žinios

Dėkojame, kad apsilankėte išsklaidykite stiklo pluošto kabrono pluošto turinį.Naudojate naršyklės versiją su ribotu CSS palaikymu.Norėdami gauti geriausią patirtį, rekomenduojame naudoti atnaujintą naršyklę (arba išjungti suderinamumo režimą „Internet Explorer“).Be to, norėdami užtikrinti nuolatinį palaikymą, svetainę rodome be stilių ir JavaScript.
Polimeriniu armuotu betonu (FRP) laikomas naujoviškas ir ekonomiškas konstrukcijų remonto būdas.Šiame tyrime buvo pasirinktos dvi tipiškos medžiagos [anglies pluoštu sustiprintas polimeras (CFRP) ir stiklo pluoštu sustiprintas polimeras (GFRP)], siekiant ištirti betono armuojamąjį poveikį atšiaurioje aplinkoje.Buvo aptartas betono, kurio sudėtyje yra FRP, atsparumas sulfatų poveikiui ir susijusiems užšalimo-atšildymo ciklams.Elektroninė mikroskopija, skirta tirti betono paviršių ir vidinę degradaciją konjuguotos erozijos metu.Natrio sulfato korozijos laipsnis ir mechanizmas buvo analizuojami pagal pH vertę, SEM elektronų mikroskopiją ir EMF energijos spektrą.FRP suvaržytų betoninių kolonų armatūrai įvertinti buvo naudojami ašiniai gniuždymo stiprio bandymai, o įtempių ir deformacijų ryšiai buvo išvesti įvairiems FRP sulaikymo erozinėje susietoje aplinkoje metodams.Klaidų analizė buvo atlikta eksperimentinių bandymų rezultatams kalibruoti naudojant keturis esamus nuspėjamuosius modelius.Visi stebėjimai rodo, kad betono, kurio sudėtyje yra FRP, skilimo procesas yra sudėtingas ir dinamiškas esant konjuguotų įtempių poveikiui.Natrio sulfatas iš pradžių padidina neapdoroto betono stiprumą.Tačiau vėlesni užšalimo ir atšildymo ciklai gali sustiprinti betono įtrūkimus, o natrio sulfatas dar labiau sumažina betono stiprumą, skatindamas įtrūkimą.Siūlomas tikslus skaitmeninis modelis, skirtas imituoti įtempių ir deformacijų ryšį, kuris yra labai svarbus projektuojant ir įvertinant FRP suvaržyto betono gyvavimo ciklą.
Kaip novatoriškas betono armavimo metodas, tyrinėtas nuo 1970 m., FRP turi lengvo svorio, didelio stiprumo, atsparumo korozijai, atsparumo nuovargiui ir patogios konstrukcijos pranašumus1,2,3.Mažėjant išlaidoms, jis vis dažniau naudojamas inžinerijos srityse, tokiose kaip stiklo pluoštas (GFRP), anglies pluoštas (CFRP), bazalto pluoštas (BFRP) ir aramido pluoštas (AFRP), kurie yra dažniausiai naudojami FRP konstrukcijų sutvirtinimui4, 5 Siūlomas FRP sulaikymo metodas gali pagerinti betono veikimą ir išvengti ankstyvo griūties.Tačiau įvairios išorinės aplinkos mechanikos inžinerijoje dažnai turi įtakos betono su FRP patvarumu, todėl sumažėja jo stiprumas.
Keletas mokslininkų ištyrė skirtingų skerspjūvio formų ir dydžių betono įtempių ir deformacijų pokyčius.Yang ir kt.6 nustatyta, kad galutinis įtempis ir deformacija teigiamai koreliavo su pluoštinio audinio storio augimu.Wu ir kt. 7 gavo FRP suvaržyto betono įtempių ir deformacijų kreives, naudodami įvairius pluošto tipus, kad būtų galima numatyti ribines deformacijas ir apkrovas.Lin ir kt.8 nustatė, kad apvalių, kvadratinių, stačiakampių ir elipsinių strypų FRP įtempių deformacijų modeliai taip pat labai skiriasi, ir sukūrė naują į dizainą orientuotą įtempių deformacijų modelį, naudodamas pločio ir kampo spindulio santykį kaip parametrus.Lam ir kt.9 pastebėjo, kad netolygus FRP persidengimas ir kreivumas sąlygojo mažesnę FRP lūžio įtempimą ir įtempimą nei atliekant plokštės tempimo bandymus.Be to, mokslininkai ištyrė dalinius apribojimus ir naujus apribojimų metodus pagal skirtingus realaus pasaulio projektavimo poreikius.Wang ir kt.[10] atliko ašinio gniuždymo bandymus visiškai, iš dalies ir neapribotam betonui trimis ribotais režimais.Sukurtas „įtempių ir deformacijų“ modelis ir pateikti iš dalies uždaro betono ribojamojo poveikio koeficientai.Wu ir kt.11 sukūrė FRP suvaržyto betono priklausomybės nuo įtempių ir deformacijų prognozavimo metodą, kuriame atsižvelgiama į dydžio poveikį.Moranas ir kt.12 įvertino suvaržyto betono su FRP spiralinėmis juostomis ašinio monotoninio gniuždymo savybes ir išvedė jo įtempių ir deformacijų kreives.Tačiau aukščiau pateiktame tyrime daugiausia nagrinėjamas skirtumas tarp iš dalies uždaro betono ir visiškai uždaro betono.FRP, iš dalies ribojančių betonines dalis, vaidmuo nebuvo išsamiai ištirtas.
