je model koji je povezan s pogoršanjem mehaničkih svojstava betona.Međutim, Peng et al.22 izračunali su životni vijek CFRP-a i ljepila za beton koristeći podatke o temperaturi i ciklusu smrzavanja-odmrzavanja.Guang i sur.23 proveli su brza ispitivanja betona smrzavanjem i odmrzavanjem i predložili metodu za procjenu otpornosti na smrzavanje na temelju debljine oštećenog sloja pod izlaganjem smrzavanju i odmrzavanju.Yazdani i sur.24 proučavali su učinak FRP slojeva na prodiranje kloridnih iona u beton.Rezultati pokazuju da je FRP sloj kemijski otporan i izolira unutarnji beton od vanjskih kloridnih iona.Liu et al.25 simulirali su uvjete testa ljuštenja za sulfatno korodirani FRP beton, stvorili model klizanja i predvidjeli degradaciju sučelja FRP-beton.Wang i sur.26 uspostavio je model naprezanja i deformacije za beton erodiran sulfatom ograničen FRP-om kroz testove jednoosne kompresije.Zhou i sur.[27] proučavali su oštećenja betona bez ograničenja uzrokovana kombiniranim ciklusima smrzavanja i odmrzavanja soli i po prvi put upotrijebili logističku funkciju za opisivanje mehanizma kvara.Ove studije su napravile značajan napredak u procjeni trajnosti betona s ograničenim FRP-om.Međutim, većina se istraživača usredotočila na modeliranje erozivnih medija pod jednim nepovoljnim uvjetima.Beton je često oštećen zbog povezane erozije uzrokovane različitim uvjetima okoline.Ovi kombinirani uvjeti okoline ozbiljno pogoršavaju performanse betona s ograničenim FRP-om.
Sulfacija i ciklusi smrzavanja i odmrzavanja dva su tipična važna parametra koji utječu na trajnost betona.FRP tehnologija lokalizacije može poboljšati svojstva betona.Naširoko se koristi u inženjerstvu i istraživanju, ali trenutno ima svoja ograničenja.Nekoliko se studija usredotočilo na otpornost betona ograničenog FRP-om na sulfatnu koroziju u hladnim područjima.Proces erozije potpuno zatvorenog, poluzatvorenog i otvorenog betona natrijevim sulfatom i smrzavanjem-otapanjem zaslužuje detaljnije proučavanje, posebice nova poluzatvorena metoda opisana u ovom članku.Učinak armature na betonske stupove također je proučavan izmjenom redoslijeda zadržavanja FRP-a i erozije.Mikrokozmičke i makroskopske promjene u uzorku uzrokovane erozijom veze karakterizirane su elektronskim mikroskopom, pH testom, SEM elektronskim mikroskopom, EMF energetskom spektralnom analizom i jednoosnim mehaničkim testom.Osim toga, ova studija raspravlja o zakonima koji upravljaju odnosom naprezanja i deformacija koji se javlja u jednoosnim mehaničkim ispitivanjima.Eksperimentalno potvrđene vrijednosti graničnog naprezanja i deformacije potvrđene su analizom pogreške korištenjem četiri postojeća modela graničnog naprezanja i deformacije.Predloženi model može u potpunosti predvidjeti konačno naprezanje i čvrstoću materijala, što je korisno za buduću praksu armiranja FRP-om.Konačno, služi kao konceptualna osnova za koncept otpornosti na smrzavanje FRP betona od soli.
Ova studija procjenjuje propadanje betona ograničenog FRP-om korištenjem korozije sulfatne otopine u kombinaciji s ciklusima smrzavanja i odmrzavanja.Mikroskopske i makroskopske promjene uzrokovane erozijom betona pokazane su pomoću skenirajuće elektronske mikroskopije, pH ispitivanja, EDS energetske spektroskopije i jednoosnog mehaničkog ispitivanja.Osim toga, mehanička svojstva i promjene naprezanja i deformacija betona ograničenog FRP-om podvrgnutog vezanoj eroziji ispitane su pomoću eksperimenata aksijalnog pritiska.
