správy

Ďakujeme, že ste navštívili obsah karbónových vlákien zo sklenených vlákien.Používate verziu prehliadača s obmedzenou podporou CSS.Pre najlepší zážitok vám odporúčame použiť aktualizovaný prehliadač (alebo vypnúť režim kompatibility v programe Internet Explorer).Okrem toho, aby sme zabezpečili nepretržitú podporu, zobrazujeme stránku bez štýlov a JavaScriptu.
Polymérom vystužený betón (FRP) sa považuje za inovatívny a ekonomický spôsob opravy konštrukcií.V tejto štúdii boli vybrané dva typické materiály [polymér vystužený uhlíkovými vláknami (CFRP) a polymér vystužený sklenenými vláknami (GFRP)] na štúdium výstužného účinku betónu v drsnom prostredí.Diskutovala sa odolnosť betónu obsahujúceho FRP voči napadnutiu síranmi a súvisiacim cyklom zmrazovania a rozmrazovania.Elektrónová mikroskopia na štúdium povrchovej a vnútornej degradácie betónu počas konjugovanej erózie.Stupeň a mechanizmus korózie síranom sodným boli analyzované pomocou hodnoty pH, SEM elektrónovej mikroskopie a EMF energetického spektra.Skúšky axiálnej pevnosti v tlaku sa použili na vyhodnotenie vystuženia betónových stĺpov viazaných FRP a vzťahy medzi napätím a deformáciou boli odvodené pre rôzne metódy retencie FRP v prostredí s erozívnym spojením.Bola vykonaná analýza chýb na kalibráciu výsledkov experimentálnych testov pomocou štyroch existujúcich prediktívnych modelov.Všetky pozorovania naznačujú, že proces degradácie betónu s obmedzením FRP je zložitý a dynamický pri konjugovaných napätiach.Síran sodný spočiatku zvyšuje pevnosť betónu v surovej forme.Následné cykly zmrazovania a rozmrazovania však môžu zhoršiť praskanie betónu a síran sodný ďalej znižuje pevnosť betónu podporovaním praskania.Navrhuje sa presný numerický model na simuláciu vzťahu medzi napätím a deformáciou, ktorý je kritický pre navrhovanie a hodnotenie životného cyklu betónu viazaného FRP.
Ako inovatívna metóda vystužovania betónu, ktorá sa skúma od 70. rokov 20. storočia, má FRP výhody nízkej hmotnosti, vysokej pevnosti, odolnosti proti korózii, odolnosti proti únave a pohodlnej konštrukcie1,2,3.S klesajúcimi nákladmi sa stáva bežnejším v inžinierskych aplikáciách, ako sú sklenené vlákna (GFRP), uhlíkové vlákna (CFRP), čadičové vlákna (BFRP) a aramidové vlákna (AFRP), ktoré sú najčastejšie používané FRP na vystuženie konštrukcie4, 5 Navrhovaná metóda retencie FRP môže zlepšiť výkonnosť betónu a zabrániť predčasnému zrúteniu.Avšak rôzne vonkajšie prostredia v strojárstve často ovplyvňujú trvanlivosť betónu s obmedzením FRP, čo spôsobuje, že jeho pevnosť je ohrozená.
Niekoľko výskumníkov študovalo zmeny napätia a deformácie v betóne s rôznymi tvarmi a veľkosťami prierezu.Yang a kol.6 zistili, že konečný stres a napätie pozitívne korelujú s rastom hrúbky vláknitého tkaniva.Wu et al.7 získali krivky napätie-deformácia pre betón viazaný FRP použitím rôznych typov vlákien na predpovedanie medzných deformácií a zaťažení.Lin et al.8 zistili, že FRP modely napätia a deformácie pre kruhové, štvorcové, obdĺžnikové a eliptické tyče sa tiež veľmi líšia a vyvinuli nový model napätia a deformácie orientovaný na dizajn využívajúci pomer šírky a polomeru rohu ako parametre.Lam et al.9 pozorovali, že nerovnomerné prekrytie a zakrivenie FRP malo za následok menšie lomové napätie a napätie vo FRP ako pri skúškach ťahom dosky.Okrem toho vedci študovali čiastočné obmedzenia a nové metódy obmedzenia podľa rôznych potrieb dizajnu v reálnom svete.Wang a kol.[10] vykonali skúšky osového tlaku na plnom, čiastočnom a neobmedzenom betóne v troch obmedzených režimoch.Bol vyvinutý model „napätia-deformácia“ a sú uvedené koeficienty obmedzujúceho účinku pre čiastočne uzavretý betón.Wu a kol.11 vyvinul metódu na predpovedanie závislosti napätí a deformácie betónu s obmedzením FRP, ktorá zohľadňuje účinky veľkosti.Moran et al.12 vyhodnotili osové monotónne kompresné vlastnosti betónu s obmedzením pomocou FRP špirálových pásov a odvodili jeho krivky napätie-deformácia.Vyššie uvedená štúdia však skúma najmä rozdiel medzi čiastočne uzavretým betónom a úplne uzavretým betónom.Úloha FRP čiastočne obmedzujúcich betónové úseky nebola podrobne študovaná.