Be to, tyrime buvo vertinamos FRP riboto betono eksploatacinės savybės gniuždomojo stiprio, deformacijos pokyčio, pradinio tamprumo modulio ir tempimo kietėjimo modulio požiūriu įvairiomis sąlygomis.Tijani ir kt.13,14 nustatė, kad FRP riboto betono taisomumas mažėja didėjant FRP remonto eksperimentams su iš pradžių pažeistu betonu.Ma ir kt.[15] ištyrė pradinio pažeidimo poveikį FRP suvaržytoms betoninėms kolonoms ir manė, kad pažeidimo laipsnio įtaka tempimo stipriui buvo nereikšminga, tačiau turėjo reikšmingos įtakos šoninėms ir išilginėms deformacijoms.Tačiau Cao ir kt.16 pastebėtos FRP suvaržyto betono, paveikto pradinio pažeidimo, įtempių ir deformacijų kreivės ir įtempių ir deformacijų gaubtinės kreivės.Be pradinio betono gedimo tyrimų, taip pat buvo atlikti kai kurie FRP riboto betono patvarumo atšiauriomis aplinkos sąlygomis tyrimai.Šie mokslininkai ištyrė betono, kurio sudėtyje yra FRP, skilimą atšiauriomis sąlygomis ir naudojo žalos įvertinimo metodus, kad sukurtų degradacijos modelius, kad būtų galima numatyti tarnavimo laiką.Xie ir kt.17 patalpino FRP suvaržytą betoną į hidroterminę aplinką ir nustatė, kad hidroterminės sąlygos reikšmingai paveikė FRP mechanines savybes, todėl laipsniškai mažėjo jo gniuždymo stipris.Rūgščių-šarmų aplinkoje pablogėja sąsaja tarp CFRP ir betono.Didėjant panardinimo laikui, CFRP sluoksnio sunaikinimo energijos išsiskyrimo greitis žymiai sumažėja, o tai galiausiai lemia sąsajos mėginių sunaikinimą 18, 19, 20.Be to, kai kurie mokslininkai taip pat tyrė užšalimo ir atitirpimo poveikį betonui, kurio sudėtyje yra FRP.Liu ir kt.21 pažymėjo, kad CFRP armatūra pasižymi dideliu patvarumu užšalimo-atšildymo ciklais, remiantis santykiniu dinaminiu moduliu, gniuždymo stipriu ir įtempių ir deformacijų santykiu.Be to, siūlomas modelis, susietas su betono mechaninių savybių pablogėjimu.Tačiau Peng ir kt.22 apskaičiavo CFRP ir betono klijų tarnavimo laiką, naudodamas temperatūros ir užšalimo-atšildymo ciklo duomenis.Guang ir kt.23 atliko greituosius betono užšalimo-atšilimo bandymus ir pasiūlė atsparumo šalčiui įvertinimo metodą, pagrįstą pažeisto sluoksnio storiu šaldant ir atšilus.Yazdani ir kt.24 tyrė FRP sluoksnių įtaką chlorido jonų skverbimuisi į betoną.Rezultatai rodo, kad FRP sluoksnis yra chemiškai atsparus ir izoliuoja vidinį betoną nuo išorinių chlorido jonų.Liu et al.25 imitavo sulfato korozijos turinčio FRP betono lupimo bandymo sąlygas, sukūrė slydimo modelį ir numatė FRP ir betono sąsajos degradaciją.Wang ir kt.26 atliktas vienaašis suspaudimo bandymas, sukurtas FRP suvaržyto sulfato erozuoto betono įtempių ir deformacijų modelis.Zhou ir kt.[27] tyrė neapdoroto betono žalą, kurią sukelia kombinuoti druskos užšalimo-atšildymo ciklai, ir pirmą kartą panaudojo logistinę funkciją, kad apibūdintų gedimo mechanizmą.Šie tyrimai padarė didelę pažangą vertinant betono su FRP patvarumu.Tačiau dauguma tyrinėtojų sutelkė dėmesį į erozinės terpės modeliavimą esant vienai nepalankiai sąlygai.Betonas dažnai pažeidžiamas dėl su tuo susijusios erozijos, kurią sukelia įvairios aplinkos sąlygos.Šios kombinuotos aplinkos sąlygos labai pablogina betono, kurio sudėtyje yra FRP, veikimą.
Sulfacijos ir užšalimo-atšildymo ciklai yra du tipiški svarbūs parametrai, turintys įtakos betono patvarumui.FRP lokalizavimo technologija gali pagerinti betono savybes.Jis plačiai naudojamas inžinerijoje ir moksliniuose tyrimuose, tačiau šiuo metu turi savo apribojimų.Keletas tyrimų buvo sutelkti į FRP apriboto betono atsparumą sulfato korozijai šaltuose regionuose.Visiškai uždaro, pusiau uždaro ir atviro betono erozijos natrio sulfatu ir užšalimo-atšildymo procesas nusipelno išsamesnio tyrimo, ypač šiame straipsnyje aprašytas naujas pusiau uždaras metodas.Armatūros poveikis betoninėms kolonoms taip pat buvo tiriamas keičiant FRP sulaikymo ir erozijos tvarką.Ryšio erozijos sukelti mikrokosminiai ir makroskopiniai mėginio pokyčiai buvo apibūdinti elektroniniu mikroskopu, pH testu, SEM elektroniniu mikroskopu, EML energijos spektro analize ir vienaašiu mechaniniu bandymu.Be to, šiame tyrime aptariami dėsniai, reglamentuojantys įtempių ir deformacijų ryšį, atsirandantį atliekant vienaašį mechaninį bandymą.Eksperimentiškai patikrintos ribinių įtempių ir deformacijų vertės buvo patvirtintos klaidų analize, naudojant keturis esamus ribinių įtempių ir deformacijų modelius.Siūlomas modelis gali visiškai numatyti didžiausią medžiagos įtempimą ir stiprumą, o tai naudinga būsimai FRP sutvirtinimo praktikai.Galiausiai, tai yra koncepcinis FRP betono druskos atsparumo šalčiui koncepcijos pagrindas.