FRP zatvoreni beton sastoji se od sirovog betona, FRP vanjskog ovojnog materijala i epoksidnog ljepila.Odabrana su dva vanjska izolacijska materijala: CFRP i GRP, svojstva materijala prikazana su u tablici 1. Epoksidne smole A i B korištene su kao ljepila (omjer miješanja 2:1 po volumenu).Riža.Slika 1 ilustrira detalje konstrukcije materijala od betonske mješavine.Na slici 1a korišten je portlandski cement Swan PO 42.5.Grubi agregati su zdrobljeni bazaltni kamen promjera 5-10, odnosno 10-19 mm, kao što je prikazano na sl.1b i c.Kao fino punilo na slici 1g korišten je prirodni riječni pijesak s modulom finoće 2,3.Pripremite otopinu natrijevog sulfata od granula bezvodnog natrijevog sulfata i određene količine vode.
Sastav betonske mješavine: a – cement, b – agregat 5–10 mm, c – agregat 10–19 mm, d – riječni pijesak.
Proračunska čvrstoća betona je 30 MPa, što rezultira slijeganjem svježeg cementnog betona od 40 do 100 mm.Omjer mješavine betona prikazan je u tablici 2, a omjer krupnog agregata 5-10 mm i 10-20 mm je 3:7.Učinak interakcije s okolinom modeliran je tako da se prvo pripremi 10% otopina NaSO4, a zatim se otopina ulije u komoru ciklusa smrzavanje-otapanje.
Betonske mješavine pripremane su u prisilnoj mješalici zapremine 0,5 m3, a cijela šarža betona utrošena je za polaganje potrebnih uzoraka.Najprije se pripremaju sastojci betona prema tablici 2, a cement, pijesak i krupni agregat prethodno se miješaju tri minute.Zatim ravnomjerno rasporedite vodu i miješajte 5 minuta.Zatim su uzorci betona izliveni u cilindrične kalupe i zbijeni na vibrirajućem stolu (promjer kalupa 10 cm, visina 20 cm).
Nakon stvrdnjavanja od 28 dana, uzorci su omotani FRP materijalom.Ova studija raspravlja o tri metode za armiranobetonske stupove, uključujući potpuno zatvorene, polu-ograničene i neograničene.Dvije vrste, CFRP i GFRP, koriste se za ograničene materijale.FRP Potpuno zatvorena FRP betonska školjka, visoka 20 cm i duga 39 cm.Gornji i donji dio betona vezanog FRP-om nisu zapečaćeni epoksidom.Poluhermetički postupak ispitivanja kao nedavno predložena hermetička tehnologija opisan je kako slijedi.
(2) Pomoću ravnala nacrtajte liniju na betonskoj cilindričnoj površini kako biste odredili položaj FRP traka, razmak između traka je 2,5 cm.Zatim omotajte traku oko betonskih područja gdje FRP nije potreban.
(3) Betonska površina je glatko polirana brusnim papirom, obrisana alkoholnom vunom i premazana epoksidom.Zatim ručno zalijepite trake od stakloplastike na betonsku površinu i istisnite praznine tako da stakloplastika potpuno prianja uz betonsku površinu i izbjegne mjehuriće zraka.Na kraju, zalijepite FRP trake na betonsku površinu od vrha prema dolje, prema oznakama napravljenim ravnalom.
(4) Nakon pola sata provjerite je li se beton odvojio od FRP-a.Ako FRP klizi ili strši, treba ga odmah popraviti.Oblikovani uzorci moraju se sušiti 7 dana kako bi se osigurala čvrstoća očvrslog materijala.
(5) Nakon stvrdnjavanja, pomoću pomoćnog noža uklonite traku s betonske površine i na kraju dobijete poluhermetički FRP betonski stup.
Rezultati pod raznim ograničenjima prikazani su na sl.2. Slika 2a prikazuje potpuno zatvoreni CFRP beton, Slika 2b prikazuje polu-generalizirani CFRP beton, Slika 2c prikazuje potpuno zatvoreni GFRP beton, a Slika 2d prikazuje polu-ograničeni CFRP beton.
Zatvoreni stilovi: (a) potpuno zatvoreni CFRP;(b) poluzatvorena karbonska vlakna;(c) potpuno zatvorene u stakloplastike;(d) poluzatvorena staklena vlakna.
Postoje četiri glavna parametra koji su dizajnirani da istraže učinak FRP ograničenja i nizova erozije na performanse kontrole erozije cilindara.Tablica 3 prikazuje broj uzoraka betonskih stupova.Uzorci za svaku kategoriju sastojali su se od tri identična statusna uzorka kako bi podaci bili dosljedni.Srednja vrijednost tri uzorka analizirana je za sve eksperimentalne rezultate u ovom članku.
