ziņas

Paldies, ka apmeklējāt izkaisīt stikla šķiedras kabrona šķiedras saturu.Jūs izmantojat pārlūkprogrammas versiju ar ierobežotu CSS atbalstu.Lai nodrošinātu vislabāko pieredzi, ieteicams izmantot atjauninātu pārlūkprogrammu (vai atspējot saderības režīmu pārlūkprogrammā Internet Explorer).Turklāt, lai nodrošinātu pastāvīgu atbalstu, mēs rādām vietni bez stiliem un JavaScript.
Polimēru dzelzsbetons (FRP) tiek uzskatīts par inovatīvu un ekonomisku konstrukciju remonta metodi.Šajā pētījumā tika izvēlēti divi tipiski materiāli [ar oglekļa šķiedru pastiprināts polimērs (CFRP) un stikla šķiedras pastiprināts polimērs (GFRP)], lai pētītu betona pastiprinošo efektu skarbos apstākļos.Tika apspriesta FRP saturoša betona izturība pret sulfātu iedarbību un ar to saistītie sasalšanas-atkausēšanas cikli.Elektronu mikroskopija, lai pētītu betona virsmu un iekšējo noārdīšanos konjugētās erozijas laikā.Nātrija sulfāta korozijas pakāpe un mehānisms tika analizēts pēc pH vērtības, SEM elektronu mikroskopijas un EML enerģijas spektra.Aksiālās spiedes stiprības testi ir izmantoti, lai novērtētu ar FRP ierobežotu betona kolonnu stiegrojumu, un ir iegūtas sprieguma un deformācijas attiecības dažādām FRP aiztures metodēm erozīvā savienotā vidē.Tika veikta kļūdu analīze, lai kalibrētu eksperimentālo testa rezultātus, izmantojot četrus esošos prognozēšanas modeļus.Visi novērojumi liecina, ka ar FRP ierobežota betona noārdīšanās process ir sarežģīts un dinamisks konjugāta spriegumu gadījumā.Nātrija sulfāts sākotnēji palielina betona izturību neapstrādātā veidā.Tomēr turpmākie sasaldēšanas un atkausēšanas cikli var saasināt betona plaisāšanu, un nātrija sulfāts vēl vairāk samazina betona stiprību, veicinot plaisāšanu.Tiek piedāvāts precīzs skaitlisks modelis, lai modelētu sprieguma un deformācijas attiecības, kas ir ļoti svarīgas FRP ierobežota betona dzīves cikla projektēšanai un novērtēšanai.
Kā novatoriska betona stiegrojuma metode, kas pētīta kopš 1970. gadiem, FRP ir viegls svars, augsta izturība, izturība pret koroziju, izturība pret nogurumu un ērta konstrukcija1,2,3.Samazinoties izmaksām, tas kļūst arvien izplatītāks inženiertehniskajos lietojumos, piemēram, stikla šķiedras (GFRP), oglekļa šķiedras (CFRP), bazalta šķiedras (BFRP) un aramīda šķiedras (AFRP), kas ir visbiežāk izmantotās FRP konstrukcijas pastiprināšanai4, 5 Piedāvātā FRP aiztures metode var uzlabot betona veiktspēju un izvairīties no priekšlaicīgas sabrukšanas.Tomēr dažādas ārējās vides mašīnbūvē bieži ietekmē betona ar ierobežotu FRP izturību, izraisot tā stiprības apdraudējumu.