Šiame tyrime vertinamas FRP riboto betono nusidėvėjimas naudojant sulfato tirpalo koroziją kartu su užšalimo-atšildymo ciklais.Mikroskopiniai ir makroskopiniai pokyčiai, kuriuos sukelia betono erozija, buvo įrodyti naudojant skenuojančią elektroninę mikroskopiją, pH testą, EDS energijos spektroskopiją ir vienaašį mechaninį bandymą.Be to, naudojant ašinio suspaudimo eksperimentus, buvo ištirtos FRP suvaržyto betono, kuriam buvo atlikta surišta erozija, mechaninės savybės ir įtempių ir deformacijų pokyčiai.
FRP Confined Concrete susideda iš neapdoroto betono, FRP išorinės apvyniojimo medžiagos ir epoksidinių klijų.Pasirinktos dvi išorinės izoliacinės medžiagos: CFRP ir GRP, medžiagų savybės pateiktos 1 lentelėje. Kaip klijai buvo naudojamos epoksidinės dervos A ir B (maišymo santykis 2:1 pagal tūrį).Ryžiai.1 iliustruoja betono mišinio medžiagų konstrukcijos detales.1a paveiksle buvo naudojamas Swan PO 42.5 portlandcementis.Šiurkščiavilnių užpildai yra susmulkintas bazalto akmuo, kurio skersmuo yra atitinkamai 5-10 ir 10-19 mm, kaip parodyta pav.1b ir c.Kaip smulkus užpildas 1g pav. naudojamas natūralus upės smėlis, kurio smulkumo modulis yra 2,3.Paruoškite natrio sulfato tirpalą iš bevandenio natrio sulfato granulių ir tam tikro vandens kiekio.
Betono mišinio sudėtis: a – cementas, b – užpildas 5–10 mm, c – užpildas 10–19 mm, d – upės smėlis.
Betono projektinis stipris yra 30 MPa, todėl šviežio cementinio betono nusėdimas yra nuo 40 iki 100 mm.Betono mišinio santykis parodytas 2 lentelėje, o stambaus užpildo 5-10 mm ir 10-20 mm santykis yra 3:7.Sąveikos su aplinka poveikis buvo modeliuojamas iš pradžių ruošiant 10% NaSO4 tirpalą, o po to tirpalą pilant į užšalimo-atšildymo ciklo kamerą.
Betono mišiniai buvo ruošiami 0,5 m3 priverstiniu maišytuvu ir visa betono partija sunaudota reikiamiems mėginiams kloti.Pirmiausia betono ingredientai paruošiami pagal 2 lentelę, o cementas, smėlis ir stambiagrūdis užpildas maišomas tris minutes.Tada tolygiai paskirstykite vandenį ir maišykite 5 minutes.Toliau betono pavyzdžiai buvo liejami į cilindrines formas ir sutankinami ant vibruojančio stalo (formos skersmuo 10 cm, aukštis 20 cm).
Po 28 dienų kietėjimo mėginiai buvo apvynioti FRP medžiaga.Šiame tyrime aptariami trys gelžbetoninių kolonų metodai, įskaitant visiškai uždaras, pusiau suvaržytas ir neapribotas.Dviejų tipų, CFRP ir GFRP, naudojami ribotoms medžiagoms.FRP Visiškai uždaras FRP betoninis apvalkalas, 20 cm aukščio ir 39 cm ilgio.FRP surišto betono viršus ir apačia nebuvo sandarinami epoksidine danga.Pusiau hermetiškas bandymo procesas, kaip neseniai pasiūlyta hermetiška technologija, aprašomas taip.
(2) Naudodami liniuotę, nubrėžkite liniją ant betoninio cilindrinio paviršiaus, kad nustatytumėte FRP juostų padėtį, atstumas tarp juostų yra 2,5 cm.Tada apvyniokite juosta aplink betonines vietas, kuriose FRP nereikia.
(3) Betono paviršius šlifuojamas švitriniu popieriumi, nušluostomas spiritine vata ir padengtas epoksidine derva.Tada rankiniu būdu priklijuokite stiklo pluošto juosteles ant betono paviršiaus ir išspauskite tarpus, kad stiklo pluoštas visiškai priliptų prie betono paviršiaus ir išvengtų oro burbuliukų.Galiausiai priklijuokite FRP juosteles ant betono paviršiaus iš viršaus į apačią pagal liniuote padarytas žymes.
(4) Po pusvalandžio patikrinkite, ar betonas atsiskyrė nuo FRP.Jei FRP slysta arba išsikiša, jį reikia nedelsiant pataisyti.Formuoti bandiniai turi būti kietinami 7 dienas, kad būtų užtikrintas sukietėjimo stiprumas.
(5) Po sukietėjimo naudokite peilį, kad nuimtumėte juostą nuo betono paviršiaus ir galiausiai gautumėte pusiau hermetišką FRP betono koloną.
Rezultatai esant įvairiems apribojimams parodyti fig.2. 2a paveiksle pavaizduotas visiškai uždaras CFRP betonas, 2b paveiksle pavaizduotas pusiau apibendrintas CFRP betonas, 2c paveiksle pavaizduotas visiškai uždaras GFRP betonas, o 2d paveiksle pavaizduotas pusiau suvaržytas CFRP betonas.
Uždarieji stiliai: a) visiškai uždaras CFRP;b) pusiau uždaras anglies pluoštas;c) visiškai uždengtas stiklo pluoštu;d) pusiau uždaras stiklo pluoštas.