(1) Zrakonepropusni materijal klasificira se kao karbonska vlakna ili stakloplastika.Napravljena je usporedba utjecaja dviju vrsta vlakana na armiranje betona.
(2) Metode zadržavanja betonskih stupova dijele se na tri vrste: potpuno ograničene, poluograničene i neograničene.Otpornost na eroziju poluzatvorenih betonskih stupova uspoređena je s dvije druge varijante.
(3) Uvjeti erozije su ciklusi smrzavanja i otapanja plus otopina sulfata, a broj ciklusa smrzavanja i odmrzavanja je 0, 50 i 100 puta.Proučavan je učinak spojene erozije na betonske stupove ograničene FRP-om.
(4) Ispitni komadi podijeljeni su u tri skupine.Prva skupina je FRP omatanje pa korozija, druga skupina je prvo korozija pa omatanje, a treća skupina je prvo korozija pa omatanje pa korozija.
Eksperimentalni postupak koristi univerzalni ispitni stroj, stroj za ispitivanje rastezanja, jedinicu za ciklus smrzavanja i odmrzavanja (tip CDR-Z), elektronski mikroskop, pH metar, mjerač naprezanja, uređaj za pomicanje, SEM elektronski mikroskop i EDS analizator energetskog spektra u ovoj studiji.Uzorak je betonski stup visine 10 cm i promjera 20 cm.Beton je očvrsnuo unutar 28 dana nakon izlijevanja i zbijanja, kao što je prikazano na slici 3a.Svi su uzorci nakon lijevanja izvađeni iz kalupa i držani 28 dana na 18-22°C i 95% relativne vlažnosti zraka, a zatim su neki uzorci omotani stakloplastikom.
Metode ispitivanja: (a) oprema za održavanje stalne temperature i vlažnosti;(b) stroj za ciklus smrzavanja i odmrzavanja;(c) univerzalni ispitni stroj;(d) pH tester;(e) mikroskopsko promatranje.
Eksperiment smrzavanja i odmrzavanja koristi metodu brzog zamrzavanja kao što je prikazano na slici 3b.Prema GB/T 50082-2009 “Standardi trajnosti za konvencionalni beton”, uzorci betona bili su potpuno uronjeni u 10% otopinu natrijevog sulfata na 15-20°C 4 dana prije smrzavanja i otapanja.Nakon toga, sulfatni napad počinje i završava istovremeno s ciklusom smrzavanja i odmrzavanja.Vrijeme ciklusa smrzavanja i odmrzavanja je 2 do 4 sata, a vrijeme odmrzavanja ne smije biti kraće od 1/4 vremena ciklusa.Temperaturu jezgre uzorka treba održavati u rasponu od (-18±2) do (5±2) °S.Prijelaz iz smrznutog u odmrzavanje ne bi trebao trajati više od deset minuta.Tri cilindrična identična uzorka svake kategorije korištena su za proučavanje gubitka težine i promjene pH otopine tijekom 25 ciklusa smrzavanja i odmrzavanja, kao što je prikazano na slici 3d.Nakon svakih 25 ciklusa smrzavanja-odmrzavanja, uzorci su uklonjeni, a površine očišćene prije određivanja njihove svježe težine (Wd).Svi eksperimenti su provedeni u tri primjerka uzoraka, a prosječne vrijednosti korištene su za raspravu o rezultatima ispitivanja.Formule za gubitak mase i čvrstoće uzorka određuju se kako slijedi:
U formuli, ΔWd je gubitak težine (%) uzorka nakon svakih 25 ciklusa smrzavanja-odmrzavanja, W0 je prosječna težina uzorka betona prije ciklusa smrzavanja-odmrzavanja (kg), Wd je prosječna težina betona.težina uzorka nakon 25 ciklusa smrzavanja-odmrzavanja (kg).
Koeficijent degradacije čvrstoće uzorka karakterizira Kd, a formula za izračun je sljedeća:
U formuli, ΔKd je stopa gubitka čvrstoće (%) uzorka nakon svakih 50 ciklusa smrzavanja-odmrzavanja, f0 je prosječna čvrstoća betonskog uzorka prije ciklusa smrzavanja-odmrzavanja (MPa), fd je prosječna čvrstoća uzorak betona za 50 ciklusa smrzavanja-odmrzavanja (MPa).