Vairāki pētnieki ir pētījuši spriedzes un deformācijas izmaiņas betonā ar dažādu šķērsgriezuma formu un izmēru.Yang et al.6 atklāja, ka galīgais spriegums un deformācija pozitīvi korelē ar šķiedru audu biezuma pieaugumu.Wu et al.7 ieguva sprieguma-deformācijas līknes FRP ierobežotam betonam, izmantojot dažādus šķiedru veidus, lai prognozētu galīgos deformācijas un slodzes.Lin et al.8 atklāja, ka FRP sprieguma deformācijas modeļi apaļām, kvadrātveida, taisnstūrveida un eliptiskām stieņiem arī ļoti atšķiras, un izstrādāja jaunu uz dizainu orientētu sprieguma-deformācijas modeli, kā parametrus izmantojot platuma un stūra rādiusa attiecību.Lam et al.9 novēroja, ka nevienmērīga FRP pārklāšanās un izliekums izraisīja mazāku lūzumu deformāciju un spriegumu FRP nekā plātņu stiepes testos.Turklāt zinātnieki ir pētījuši daļējus ierobežojumus un jaunas ierobežošanas metodes atbilstoši dažādām reālās pasaules dizaina vajadzībām.Wang et al.[10] veica aksiālās saspiešanas testus pilnībā, daļēji un neierobežotam betonam trīs ierobežotos režīmos.Izstrādāts “sprieguma-deformācijas” modelis un doti ierobežojošā efekta koeficienti daļēji slēgtam betonam.Wu et al.11 izstrādāja metodi FRP ierobežota betona sprieguma un deformācijas atkarības prognozēšanai, ņemot vērā izmēru ietekmi.Morans et al.12 novērtēja saspiesta betona aksiālās monotoniskās saspiešanas īpašības ar FRP spirālveida sloksnēm un atvasināja tā sprieguma-deformācijas līknes.Tomēr iepriekš minētajā pētījumā galvenokārt tiek pētīta atšķirība starp daļēji slēgtu betonu un pilnībā slēgtu betonu.FRP loma, kas daļēji ierobežo betona sekcijas, nav detalizēti pētīta.
Turklāt pētījumā tika novērtēta FRP ierobežota betona veiktspēja attiecībā uz spiedes stiprību, deformācijas izmaiņām, sākotnējo elastības moduli un deformācijas sacietēšanas moduli dažādos apstākļos.Tijani et al.13,14 atklāja, ka FRP ierobežota betona labojamība samazinās, palielinoties bojājumiem FRP remonta eksperimentos ar sākotnēji bojātu betonu.Ma et al.[15] pētīja sākotnējo bojājumu ietekmi uz FRP ierobežotām betona kolonnām un uzskatīja, ka bojājuma pakāpes ietekme uz stiepes izturību ir niecīga, taču tai bija būtiska ietekme uz sānu un gareniskām deformācijām.Tomēr Cao et al.16 novērotas sprieguma-deformācijas līknes un sprieguma-deformācijas apvalka līknes FRP ierobežotam betonam, ko skārusi sākotnējie bojājumi.Papildus pētījumiem par sākotnējo betona atteici, daži pētījumi ir veikti arī par betona ar ierobežotu FRP izturību skarbos vides apstākļos.Šie zinātnieki pētīja FRP ierobežota betona noārdīšanos skarbos apstākļos un izmantoja bojājumu novērtēšanas metodes, lai izveidotu degradācijas modeļus kalpošanas laika prognozēšanai.Xie et al.17 ievietoja FRP ierobežotu betonu hidrotermiskā vidē un konstatēja, ka hidrotermiskie apstākļi būtiski ietekmēja FRP mehāniskās īpašības, kā rezultātā pakāpeniski samazinās tā spiedes izturība.Skābju-bāzes vidē saskarne starp CFRP un betonu pasliktinās.Palielinoties iegremdēšanas laikam, ievērojami samazinās CFRP slāņa iznīcināšanas enerģijas izdalīšanās ātrums, kas galu galā noved pie saskarnes paraugu iznīcināšanas 18, 19, 20.Turklāt daži zinātnieki ir pētījuši arī sasalšanas un atkausēšanas ietekmi uz betonu ar ierobežotu FRP saturu.Liu et al.21 atzīmēja, ka CFRP armatūrai ir laba izturība sasalšanas-atkausēšanas ciklos, pamatojoties uz relatīvo dinamisko moduli, spiedes stiprību un sprieguma un deformācijas attiecību.Turklāt tiek piedāvāts modelis, kas saistīts ar betona mehānisko īpašību pasliktināšanos.Tomēr Peng et al.22 aprēķināja CFRP un betona līmju kalpošanas laiku, izmantojot temperatūras un sasalšanas-atkausēšanas cikla datus.Guang et al.23 veica betona ātrās sasalšanas-atkušanas testus un piedāvāja metodi salizturības novērtēšanai, pamatojoties uz bojātā slāņa biezumu sasalšanas-atkušanas iedarbības laikā.Yazdani et al.24 pētīja FRP slāņu ietekmi uz hlorīda jonu iekļūšanu betonā.Rezultāti liecina, ka FRP slānis ir ķīmiski izturīgs un izolē iekšējo betonu no ārējiem hlorīda joniem.Liu et al.25 simulēja sulfātu korozijas FRP betona lobīšanās testa apstākļus, izveidoja slīdēšanas modeli un paredzēja FRP-betona saskarnes degradāciju.Wang et al.26 izveidoja sprieguma-deformācijas modeli FRP ierobežotam sulfātu erodētam betonam, izmantojot vienpusējas kompresijas testus.Džou et al.[27] pētīja neierobežotā betona bojājumus, ko izraisījuši kombinēti sāls sasalšanas-atkausēšanas cikli, un pirmo reizi izmantoja loģistikas funkciju, lai aprakstītu atteices mehānismu.Šie pētījumi ir panākuši ievērojamu progresu, novērtējot betona ar ierobežotu FRP izturību.Tomēr lielākā daļa pētnieku ir koncentrējušies uz erozīvu mediju modelēšanu vienā nelabvēlīgā stāvoklī.Betons bieži tiek bojāts dažādu vides apstākļu izraisītas erozijas dēļ.Šie apvienotie vides apstākļi būtiski pasliktina betona ar ierobežotu FRP darbību.