Yra keturi pagrindiniai parametrai, skirti ištirti FRP apribojimų ir erozijos sekų įtaką cilindrų erozijos kontrolės veikimui.3 lentelėje parodytas betoninių kolonų pavyzdžių skaičius.Kiekvienos kategorijos pavyzdžius sudarė trys identiški būsenos pavyzdžiai, kad duomenys būtų nuoseklūs.Trijų mėginių vidurkis buvo išanalizuotas visiems šio straipsnio eksperimentiniams rezultatams.
(1) Hermetiška medžiaga klasifikuojama kaip anglies pluoštas arba stiklo pluoštas.Palygintas dviejų tipų pluoštų poveikis betono armatūrai.
(2) Betoninių kolonų sulaikymo metodai skirstomi į tris tipus: visiškai ribotą, pusiau ribotą ir neribotą.Pusiau uždarų betoninių kolonų atsparumas erozijai buvo lyginamas su dviem kitomis atmainomis.
(3) Erozijos sąlygos yra užšalimo-atšildymo ciklai ir sulfato tirpalas, o užšalimo-atšildymo ciklų skaičius yra atitinkamai 0, 50 ir 100 kartų.Ištirtas susietos erozijos poveikis FRP suvaržytoms betoninėms kolonoms.
(4) Bandiniai skirstomi į tris grupes.Pirmoji grupė yra FRP vyniojimas, o tada korozija, antroji grupė yra pirmiausia korozija, o paskui vyniojimas, o trečioji grupė yra pirmiausia korozija, tada vyniojimas ir tada korozija.
Eksperimentinėje procedūroje naudojama universali bandymo mašina, tempimo bandymo mašina, užšaldymo-atšildymo ciklo įrenginys (CDR-Z tipas), elektroninis mikroskopas, pH matuoklis, deformacijos matuoklis, poslinkio įtaisas, SEM elektroninis mikroskopas ir EDS energijos spektro analizatorius šiame tyrime.Pavyzdys yra 10 cm aukščio ir 20 cm skersmens betoninė kolona.Betonas sukietėjo per 28 dienas po išpylimo ir sutankinimo, kaip parodyta 3a paveiksle.Visi mėginiai po liejimo buvo išimti iš formų ir laikomi 28 dienas 18-22°C temperatūroje ir 95% santykinėje drėgmėje, o kai kurie mėginiai buvo apvynioti stiklo pluoštu.
Bandymo metodai: a) įranga pastoviai temperatūrai ir drėgmei palaikyti;b) užšaldymo ir atšildymo ciklo mašina;c) universali bandymo mašina;d) pH testeris;e) mikroskopinis stebėjimas.
Užšaldymo ir atšildymo eksperimente naudojamas greito užšaldymo metodas, kaip parodyta 3b paveiksle.Pagal GB/T 50082-2009 „Įprasto betono ilgaamžiškumo standartai“ betono pavyzdžiai buvo visiškai panardinami į 10% natrio sulfato tirpalą 15-20°C temperatūroje 4 dienas prieš užšaldant ir atšildant.Po to sulfato ataka prasideda ir baigiasi kartu su užšalimo-atšildymo ciklu.Užšaldymo ir atšildymo ciklo trukmė yra 2–4 ​​valandos, o atitirpinimo trukmė neturi būti trumpesnė nei 1/4 ciklo trukmės.Mėginio šerdies temperatūra turi būti nuo (-18±2) iki (5±2) °С.Perėjimas nuo užšalimo prie atitirpinimo turėtų trukti ne ilgiau kaip dešimt minučių.Trys cilindriniai identiški kiekvienos kategorijos mėginiai buvo naudojami tiriant tirpalo svorio kritimą ir pH pokytį per 25 užšalimo-atšildymo ciklus, kaip parodyta 3d pav.Po kiekvienų 25 užšaldymo ir atšildymo ciklų mėginiai buvo pašalinti, o paviršiai nuvalyti prieš nustatant jų šviežią svorį (Wd).Visi eksperimentai buvo atlikti trimis mėginių egzemplioriais, o vidutinės vertės buvo naudojamos tyrimo rezultatams aptarti.Mėginio masės ir stiprumo praradimo formulės nustatomos taip:
Formulėje ΔWd yra mėginio masės praradimas (%) po kiekvienų 25 užšalimo-atšildymo ciklų, W0 yra vidutinis betono mėginio svoris prieš užšalimo-atšildymo ciklą (kg), Wd yra vidutinis betono svoris.mėginio svoris po 25 užšaldymo-atšildymo ciklų (kg).
Mėginio stiprumo skilimo koeficientas apibūdinamas Kd, o skaičiavimo formulė yra tokia:
Formulėje ΔKd yra bandinio stiprumo praradimo greitis (%) po kiekvienų 50 užšalimo-atšildymo ciklų, f0 yra vidutinis betono mėginio stiprumas prieš užšalimo-atšildymo ciklą (MPa), fd yra vidutinis stiprumas betono mėginys 50 užšalimo-atšildymo ciklų (MPa).
Ant pav.3c parodyta betono bandinių gniuždymo bandymo mašina.Pagal „Betono fizinių ir mechaninių savybių tyrimo metodų standartą“ (GBT50081-2019) yra apibrėžtas betoninių kolonų gniuždomojo stiprio tikrinimo metodas.Suspaudimo bandymo apkrovos greitis yra 0,5 MPa/s, o viso bandymo metu naudojama nuolatinė ir nuosekli apkrova.Mechaninio bandymo metu buvo užfiksuotas kiekvieno bandinio apkrovos ir poslinkio santykis.Deformacijos matuokliai buvo pritvirtinti prie išorinių betono ir FRP sluoksnių paviršių, kad būtų galima išmatuoti ašines ir horizontalias deformacijas.Įtempimo ląstelė naudojama atliekant mechaninius bandymus, siekiant užfiksuoti mėginio deformacijos pokytį atliekant suspaudimo bandymą.