Na sl.Slika 3c prikazuje stroj za tlačno ispitivanje betonskih uzoraka.U skladu sa „Normom za metode ispitivanja fizičkih i mehaničkih svojstava betona” (GBT50081-2019), definirana je metoda ispitivanja betonskih stupova na tlačnu čvrstoću.Brzina opterećenja u ispitivanju kompresije je 0,5 MPa/s, a kontinuirano i sekvencijalno opterećenje se koristi tijekom ispitivanja.Odnos opterećenja i pomaka za svaki uzorak zabilježen je tijekom mehaničkog ispitivanja.Mjerači naprezanja pričvršćeni su na vanjske površine betona i FRP slojeva uzoraka za mjerenje aksijalnih i horizontalnih naprezanja.Ćelija za naprezanje koristi se u mehaničkom ispitivanju za bilježenje promjene naprezanja uzorka tijekom ispitivanja kompresijom.
Svakih 25 ciklusa smrzavanja-odmrzavanja, uzorak otopine smrzavanja-odmrzavanja je uklonjen i stavljen u spremnik.Na sl.Slika 3d prikazuje pH test otopine uzorka u posudi.Mikroskopski pregled površine i presjeka uzorka u uvjetima smrzavanja i odmrzavanja prikazan je na slici 3d.Pod mikroskopom je promatrano stanje površine različitih uzoraka nakon 50 i 100 ciklusa smrzavanja-odmrzavanja u otopini sulfata.Mikroskop koristi povećanje od 400x.Pri promatranju površine uzorka uglavnom se uočava erozija FRP sloja i vanjskog sloja betona.Promatranjem poprečnog presjeka uzorka odabiru se uglavnom uvjeti erozije na udaljenosti od 5, 10 i 15 mm od vanjskog sloja.Formiranje sulfatnih proizvoda i ciklusa smrzavanja i odmrzavanja zahtijevaju daljnja ispitivanja.Stoga je modificirana površina odabranih uzoraka ispitana pomoću skenirajućeg elektronskog mikroskopa (SEM) opremljenog energetski disperzijskim spektrometrom (EDS).
Vizualno pregledajte površinu uzorka elektronskim mikroskopom i odaberite povećanje od 400X.Stupanj oštećenja površine u poluzatvorenom i bez fuga GRP betonu pod ciklusima smrzavanja-odmrzavanja i izloženosti sulfatima prilično je visok, dok je u potpuno zatvorenom betonu zanemariv.Prva kategorija odnosi se na pojavu erozije slobodnog tečenja betona natrijevim sulfatom i od 0 do 100 ciklusa smrzavanja-odmrzavanja, kao što je prikazano na slici 4a.Uzorci betona bez izloženosti smrzavanju imaju glatku površinu bez vidljivih obilježja.Nakon 50 erozija, blok pulpe na površini djelomično se oljuštio, otkrivajući bijelu ljusku pulpe.Nakon 100 erozija, ljuske otopina potpuno su otpale tijekom vizualnog pregleda betonske površine.Mikroskopsko promatranje pokazalo je da je površina betona erodiranog smrzavanjem-odmrzavanjem bila glatka, a površinski agregat i mort bili su u istoj ravnini.Uočena je neravna, hrapava površina na betonskoj površini erodiranoj od 50 ciklusa smrzavanja i odmrzavanja.To se može objasniti činjenicom da je dio morta uništen i mala količina bijelih zrnatih kristala prianja na površinu, koja se uglavnom sastoji od agregata, morta i bijelih kristala.Nakon 100 ciklusa smrzavanja-odmrzavanja, velika površina bijelih kristala pojavila se na površini betona, dok je tamni krupni agregat bio izložen vanjskom okruženju.Trenutno je površina betona uglavnom izložena agregatu i bijelim kristalima.
Morfologija erozivnog betonskog stupa smrzavanja i odmrzavanja: (a) neograničeni betonski stup;(b) poluzatvoreni beton ojačan karbonskim vlaknima;(c) GRP poluzatvoreni beton;(d) potpuno zatvoreni CFRP beton;(e) GRP beton poluzatvoreni beton.