Štúdia navyše hodnotila výkonnosť betónu s obmedzením FRP z hľadiska pevnosti v tlaku, zmeny deformácie, počiatočného modulu pružnosti a modulu deformačného spevnenia za rôznych podmienok.Tijani a kol.13,14 zistili, že opraviteľnosť betónu s obmedzením FRP klesá so zvyšujúcim sa poškodením v experimentoch s opravou FRP na pôvodne poškodenom betóne.Ma a spol.[15] študovali vplyv počiatočného poškodenia na betónové stĺpy viazané FRP a usúdili, že vplyv stupňa poškodenia na pevnosť v ťahu bol zanedbateľný, ale mal významný vplyv na priečne a pozdĺžne deformácie.Avšak Cao a spol.16 pozorované krivky napätie-deformácia a krivky obálky napätie-deformácia betónu s obmedzením FRP ovplyvneného počiatočným poškodením.Okrem štúdií o počiatočnom porušení betónu boli vykonané aj niektoré štúdie o trvanlivosti betónu s obmedzením FRP v drsných podmienkach prostredia.Títo vedci študovali degradáciu betónu s obmedzením FRP v drsných podmienkach a použili techniky hodnotenia poškodenia na vytvorenie modelov degradácie na predpovedanie životnosti.Xie a kol.17 umiestnil betón s obmedzením FRP do hydrotermálneho prostredia a zistil, že hydrotermálne podmienky výrazne ovplyvňujú mechanické vlastnosti FRP, čo má za následok postupné znižovanie jeho pevnosti v tlaku.V acidobázickom prostredí sa rozhranie medzi CFRP a betónom zhoršuje.Ako sa čas ponorenia zvyšuje, rýchlosť uvoľňovania energie deštrukcie CFRP vrstvy výrazne klesá, čo v konečnom dôsledku vedie k deštrukcii medzifázových vzoriek18,19,20.Okrem toho niektorí vedci študovali aj účinky zmrazovania a rozmrazovania na betón s obmedzením FRP.Liu a kol.21 poznamenali, že výstuž z CFRP má dobrú trvanlivosť pri cykloch zmrazovania a rozmrazovania na základe relatívneho dynamického modulu, pevnosti v tlaku a pomeru napätia a deformácie.Okrem toho sa navrhuje model, ktorý je spojený so zhoršením mechanických vlastností betónu.Avšak Peng a kol.22 vypočítali životnosť CFRP a betónových lepidiel pomocou údajov o teplote a cykle zmrazovania a rozmrazovania.Guang a spol.23 vykonala rýchle testy zmrazovania a rozmrazovania betónu a navrhla metódu hodnotenia mrazuvzdornosti na základe hrúbky poškodenej vrstvy pri vystavení mrazu a rozmrazovaniu.Yazdani a kol.24 študoval vplyv FRP vrstiev na prenikanie chloridových iónov do betónu.Výsledky ukazujú, že FRP vrstva je chemicky odolná a izoluje vnútorný betón od vonkajších chloridových iónov.Liu et al.25 simulovali podmienky odlupovacieho testu pre sulfátom korodovaný FRP betón, vytvorili model sklzu a predpovedali degradáciu rozhrania FRP-betón.Wang a kol.26 vytvoril model napätia a deformácie pre sulfátom erodovaný betón s obmedzením FRP prostredníctvom jednoosových tlakových testov.Zhou a kol.[27] študovali poškodenie betónu bez ohraničenia spôsobené kombinovanými cyklami zmrazovania a rozmrazovania soli a po prvýkrát použili logistickú funkciu na opis mechanizmu zlyhania.Tieto štúdie dosiahli významný pokrok v hodnotení trvanlivosti betónu s obmedzením FRP.Väčšina výskumníkov sa však zamerala na modelovanie erozívnych médií za jedného nepriaznivého stavu.Betón je často poškodený v dôsledku súvisiacej erózie spôsobenej rôznymi podmienkami prostredia.Tieto kombinované podmienky prostredia vážne zhoršujú vlastnosti betónu s obmedzením FRP.
Cykly sulfatácie a zmrazovania a rozmrazovania sú dva typické dôležité parametre ovplyvňujúce trvanlivosť betónu.Technológia lokalizácie FRP môže zlepšiť vlastnosti betónu.Je široko používaný v inžinierstve a výskume, ale v súčasnosti má svoje obmedzenia.Niekoľko štúdií sa zameralo na odolnosť betónu s obmedzením FRP voči síranovej korózii v chladných oblastiach.Proces erózie plne uzavretého, polouzavretého a otvoreného betónu síranom sodným a zmrazovaním a rozmrazovaním si zaslúži podrobnejšie štúdium, najmä nová polouzavretá metóda opísaná v tomto článku.Účinok výstuže na betónových stĺpoch bol tiež študovaný výmenou poradia retencie FRP a erózie.Mikrokozmické a makroskopické zmeny vo vzorke spôsobené eróziou väzby boli charakterizované elektrónovým mikroskopom, pH testom, SEM elektrónovým mikroskopom, analýzou energetického spektra EMF a jednoosovým mechanickým testom.Okrem toho sa táto štúdia zaoberá zákonmi upravujúcimi vzťah medzi napätím a deformáciou, ktorý sa vyskytuje pri jednoosovom mechanickom testovaní.Experimentálne overené hodnoty medzného napätia a deformácie boli validované chybovou analýzou pomocou štyroch existujúcich modelov medzného napätia a deformácie.Navrhovaný model dokáže plne predpovedať konečné napätie a pevnosť materiálu, čo je užitočné pre budúcu prax vystužovania FRP.Nakoniec slúži ako koncepčný základ pre koncepciu mrazuvzdornosti betónovej soli FRP.