Sulfēšanas un sasalšanas-atkausēšanas cikli ir divi tipiski svarīgi parametri, kas ietekmē betona izturību.FRP lokalizācijas tehnoloģija var uzlabot betona īpašības.To plaši izmanto inženierzinātnēs un pētniecībā, taču pašlaik tam ir savi ierobežojumi.Vairāki pētījumi ir vērsti uz FRP ierobežota betona izturību pret sulfātu koroziju aukstos reģionos.Pilnībā slēgta, daļēji slēgta un atvērta betona erozijas process ar nātrija sulfātu un sasaldēšanu-atkausēšanu ir pelnījis sīkāku izpēti, jo īpaši šajā rakstā aprakstītā jaunā daļēji slēgtā metode.Armatūras ietekme uz betona kolonnām tika pētīta arī, mainot FRP aiztures un erozijas secību.Saites erozijas izraisītās mikrokosmiskās un makroskopiskās izmaiņas paraugā tika raksturotas ar elektronu mikroskopu, pH testu, SEM elektronu mikroskopu, EML enerģijas spektra analīzi un vienasu mehānisko testu.Turklāt šajā pētījumā ir apskatīti likumi, kas regulē sprieguma un deformācijas attiecības, kas rodas vienpusējā mehāniskajā pārbaudē.Eksperimentāli pārbaudītās robežsprieguma un deformācijas vērtības tika apstiprinātas ar kļūdu analīzi, izmantojot četrus esošos robežsprieguma un deformācijas modeļus.Piedāvātais modelis var pilnībā paredzēt materiāla galīgo deformāciju un izturību, kas ir noderīgs turpmākajai FRP pastiprināšanas praksei.Visbeidzot, tas kalpo par konceptuālo pamatu FRP betona sāls salizturības koncepcijai.
Šajā pētījumā novērtēta FRP ierobežota betona nolietošanās, izmantojot sulfāta šķīduma koroziju kombinācijā ar sasalšanas-atkausēšanas cikliem.Mikroskopiskās un makroskopiskās izmaiņas, ko izraisa betona erozija, ir pierādītas, izmantojot skenējošo elektronu mikroskopiju, pH testēšanu, EDS enerģijas spektroskopiju un vienpusējas mehāniskās pārbaudes.Turklāt, izmantojot aksiālās saspiešanas eksperimentus, tika pētītas ar FRP ierobežota betona mehāniskās īpašības un spriedzes deformācijas izmaiņas, kas pakļautas savienojuma erozijai.
FRP Confined Concrete sastāv no neapstrādāta betona, FRP ārējā apvalka materiāla un epoksīda līmes.Izvēlēti divi ārējie izolācijas materiāli: CFRP un GRP, materiālu īpašības parādītas 1. tabulā. Kā līmvielas tika izmantoti epoksīdsveķi A un B (sajaukšanas attiecība 2:1 pēc tilpuma).Rīsi.1 ilustrē betona maisījuma materiālu konstrukcijas detaļas.1.a attēlā tika izmantots Swan PO 42.5 portlandcements.Rupji pildvielas ir drupināts bazalta akmens ar diametru attiecīgi 5-10 un 10-19 mm, kā parādīts attēlā.1.b un c.Kā smalka pildviela 1.g attēlā izmantotas dabīgas upes smiltis ar smalkuma moduli 2,3.No bezūdens nātrija sulfāta granulām un noteikta ūdens daudzuma sagatavo nātrija sulfāta šķīdumu.