Druga kategorija je korozija poluhermetičkih CFRP i GRP betonskih stupova pod ciklusima smrzavanja i odmrzavanja i izloženosti sulfatima, kao što je prikazano na sl. 4b, c.Vizualni pregled (povećanje 1x) pokazao je da se na površini vlaknastog sloja postupno stvara bijeli prah koji brzo otpada s povećanjem broja ciklusa smrzavanja i odmrzavanja.Neograničena površinska erozija poluhermetičkog FRP betona postala je izraženija kako se povećavao broj ciklusa smrzavanja i odmrzavanja.Vidljiv fenomen "napuhanosti" (otvorena površina otopine betonskog stupa je na rubu kolapsa).Međutim, fenomen ljuštenja je djelomično ometen susjednom prevlakom od karbonskih vlakana).Pod mikroskopom se sintetička karbonska vlakna pojavljuju kao bijele niti na crnoj pozadini pri povećanju od 400x.Zbog okruglog oblika vlakana i izloženosti nejednakom svjetlu, ona izgledaju bijela, ali su sami snopovi karbonskih vlakana crni.Stakloplastika je u početku bijela nitasta, ali u kontaktu s ljepilom postaje prozirna i jasno se vidi stanje betona unutar stakloplastike.Stakloplastika je svijetlobijela, a vezivo žućkasto.Oba su vrlo svijetle boje, tako da će boja ljepila sakriti niti od stakloplastike, dajući cjelokupnom izgledu žućkastu nijansu.Karbonska i staklena vlakna zaštićena su od oštećenja vanjskom epoksidnom smolom.Kako se broj napada smrzavanja-odmrzavanja povećavao, više šupljina i nekoliko bijelih kristala postalo je vidljivo na površini.Kako se ciklus sulfatnog smrzavanja povećava, vezivo postupno postaje tanje, žućkasta boja nestaje i vlakna postaju vidljiva.
Treća kategorija je korozija potpuno zatvorenog CFRP i GRP betona pod ciklusima smrzavanja-odmrzavanja i izloženosti sulfatima, kao što je prikazano na slici 4d, e.Opet, opaženi rezultati slični su onima za drugu vrstu ograničenog dijela betonskog stupa.
Usporedite pojave uočene nakon primjene tri gore opisane metode zadržavanja.Vlaknasta tkiva u potpuno izoliranom FRP betonu ostaju stabilna kako se povećava broj ciklusa smrzavanja i odmrzavanja.S druge strane, sloj ljepljivog prstena je tanji na površini.Epoksidne smole uglavnom reagiraju s aktivnim vodikovim ionima u sumpornoj kiselini s otvorenim prstenom i teško reagiraju sa sulfatima28.Stoga se može smatrati da erozija uglavnom mijenja svojstva ljepljivog sloja kao rezultat ciklusa smrzavanja i odmrzavanja, čime se mijenja učinak ojačanja FRP-a.Betonska površina FRP poluhermetičkog betona ima isti fenomen erozije kao i neograničena betonska površina.Njegov FRP sloj odgovara FRP sloju potpuno zatvorenog betona, a oštećenje nije vidljivo.Međutim, u poluzatvorenom GRP betonu, nastaju opsežne erozijske pukotine na mjestima gdje se vlaknaste trake sijeku s izloženim betonom.Erozija izloženih betonskih površina postaje ozbiljnija kako se povećava broj ciklusa smrzavanja i odmrzavanja.
Unutrašnjost potpuno zatvorenog, poluzatvorenog i neograničenog FRP betona pokazala je značajne razlike kada je bila podvrgnuta ciklusima smrzavanja i odmrzavanja i izloženosti otopinama sulfata.Uzorak je izrezan poprečno i presjek je promatran pomoću elektronskog mikroskopa pri povećanju od 400x.Na sl.Slika 5 prikazuje mikroskopske slike na udaljenosti od 5 mm, 10 mm odnosno 15 mm od granice između betona i morta.Uočeno je da kada se otopina natrijevog sulfata kombinira sa smrzavanjem-odmrzavanjem, oštećenje betona se postupno razgrađuje od površine prema unutrašnjosti.Budući da su uvjeti unutarnje erozije CFRP-a i betona ograničenog GFRP-om isti, ovaj odjeljak ne uspoređuje dva materijala za zadržavanje.
Mikroskopsko promatranje unutrašnjosti betonskog dijela stupa: (a) potpuno ograničeno staklenim vlaknima;(b) poluzatvoreno od stakloplastike;(c) neograničeno.