Táto štúdia hodnotí poškodenie betónu s obmedzením FRP pomocou korózie v síranovom roztoku v kombinácii s cyklami zmrazovania a rozmrazovania.Mikroskopické a makroskopické zmeny spôsobené eróziou betónu boli demonštrované pomocou skenovacej elektrónovej mikroskopie, pH testovania, EDS energetickej spektroskopie a jednoosového mechanického testovania.Okrem toho sa pomocou experimentov s osovým tlakom skúmali mechanické vlastnosti a zmeny napätia a deformácie betónu s obmedzením FRP, ktorý bol vystavený lepenej erózii.
FRP Confined Concrete pozostáva zo surového betónu, FRP vonkajšieho obalového materiálu a epoxidového lepidla.Boli zvolené dva vonkajšie izolačné materiály: CFRP a GRP, vlastnosti materiálov sú uvedené v tabuľke 1. Ako lepidlá boli použité epoxidové živice A a B (zmiešavací pomer 2:1 objemovo).Ryža.1 znázorňuje detaily konštrukcie materiálov betónovej zmesi.Na obrázku 1a bol použitý portlandský cement Swan PO 42,5.Hrubé kamenivo je drvený čadičový kameň s priemerom 5-10 a 10-19 mm, ako je znázornené na obr.1b a c.Ako jemné plnivo na obr. 1g bol použitý prírodný riečny piesok s modulom jemnosti 2,3.Pripravte roztok síranu sodného z granúl bezvodého síranu sodného a určitého množstva vody.
Zloženie betónovej zmesi: a – cement, b – kamenivo 5–10 mm, c – kamenivo 10–19 mm, d – riečny piesok.
Návrhová pevnosť betónu je 30 MPa, čo má za následok sadnutie čerstvého cementového betónu 40 až 100 mm.Pomer betónovej zmesi je uvedený v tabuľke 2 a pomer hrubého kameniva 5-10 mm a 10-20 mm je 3:7.Účinok interakcie s prostredím bol modelovaný tak, že sa najskôr pripravil 10 % roztok NaSO4 a potom sa roztok nalial do komory cyklu zmrazovania a rozmrazovania.
Betónové zmesi sa pripravovali v 0,5 m3 nútenej miešačke a celá dávka betónu sa použila na pokládku požadovaných vzoriek.Najskôr sa pripravia prísady do betónu podľa tabuľky 2 a cement, piesok a hrubé kamenivo sa predmiešajú počas troch minút.Potom rovnomerne rozdeľte vodu a miešajte 5 minút.Ďalej boli vzorky betónu odliate do valcových foriem a zhutnené na vibračnom stole (priemer formy 10 cm, výška 20 cm).
Po vytvrdnutí počas 28 dní boli vzorky zabalené do FRP materiálu.Táto štúdia pojednáva o troch metódach pre železobetónové stĺpy, vrátane úplne uzavretých, čiastočne obmedzených a neobmedzených.Pre obmedzené materiály sa používajú dva typy, CFRP a GFRP.FRP Plne uzavretý FRP betónový plášť, 20 cm vysoký a 39 cm dlhý.Horná a spodná časť betónu viazaného FRP neboli utesnené epoxidom.Semi-hermetický testovací proces ako nedávno navrhnutá vzduchotesná technológia je opísaná nasledovne.
(2) Pomocou pravítka nakreslite na betónovú valcovú plochu čiaru na určenie polohy pásov FRP, vzdialenosť medzi pásmi je 2,5 cm.Potom pásku omotajte okolo betónových plôch, kde FRP nie je potrebné.
(3) Betónový povrch je vyleštený do hladka brúsnym papierom, utretý alkoholovou vlnou a potiahnutý epoxidom.Potom ručne nalepte sklolaminátové pásy na betónový povrch a vytlačte medzery tak, aby sklolaminát plne priľnul k betónovému povrchu a zabránilo sa vzniku vzduchových bublín.Nakoniec prilepte FRP pásy na betónový povrch zhora nadol podľa značiek urobených pravítkom.
(4) Po pol hodine skontrolujte, či sa betón oddelil od FRP.Ak FRP kĺže alebo vyčnieva, treba ho okamžite opraviť.Formované vzorky musia byť vytvrdzované 7 dní, aby sa zabezpečila pevnosť vytvrdnutia.
(5) Po vytvrdnutí použite nožík na odstránenie pásky z povrchu betónu a nakoniec získajte polohermetický betónový stĺp z FRP.
Výsledky pri rôznych obmedzeniach sú znázornené na obr.2. Obrázok 2a zobrazuje úplne uzavretý CFRP betón, Obrázok 2b zobrazuje pologeneralizovaný CFRP betón, Obrázok 2c zobrazuje úplne uzavretý GFRP betón a Obrázok 2d zobrazuje čiastočne viazaný CFRP betón.
Uzavreté typy: a) úplne uzavreté CFRP;b) polouzavreté uhlíkové vlákno;c) úplne uzavreté v sklenených vláknach;d) polouzavreté sklolaminátové vlákno.
Existujú štyri hlavné parametre, ktoré sú navrhnuté tak, aby skúmali vplyv obmedzení FRP a sekvencií erózie na výkon valcov pri kontrole erózie.Tabuľka 3 ukazuje počet vzoriek betónových stĺpov.Vzorky pre každú kategóriu pozostávali z troch identických vzoriek stavu, aby boli údaje konzistentné.Priemer troch vzoriek bol analyzovaný pre všetky experimentálne výsledky v tomto článku.
