nyheder

Tak for dit besøg og spred indholdet af glasfiber cabronfiber.Du bruger en browserversion med begrænset CSS-understøttelse.For den bedste oplevelse anbefaler vi, at du bruger en opdateret browser (eller deaktiverer kompatibilitetstilstand i Internet Explorer).For at sikre løbende support viser vi desuden siden uden styles og JavaScript.
Polymer-armeret beton (FRP) betragtes som en innovativ og økonomisk metode til strukturel reparation.I denne undersøgelse blev to typiske materialer [kulfiberforstærket polymer (CFRP) og glasfiberforstærket polymer (GFRP)] udvalgt til at studere den forstærkende effekt af beton i barske miljøer.Beton, der indeholder FRP, er modstandsdygtig over for sulfatangreb og relaterede fryse-tø-cyklusser.Elektronmikroskopi til undersøgelse af overfladen og indre nedbrydning af beton under konjugeret erosion.Graden og mekanismen af ​​natriumsulfatkorrosion blev analyseret ved pH-værdi, SEM-elektronmikroskopi og EMF-energispektrum.Aksial trykstyrketest er blevet brugt til at evaluere forstærkningen af ​​FRP-bundne betonsøjler, og spændings-tøjningsforhold er blevet udledt for forskellige metoder til FRP-retention i et erosivt koblet miljø.Fejlanalyse blev udført for at kalibrere eksperimentelle testresultater ved hjælp af fire eksisterende prædiktive modeller.Alle observationer indikerer, at nedbrydningsprocessen af ​​FRP-begrænset beton er kompleks og dynamisk under konjugerede spændinger.Natriumsulfat øger i begyndelsen styrken af ​​beton i dens rå form.Imidlertid kan efterfølgende fryse-tø-cyklusser forværre betonrevner, og natriumsulfat reducerer betonens styrke yderligere ved at fremme revnedannelse.En nøjagtig numerisk model foreslås til at simulere spændings-tøjningsforholdet, som er afgørende for at designe og evaluere livscyklussen for FRP-begrænset beton.
Som en innovativ betonarmeringsmetode, der er blevet forsket i siden 1970'erne, har FRP fordelene ved let vægt, høj styrke, korrosionsbestandighed, udmattelsesbestandighed og bekvem konstruktion1,2,3.Efterhånden som omkostningerne falder, bliver det mere almindeligt i tekniske applikationer såsom glasfiber (GFRP), kulfiber (CFRP), basaltfiber (BFRP) og aramidfiber (AFRP), som er de mest almindeligt anvendte FRP til strukturel forstærkning4, 5 Den foreslåede metode til fastholdelse af FRP kan forbedre betonens ydeevne og undgå for tidlig kollaps.Forskellige eksterne miljøer inden for maskinteknik påvirker dog ofte holdbarheden af ​​FRP-begrænset beton, hvilket får dens styrke til at blive kompromitteret.
Adskillige forskere har undersøgt spændings- og belastningsændringer i beton med forskellige tværsnitsformer og størrelser.Yang et al.6 fandt, at ultimativ stress og belastning korrelerede positivt med vækst i fibrøst vævstykkelse.Wu et al.7 opnåede spændings-tøjningskurver for FRP-bundet beton ved brug af forskellige fibertyper til at forudsige ultimative tøjninger og belastninger.Lin et al.8 fandt ud af, at FRP-spændings-tøjningsmodeller for runde, kvadratiske, rektangulære og elliptiske stænger også adskiller sig meget, og udviklede en ny designorienteret spændings-tøjningsmodel, der bruger forholdet mellem bredde og hjørneradius som parametre.Lam et al.9 observerede, at den uensartede overlapning og krumning af FRP'et resulterede i mindre brudbelastning og -spænding i FRP'en end i pladens trækstyrketest.Derudover har forskere studeret delvise begrænsninger og nye begrænsningsmetoder i henhold til forskellige designbehov i den virkelige verden.Wang et al.[10] udførte aksiale kompressionstest på helt, delvist og ubegrænset beton i tre begrænsede tilstande.Der er udviklet en "stress-strain" model, og koefficienterne for den begrænsende effekt for delvist lukket beton er angivet.Wu et al.11 udviklet en metode til at forudsige spændings-tøjningsafhængigheden af ​​FRP-bundet beton, der tager højde for størrelseseffekter.Moran et al.12 evaluerede de aksiale monotone kompressionsegenskaber af begrænset beton med FRP-spiralformede strimler og udledte dens spændings-tøjningskurver.Ovenstående undersøgelse undersøger dog hovedsageligt forskellen mellem delvist lukket beton og helt lukket beton.Rollen af ​​FRP'er, der delvist begrænser betonsektioner, er ikke blevet undersøgt i detaljer.