Unutarnja erozija FRP potpuno zatvorenog betona prikazana je na sl.5a.Pukotine su vidljive na 5 mm, površina je relativno glatka, nema kristalizacije.Površina je glatka, bez kristala, debljine 10 do 15 mm.Unutarnja erozija FRP poluhermetičkog betona prikazana je na sl.5 B. Pukotine i bijeli kristali vidljivi su na 5 mm i 10 mm, a površina je glatka na 15 mm.Slika 5c prikazuje presjeke betonskih FRP stupova gdje su pronađene pukotine na 5, 10 i 15 mm.Nekoliko bijelih kristala u pukotinama postajalo je sve rjeđe kako su se pukotine pomicale s vanjske strane betona prema unutra.Beskonačni betonski stupovi pokazali su najveću eroziju, a zatim poluograničeni FRP betonski stupovi.Natrijev sulfat imao je mali učinak na unutrašnjost potpuno zatvorenih FRP betonskih uzoraka tijekom 100 ciklusa smrzavanja i odmrzavanja.To ukazuje da je glavni uzrok erozije potpuno ograničenog FRP betona povezana erozija smrzavanjem-otapanjem tijekom određenog vremenskog razdoblja.Promatranje poprečnog presjeka pokazalo je da je presjek neposredno prije smrzavanja i odmrzavanja bio gladak i bez agregata.Smrzavanjem i odmrzavanjem betona vidljive su pukotine, isto vrijedi i za agregat, a bijeli zrnati kristali gusto su prekriveni pukotinama.Studije27 su pokazale da kada se beton stavi u otopinu natrijevog sulfata, natrijev sulfat će prodrijeti u beton, od čega će se neki istaložiti kao kristali natrijevog sulfata, a neki će reagirati s cementom.Kristali natrijevog sulfata i produkti reakcije izgledaju poput bijelih granula.
FRP u potpunosti ograničava pukotine betona u konjugiranoj eroziji, ali presjek je gladak bez kristalizacije.S druge strane, FRP poluzatvoreni i neograničeni betonski dijelovi razvili su unutarnje pukotine i kristalizaciju pod konjugiranom erozijom.Prema opisu slike i prethodnim studijama29, proces zajedničke erozije neograničenog i polu-ograničenog FRP betona podijeljen je u dvije faze.Prva faza pucanja betona povezana je sa širenjem i skupljanjem tijekom smrzavanja i odmrzavanja.Kada sulfat prodre u beton i postane vidljiv, odgovarajući sulfat ispunjava pukotine nastale skupljanjem uslijed reakcija smrzavanja-otapanja i hidratacije.Stoga sulfat ima poseban zaštitni učinak na beton u ranoj fazi i može poboljšati mehanička svojstva betona u određenoj mjeri.Druga faza napada sulfata se nastavlja, prodirući u pukotine ili praznine i reagirajući s cementom stvarajući stipsu.Kao rezultat toga, pukotina se povećava i uzrokuje štetu.Tijekom tog vremena, reakcije širenja i skupljanja povezane sa smrzavanjem i odmrzavanjem će pogoršati unutarnje oštećenje betona, što će rezultirati smanjenjem nosivosti.
Na sl.Slika 6 prikazuje promjene pH vrijednosti otopina za impregnaciju betona za tri ograničene metode praćene nakon 0, 25, 50, 75 i 100 ciklusa smrzavanja i odmrzavanja.Neograničeni i poluzatvoreni FRP betonski mortovi pokazali su najbrži porast pH vrijednosti od 0 do 25 ciklusa smrzavanja i odmrzavanja.Njihove pH vrijednosti porasle su sa 7,5 na 11,5 odnosno 11,4.Kako se broj ciklusa smrzavanja i odmrzavanja povećavao, porast pH postupno se usporavao nakon 25-100 ciklusa smrzavanja i odmrzavanja.Njihove pH vrijednosti porasle su s 11,5 i 11,4 na 12,4 odnosno 11,84.Budući da potpuno spojeni FRP beton prekriva FRP sloj, otopina natrijevog sulfata teško može prodrijeti.Istodobno, cementnom sastavu je teško prodrijeti u vanjska rješenja.Stoga se pH postupno povećavao sa 7,5 na 8,0 između 0 i 100 ciklusa smrzavanja i odmrzavanja.Razlog promjene pH analizira se na sljedeći način.Silikat u betonu spaja se s vodikovim ionima u vodi i stvara kremenu kiselinu, a preostali OH- podiže pH zasićene otopine.Promjena pH bila je izraženija između 0-25 ciklusa smrzavanja i odmrzavanja, a manje izražena između 25-100 ciklusa smrzavanja i odmrzavanja30.Međutim, ovdje je otkriveno da je pH nastavio rasti nakon 25-100 ciklusa smrzavanja i odmrzavanja.To se može objasniti činjenicom da natrijev sulfat kemijski reagira s unutrašnjosti betona, mijenjajući pH otopine.Analiza kemijskog sastava pokazuje da beton reagira s natrijevim sulfatom na sljedeći način.