Betona maisījuma sastāvs: a – cements, b – pildviela 5–10 mm, c – pildviela 10–19 mm, d – upes smiltis.
Betona projektētā stiprība ir 30 MPa, kas rada svaiga cementa betona nosēdumu 40 līdz 100 mm.Betona maisījuma attiecība ir parādīta 2. tabulā, un rupjās pildvielas 5-10 mm un 10-20 mm attiecība ir 3:7.Mijiedarbības ar vidi ietekme tika modelēta, vispirms sagatavojot 10% NaSO4 šķīdumu un pēc tam ielejot šķīdumu sasaldēšanas-atkausēšanas cikla kamerā.
Betona maisījumi tika sagatavoti 0,5 m3 piespiedu maisītājā un visu betona partiju izmantoja nepieciešamo paraugu ieklāšanai.Vispirms betona sastāvdaļas sagatavo saskaņā ar 2. tabulu un trīs minūtes iepriekš sajauc cementu, smiltis un rupjo pildvielu.Pēc tam vienmērīgi sadaliet ūdeni un samaisiet 5 minūtes.Tālāk betona paraugi tika izlieti cilindriskās veidnēs un sablietēti uz vibrējošā galda (veidnes diametrs 10 cm, augstums 20 cm).
Pēc 28 dienu konservēšanas paraugi tika iesaiņoti ar FRP materiālu.Šajā pētījumā aplūkotas trīs metodes dzelzsbetona kolonnām, tostarp pilnībā slēgtām, daļēji ierobežotām un neierobežotām.Ierobežotiem materiāliem tiek izmantoti divi veidi, CFRP un GFRP.FRP Pilnībā slēgts FRP betona apvalks, 20 cm augsts un 39 cm garš.Ar FRP saistītā betona augšdaļa un apakšdaļa nebija noslēgtas ar epoksīdu.Daļēji hermētiskais testēšanas process kā nesen ierosinātā hermētiskā tehnoloģija ir aprakstīts šādi.
(2) Izmantojot lineālu, uz betona cilindriskās virsmas uzvelciet līniju, lai noteiktu FRP sloksņu stāvokli, attālums starp sloksnēm ir 2,5 cm.Pēc tam aptiniet lenti ap betona vietām, kur FRP nav nepieciešams.
(3) Betona virsmu gludi nopulē ar smilšpapīru, noslauka ar spirta vati un pārklāj ar epoksīdu.Pēc tam manuāli pielīmējiet stikla šķiedras sloksnes uz betona virsmas un izspiediet spraugas, lai stikla šķiedra pilnībā pieliptu betona virsmai un izvairītos no gaisa burbuļu veidošanās.Visbeidzot, pielīmējiet FRP sloksnes uz betona virsmas no augšas uz leju saskaņā ar atzīmēm, kas izgatavotas ar lineālu.
(4) Pēc pusstundas pārbaudiet, vai betons ir atdalījies no FRP.Ja FRP slīd vai izceļas, tas nekavējoties jānovērš.Formētie paraugi ir jāārstē 7 dienas, lai nodrošinātu sacietēšanas izturību.
(5) Pēc sacietēšanas izmantojiet nazi, lai noņemtu lenti no betona virsmas un beidzot iegūtu daļēji hermētisku FRP betona kolonnu.
Rezultāti ar dažādiem ierobežojumiem ir parādīti attēlā.2. 2.a attēlā ir parādīts pilnībā slēgts CFRP betons, 2.b attēlā ir parādīts daļēji vispārināts CFRP betons, 2.c attēlā parādīts pilnībā slēgts GFRP betons un 2.d attēlā ir parādīts daļēji ierobežots CFRP betons.
Slēgtie stili: a) pilnībā slēgts CFRP;b) daļēji slēgta oglekļa šķiedra;c) pilnībā iekļauti stiklšķiedrā;d) daļēji slēgta stikla šķiedra.