Kas 25 užšaldymo-atšildymo ciklus buvo paimtas užšaldymo-atšildymo tirpalo mėginys ir įdėtas į talpyklą.Ant pav.3d parodytas mėginio tirpalo inde pH testas.Mikroskopinis mėginio paviršiaus ir skerspjūvio tyrimas užšalimo-atšildymo sąlygomis parodytas 3d pav.Mikroskopu buvo stebima įvairių mėginių paviršiaus būklė po 50 ir 100 užšalimo-atšildymo ciklų sulfato tirpale.Mikroskopas padidina 400 kartų.Stebint bandinio paviršių daugiausiai stebima FRP sluoksnio ir išorinio betono sluoksnio erozija.Mėginio skerspjūvio stebėjimas iš esmės parenka erozijos sąlygas 5, 10 ir 15 mm atstumu nuo išorinio sluoksnio.Sulfatų produktų susidarymas ir užšalimo-atšildymo ciklai reikalauja tolesnių bandymų.Todėl modifikuotas pasirinktų mėginių paviršius buvo ištirtas naudojant skenuojantį elektroninį mikroskopą (SEM), aprūpintą energijos dispersiniu spektrometru (EDS).
Vizualiai apžiūrėkite mėginio paviršių elektroniniu mikroskopu ir pasirinkite 400X padidinimą.Paviršiaus pažeidimo laipsnis pusiau uždarame ir be siūlių GRP betono užšalimo-atšildymo ciklais ir sulfatų poveikio yra gana didelis, o visiškai uždarame betone jis yra nereikšmingas.Pirmoji kategorija reiškia laisvai tekančio betono eroziją dėl natrio sulfato ir nuo 0 iki 100 užšalimo-atšildymo ciklų, kaip parodyta 4a pav.Betono mėginiai be šalčio turi lygų paviršių be matomų bruožų.Po 50 erozijų paviršiuje esantis minkštimo blokas iš dalies nulupo, atidengdamas baltą minkštimo apvalkalą.Po 100 erozijų, vizualiai apžiūrint betono paviršių, tirpalų apvalkalai visiškai nukrito.Mikroskopinis stebėjimas parodė, kad 0 užšalimo-atšilimo eroduoto betono paviršius buvo lygus, o paviršiaus užpildas ir skiedinys buvo toje pačioje plokštumoje.Ant betono paviršiaus buvo pastebėtas nelygus, šiurkštus paviršius, eroduotas 50 užšalimo-atšildymo ciklų.Tai galima paaiškinti tuo, kad dalis skiedinio sunaikinama, o prie paviršiaus, kurį daugiausia sudaro užpildas, skiedinys ir balti kristalai, prilimpa nedidelis kiekis baltų granuliuotų kristalų.Po 100 užšalimo-atšildymo ciklų betono paviršiuje atsirado didelis baltų kristalų plotas, o tamsus šiurkštus užpildas buvo veikiamas išorinės aplinkos.Šiuo metu betono paviršius daugiausia yra veikiamas užpildų ir baltų kristalų.
Erozinio užšalimo-atšilimo betono kolonos morfologija: (a) neapribota betono kolona;b) pusiau uždaras anglies pluošto gelžbetonis;c) GRP pusiau uždaras betonas;d) visiškai uždaras CFRP betonas;e) GRP betono pusiau uždaras betonas.
Antroji kategorija yra pusiau hermetiškų CFRP ir GRP betoninių kolonų korozija užšalimo-atšildymo ciklais ir sulfatų poveikiu, kaip parodyta 4b, c pav.Vizuali apžiūra (1x padidinimas) parodė, kad pluoštinio sluoksnio paviršiuje pamažu susidarė balti milteliai, kurie greitai nukrito, padidėjus užšaldymo-atšildymo ciklų skaičiui.Neribota pusiau hermetiško FRP betono paviršiaus erozija išryškėjo didėjant užšalimo-atšildymo ciklų skaičiui.Matomas „pūtimo“ reiškinys (atviras betoninės kolonos tirpalo paviršius yra ant griūties ribos).Tačiau lupimo reiškinį iš dalies apsunkina greta esanti anglies pluošto danga).Po mikroskopu sintetiniai anglies pluoštai atrodo kaip balti siūlai juodame fone, padidinant 400 kartų.Dėl apvalios pluoštų formos ir netolygios šviesos jie atrodo balti, tačiau patys anglies pluošto ryšuliai yra juodi.Stiklo pluoštas iš pradžių yra panašus į baltą siūlą, tačiau susilietus su klijais tampa skaidrus ir aiškiai matoma betono būklė stiklo pluošto viduje.Stiklo pluoštas yra ryškiai baltas, o rišiklis gelsvas.Abi yra labai šviesios spalvos, todėl klijų spalva paslėps stiklo pluošto sruogelius, suteikdama bendram vaizdui gelsvą atspalvį.Anglies ir stiklo pluoštai yra apsaugoti nuo pažeidimų išorine epoksidine derva.Didėjant užšalimo ir atšildymo priepuolių skaičiui, paviršiuje atsirado daugiau tuštumų ir keletas baltų kristalų.Didėjant sulfato užšalimo ciklui, rišiklis palaipsniui plonėja, dingsta gelsva spalva ir matomi pluoštai.