Derudover evaluerede undersøgelsen ydeevnen af ​​FRP-begrænset beton med hensyn til trykstyrke, tøjningsændring, initialt elasticitetsmodul og tøjningshærdningsmodul under forskellige forhold.Tijani et al.13,14 fandt, at reparationsevnen af ​​FRP-begrænset beton falder med stigende skader i FRP-reparationsforsøg på oprindeligt beskadiget beton.Ma et al.[15] undersøgte effekten af ​​initiale skader på FRP-bundne betonsøjler og vurderede, at effekten af ​​skadesgrad på trækstyrken var ubetydelig, men havde en signifikant effekt på laterale og langsgående deformationer.Imidlertid har Cao et al.16 observerede spændings-tøjnings-kurver og spændings-tøjnings-kappekurver af FRP-bundet beton påvirket af initial skade.Ud over undersøgelser af initial betonfejl er der også udført nogle undersøgelser af holdbarheden af ​​FRP-begrænset beton under barske miljøforhold.Disse videnskabsmænd studerede nedbrydningen af ​​FRP-begrænset beton under barske forhold og brugte skadevurderingsteknikker til at skabe nedbrydningsmodeller til at forudsige levetiden.Xie et al.17 placerede FRP-bundet beton i et hydrotermisk miljø og fandt ud af, at hydrotermiske forhold påvirkede FRP's mekaniske egenskaber væsentligt, hvilket resulterede i et gradvist fald i dets trykstyrke.I et syre-base miljø forringes grænsefladen mellem CFRP og beton.Efterhånden som nedsænkningstiden øges, falder hastigheden for frigivelse af destruktionsenergien af ​​CFRP-laget betydeligt, hvilket i sidste ende fører til ødelæggelse af grænsefladeprøver18,19,20.Derudover har nogle forskere også undersøgt virkningerne af frysning og optøning på FRP-begrænset beton.Liu et al.21 bemærkede, at CFRP armeringsjern har god holdbarhed under fryse-tø-cyklusser baseret på relativ dynamisk modul, trykstyrke og spændings-tøjningsforhold.Derudover foreslås en model, der er forbundet med forringelsen af ​​betonens mekaniske egenskaber.Peng et al.22 beregnede dog levetiden for CFRP og betonlim ved hjælp af temperatur- og fryse-tø-cyklusdata.Guang et al.23 gennemførte hurtige fryse-tø-test af beton og foreslog en metode til vurdering af frostbestandighed baseret på tykkelsen af ​​det beskadigede lag under fryse-tø-eksponering.Yazdani et al.24 undersøgte effekten af ​​FRP-lag på indtrængning af kloridioner i beton.Resultaterne viser, at FRP-laget er kemisk resistent og isolerer den indvendige beton fra de ydre kloridioner.Liu et al.25 simulerede skrælningstestbetingelser for sulfatkorroderet FRP-beton, skabte en slipmodel og forudsagde nedbrydning af FRP-beton-grænsefladen.Wang et al.26 etableret en spændingstøjningsmodel for FRP-bundet sulfateroderet beton gennem enaksede kompressionstest.Zhou et al.[27] undersøgte skader på ubundet beton forårsaget af kombinerede fryse-tø-cyklusser af salt og brugte for første gang en logistisk funktion til at beskrive fejlmekanismen.Disse undersøgelser har gjort betydelige fremskridt i evalueringen af ​​holdbarheden af ​​FRP-begrænset beton.De fleste forskere har dog fokuseret på at modellere erosive medier under en ugunstig tilstand.Beton er ofte beskadiget på grund af tilhørende erosion forårsaget af forskellige miljøforhold.Disse kombinerede miljøforhold forringer i alvorlig grad ydeevnen af ​​FRP-begrænset beton.
Sulfatering og fryse-tø-cyklusser er to typiske vigtige parametre, der påvirker betonens holdbarhed.FRP lokaliseringsteknologi kan forbedre betonens egenskaber.Det er meget udbredt i teknik og forskning, men har i øjeblikket sine begrænsninger.Adskillige undersøgelser har fokuseret på modstanden af ​​FRP-begrænset beton over for sulfatkorrosion i kolde områder.Processen med erosion af fuldt lukket, halvlukket og åben beton med natriumsulfat og fryse-optøning fortjener mere detaljeret undersøgelse, især den nye semi-lukkede metode beskrevet i denne artikel.Armeringseffekten på betonsøjler blev også undersøgt ved at udveksle rækkefølgen af ​​FRP-retention og erosion.Mikrokosmiske og makroskopiske ændringer i prøven forårsaget af bindingserosion blev karakteriseret ved elektronmikroskop, pH-test, SEM-elektronmikroskop, EMF-energispektrumanalyse og enakset mekanisk test.Derudover diskuterer denne undersøgelse lovene, der styrer spændings-belastningsforholdet, der forekommer i enakset mekanisk prøvning.De eksperimentelt verificerede grænsespændings- og tøjningsværdier blev valideret ved fejlanalyse ved hjælp af fire eksisterende grænsespændings-tøjningsmodeller.Den foreslåede model kan fuldt ud forudsige den ultimative belastning og styrke af materialet, hvilket er nyttigt til fremtidig FRP-forstærkningspraksis.Endelig tjener det som konceptuelt grundlag for FRP-betonsalt frostbestandighedskonceptet.