Ir četri galvenie parametri, kas paredzēti, lai izpētītu FRP ierobežojumu un erozijas secību ietekmi uz cilindru erozijas kontroles veiktspēju.3. tabulā parādīts betona kolonnu paraugu skaits.Katras kategorijas paraugi sastāvēja no trim identiskiem statusa paraugiem, lai saglabātu datu konsekvenci.Trīs paraugu vidējais rādītājs tika analizēts visiem eksperimenta rezultātiem šajā rakstā.
(1) Hermētisku materiālu klasificē kā oglekļa šķiedru vai stiklšķiedru.Tika salīdzināta divu veidu šķiedru ietekme uz betona stiegrojumu.
(2) Betona kolonnu ierobežošanas metodes iedala trīs veidos: pilnībā ierobežotas, daļēji ierobežotas un neierobežotas.Daļēji slēgto betona kolonnu erozijas izturība tika salīdzināta ar divām citām šķirnēm.
(3) Erozijas apstākļi ir sasaldēšanas-atkausēšanas cikli plus sulfāta šķīdums, un sasaldēšanas-atkausēšanas ciklu skaits ir attiecīgi 0, 50 un 100 reizes.Izpētīta savienotās erozijas ietekme uz FRP ierobežotām betona kolonnām.
(4) Testam izmantojamos gabalus iedala trīs grupās.Pirmā grupa ir FRP ietīšana un pēc tam korozija, otrā grupa vispirms ir korozija un pēc tam ietīšana, un trešā grupa ir vispirms korozija un tad ietīšana un tad korozija.
Eksperimentālajā procedūrā tiek izmantota universāla testēšanas iekārta, stiepes pārbaudes iekārta, sasaldēšanas-atkausēšanas cikla iekārta (CDR-Z tips), elektronu mikroskops, pH metrs, deformācijas mērītājs, pārvietošanas ierīce, SEM elektronu mikroskops un EDS enerģijas spektra analizators šajā pētījumā.Paraugs ir betona kolonna 10 cm augsta un 20 cm diametrā.Betons sacietēja 28 dienu laikā pēc ieliešanas un sablīvēšanas, kā parādīts 3.a attēlā.Visi paraugi pēc liešanas tika izņemti no veidnēm un turēti 28 dienas 18-22°C un 95% relatīvajā mitrumā, un pēc tam daži paraugi tika ietīti ar stiklšķiedru.
Testa metodes: a) iekārtas nemainīgas temperatūras un mitruma uzturēšanai;b) sasaldēšanas-atkausēšanas cikla iekārta;c) universālā testēšanas iekārta;d) pH testeris;e) mikroskopiskā novērošana.
Sasaldēšanas-atkausēšanas eksperimentā tiek izmantota ātrās sasaldēšanas metode, kā parādīts 3.b attēlā.Saskaņā ar GB/T 50082-2009 “Parastā betona izturības standarti” betona paraugi tika pilnībā iegremdēti 10% nātrija sulfāta šķīdumā 15-20°C 4 dienas pirms sasaldēšanas un atkausēšanas.Pēc tam sulfātu uzbrukums sākas un beidzas vienlaikus ar sasalšanas-atkausēšanas ciklu.Sasaldēšanas-atkausēšanas cikla laiks ir 2 līdz 4 stundas, un atkausēšanas laiks nedrīkst būt mazāks par 1/4 no cikla laika.Parauga iekšējā temperatūra jāuztur diapazonā no (-18±2) līdz (5±2) °С.Pārejai no sasaldēšanas uz atkausēšanu vajadzētu ilgt ne vairāk kā desmit minūtes.Trīs cilindriski identiski katras kategorijas paraugi tika izmantoti, lai pētītu šķīduma svara zudumu un pH izmaiņas 25 sasaldēšanas-atkausēšanas ciklos, kā parādīts 3.d attēlā.Pēc katriem 25 sasaldēšanas un atkausēšanas cikliem paraugi tika izņemti un virsmas notīrītas pirms to svaigā svara (Wd) noteikšanas.Visi eksperimenti tika veikti trīs paraugu eksemplāros, un vidējās vērtības tika izmantotas, lai apspriestu testa rezultātus.Parauga masas un stiprības zuduma formulas nosaka šādi:
Formulā ΔWd ir parauga svara zudums (%) pēc katriem 25 sasaldēšanas-atkausēšanas cikliem, W0 ir betona parauga vidējais svars pirms sasaldēšanas-atkausēšanas cikla (kg), Wd ir vidējais betona svars.parauga svars pēc 25 sasaldēšanas-atkausēšanas cikliem (kg).