Trečioji kategorija yra visiškai uždaro CFRP ir GRP betono korozija užšalimo-atšildymo ciklais ir sulfatų poveikiu, kaip parodyta 4d pav., e.Vėlgi, gauti rezultatai yra panašūs į antrojo tipo suvaržytos betoninės kolonos dalies rezultatus.
Palyginkite reiškinius, pastebėtus pritaikius tris aukščiau aprašytus izoliavimo metodus.Visiškai izoliuoto FRP betono pluoštiniai audiniai išlieka stabilūs, nes didėja užšalimo ir atšildymo ciklų skaičius.Kita vertus, lipnus žiedo sluoksnis paviršiuje yra plonesnis.Epoksidinės dervos dažniausiai reaguoja su aktyviais vandenilio jonais atviro žiedo sieros rūgštyje ir beveik nereaguoja su sulfatais28.Taigi galima manyti, kad erozija daugiausia pakeičia lipniojo sluoksnio savybes dėl užšalimo-atšildymo ciklų, taip pakeisdama stiprinamąjį FRP poveikį.Pusiau hermetiško FRP betono paviršius turi tokį patį erozijos reiškinį kaip ir neapribotas betono paviršius.Jo FRP sluoksnis atitinka visiškai uždaro betono FRP sluoksnį, o pažeidimas nėra akivaizdus.Tačiau pusiau sandariame GRP betone susidaro dideli eroziniai įtrūkimai ten, kur pluošto juostos susikerta su atviru betonu.Atvirų betoninių paviršių erozija tampa sunkesnė, nes didėja užšalimo-atšildymo ciklų skaičius.
Visiškai uždaro, pusiau uždaro ir neapriboto FRP betono interjerai parodė reikšmingus skirtumus, kai buvo veikiami užšalimo-atšildymo ciklai ir veikiami sulfatų tirpalais.Mėginys buvo supjaustytas skersai, o skerspjūvis buvo stebimas naudojant elektroninį mikroskopą 400 kartų padidinus.Ant pav.5 pavaizduoti mikroskopiniai vaizdai atitinkamai 5 mm, 10 mm ir 15 mm atstumu nuo betono ir skiedinio ribos.Pastebėta, kad kai natrio sulfato tirpalas derinamas su užšalimu-atšildymu, betono pažeidimai palaipsniui suskaidomi nuo paviršiaus iki vidaus.Kadangi CFRP ir GFRP suvaržyto betono vidinės erozijos sąlygos yra vienodos, šiame skyriuje šios dvi izoliacinės medžiagos nelyginamos.
Mikroskopinis kolonos betoninės dalies vidaus stebėjimas: a) visiškai apribotas stiklo pluoštu;b) pusiau uždarytas stiklo pluoštu;c) neribotas.
Visiškai uždaro FRP betono vidinė erozija parodyta fig.5a.Įtrūkimai matomi ties 5 mm, paviršius gana lygus, nėra kristalizacijos.Paviršius lygus, be kristalų, 10–15 mm storio.Vidinė FRP pusiau hermetiško betono erozija parodyta fig.5 B. Įtrūkimai ir balti kristalai matomi ties 5 mm ir 10 mm, o paviršius lygus ties 15 mm.5c paveiksle pavaizduoti betoninių FRP kolonų pjūviai, kuriuose rasta 5, 10 ir 15 mm plyšių.Kai kurie balti kristalai plyšiuose vis retėjo, nes įtrūkimai judėjo iš betono išorės į vidų.Daugiausia erozijos pasižymėjo begalinės betoninės kolonos, po to – pusiau suvaržytos FRP betoninės kolonos.Per 100 užšalimo ir atšildymo ciklų natrio sulfatas turėjo mažai įtakos visiškai uždarų FRP betono mėginių vidui.Tai rodo, kad pagrindinė visiškai suvaržyto FRP betono erozijos priežastis yra užšalimo-atšilimo erozija per tam tikrą laikotarpį.Skerspjūvio stebėjimas parodė, kad pjūvis prieš pat užšalimą ir atšildymą buvo lygus ir be užpildų.Betonui šąlant ir atitirpstant, matomi įtrūkimai, tas pats pasakytina ir apie nerūdą, o balti granuliuoti kristalai yra tankiai padengti įtrūkimais.Tyrimai27 parodė, kad kai betonas dedamas į natrio sulfato tirpalą, natrio sulfatas prasiskverbs į betoną, dalis jų nusės kaip natrio sulfato kristalai, o dalis reaguos su cementu.Natrio sulfato kristalai ir reakcijos produktai atrodo kaip baltos granulės.
FRP visiškai apriboja betono įtrūkimus konjuguotoje erozijoje, tačiau sekcija yra lygi be kristalizacijos.Kita vertus, FRP pusiau uždarose ir neapribotose betono dalyse susidarė vidiniai įtrūkimai ir kristalizacija konjuguotos erozijos metu.Remiantis vaizdo aprašymu ir ankstesniais tyrimais29, neapriboto ir pusiau riboto FRP betono siūlių erozijos procesas yra padalintas į du etapus.Pirmasis betono įtrūkimo etapas yra susijęs su išsiplėtimu ir susitraukimu užšalimo-atšilimo metu.Kai sulfatas prasiskverbia į betoną ir tampa matomas, atitinkamas sulfatas užpildo įtrūkimus, atsiradusius dėl susitraukimo dėl užšalimo-atšildymo ir hidratacijos reakcijų.Todėl sulfatas turi ypatingą apsauginį poveikį betonui ankstyvoje stadijoje ir gali tam tikru mastu pagerinti betono mechanines savybes.Antrasis sulfato atakos etapas tęsiasi, prasiskverbia į įtrūkimus ar tuštumas ir reaguoja su cementu, kad susidarytų alūnas.Dėl to įtrūkimas didėja ir daro žalą.Per šį laiką plėtimosi ir susitraukimo reakcijos, susijusios su užšalimu ir atitirpimu, padidins vidinę betono žalą, todėl sumažės laikomoji galia.