(1) Vzduchotesný materiál je klasifikovaný ako uhlíkové vlákno alebo sklolaminát.Porovnal sa vplyv dvoch typov vlákien na výstuž betónu.
(2) Metódy zadržiavania betónových stĺpov sa delia na tri typy: plne obmedzené, poloobmedzené a neobmedzené.Odolnosť proti erózii polouzavretých betónových stĺpov bola porovnaná s dvoma ďalšími odrodami.
(3) Podmienky erózie sú cykly zmrazovania a rozmrazovania plus síranový roztok a počet cyklov zmrazovania a rozmrazovania je 0, 50 a 100 krát.Študoval sa vplyv viazanej erózie na betónové stĺpy viazané FRP.
(4) Skúšobné kusy sú rozdelené do troch skupín.Prvou skupinou je ovíjanie FRP a potom korózia, druhou skupinou je najskôr korózia a potom obalenie a treťou skupinou je najprv korózia a potom obalenie a potom korózia.
Experimentálny postup využíva univerzálny testovací stroj, stroj na skúšanie ťahom, jednotku cyklu zmrazovania a rozmrazovania (typ CDR-Z), elektrónový mikroskop, pH meter, tenzometer, posuvné zariadenie, elektrónový mikroskop SEM a EDS analyzátor energetického spektra v tejto štúdii.Vzorka je betónový stĺp s výškou 10 cm a priemerom 20 cm.Betón bol vytvrdený do 28 dní po naliatí a zhutnení, ako je znázornené na obrázku 3a.Všetky vzorky boli po odliatí vyňaté z formy a udržiavané 28 dní pri 18-22 °C a 95 % relatívnej vlhkosti, a potom boli niektoré vzorky zabalené do sklenených vlákien.
Skúšobné metódy: a) zariadenie na udržiavanie konštantnej teploty a vlhkosti;b) stroj s cyklom zmrazovania a rozmrazovania;c) univerzálny testovací stroj;d) pH tester;e) mikroskopické pozorovanie.
Experiment zmrazenie-rozmrazenie používa metódu rýchleho zmrazenia, ako je znázornené na obrázku 3b.Podľa GB/T 50082-2009 „Normy trvanlivosti pre konvenčný betón“ boli vzorky betónu úplne ponorené do 10% roztoku síranu sodného pri 15-20°C na 4 dni pred zmrazením a rozmrazením.Potom sulfátový útok začína a končí súčasne s cyklom zmrazovania a rozmrazovania.Čas cyklu zmrazovania a rozmrazovania je 2 až 4 hodiny a čas rozmrazovania by nemal byť kratší ako 1/4 času cyklu.Teplota vzorky by sa mala udržiavať v rozsahu od (-18±2) do (5±2) °С.Prechod zo zmrazeného stavu na rozmrazovanie by nemal trvať dlhšie ako desať minút.Na štúdium úbytku hmotnosti a zmeny pH roztoku počas 25 cyklov zmrazovania a rozmrazovania sa použili tri valcové identické vzorky z každej kategórie, ako je znázornené na obr. 3d.Po každých 25 cykloch zmrazovania a rozmrazovania boli vzorky odstránené a povrchy vyčistené pred stanovením ich čerstvej hmotnosti (Wd).Všetky experimenty sa uskutočňovali v troch vyhotoveniach vzoriek a na diskusiu o výsledkoch testu sa použili priemerné hodnoty.Vzorce pre stratu hmotnosti a pevnosti vzorky sa určujú takto:
Vo vzorci je ΔWd úbytok hmotnosti (%) vzorky po každých 25 cykloch zmrazovania a rozmrazovania, W0 je priemerná hmotnosť vzorky betónu pred cyklom zmrazovania a rozmrazovania (kg), Wd je priemerná hmotnosť betónu.hmotnosť vzorky po 25 cykloch zmrazovania a rozmrazovania (kg).
Koeficient degradácie pevnosti vzorky je charakterizovaný Kd a vzorec pre výpočet je nasledujúci:
Vo vzorci je ΔKd miera straty pevnosti (%) vzorky po každých 50 cykloch zmrazovania a rozmrazovania, f0 je priemerná pevnosť vzorky betónu pred cyklom zmrazovania a rozmrazovania (MPa), fd je priemerná pevnosť vzorka betónu na 50 cyklov zmrazovania a rozmrazovania (MPa).
Na obr.3c znázorňuje stroj na skúšanie betónu tlakom.V súlade s „Normou pre skúšobné metódy pre fyzikálne a mechanické vlastnosti betónu“ (GBT50081-2019) je definovaná metóda skúšania betónových stĺpov na pevnosť v tlaku.Rýchlosť zaťaženia v kompresnom teste je 0,5 MPa/s a počas testu sa používa kontinuálne a sekvenčné zaťaženie.Vzťah medzi zaťažením a posunutím pre každú vzorku bol zaznamenaný počas mechanického testovania.Na vonkajšie povrchy betónu a FRP vrstiev vzoriek boli pripevnené tenzometre na meranie axiálnych a horizontálnych deformácií.Deformačná bunka sa používa pri mechanickom testovaní na zaznamenávanie zmeny napätia vzorky počas kompresného testu.