Denne undersøgelse evaluerer forringelsen af ​​FRP-begrænset beton ved brug af sulfatopløsningskorrosion i kombination med fryse-tø-cyklusser.Mikroskopiske og makroskopiske ændringer forårsaget af betonerosion er blevet demonstreret ved hjælp af scanningselektronmikroskopi, pH-test, EDS-energispektroskopi og enakset mekanisk test.Derudover blev de mekaniske egenskaber og spændings-tøjningsændringer af FRP-bundet beton udsat for bundet erosion undersøgt ved hjælp af aksiale kompressionseksperimenter.
FRP Confined Concrete består af råbeton, FRP ydre indpakningsmateriale og epoxylim.To udvendige isoleringsmaterialer blev udvalgt: CFRP og GRP, materialernes egenskaber er vist i tabel 1. Epoxyharpiks A og B blev anvendt som klæbemidler (blandingsforhold 2:1 efter volumen).Ris.1 illustrerer detaljerne ved konstruktionen af ​​betonblandingsmaterialer.I figur 1a blev Swan PO 42.5 Portland cement brugt.Grove tilslag er knust basaltsten med en diameter på henholdsvis 5-10 og 10-19 mm, som vist i fig.1b og c.Som et fint fyldstof i fig. 1g anvendes naturligt flodsand med et finhedsmodul på 2,3.Forbered en opløsning af natriumsulfat fra granulatet af vandfrit natriumsulfat og en vis mængde vand.
Sammensætningen af ​​betonblandingen: a – cement, b – tilslag 5–10 mm, c – tilslag 10–19 mm, d – flodsand.
Betonens designstyrke er 30 MPa, hvilket resulterer i en frisk cementbetonsætning på 40 til 100 mm.Betonblandingsforholdet er vist i tabel 2, og forholdet mellem groft tilslag 5-10 mm og 10-20 mm er 3:7.Effekten af ​​interaktion med miljøet blev modelleret ved først at fremstille en 10% NaSO4-opløsning og derefter hælde opløsningen i et fryse-tø-cykluskammer.
Betonblandinger blev fremstillet i en 0,5 m3 tvangsblander, og hele betonpartiet blev brugt til at udlægge de nødvendige prøver.Først og fremmest fremstilles betoningredienserne i henhold til tabel 2, og cement, sand og grove tilslag forblandes i tre minutter.Fordel derefter vandet jævnt og rør i 5 minutter.Derefter blev betonprøver støbt i cylindriske forme og komprimeret på et vibrerende bord (formdiameter 10 cm, højde 20 cm).
Efter hærdning i 28 dage blev prøverne pakket ind med FRP-materiale.Denne undersøgelse diskuterer tre metoder til armeret betonsøjler, herunder fuldt lukkede, semi-begrænsede og ubegrænsede.To typer, CFRP og GFRP, bruges til begrænsede materialer.FRP Fuldt lukket FRP betonskal, 20 cm høj og 39 cm lang.Toppen og bunden af ​​den FRP-bundne beton blev ikke forseglet med epoxy.Den semi-hermetiske testproces som en nylig foreslået lufttæt teknologi er beskrevet som følger.
(2) Brug en lineal til at tegne en streg på den cylindriske betonflade for at bestemme positionen af ​​FRP-strimlerne, afstanden mellem strimlerne er 2,5 cm.Vikl derefter tapen rundt om de betonområder, hvor FRP ikke er nødvendig.
(3) Betonoverfladen poleres glat med sandpapir, aftørres med alkoholuld og belægges med epoxy.Sæt derefter glasfiberstrimlerne manuelt fast på betonoverfladen og tryk hullerne ud, så glasfiberen klæber helt til betonoverfladen og undgår luftbobler.Til sidst limes FRP-strimlerne på betonoverfladen fra top til bund, i henhold til mærkerne lavet med en lineal.
(4) Efter en halv time kontrolleres, om betonen er adskilt fra FRP.Hvis FRP'en glider eller stikker ud, skal den repareres med det samme.Støbte prøver skal hærdes i 7 dage for at sikre hærdet styrke.
(5) Efter hærdning skal du bruge en værktøjskniv til at fjerne tapen fra betonoverfladen og til sidst få en semi-hermetisk FRP betonsøjle.
Resultaterne under forskellige begrænsninger er vist i fig.2. Figur 2a viser en fuldt lukket CFRP-beton, Figur 2b viser en semi-generaliseret CFRP-beton, Figur 2c viser en fuldt lukket GFRP-beton, og figur 2d viser en semi-konstraintet CFRP-beton.
Vedlagte stilarter: (a) fuldt lukket CFRP;(b) semi-lukket kulfiber;(c) fuldstændigt indesluttet i glasfiber;d) halvlukket glasfiber.