Parauga stiprības degradācijas koeficientu raksturo Kd, un aprēķina formula ir šāda:
Formulā ΔKd ir parauga stiprības zuduma ātrums (%) pēc katriem 50 sasalšanas-atkausēšanas cikliem, f0 ir betona parauga vidējā izturība pirms sasalšanas-atkausēšanas cikla (MPa), fd ir vidējā stiprība betona paraugs 50 sasaldēšanas-atkausēšanas cikliem (MPa).
Uz att.3.c attēlā parādīta betona paraugu spiedes testēšanas iekārta.Saskaņā ar “Betona fizikālo un mehānisko īpašību pārbaudes metožu standartu” (GBT50081-2019) ir noteikta metode betona kolonnu spiedes stiprības pārbaudei.Slodzes ātrums kompresijas pārbaudē ir 0,5 MPa/s, un visā testa laikā tiek izmantota nepārtraukta un secīga slodze.Katra parauga slodzes un nobīdes attiecība tika reģistrēta mehāniskās pārbaudes laikā.Paraugu betona un FRP slāņu ārējām virsmām tika piestiprināti deformācijas mērītāji, lai izmērītu aksiālos un horizontālos deformācijas.Celma šūnu izmanto mehāniskajā testēšanā, lai reģistrētu parauga deformācijas izmaiņas kompresijas testa laikā.
Ik pēc 25 sasaldēšanas-atkausēšanas cikliem sasaldēšanas-atkausēšanas šķīduma paraugs tika izņemts un ievietots traukā.Uz att.3d parāda parauga šķīduma pH testu traukā.Mikroskopiskā parauga virsmas un šķērsgriezuma pārbaude sasalšanas-atkausēšanas apstākļos ir parādīta 3.d attēlā.Mikroskopā tika novērots dažādu paraugu virsmas stāvoklis pēc 50 un 100 sasaldēšanas-atkausēšanas cikliem sulfāta šķīdumā.Mikroskops izmanto 400x palielinājumu.Vērojot parauga virsmu, galvenokārt novērojama FRP slāņa un betona ārējā slāņa erozija.Parauga šķērsgriezuma novērošana pamatā izvēlas erozijas apstākļus 5, 10 un 15 mm attālumā no ārējā slāņa.Sulfātu produktu veidošanai un sasaldēšanas-atkausēšanas cikliem nepieciešama papildu pārbaude.Tāpēc atlasīto paraugu modificētā virsma tika pārbaudīta, izmantojot skenējošu elektronu mikroskopu (SEM), kas aprīkots ar enerģijas izkliedes spektrometru (EDS).
Vizuāli pārbaudiet parauga virsmu ar elektronu mikroskopu un izvēlieties 400X palielinājumu.Virsmas bojājumu pakāpe daļēji slēgtā un bezšuvju GRP betonā sasalšanas-atkausēšanas ciklos un sulfātu ietekmē ir diezgan augsta, savukārt pilnībā slēgtā betonā tā ir niecīga.Pirmā kategorija attiecas uz brīvi plūstoša betona eroziju, ko izraisa nātrija sulfāts un no 0 līdz 100 sasalšanas-atkausēšanas cikliem, kā parādīts 4.a attēlā.Betona paraugiem bez sala iedarbības ir gluda virsma bez redzamām iezīmēm.Pēc 50 erozijām celulozes bloks uz virsmas daļēji nolobījās, atsedzot mīkstuma balto apvalku.Pēc 100 erozijām, veicot betona virsmas vizuālo pārbaudi, šķīdumu čaulas pilnībā nokrita.Mikroskopiskais novērojums parādīja, ka 0 sasalšanas-atkusuma erodētā betona virsma bija gluda un virsmas pildviela un java atradās vienā plaknē.Nevienmērīga, raupja virsma tika novērota uz betona virsmas, kuru erozija 50 sasalšanas-atkausēšanas ciklos.Tas izskaidrojams ar to, ka daļa javas tiek iznīcināta un virsmai pielīp neliels daudzums baltu granulu kristālu, kas galvenokārt sastāv no pildvielas, javas un baltiem kristāliem.Pēc 100 sasaldēšanas-atkausēšanas cikliem uz betona virsmas parādījās liels baltu kristālu laukums, savukārt tumšais rupjais pildviela tika pakļauta ārējai videi.Šobrīd betona virsma pārsvarā ir pakļauta pildvielai un baltiem kristāliem.