Formule (3) i (4) pokazuju da natrijev sulfat i kalcijev hidroksid u cementu tvore gips (kalcijev sulfat), a kalcijev sulfat dalje reagira s kalcijevim metaaluminatom u cementu stvarajući kristale stipse.Reakcija (4) je popraćena stvaranjem bazičnog OH-, što dovodi do porasta pH.Također, budući da je ova reakcija reverzibilna, pH raste u određeno vrijeme i polako se mijenja.
Na sl.Slika 7a prikazuje gubitak težine potpuno zatvorenog, poluzatvorenog i spojenog GRP betona tijekom ciklusa smrzavanja i odmrzavanja u otopini sulfata.Najočitija promjena u gubitku mase je neograničeni beton.Beton bez ograničenja izgubio je oko 3,2% svoje mase nakon 50 napada smrzavanja i odmrzavanja i oko 3,85% nakon 100 napada smrzavanja i odmrzavanja.Rezultati pokazuju da se učinak konjugirane erozije na kvalitetu slobodnog tečenja betona smanjuje s povećanjem broja ciklusa smrzavanja i odmrzavanja.Međutim, promatranjem površine uzorka utvrđeno je da je gubitak morta nakon 100 ciklusa smrzavanja-odmrzavanja veći nego nakon 50 ciklusa smrzavanja-odmrzavanja.U kombinaciji sa studijama u prethodnom odjeljku, može se pretpostaviti da prodiranje sulfata u beton dovodi do usporavanja gubitka mase.U međuvremenu, interno generirani alum i gips također rezultiraju sporijim gubitkom težine, kao što predviđaju kemijske jednadžbe (3) i (4).
Promjena težine: (a) odnos između promjene težine i broja ciklusa smrzavanja i odmrzavanja;(b) odnos između promjene mase i pH vrijednosti.
Promjena u gubitku težine FRP poluhermetičkog betona prvo se smanjuje, a zatim povećava.Nakon 50 ciklusa smrzavanja i odmrzavanja, gubitak mase poluhermetičkog betona od staklenih vlakana je oko 1,3%.Gubitak težine nakon 100 ciklusa bio je 0,8%.Stoga se može zaključiti da natrijev sulfat prodire u tečni beton.Osim toga, promatranje površine ispitnog komada također je pokazalo da vlaknaste trake mogu izdržati ljuštenje žbuke na otvorenom, čime se smanjuje gubitak težine.
Promjena u gubitku mase potpuno zatvorenog FRP betona razlikuje se od prva dva.Masa ne gubi, nego dodaje.Nakon 50 erozija smrzavanjem i odmrzavanjem, masa se povećala za oko 0,08%.Nakon 100 puta, njegova masa se povećala za oko 0,428%.Budući da je beton potpuno izliven, mort na površini betona neće se odvojiti i vjerojatno neće dovesti do gubitka kvalitete.S druge strane, prodiranje vode i sulfata s površine s visokim sadržajem u unutrašnjost betona s niskim sadržajem također poboljšava kvalitetu betona.
Prethodno je provedeno nekoliko studija o odnosu između pH i gubitka mase u betonu s ograničenim FRP-om u uvjetima erozije.Većina istraživanja uglavnom raspravlja o odnosu između gubitka mase, modula elastičnosti i gubitka čvrstoće.Na sl.Slika 7b prikazuje odnos između pH betona i gubitka mase pod tri ograničenja.Predložen je prediktivni model za predviđanje gubitka mase betona pomoću tri metode zadržavanja pri različitim pH vrijednostima.Kao što se može vidjeti na slici 7b, Pearsonov koeficijent je visok, što ukazuje da doista postoji korelacija između pH i gubitka mase.Vrijednosti r-kvadrata za neograničeni, polu-ograničeni i potpuno ograničeni beton bile su 0,86, 0,75, odnosno 0,96.To pokazuje da su promjena pH i gubitak težine potpuno izoliranog betona relativno linearni u uvjetima sulfata i smrzavanja-odmrzavanja.U betonu bez ograničenja i poluhermetičkom FRP betonu pH se postupno povećava kako cement reagira s vodenom otopinom.Kao rezultat, betonska površina se postupno uništava, što dovodi do bestežinskog stanja.S druge strane, pH potpuno zatvorenog betona malo se mijenja jer FRP sloj usporava kemijsku reakciju cementa s vodenom otopinom.Dakle, kod potpuno zatvorenog betona nema vidljive površinske erozije, ali će dobiti na težini zbog zasićenja zbog upijanja otopina sulfata.