Der er fire hovedparametre, der er designet til at undersøge effekten af ​​FRP-begrænsninger og erosionssekvenser på cylindres erosionskontrolydelse.Tabel 3 viser antallet af betonsøjleprøver.Prøverne for hver kategori bestod af tre identiske statusprøver for at holde dataene konsistente.Middelværdien af ​​tre prøver blev analyseret for alle eksperimentelle resultater i denne artikel.
(1) Lufttæt materiale er klassificeret som kulfiber eller glasfiber.Der blev foretaget en sammenligning af virkningen af ​​to typer fibre på armeringen af ​​beton.
(2) Metoder til indeslutning af betonsøjler er opdelt i tre typer: fuldt begrænset, semi-begrænset og ubegrænset.Erosionsbestandigheden af ​​halvlukkede betonsøjler blev sammenlignet med to andre varianter.
(3) Erosionsbetingelserne er fryse-tø-cyklusser plus sulfatopløsning, og antallet af fryse-tø-cyklusser er henholdsvis 0, 50 og 100 gange.Effekten af ​​koblet erosion på FRP-bundne betonsøjler er blevet undersøgt.
(4) Prøvestykkerne er opdelt i tre grupper.Den første gruppe er FRP-indpakning og derefter korrosion, den anden gruppe er korrosion først og derefter indpakning, og den tredje gruppe er korrosion først og derefter indpakning og derefter korrosion.
Den eksperimentelle procedure bruger en universel testmaskine, en trækprøvemaskine, en fryse-tø-cyklusenhed (CDR-Z type), et elektronmikroskop, et pH-meter, en strain gauge, en forskydningsanordning, et SEM elektronmikroskop og et EDS energispektrumanalysator i denne undersøgelse.Prøven er en betonsøjle 10 cm høj og 20 cm i diameter.Betonen blev hærdet inden for 28 dage efter udstøbning og komprimering, som vist i figur 3a.Alle prøver blev fjernet fra formen efter støbning og holdt i 28 dage ved 18-22°C og 95 % relativ fugtighed, og derefter blev nogle prøver pakket ind med glasfiber.
Prøvningsmetoder: a) udstyr til at opretholde konstant temperatur og fugtighed;(b) en fryse-tø-cyklusmaskine;(c) universel testmaskine;(d) pH-tester;e) mikroskopisk observation.
Fryse-tø-eksperimentet bruger flashfrysemetoden som vist i figur 3b.I henhold til GB/T 50082-2009 "Holdbarhedsstandarder for konventionel beton" blev betonprøver helt nedsænket i 10% natriumsulfatopløsning ved 15-20°C i 4 dage før frysning og optøning.Derefter begynder og slutter sulfatangrebet samtidig med fryse-tø-cyklussen.Fryse-tø-cyklustiden er 2 til 4 timer, og afrimningstiden bør ikke være mindre end 1/4 af cyklustiden.Prøvekernetemperaturen skal holdes inden for området fra (-18±2) til (5±2) °С.Overgangen fra frossen til optøning bør ikke tage mere end ti minutter.Tre cylindriske identiske prøver af hver kategori blev brugt til at studere vægttabet og pH-ændringen af ​​opløsningen over 25 fryse-tø-cyklusser, som vist i fig. 3d.Efter hver 25 fryse-tø-cyklusser blev prøverne fjernet og overfladerne renset før bestemmelse af deres friske vægt (Wd).Alle eksperimenter blev udført i tre eksemplarer af prøverne, og gennemsnitsværdierne blev brugt til at diskutere testresultaterne.Formlerne for tab af masse og styrke af prøven bestemmes som følger:
I formlen er ΔWd vægttabet (%) af prøven efter hver 25 fryse-tø-cyklusser, W0 er den gennemsnitlige vægt af betonprøven før fryse-tø-cyklussen (kg), Wd er den gennemsnitlige betonvægt.vægt af prøve efter 25 fryse-tø-cyklusser (kg).
Prøvens styrkenedbrydningskoefficient er karakteriseret ved Kd, og beregningsformlen er som følger:
I formlen er ΔKd hastigheden for styrketab (%) af prøven efter hver 50 fryse-tø-cyklusser, f0 er den gennemsnitlige styrke af betonprøven før fryse-tø-cyklussen (MPa), fd er den gennemsnitlige styrke af betonprøven i 50 fryse-tø-cyklusser (MPa).
På fig.3c viser en trykprøvemaskine til betonprøver.I overensstemmelse med "Standard for testmetoder for de fysiske og mekaniske egenskaber af beton" (GBT50081-2019) er der defineret en metode til test af betonsøjler for trykstyrke.Belastningshastigheden i kompressionstesten er 0,5 MPa/s, og der anvendes kontinuerlig og sekventiel belastning under hele testen.Forholdet mellem belastning og forskydning for hver prøve blev registreret under mekanisk prøvning.Strain gauges blev fastgjort til de ydre overflader af beton- og FRP-lagene af prøverne for at måle aksiale og vandrette spændinger.Stammecellen bruges i mekanisk test til at registrere ændringen i prøvestammen under en kompressionstest.