Každých 25 cyklov zmrazenia a rozmrazenia sa odobrala vzorka roztoku zmrazenia a rozmrazenia a umiestnila sa do nádoby.Na obr.3d ukazuje test pH roztoku vzorky v nádobe.Mikroskopické vyšetrenie povrchu a prierezu vzorky v podmienkach zmrazenia a rozmrazenia je znázornené na obr. 3d.Stav povrchu rôznych vzoriek po 50 a 100 cykloch zmrazovania a rozmrazovania v síranovom roztoku sa pozoroval pod mikroskopom.Mikroskop využíva 400-násobné zväčšenie.Pri pozorovaní povrchu vzorky sa pozoruje hlavne erózia FRP vrstvy a vonkajšej vrstvy betónu.Pozorovanie prierezu vzorky v podstate vyberá podmienky erózie vo vzdialenosti 5, 10 a 15 mm od vonkajšej vrstvy.Tvorba sulfátových produktov a cykly zmrazovania a rozmrazovania si vyžadujú ďalšie testovanie.Preto bol upravený povrch vybraných vzoriek skúmaný pomocou rastrovacieho elektrónového mikroskopu (SEM) vybaveného energeticky disperzným spektrometrom (EDS).
Vizuálne skontrolujte povrch vzorky elektrónovým mikroskopom a vyberte 400-násobné zväčšenie.Stupeň poškodenia povrchu v polouzavretom a bezškárovom GRP betóne pri cykloch zmrazovania a rozmrazovania a vystavení síranom je pomerne vysoký, zatiaľ čo v plne uzavretom betóne je zanedbateľný.Prvá kategória sa týka výskytu erózie voľne tečúceho betónu síranom sodným a 0 až 100 cyklov zmrazovania a rozmrazovania, ako je znázornené na obr. 4a.Vzorky betónu bez vystavenia mrazu majú hladký povrch bez viditeľných znakov.Po 50 eróziách sa miazgový blok na povrchu čiastočne odlúpol, čím sa obnažila biela škrupina miazgy.Po 100 eróziách škrupiny roztokov pri vizuálnej kontrole betónového povrchu úplne odpadli.Mikroskopické pozorovanie ukázalo, že povrch betónu erodovaného mrazom-topením bol hladký a povrchové kamenivo a malta boli v rovnakej rovine.Nerovný, drsný povrch bol pozorovaný na betónovom povrchu erodovanom 50 cyklami zmrazovania a rozmrazovania.Dá sa to vysvetliť tým, že časť malty je zničená a na povrchu, ktorý je zložený hlavne z kameniva, malty a bielych kryštálov, priľne malé množstvo bielych zrnitých kryštálov.Po 100 cykloch zmrazovania a rozmrazovania sa na povrchu betónu objavila veľká plocha bielych kryštálov, zatiaľ čo tmavé hrubé kamenivo bolo vystavené vonkajšiemu prostrediu.V súčasnosti je na povrchu betónu prevažne odkryté kamenivo a biele kryštály.
Morfológia erózneho mrznúce-rozmrazujúceho betónového stĺpa: (a) neobmedzený betónový stĺp;b) polouzavretý betón vystužený uhlíkovými vláknami;(c) GRP polouzavretý betón;(d) úplne uzavretý CFRP betón;(e) GRP betónový polouzavretý betón.
Druhou kategóriou je korózia polohermetických CFRP a GRP betónových stĺpov pri cykloch zmrazovania a rozmrazovania a vystavení síranom, ako je znázornené na obr. 4b, c.Vizuálna kontrola (1x zväčšenie) ukázala, že na povrchu vláknitej vrstvy sa postupne vytvoril biely prášok, ktorý rýchlo opadol so zvyšujúcim sa počtom cyklov zmrazovania a rozmrazovania.Neobmedzená povrchová erózia semihermetického FRP betónu sa stala výraznejšou so zvyšujúcim sa počtom cyklov zmrazovania a rozmrazovania.Viditeľný fenomén „nadúvania“ (otvorený povrch riešenia betónového stĺpa je na pokraji kolapsu).Avšak jav odlupovania je čiastočne brzdený susedným povlakom z uhlíkových vlákien).Pod mikroskopom sa syntetické uhlíkové vlákna javia ako biele vlákna na čiernom pozadí pri 400-násobnom zväčšení.Vďaka okrúhlemu tvaru vlákien a vystaveniu nerovnomernému svetlu sa javia ako biele, ale samotné zväzky uhlíkových vlákien sú čierne.Sklolaminát má spočiatku podobu bielej nite, ale po kontakte s lepidlom sa stáva transparentným a stav betónu vo vnútri sklolaminátu je jasne viditeľný.Sklolaminát je žiarivo biely a spojivo je žltkasté.Obidva majú veľmi svetlú farbu, takže farba lepidla skryje vlákna sklenených vlákien, čím celkový vzhľad získa žltkastý odtieň.Uhlíkové a sklenené vlákna sú chránené pred poškodením vonkajšou epoxidovou živicou.Keď sa počet útokov zmrazovania a rozmrazovania zvyšoval, na povrchu bolo viditeľných viac dutín a niekoľko bielych kryštálov.So zvyšujúcim sa cyklom zmrazovania síranov sa spojivo postupne stenčuje, žltkastá farba mizne a vlákna sú viditeľné.
Treťou kategóriou je korózia úplne uzavretého CFRP a GRP betónu pri cykloch zmrazovania a rozmrazovania a vystavení síranom, ako je znázornené na obr. 4d, napr.Pozorované výsledky sú opäť podobné výsledkom pre druhý typ viazaného úseku betónového stĺpa.