Ant pav.6 parodyta betono impregnavimo tirpalų pH pokyčiai trimis ribotais metodais, stebimais po 0, 25, 50, 75 ir 100 užšalimo-atšildymo ciklų.Neribotų ir pusiau uždarų FRP betono skiedinių pH pakilo greičiausiai nuo 0 iki 25 užšalimo-atšildymo ciklų.Jų pH vertės atitinkamai padidėjo nuo 7,5 iki 11,5 ir 11,4.Didėjant užšaldymo-atšildymo ciklų skaičiui, pH kilimas palaipsniui lėtėjo po 25-100 užšalimo-atšildymo ciklų.Jų pH vertės atitinkamai padidėjo nuo 11,5 ir 11,4 iki 12,4 ir 11,84.Kadangi visiškai surištas FRP betonas dengia FRP sluoksnį, natrio sulfato tirpalui sunku prasiskverbti.Tuo pačiu metu cemento kompozicijai sunku prasiskverbti į išorinius tirpalus.Taigi pH palaipsniui didėjo nuo 7,5 iki 8,0 tarp 0 ir 100 užšalimo-atšildymo ciklų.PH pokyčio priežastis analizuojama taip.Betone esantis silikatas jungiasi su vandenilio jonais vandenyje ir susidaro silicio rūgštis, o likęs OH- padidina sočiojo tirpalo pH.PH pokytis buvo ryškesnis tarp 0-25 užšalimo-atšildymo ciklų ir mažiau ryškus tarp 25-100 užšalimo-atšildymo ciklų30.Tačiau čia buvo nustatyta, kad pH toliau didėjo po 25-100 užšalimo-atšildymo ciklų.Tai galima paaiškinti tuo, kad natrio sulfatas chemiškai reaguoja su betono vidumi, pakeisdamas tirpalo pH.Cheminės sudėties analizė rodo, kad betonas su natrio sulfatu reaguoja taip.
(3) ir (4) formulės rodo, kad natrio sulfatas ir kalcio hidroksidas cemente sudaro gipsą (kalcio sulfatą), o kalcio sulfatas toliau reaguoja su kalcio metaaliuminatu cemente, sudarydamas alūno kristalus.Reakciją (4) lydi bazinio OH- susidarymas, dėl kurio padidėja pH.Be to, kadangi ši reakcija yra grįžtama, pH tam tikru metu pakyla ir kinta lėtai.
Ant pav.7a parodytas visiškai uždaro, pusiau uždaro ir blokuoto GRP betono svorio sumažėjimas per užšalimo ir atšildymo ciklus sulfato tirpale.Akivaizdžiausias masės praradimo pokytis yra neapribotas betonas.Neribotas betonas prarado apie 3,2% savo masės po 50 užšalimo ir atšildymo atakų ir apie 3,85% po 100 užšalimo ir atšildymo atakų.Rezultatai rodo, kad konjuguotos erozijos poveikis laisvo tekėjimo betono kokybei mažėja, kai didėja užšalimo-atšildymo ciklų skaičius.Tačiau, stebint mėginio paviršių, buvo nustatyta, kad skiedinio nuostoliai po 100 užšalimo-atšildymo ciklų buvo didesni nei po 50 užšalimo-atšildymo ciklų.Kartu su ankstesniame skyriuje atliktais tyrimais galima daryti prielaidą, kad sulfatų prasiskverbimas į betoną lemia masės praradimo sulėtėjimą.Tuo tarpu viduje sukurtas alūnas ir gipsas taip pat lemia lėtesnį svorio mažėjimą, kaip prognozuojama pagal (3) ir (4) chemines lygtis.
Svorio pokytis: a) santykis tarp svorio pokyčio ir užšaldymo-atšildymo ciklų skaičiaus;b) ryšys tarp masės pokyčio ir pH vertės.
FRP pusiau hermetiško betono svorio netekimo pokytis pirmiausia mažėja, o vėliau didėja.Po 50 užšalimo-atšildymo ciklų pusiau hermetiško stiklo pluošto betono masės nuostoliai yra apie 1,3%.Po 100 ciklų svoris sumažėjo 0,8%.Todėl galima daryti išvadą, kad natrio sulfatas prasiskverbia į laisvai tekantį betoną.Be to, bandinio paviršiaus stebėjimas taip pat parodė, kad pluošto juostelės gali atsispirti skiedinio lupimui atviroje vietoje ir taip sumažinti svorio kritimą.
Visiškai uždaro FRP betono masės praradimo pokytis skiriasi nuo pirmųjų dviejų.Mišios nepraranda, o prideda.Po 50 šalčio-atšilimo erozijų masė padidėjo apie 0,08%.Po 100 kartų jo masė padidėjo apie 0,428%.Kadangi betonas yra pilnai užpiltas, skiedinys nuo betono paviršiaus neatsiskirs ir greičiausiai nepraras kokybės.Kita vertus, vandens ir sulfatų prasiskverbimas iš didelio kiekio paviršiaus į mažo kiekio betono vidų taip pat pagerina betono kokybę.