For hver 25 fryse-tø-cyklusser blev en prøve af fryse-tø-opløsningen fjernet og anbragt i en beholder.På fig.3d viser en pH-test af en prøveopløsning i en beholder.Mikroskopisk undersøgelse af overfladen og tværsnit af prøven under fryse-tø-betingelser er vist i fig. 3d.Tilstanden af ​​overfladen af ​​forskellige prøver efter 50 og 100 fryse-tø-cyklusser i sulfatopløsning blev observeret under et mikroskop.Mikroskopet bruger 400x forstørrelse.Ved observation af overfladen af ​​prøven observeres hovedsageligt erosionen af ​​FRP-laget og det ydre lag af beton.Observation af prøvens tværsnit vælger grundlæggende erosionsforholdene i en afstand på 5, 10 og 15 mm fra det ydre lag.Dannelsen af ​​sulfatprodukter og fryse-tø-cyklusser kræver yderligere test.Derfor blev den modificerede overflade af de udvalgte prøver undersøgt ved hjælp af et scanningselektronmikroskop (SEM) udstyret med et energidispersivt spektrometer (EDS).
Inspicer prøveoverfladen visuelt med et elektronmikroskop og vælg 400X forstørrelse.Graden af ​​overfladeskader i semi-lukket og fugefri GRP-beton under fryse-tø-cyklusser og udsættelse for sulfater er ret høj, mens den i helt lukket beton er ubetydelig.Den første kategori refererer til forekomsten af ​​erosion af fritflydende beton med natriumsulfat og fra 0 til 100 fryse-tø-cyklusser, som vist i fig. 4a.Betonprøver uden frostpåvirkning har en glat overflade uden synlige træk.Efter 50 erosioner blev pulpblokken på overfladen delvist pillet af, hvilket blottede pulpens hvide skal.Efter 100 erosioner faldt opløsningernes skaller helt af under en visuel inspektion af betonoverfladen.Mikroskopisk observation viste, at overfladen af ​​den 0 fryse-tø eroderede beton var glat, og overfladetilslag og mørtel var i samme plan.En ujævn, ru overflade blev observeret på en betonoverflade eroderet af 50 fryse-tø-cyklusser.Dette kan forklares med, at noget af mørtlen ødelægges, og en lille mængde hvide granulære krystaller klæber til overfladen, som hovedsageligt er sammensat af tilslag, mørtel og hvide krystaller.Efter 100 fryse-tø-cyklusser dukkede et stort område af hvide krystaller op på overfladen af ​​betonen, mens det mørke grove tilslag blev udsat for det ydre miljø.I øjeblikket er betonoverfladen for det meste eksponeret tilslag og hvide krystaller.
Morfologi af en erosiv fryse-tø betonsøjle: (a) ubegrænset betonsøjle;(b) halvlukket kulfiberarmeret beton;(c) GRP halvlukket beton;(d) fuldt lukket CFRP-beton;(e) GRP beton halvlukket beton.
Den anden kategori er korrosion af semi-hermetiske CFRP- og GRP-betonsøjler under fryse-tø-cyklusser og udsættelse for sulfater, som vist i fig. 4b, ca.Visuel inspektion (1x forstørrelse) viste, at der gradvist blev dannet et hvidt pulver på overfladen af ​​det fibrøse lag, som hurtigt faldt af med en stigning i antallet af fryse-tø-cyklusser.Den ubegrænsede overfladeerosion af semi-hermetisk FRP-beton blev mere udtalt, efterhånden som antallet af fryse-tø-cyklusser steg.Det synlige fænomen "oppustethed" (den åbne overflade af opløsningen af ​​betonsøjlen er på randen af ​​kollaps).Afskalningsfænomenet er dog delvist hæmmet af den tilstødende kulfiberbelægning).Under mikroskopet fremstår syntetiske kulfibre som hvide tråde på en sort baggrund ved 400x forstørrelse.På grund af fibrenes runde form og udsættelse for ujævnt lys fremstår de hvide, men selve kulfiberbundterne er sorte.Glasfiber er oprindeligt hvidt trådlignende, men ved kontakt med klæbemidlet bliver det gennemsigtigt, og betonens tilstand inde i glasfiberen er tydeligt synlig.Glasfiberen er lys hvid og bindemidlet er gulligt.Begge er meget lyse i farven, så farven på limen vil skjule fiberglastrådene, hvilket giver det overordnede udseende en gullig nuance.Kul- og glasfibrene er beskyttet mod beskadigelse af en ekstern epoxyharpiks.Efterhånden som antallet af fryse-tø-angreb steg, blev flere hulrum og et par hvide krystaller synlige på overfladen.Efterhånden som sulfatfrysecyklussen øges, bliver bindemidlet gradvist tyndere, den gullige farve forsvinder, og fibrene bliver synlige.
Den tredje kategori er korrosion af fuldstændigt lukket CFRP- og GRP-beton under fryse-tø-cyklusser og udsættelse for sulfater, som vist i fig. 4d, f.eks.Igen svarer de observerede resultater til dem for den anden type af begrænset sektion af betonsøjlen.