Porovnajte javy pozorované po použití troch vyššie opísaných metód zadržiavania.Vláknité tkanivá v plne izolovanom FRP betóne zostávajú stabilné, keď sa počet cyklov zmrazovania a rozmrazovania zvyšuje.Na druhej strane vrstva lepiaceho krúžku je na povrchu tenšia.Epoxidové živice väčšinou reagujú s aktívnymi vodíkovými iónmi v kyseline sírovej s otvoreným kruhom a takmer nereagujú so síranmi28.Dá sa teda uvažovať, že erózia mení hlavne vlastnosti adhéznej vrstvy v dôsledku cyklov zmrazovania a rozmrazovania, čím sa mení zosilňujúci účinok FRP.Betónový povrch FRP polohermetického betónu má rovnaký jav erózie ako neobmedzený betónový povrch.Jeho FRP vrstva zodpovedá FRP vrstve úplne uzavretého betónu a poškodenie nie je zrejmé.V polouzavretom GRP betóne však vznikajú rozsiahle erózne trhliny tam, kde sa pásy vlákien pretínajú s pohľadovým betónom.S rastúcim počtom cyklov zmrazovania a rozmrazovania sa erózia exponovaných betónových povrchov stáva závažnejšou.
Vnútorné časti úplne uzavretého, polouzavretého a neobmedzeného FRP betónu vykazovali významné rozdiely, keď boli vystavené cyklom zmrazovania a rozmrazovania a vystaveniu síranovým roztokom.Vzorka bola narezaná priečne a prierez bol pozorovaný pomocou elektrónového mikroskopu pri 400-násobnom zväčšení.Na obr.5 ukazuje mikroskopické snímky vo vzdialenosti 5 mm, 10 mm a 15 mm od hranice medzi betónom a maltou.Bolo pozorované, že keď sa roztok síranu sodného kombinuje so zmrazením a roztopením, poškodenie betónu sa postupne rozkladá z povrchu do vnútra.Pretože podmienky vnútornej erózie CFRP a betónu s obmedzením GFRP sú rovnaké, táto časť neporovnáva tieto dva ochranné materiály.
Mikroskopické pozorovanie vnútra betónovej časti stĺpa: (a) úplne obmedzené sklenenými vláknami;b) polouzavreté sklenenými vláknami;c) neobmedzené.
Vnútorná erózia FRP plne uzavretého betónu je znázornená na obr.5a.Trhliny sú viditeľné na 5 mm, povrch je pomerne hladký, nedochádza ku kryštalizácii.Povrch je hladký, bez kryštálov, hrúbka 10 až 15 mm.Vnútorná erózia FRP polohermetického betónu je znázornená na obr.5 B. Praskliny a biele kryštály sú viditeľné pri 5 mm a 10 mm a povrch je hladký pri 15 mm.Obrázok 5c znázorňuje rezy betónových FRP stĺpov, kde sa našli trhliny 5, 10 a 15 mm.Niekoľko bielych kryštálov v trhlinách sa postupne riedilo, keď sa trhliny presúvali z vonkajšej strany betónu dovnútra.Najväčšiu eróziu vykazovali nekonečné betónové stĺpy, po ktorých nasledovali polospevnené betónové stĺpy FRP.Síran sodný mal malý vplyv na vnútro úplne uzavretých vzoriek betónu FRP počas 100 cyklov zmrazovania a rozmrazovania.To naznačuje, že hlavnou príčinou erózie plne obmedzeného betónu FRP je spojená erózia mrazom a rozmrazovaním počas určitého časového obdobia.Pozorovanie prierezu ukázalo, že rez bezprostredne pred zmrazením a rozmrazením bol hladký a bez agregátov.Keď betón mrzne a topí, sú viditeľné trhliny, to isté platí pre kamenivo a biele zrnité kryštály sú husto pokryté trhlinami.Štúdie27 ukázali, že keď sa betón umiestni do roztoku síranu sodného, ​​síran sodný prenikne do betónu, z ktorých niektoré sa vyzrážajú ako kryštály síranu sodného a niektoré budú reagovať s cementom.Kryštály síranu sodného a reakčné produkty vyzerajú ako biele granule.
FRP úplne obmedzuje trhliny v betóne pri konjugovanej erózii, ale rez je hladký bez kryštalizácie.Na druhej strane, FRP polouzavreté a neobmedzené betónové profily vyvinuli vnútorné trhliny a kryštalizáciu pod konjugovanou eróziou.Podľa popisu na obrázku a predchádzajúcich štúdií29 je spoločný proces erózie neobmedzeného a poloobmedzeného FRP betónu rozdelený do dvoch etáp.Prvá fáza praskania betónu je spojená s expanziou a kontrakciou počas zmrazovania a topenia.Keď síran prenikne do betónu a stane sa viditeľným, príslušný síran vyplní trhliny vzniknuté zmrašťovaním pri reakciách mrazu, topenia a hydratácie.Preto má síran v ranom štádiu špeciálny ochranný účinok na betón a môže do určitej miery zlepšiť mechanické vlastnosti betónu.Druhý stupeň síranového napadnutia pokračuje, preniká do trhlín alebo dutín a reaguje s cementom za vzniku kamenca.V dôsledku toho sa trhlina zväčšuje a spôsobuje poškodenie.Počas tejto doby expanzné a kontrakčné reakcie spojené so zmrazovaním a rozmrazovaním zhoršia vnútorné poškodenie betónu, čo má za následok zníženie únosnosti.