Erozīvas sasalšanas-atkušanas betona kolonnas morfoloģija: (a) neierobežota betona kolonna;b) daļēji slēgts oglekļa šķiedras dzelzsbetons;c) daļēji slēgts GRP betons;d) pilnībā noslēgts CFRP betons;e) GRP betona daļēji slēgts betons.
Otrā kategorija ir daļēji hermētisko CFRP un GRP betona kolonnu korozija sasalšanas-atkausēšanas ciklos un sulfātu iedarbības rezultātā, kā parādīts 4.b, c attēlā.Vizuāla pārbaude (1x palielinājums) parādīja, ka uz šķiedru slāņa virsmas pakāpeniski izveidojās balts pulveris, kas ātri nokrita, palielinoties sasaldēšanas-atkausēšanas ciklu skaitam.Daļēji hermētiskā FRP betona neierobežotā virsmas erozija kļuva izteiktāka, palielinoties sasalšanas-atkausēšanas ciklu skaitam.Redzama “uzpūšanās” parādība (betona kolonnas šķīduma atvērtā virsma atrodas uz sabrukšanas robežas).Tomēr lobīšanās parādību daļēji kavē blakus esošais oglekļa šķiedras pārklājums).Zem mikroskopa sintētiskās oglekļa šķiedras parādās kā balti pavedieni uz melna fona ar 400x palielinājumu.Šķiedru apaļās formas un nevienmērīgas gaismas iedarbības dēļ tās šķiet baltas, bet paši oglekļa šķiedru saišķi ir melni.Stikla šķiedra sākotnēji ir līdzīga baltam pavedienam, bet, saskaroties ar līmi, kļūst caurspīdīga un skaidri redzams betona stāvoklis stikla šķiedras iekšpusē.Stikla šķiedra ir spilgti balta, un saistviela ir dzeltenīga.Abi ir ļoti gaišā krāsā, tāpēc līmes krāsa paslēps stikla šķiedras pavedienus, piešķirot kopskatam dzeltenīgu nokrāsu.Oglekļa un stikla šķiedras no bojājumiem aizsargā ārējie epoksīda sveķi.Palielinoties sasalšanas un atkušanas uzbrukumu skaitam, uz virsmas kļuva redzami vairāk tukšumu un daži balti kristāli.Palielinoties sulfātu sasalšanas ciklam, saistviela pamazām kļūst plānāka, pazūd dzeltenīgā krāsa un kļūst redzamas šķiedras.
Trešā kategorija ir pilnībā slēgta CFRP un GRP betona korozija sasalšanas-atkausēšanas ciklos un sulfātu iedarbības rezultātā, kā parādīts 4.d attēlā, e.Atkal, novērotie rezultāti ir līdzīgi tiem, kas iegūti betona kolonnas otrā veida ierobežotajā daļā.
Salīdziniet parādības, kas novērotas pēc trīs iepriekš aprakstīto ierobežošanas metožu izmantošanas.Šķiedru audi pilnībā izolētā FRP betonā paliek stabili, palielinoties sasalšanas-atkausēšanas ciklu skaitam.No otras puses, līmējošā gredzena slānis uz virsmas ir plānāks.Epoksīdsveķi pārsvarā reaģē ar aktīvajiem ūdeņraža joniem atvērta gredzena sērskābē un gandrīz nereaģē ar sulfātiem28.Tādējādi var uzskatīt, ka erozija galvenokārt maina līmējošā slāņa īpašības sasalšanas-atkausēšanas ciklu rezultātā, tādējādi mainot FRP pastiprinošo efektu.FRP daļēji hermētiskā betona betona virsmai ir tāda pati erozijas parādība kā neierobežotai betona virsmai.Tā FRP slānis atbilst pilnībā noslēgta betona FRP slānim, un bojājumi nav acīmredzami.Tomēr daļēji noslēgtā GRP betonā vietās, kur šķiedras sloksnes krustojas ar atklāto betonu, rodas plašas erozijas plaisas.Atklāto betona virsmu erozija kļūst spēcīgāka, jo palielinās sasalšanas-atkausēšanas ciklu skaits.