Sammenlign de observerede fænomener efter anvendelse af de tre indeslutningsmetoder beskrevet ovenfor.Det fibrøse væv i fuldt isoleret FRP-beton forbliver stabilt, efterhånden som antallet af fryse-tø-cyklusser stiger.Til gengæld er det klæbende ringlag tyndere på overfladen.Epoxyharpikser reagerer for det meste med aktive hydrogenioner i svovlsyre med åben ring og reagerer næsten ikke med sulfater28.Det kan således anses for, at erosion hovedsageligt ændrer klæbelagets egenskaber som følge af fryse-tø-cyklusser og derved ændrer den forstærkende effekt af FRP.Betonoverfladen af ​​FRP semi-hermetisk beton har samme erosionsfænomen som ubegrænset betonoverflade.Dets FRP-lag svarer til FRP-laget af fuldt lukket beton, og skaden er ikke åbenbar.Men i semi-forseglet GRP-beton opstår der omfattende erosionsrevner, hvor fiberstrimlerne krydser den blotlagte beton.Erosion af eksponerede betonoverflader bliver mere alvorlige, efterhånden som antallet af fryse-tø-cyklusser stiger.
Interiøret af fuldt lukket, semi-lukket og ubegrænset FRP-beton viste signifikante forskelle, når de blev udsat for fryse-tø-cyklusser og udsættelse for sulfatopløsninger.Prøven blev skåret på tværs, og tværsnittet blev observeret ved anvendelse af et elektronmikroskop ved 400x forstørrelse.På fig.5 viser mikroskopiske billeder i en afstand på 5 mm, 10 mm og 15 mm fra grænsen mellem henholdsvis beton og mørtel.Det er blevet observeret, at når natriumsulfatopløsning kombineres med fryse-optøning, nedbrydes betonskader gradvist fra overfladen til det indre.Da de indre erosionsforhold for CFRP og GFRP-bundet beton er de samme, sammenligner dette afsnit ikke de to indeslutningsmaterialer.
Mikroskopisk observation af indersiden af ​​kolonnens betonsektion: (a) fuldstændig begrænset af glasfiber;(b) halvlukket med glasfiber;(c) ubegrænset.
Indvendig erosion af FRP helt lukket beton er vist i fig.5a.Revner er synlige ved 5 mm, overfladen er forholdsvis glat, der er ingen krystallisering.Overfladen er glat, uden krystaller, 10 til 15 mm tyk.Indvendig erosion af FRP semi-hermetisk beton er vist i fig.5 B. Revner og hvide krystaller er synlige ved 5 mm og 10 mm, og overfladen er glat ved 15 mm.Figur 5c viser snit af FRP-betonsøjler, hvor der er fundet revner på 5, 10 og 15 mm.Nogle få hvide krystaller i revnerne blev gradvist sjældnere, efterhånden som revnerne bevægede sig fra ydersiden af ​​betonen til indersiden.Endeløse betonsøjler udviste mest erosion, efterfulgt af semi-bundne FRP-betonsøjler.Natriumsulfat havde ringe effekt på det indre af fuldt lukkede FRP-betonprøver over 100 fryse-tø-cyklusser.Dette indikerer, at hovedårsagen til erosion af fuldt begrænset FRP-beton er forbundet fryse-tø-erosion over en periode.Observation af tværsnittet viste, at snittet umiddelbart før frysning og optøning var glat og fri for tilslag.Når betonen fryser og tøer op, ses revner, det samme gør sig gældende for tilslag, og de hvide granulerede krystaller er tæt dækket af revner.Undersøgelser27 har vist, at når beton placeres i en natriumsulfatopløsning, vil natriumsulfat trænge ind i betonen, hvoraf nogle vil udfældes som natriumsulfatkrystaller, og nogle vil reagere med cement.Natriumsulfatkrystaller og reaktionsprodukter ligner hvide granulater.
FRP begrænser fuldstændigt betonrevner i konjugeret erosion, men sektionen er glat uden krystallisering.På den anden side har FRP semi-lukkede og ubegrænsede betonsektioner udviklet interne revner og krystallisering under konjugeret erosion.Ifølge beskrivelsen af ​​billedet og tidligere undersøgelser29 er den fælles erosionsproces af ubegrænset og semi-begrænset FRP-beton opdelt i to faser.Den første fase af betonrevner er forbundet med ekspansion og sammentrækning under fryse-optøning.Når sulfat trænger ind i betonen og bliver synligt, udfylder det tilsvarende sulfat revner skabt af svind fra fryse-tø- og hydreringsreaktioner.Derfor har sulfat en særlig beskyttende effekt på beton på et tidligt tidspunkt og kan forbedre betonens mekaniske egenskaber til en vis grad.Den anden fase af sulfatangreb fortsætter, trænger ind i revner eller hulrum og reagerer med cementen for at danne alun.Som et resultat vokser revnen i størrelse og forårsager skade.I løbet af denne tid vil ekspansions- og kontraktionsreaktionerne i forbindelse med frysning og optøning forværre indre skader på betonen, hvilket resulterer i en reduktion i bæreevnen.