Na obr.6 sú znázornené zmeny pH roztokov na impregnáciu betónu pre tri obmedzené metódy monitorované po 0, 25, 50, 75 a 100 cykloch zmrazovania a rozmrazovania.Neobmedzené a polouzavreté betónové malty FRP vykazovali najrýchlejší nárast pH z 0 na 25 cyklov zmrazovania a rozmrazovania.Ich hodnoty pH sa zvýšili zo 7,5 na 11,5 a 11,4.Keď sa počet cyklov zmrazovania a rozmrazovania zvyšoval, nárast pH sa po 25 až 100 cykloch zmrazovania a rozmrazovania postupne spomalil.Ich hodnoty pH sa zvýšili z 11,5 a 11,4 na 12,4 a 11,84.Pretože plne spojený FRP betón pokrýva FRP vrstvu, je ťažké preniknúť do roztoku síranu sodného.Súčasne je pre cementovú kompozíciu ťažké preniknúť do vonkajších roztokov.Takto sa pH postupne zvýšilo zo 7,5 na 8,0 medzi 0 a 100 cyklami zmrazenia a rozmrazenia.Dôvod zmeny pH sa analyzuje nasledovne.Kremičitan v betóne sa spája s vodíkovými iónmi vo vode za vzniku kyseliny kremičitej a zvyšný OH- zvyšuje pH nasýteného roztoku.Zmena pH bola výraznejšia medzi 0 až 25 cyklami zmrazenia a rozmrazenia a menej výrazná medzi 25 až 100 cyklami zmrazenia a rozmrazenia30.Tu sa však zistilo, že pH sa naďalej zvyšovalo po 25 až 100 cykloch zmrazovania a rozmrazovania.To možno vysvetliť skutočnosťou, že síran sodný chemicky reaguje s vnútrom betónu a mení pH roztoku.Analýza chemického zloženia ukazuje, že betón reaguje so síranom sodným nasledujúcim spôsobom.
Vzorce (3) a (4) ukazujú, že síran sodný a hydroxid vápenatý v cemente tvoria sadru (síran vápenatý) a síran vápenatý ďalej reaguje s metahlinitanom vápenatým v cemente za vzniku kryštálov kamenca.Reakcia (4) je sprevádzaná tvorbou zásaditého OH-, čo vedie k zvýšeniu pH.Taktiež, keďže táto reakcia je reverzibilná, pH v určitom čase stúpa a mení sa pomaly.
Na obr.7a ukazuje stratu hmotnosti úplne uzavretého, polouzavretého a prepojeného GRP betónu počas cyklov zmrazovania a rozmrazovania v síranovom roztoku.Najviditeľnejšou zmenou v strate hmoty je betón bez obmedzenia.Neobmedzený betón stratil asi 3,2 % svojej hmoty po 50 útokoch zmrazovaním a rozmrazovaním a asi 3,85 % po 100 útokoch zmrazovaním a rozmrazovaním.Výsledky ukazujú, že vplyv konjugovanej erózie na kvalitu voľne tečúceho betónu klesá so zvyšujúcim sa počtom cyklov zmrazovania a rozmrazovania.Pri pozorovaní povrchu vzorky sa však zistilo, že strata malty po 100 cykloch zmrazovania a rozmrazovania bola väčšia ako po 50 cykloch zmrazovania a rozmrazovania.V kombinácii so štúdiami v predchádzajúcej časti možno predpokladať, že prenikanie síranov do betónu vedie k spomaleniu straty hmoty.Medzitým interne generovaný kamenec a sadra tiež vedú k pomalšiemu úbytku hmotnosti, ako predpovedajú chemické rovnice (3) a (4).
Zmena hmotnosti: a) vzťah medzi zmenou hmotnosti a počtom cyklov zmrazovania a rozmrazovania;b) vzťah medzi zmenou hmotnosti a hodnotou pH.
Zmena úbytku hmotnosti FRP polohermetického betónu najskôr klesá a potom sa zvyšuje.Po 50 cykloch zmrazovania a rozmrazovania je strata hmoty polohermetického sklovláknitého betónu asi 1,3 %.Strata hmotnosti po 100 cykloch bola 0,8 %.Preto možno konštatovať, že síran sodný preniká do voľne tečúceho betónu.Okrem toho pozorovanie povrchu testovaného kusu tiež ukázalo, že pásiky vlákien môžu odolať odlupovaniu malty na otvorenom priestranstve, čím sa zníži strata hmotnosti.
Zmena straty hmoty úplne uzavretého betónu FRP sa líši od prvých dvoch.omša nestráca, ale pridáva.Po 50 eróziách mrazu-topenia sa hmota zväčšila asi o 0,08 %.Po 100-krát sa jeho hmotnosť zvýšila o približne 0,428%.Keďže betón je úplne naliaty, malta na povrchu betónu sa neodlepí a je nepravdepodobné, že by to viedlo k strate kvality.Na druhej strane, prienik vody a síranov z povrchu s vysokým obsahom do vnútra betónu s nízkym obsahom tiež zlepšuje kvalitu betónu.