Anksčiau buvo atlikti keli tyrimai, susiję su pH ir masės praradimu FRP ribotame betone erozinėmis sąlygomis.Daugumoje tyrimų daugiausia aptariamas ryšys tarp masės praradimo, tamprumo modulio ir stiprumo praradimo.Ant pav.7b parodytas ryšys tarp betono pH ir masės praradimo pagal tris apribojimus.Siūlomas nuspėjamasis modelis betono masės praradimui numatyti naudojant tris sulaikymo metodus esant skirtingoms pH vertėms.Kaip matyti iš 7b paveikslo, Pearsono koeficientas yra didelis, o tai rodo, kad iš tikrųjų yra ryšys tarp pH ir masės praradimo.Neriboto, pusiau riboto ir visiškai suvaržyto betono r kvadrato vertės buvo atitinkamai 0,86, 0,75 ir 0,96.Tai rodo, kad visiškai izoliuoto betono pH pokytis ir masės sumažėjimas yra santykinai tiesinis tiek sulfato, tiek užšalimo-atšildymo sąlygomis.Neribotame betone ir pusiau hermetiškame FRP betone pH palaipsniui didėja, kai cementas reaguoja su vandeniniu tirpalu.Dėl to betono paviršius palaipsniui sunaikinamas, o tai lemia nesvarumą.Kita vertus, visiškai uždaro betono pH kinta mažai, nes FRP sluoksnis sulėtina cemento cheminę reakciją su vandens tirpalu.Taigi visiškai uždarame betone nėra matomos paviršiaus erozijos, tačiau jis padidės dėl prisotinimo dėl sulfatų tirpalų absorbcijos.
Ant pav.8 parodyta natrio sulfato užšaldymu-atšildymu išgraviruotų mėginių SEM skenavimo rezultatai.Elektroniniu mikroskopu buvo tiriami mėginiai, paimti iš blokų, paimtų iš betoninių kolonų išorinio sluoksnio.8a paveikslas yra neuždengto betono prieš eroziją skenuojamojo elektroninio mikroskopo vaizdas.Pastebima, kad bandinio paviršiuje yra daug skylių, kurios turi įtakos pačios betono kolonos stiprumui prieš atšildant šalčiui.Ant pav.8b parodytas visiškai izoliuoto FRP betono mėginio elektroninio mikroskopo vaizdas po 100 užšalimo-atšildymo ciklų.Mėginyje gali būti įtrūkimų, atsiradusių dėl užšalimo ir atšildymo.Tačiau paviršius yra gana lygus ir jame nėra kristalų.Todėl geriau matomi neužtaisyti įtrūkimai.Ant pav.8c parodytas pusiau hermetiško GRP betono pavyzdys po 100 šalčio erozijos ciklų.Aišku, kad plyšiai išsiplėtė ir tarp plyšių susidarė grūdeliai.Kai kurios iš šių dalelių prisitvirtina prie įtrūkimų.Neribotos betoninės kolonos pavyzdžio SEM skenavimas parodytas 8d paveiksle. Šis reiškinys atitinka pusiau apribojimą.Norint dar labiau išsiaiškinti dalelių sudėtį, plyšiuose esančios dalelės buvo dar padidintos ir analizuojamos naudojant EDS spektroskopiją.Dalelės iš esmės būna trijų skirtingų formų.Remiantis energijos spektro analize, pirmasis tipas, kaip parodyta 9a paveiksle, yra įprastas blokinis kristalas, daugiausia sudarytas iš O, S, Ca ir kitų elementų.Sujungus ankstesnes (3) ir (4) formules, galima nustatyti, kad pagrindinis medžiagos komponentas yra gipsas (kalcio sulfatas).Antrasis parodytas 9b paveiksle;pagal energetinio spektro analizę tai smailus nekryptinis objektas, o pagrindiniai jo komponentai yra O, Al, S ir Ca.Kombinuoti receptai rodo, kad medžiaga daugiausia sudaryta iš alūno.Trečiasis blokas, parodytas 9c pav., yra netaisyklingas blokas, nustatytas energijos spektro analize, daugiausia susidedantis iš komponentų O, Na ir S. Paaiškėjo, kad tai daugiausia natrio sulfato kristalai.Skenuojanti elektroninė mikroskopija parodė, kad dauguma tuštumų buvo užpildytos natrio sulfato kristalais, kaip parodyta 9c paveiksle, kartu su nedideliu kiekiu gipso ir alūno.
Elektroniniai mikroskopiniai mėginių vaizdai prieš ir po korozijos: a) atviras betonas prieš koroziją;b) po korozijos stiklo pluoštas yra visiškai sandarus;c) po GRP pusiau uždaro betono korozijos;d) po atviro betono korozijos.
Analizė leidžia padaryti tokias išvadas.Trijų mėginių elektroninio mikroskopo vaizdai buvo 1k ×, o vaizduose buvo rasti ir pastebėti įtrūkimai bei erozijos produktai.Neribotas betonas turi plačiausius įtrūkimus ir daug grūdelių.Plyšio pločiu ir dalelių skaičiumi FRP pusiau slėginis betonas yra prastesnis už neslėgį betoną.Visiškai uždaras FRP betonas turi mažiausią įtrūkimų plotį ir po užšalimo-atšilimo erozijos neturi dalelių.Visa tai rodo, kad visiškai uždaras FRP betonas yra mažiausiai jautrus erozijai dėl užšalimo ir atšildymo.Cheminiai procesai pusiau uždarų ir atvirų FRP betono kolonų viduje lemia alūno ir gipso susidarymą, o sulfatų įsiskverbimas įtakoja poringumą.Nors užšalimo ir atšildymo ciklai yra pagrindinė betono įtrūkimų priežastis, sulfatai ir jų produktai pirmiausia užpildo kai kuriuos įtrūkimus ir poras.Tačiau didėjant erozijos kiekiui ir laikui, įtrūkimai ir toliau plečiasi, o susidariusio alūno tūris didėja, todėl susidaro ekstruzijos įtrūkimai.Galiausiai užšaldymas-atšildymas ir sulfatų poveikis sumažins kolonėlės stiprumą.