På fig.6 viser pH-ændringerne af betonimprægneringsopløsninger for tre begrænsede metoder overvåget efter 0, 25, 50, 75 og 100 fryse-tø-cyklusser.Ubegrænsede og semi-lukkede FRP-betonmørtler viste den hurtigste pH-stigning fra 0 til 25 fryse-tø-cyklusser.Deres pH-værdier steg fra henholdsvis 7,5 til 11,5 og 11,4.Efterhånden som antallet af fryse-tø-cyklusser steg, aftog pH-stigningen gradvist efter 25-100 fryse-tø-cyklusser.Deres pH-værdier steg fra 11,5 og 11,4 til henholdsvis 12,4 og 11,84.Fordi den fuldt bundne FRP-beton dækker FRP-laget, er det vanskeligt for natriumsulfatopløsning at trænge ind.Samtidig er det svært for cementsammensætningen at trænge ind i eksterne løsninger.Således steg pH gradvist fra 7,5 til 8,0 mellem 0 og 100 fryse-tø-cyklusser.Årsagen til ændringen i pH analyseres som følger.Silikatet i beton kombineres med hydrogenioner i vand for at danne kiselsyre, og den resterende OH- hæver pH-værdien af ​​den mættede opløsning.Ændringen i pH var mere udtalt mellem 0-25 fryse-tø-cyklusser og mindre udtalt mellem 25-100 fryse-tø-cyklusser30.Det viste sig dog her, at pH fortsatte med at stige efter 25-100 fryse-tø-cyklusser.Dette kan forklares ved, at natriumsulfat reagerer kemisk med det indre af betonen, hvilket ændrer opløsningens pH.Analyse af den kemiske sammensætning viser, at beton reagerer med natriumsulfat på følgende måde.
Formlerne (3) og (4) viser, at natriumsulfat og calciumhydroxid i cement danner gips (calciumsulfat), og calciumsulfat reagerer yderligere med calciummetaluminat i cement til dannelse af alunkrystaller.Reaktion (4) ledsages af dannelsen af ​​basisk OH-, hvilket fører til en stigning i pH.Da denne reaktion er reversibel, stiger pH-værdien på et bestemt tidspunkt og ændrer sig langsomt.
På fig.7a viser vægttabet af fuldstændigt lukket, semi-lukket og sammenlåst GRP-beton under fryse-optøningscyklusser i sulfatopløsning.Den mest åbenlyse ændring i massetab er ubegrænset beton.Ubegrænset beton mistede omkring 3,2 % af sin masse efter 50 fryse-tø-angreb og omkring 3,85 % efter 100 fryse-tø-angreb.Resultaterne viser, at effekten af ​​konjugeret erosion på kvaliteten af ​​free-flow beton falder, efterhånden som antallet af fryse-tø-cyklusser stiger.Ved observation af prøvens overflade viste det sig imidlertid, at tabet af mørtel efter 100 fryse-tø-cyklusser var større end efter 50 fryse-tø-cyklusser.Kombineret med undersøgelserne i det foregående afsnit kan det antages, at indtrængning af sulfater i beton fører til en opbremsning i massetab.I mellemtiden resulterer internt genereret alun og gips også i langsommere vægttab, som forudsagt af kemiske ligninger (3) og (4).
Vægtændring: (a) forhold mellem vægtændring og antallet af fryse-tø-cyklusser;(b) sammenhæng mellem masseændring og pH-værdi.
Ændringen i vægttab af FRP semi-hermetisk beton falder først og stiger derefter.Efter 50 fryse-tø-cyklusser er massetabet af semi-hermetisk glasfiberbeton omkring 1,3 %.Vægttab efter 100 cyklusser var 0,8 %.Derfor kan det konkluderes, at natriumsulfat trænger ind i fritflydende beton.Derudover viste observation af prøveemnets overflade også, at fiberstrimlerne kunne modstå mørtelafskalning i et åbent område og derved reducere vægttab.
Ændringen i massetab af fuldt lukket FRP-beton er forskellig fra de to første.Masse taber ikke, men tilføjer.Efter 50 frost-tø erosioner steg massen med omkring 0,08%.Efter 100 gange steg dens masse med omkring 0,428%.Da betonen er helt udhældt, vil mørtlen på overfladen af ​​betonen ikke slippe af, og det er usandsynligt, at det resulterer i kvalitetstab.På den anden side forbedrer indtrængning af vand og sulfater fra overfladen med højt indhold ind i det indre af beton med lavt indhold også betonens kvalitet.