V minulosti bolo vykonaných niekoľko štúdií o vzťahu medzi pH a stratou hmoty v betóne s obmedzením FRP v eróznych podmienkach.Väčšina výskumov diskutuje hlavne o vzťahu medzi stratou hmoty, modulom pružnosti a stratou sily.Na obr.7b ukazuje vzťah medzi pH betónu a stratou hmoty pri troch obmedzeniach.Navrhuje sa prediktívny model na predpovedanie straty hmoty betónu pomocou troch retenčných metód pri rôznych hodnotách pH.Ako je možné vidieť na obrázku 7b, Pearsonov koeficient je vysoký, čo naznačuje, že medzi pH a stratou hmotnosti skutočne existuje korelácia.Hodnoty r-kvadrátu pre betón bez obmedzenia, čiastočne s obmedzením a pre betón s úplným obmedzením boli 0,86, 0,75 a 0,96.To naznačuje, že zmena pH a strata hmotnosti plne izolovaného betónu sú relatívne lineárne v podmienkach síranu aj mrazu-rozmrazovania.V betóne bez obmedzenia a semihermetickom FRP betóne sa pH postupne zvyšuje, keď cement reaguje s vodným roztokom.V dôsledku toho sa betónový povrch postupne ničí, čo vedie k stavu beztiaže.Na druhej strane sa pH úplne uzavretého betónu mení len málo, pretože vrstva FRP spomaľuje chemickú reakciu cementu s vodným roztokom.V prípade úplne uzavretého betónu teda nedochádza k žiadnej viditeľnej povrchovej erózii, ale naberá na váhe v dôsledku nasýtenia v dôsledku absorpcie síranových roztokov.
Na obr.8 ukazuje výsledky SEM skenu vzoriek leptaných síranom sodným, zmrazením a rozmrazením.Elektrónová mikroskopia skúmala vzorky odobraté z blokov odobratých z vonkajšej vrstvy betónových stĺpov.Obrázok 8a je snímka neuzavretého betónu pred eróziou zo skenovacieho elektrónového mikroskopu.Je potrebné poznamenať, že na povrchu vzorky je veľa otvorov, ktoré ovplyvňujú pevnosť samotného betónového stĺpa pred rozmrazovaním.Na obr.8b znázorňuje snímku úplne izolovanej vzorky betónu z FRP po 100 cykloch zmrazovania a rozmrazovania z elektrónového mikroskopu.Vo vzorke môžu byť zistené trhliny spôsobené zmrazením a rozmrazením.Povrch je však pomerne hladký a nenachádzajú sa na ňom žiadne kryštály.Preto sú nevyplnené trhliny viditeľnejšie.Na obr.8c ukazuje vzorku semihermetického GRP betónu po 100 cykloch mrazovej erózie.Je zrejmé, že trhliny sa rozšírili a medzi trhlinami sa vytvorili zrnká.Niektoré z týchto častíc sa prichytia k prasklinám.SEM sken vzorky betónového stĺpa bez obmedzenia je znázornený na obrázku 8d, čo je jav konzistentný s poloobmedzením.Na ďalšie objasnenie zloženia častíc boli častice v trhlinách ďalej zväčšené a analyzované pomocou EDS spektroskopie.Častice v podstate prichádzajú v troch rôznych tvaroch.Podľa analýzy energetického spektra je prvým typom, ako je znázornené na obrázku 9a, pravidelný blokový kryštál, zložený hlavne z O, S, Ca a ďalších prvkov.Kombináciou predchádzajúcich vzorcov (3) a (4) možno určiť, že hlavnou zložkou materiálu je sadra (síran vápenatý).Druhý je znázornený na obrázku 9b;podľa analýzy energetického spektra ide o ihličkovitý nesmerový objekt a jeho hlavnými zložkami sú O, Al, S a Ca.Kombinované receptúry ukazujú, že materiál pozostáva hlavne z kamenca.Tretí blok zobrazený na obr. 9c je nepravidelný blok, určený analýzou energetického spektra, pozostávajúci najmä zo zložiek O, Na a S. Ukázalo sa, že ide najmä o kryštály síranu sodného.Skenovacia elektrónová mikroskopia ukázala, že väčšina dutín bola vyplnená kryštálmi síranu sodného, ​​ako je znázornené na obrázku 9c, spolu s malými množstvami sadry a kamenca.
Snímky vzoriek z elektrónového mikroskopu pred a po korózii: a) otvorený betón pred koróziou;b) po korózii je sklolaminát úplne utesnený;(c) po korózii GRP polouzavretého betónu;d) po korózii otvoreného betónu.
Analýza nám umožňuje vyvodiť nasledujúce závery.Snímky troch vzoriek z elektrónového mikroskopu boli všetky 1k× a na snímkach sa našli a pozorovali praskliny a produkty erózie.Neobmedzený betón má najširšie trhliny a obsahuje veľa zŕn.Polotlakový betón FRP je horší ako netlakový betón, pokiaľ ide o šírku trhlín a počet častíc.Plne uzavretý FRP betón má najmenšiu šírku trhlín a žiadne častice po erózii mrazom-topením.To všetko naznačuje, že úplne uzavretý FRP betón je najmenej náchylný na eróziu v dôsledku mrazu a topenia.Chemické procesy vo vnútri polouzavretých a otvorených FRP betónových stĺpov vedú k tvorbe kamenca a sadry a prienik síranov ovplyvňuje pórovitosť.Zatiaľ čo cykly zmrazovania a rozmrazovania sú hlavnou príčinou praskania betónu, sírany a ich produkty v prvom rade vypĺňajú niektoré trhliny a póry.Avšak so zvyšujúcim sa množstvom a časom erózie sa trhliny ďalej rozširujú a objem vytvoreného kamenca sa zvyšuje, čo vedie k prasklinám spôsobeným vytláčaním.V konečnom dôsledku zmrazovanie-rozmrazovanie a vystavenie síranu zníži pevnosť kolóny.