Na sl.Slika 8 prikazuje rezultate SEM skeniranja uzoraka nagrizanih smrzavanjem-odmrzavanjem natrijevim sulfatom.Elektronskim mikroskopom ispitani su uzorci prikupljeni iz blokova uzetih s vanjskog sloja betonskih stupova.Slika 8a je slika nezatvorenog betona prije erozije snimljena skenirajućim elektronskim mikroskopom.Primijećeno je da na površini uzorka ima mnogo rupa, koje utječu na čvrstoću samog betonskog stupa prije otapanja smrzavanjem.Na sl.Slika 8b prikazuje sliku potpuno izoliranog FRP betona snimljenu elektronskim mikroskopom nakon 100 ciklusa smrzavanja i odmrzavanja.Mogu se otkriti pukotine u uzorku uslijed smrzavanja i odmrzavanja.Međutim, površina je relativno glatka i na njoj nema kristala.Zbog toga su nezapunjene pukotine vidljivije.Na sl.Slika 8c prikazuje uzorak poluhermetičkog GRP betona nakon 100 ciklusa erozije smrzavanjem.Jasno je da su se pukotine proširile i da su između pukotina nastala zrna.Neke od tih čestica pričvrste se na pukotine.SEM skeniranje uzorka neograničenog betonskog stupa prikazano je na slici 8d, što je fenomen koji je u skladu s polu-ograničenjem.Kako bi se dodatno razjasnio sastav čestica, čestice u pukotinama dodatno su uvećane i analizirane pomoću EDS spektroskopije.Čestice u osnovi dolaze u tri različita oblika.Prema analizi energetskog spektra, prvi tip, kao što je prikazano na slici 9a, je regularni blok kristal, uglavnom sastavljen od O, S, Ca i drugih elemenata.Kombinacijom prethodnih formula (3) i (4) može se utvrditi da je glavna komponenta materijala gips (kalcijev sulfat).Drugi je prikazan na slici 9b;prema analizi energetskog spektra, radi se o igličastom neusmjerenom objektu, a glavne komponente su mu O, Al, S i Ca.Kombinirani recepti pokazuju da se materijal sastoji uglavnom od stipse.Treći blok prikazan na slici 9c je nepravilan blok, određen analizom energetskog spektra, koji se uglavnom sastoji od komponenti O, Na i S. Pokazalo se da su to uglavnom kristali natrijevog sulfata.Skenirajuća elektronska mikroskopija pokazala je da je većina šupljina ispunjena kristalima natrijevog sulfata, kao što je prikazano na slici 9c, zajedno s malim količinama gipsa i stipse.
Elektronsko mikroskopske slike uzoraka prije i poslije korozije: (a) otvoreni beton prije korozije;(b) nakon korozije stakloplastika je potpuno zabrtvljena;(c) nakon korozije GRP poluzatvorenog betona;(d) nakon korozije otvorenog betona.
Analiza nam omogućuje da izvučemo sljedeće zaključke.Sve slike triju uzoraka snimljene elektronskim mikroskopom bile su 1k×, a na slikama su pronađene i uočene pukotine i proizvodi erozije.Beton bez ograničenja ima najšire pukotine i sadrži mnogo zrnaca.FRP polutlačni beton je lošiji od netlačnog betona u pogledu širine pukotina i broja čestica.Potpuno zatvoreni FRP beton ima najmanju širinu pukotina i nema čestica nakon erozije smrzavanjem i odmrzavanjem.Sve ovo ukazuje da je potpuno zatvoreni FRP beton najmanje osjetljiv na eroziju uslijed smrzavanja i odmrzavanja.Kemijski procesi unutar poluzatvorenih i otvorenih FRP betonskih stupova dovode do stvaranja stipse i gipsa, a prodiranje sulfata utječe na poroznost.Dok su ciklusi smrzavanja i odmrzavanja glavni uzrok pucanja betona, sulfati i njihovi proizvodi ispunjavaju neke od pukotina i pora na prvom mjestu.Međutim, kako se količina i vrijeme erozije povećavaju, pukotine se nastavljaju širiti i povećava se volumen stipse, što rezultira ekstruzijskim pukotinama.U konačnici će smrzavanje-otapanje i izlaganje sulfatu smanjiti čvrstoću stupca.