Der er tidligere udført flere undersøgelser af sammenhængen mellem pH og massetab i FRP-begrænset beton under erosive forhold.Det meste af forskningen diskuterer hovedsageligt sammenhængen mellem massetab, elasticitetsmodul og styrketab.På fig.7b viser forholdet mellem beton-pH og massetab under tre begrænsninger.En prædiktiv model foreslås til at forudsige betonmassetab ved hjælp af tre retentionsmetoder ved forskellige pH-værdier.Som det kan ses i figur 7b, er Pearsons koefficient høj, hvilket indikerer, at der faktisk er en sammenhæng mellem pH og massetab.De r-kvaderede værdier for ubegrænset, semi-begrænset og fuldt begrænset beton var henholdsvis 0,86, 0,75 og 0,96.Dette indikerer, at pH-ændringen og vægttabet af fuldisoleret beton er relativt lineær under både sulfat- og fryse-tø-forhold.I uindskrænket beton og semi-hermetisk FRP-beton stiger pH-værdien gradvist, efterhånden som cementen reagerer med den vandige opløsning.Som følge heraf ødelægges betonoverfladen gradvist, hvilket fører til vægtløshed.På den anden side ændrer pH-værdien af ​​fuldt lukket beton sig lidt, fordi FRP-laget bremser cementens kemiske reaktion med vandopløsningen.For en fuldt lukket beton er der således ingen synlig overfladeerosion, men den vil tage på i vægt på grund af mætning på grund af absorption af sulfatopløsninger.
På fig.8 viser resultaterne af en SEM-scanning af prøver ætset med natriumsulfat fryse-optøning.Elektronmikroskopi undersøgte prøver indsamlet fra blokke taget fra det ydre lag af betonsøjler.Figur 8a er et scanningselektronmikroskopbillede af ulukket beton før erosion.Det bemærkes, at der er mange huller på overfladen af ​​prøven, som påvirker styrken af ​​selve betonsøjlen før frostoptøning.På fig.8b viser et elektronmikroskopbillede af en fuldt isoleret FRP-betonprøve efter 100 fryse-tø-cyklusser.Revner i prøven på grund af frysning og optøning kan påvises.Overfladen er dog forholdsvis glat, og der er ingen krystaller på den.Derfor er ufyldte revner mere synlige.På fig.8c viser en prøve af semi-hermetisk GRP-beton efter 100 frosterosionscyklusser.Det er tydeligt, at revnerne udvidede sig, og der blev dannet korn mellem revnerne.Nogle af disse partikler binder sig til revner.En SEM-scanning af en prøve af en ubegrænset betonsøjle er vist i figur 8d, et fænomen i overensstemmelse med semi-restriktion.For yderligere at belyse partiklernes sammensætning blev partiklerne i revnerne yderligere forstørret og analyseret ved hjælp af EDS-spektroskopi.Partikler kommer grundlæggende i tre forskellige former.Ifølge energispektrumanalysen er den første type, som vist i figur 9a, en regulær blokkrystal, hovedsageligt sammensat af O, S, Ca og andre elementer.Ved at kombinere de foregående formler (3) og (4) kan det bestemmes, at hovedbestanddelen af ​​materialet er gips (calciumsulfat).Den anden er vist i figur 9b;ifølge energispektrumanalysen er det et nåleformet ikke-retningsbestemt objekt, og dets hovedkomponenter er O, Al, S og Ca.Kombinationsopskrifter viser, at materialet hovedsageligt består af alun.Den tredje blok vist i fig. 9c er en uregelmæssig blok, bestemt ved energispektrumanalyse, hovedsageligt bestående af komponenterne O, Na og S. Det viste sig, at disse hovedsageligt er natriumsulfatkrystaller.Scanningelektronmikroskopi viste, at de fleste hulrum var fyldt med natriumsulfatkrystaller, som vist i figur 9c, sammen med små mængder gips og alun.
Elektronmikroskopiske billeder af prøver før og efter korrosion: (a) åben beton før korrosion;(b) efter korrosion er glasfiberen fuldstændigt forseglet;(c) efter korrosion af GRP semi-lukket beton;(d) efter korrosion af åben beton.
Analysen giver os mulighed for at drage følgende konklusioner.Elektronmikroskopbillederne af de tre prøver var alle 1k× og revner og erosionsprodukter blev fundet og observeret på billederne.Uindskrænket beton har de bredeste revner og indeholder mange korn.FRP-halvtryksbeton er ringere end ikke-trykbeton med hensyn til revnebredde og partikelantal.Fuldt lukket FRP-beton har den mindste revnebredde og ingen partikler efter fryse-tø-erosion.Alt dette indikerer, at fuldt lukket FRP-beton er mindst modtagelig for erosion fra frysning og optøning.Kemiske processer inde i halvlukkede og åbne FRP-betonsøjler fører til dannelse af alun og gips, og sulfatindtrængning påvirker porøsiteten.Mens fryse-tø-cyklusser er hovedårsagen til revner i beton, fylder sulfater og deres produkter nogle af revnerne og porerne i første omgang.Men efterhånden som mængden og tiden for erosion stiger, fortsætter revnerne med at udvide sig, og mængden af ​​dannet alun øges, hvilket resulterer i ekstruderingsrevner.I sidste ende vil fryse-optøning og sulfateksponering reducere kolonnens styrke.