Pilnībā slēgta, daļēji slēgta un neierobežota FRP betona iekšpuse uzrādīja būtiskas atšķirības, ja tās tika pakļautas sasalšanas-atkausēšanas cikliem un sulfātu šķīdumu iedarbībai.Paraugs tika sagriezts šķērsvirzienā, un šķērsgriezums tika novērots, izmantojot elektronu mikroskopu ar 400x palielinājumu.Uz att.5 parāda mikroskopiskus attēlus attiecīgi 5 mm, 10 mm un 15 mm attālumā no robežas starp betonu un javu.Ir novērots, ka, kombinējot nātrija sulfāta šķīdumu ar sasaldēšanu-atkausēšanu, betona bojājumi pakāpeniski tiek sadalīti no virsmas līdz iekšpusei.Tā kā CFRP un GFRP ierobežotā betona iekšējās erozijas apstākļi ir vienādi, šajā sadaļā nav salīdzināti abi izolācijas materiāli.
Mikroskopisks kolonnas betona daļas iekšpuses novērojums: a) pilnībā ierobežots ar stiklšķiedru;b) daļēji noslēgti ar stiklšķiedru;c) neierobežots.
FRP pilnībā slēgta betona iekšējā erozija ir parādīta attēlā.5a.Plaisas redzamas pie 5 mm, virsma samērā gluda, nav kristalizācijas.Virsma ir gluda, bez kristāliem, 10 līdz 15 mm bieza.FRP daļēji hermētiskā betona iekšējā erozija ir parādīta att.5 B. Plaisas un balti kristāli ir redzami pie 5 mm un 10 mm, un virsma ir gluda pie 15 mm.5.c attēlā parādīti betona FRP kolonnu posmi, kuros tika konstatētas plaisas 5, 10 un 15 mm.Daži balti kristāli plaisās kļuva arvien retāk, jo plaisas pārvietojās no betona ārpuses uz iekšpusi.Vislielākā erozija bija bezgalīgām betona kolonnām, kam sekoja daļēji ierobežotas FRP betona kolonnas.Nātrija sulfātam bija neliela ietekme uz pilnībā slēgtu FRP betona paraugu iekšpusi vairāk nekā 100 sasaldēšanas-atkausēšanas ciklos.Tas norāda, ka galvenais pilnībā ierobežota FRP betona erozijas cēlonis ir saistīta ar sasalšanas-atkušanas eroziju noteiktā laika periodā.Šķērsgriezuma novērošana parādīja, ka posms tieši pirms sasaldēšanas un atkausēšanas bija gluds un bez agregātiem.Betonam sasalstot un atkūstot, ir redzamas plaisas, tas pats attiecas uz pildvielu, un baltie granulētie kristāli ir blīvi pārklāti ar plaisām.Pētījumi27 ir parādījuši, ka, ievietojot betonu nātrija sulfāta šķīdumā, nātrija sulfāts iekļūs betonā, un daži no tiem izgulsnēsies kā nātrija sulfāta kristāli, bet daži reaģēs ar cementu.Nātrija sulfāta kristāli un reakcijas produkti izskatās kā baltas granulas.
FRP pilnībā ierobežo betona plaisas konjugētā erozijā, bet sekcija ir gluda bez kristalizācijas.No otras puses, FRP daļēji slēgtās un neierobežotās betona sekcijās ir izveidojušās iekšējās plaisas un kristalizācija konjugētās erozijas laikā.Atbilstoši attēla aprakstam un iepriekšējiem pētījumiem29 neierobežota un daļēji ierobežota FRP betona šuvju erozijas process ir sadalīts divos posmos.Betona plaisāšanas pirmais posms ir saistīts ar izplešanos un saraušanos sasalšanas-atkausēšanas laikā.Kad sulfāts iekļūst betonā un kļūst redzams, attiecīgais sulfāts aizpilda plaisas, kas radušās saraušanās rezultātā no sasalšanas-atkušanas un hidratācijas reakcijām.Tāpēc sulfātam ir īpaša aizsargājoša iedarbība uz betonu agrīnā stadijā un tas zināmā mērā var uzlabot betona mehāniskās īpašības.Otrais sulfātu uzbrukuma posms turpinās, iekļūstot plaisās vai tukšumos un reaģējot ar cementu, veidojot alanu.Tā rezultātā plaisa palielinās un rada bojājumus.Šajā laikā izplešanās un saraušanās reakcijas, kas saistītas ar sasalšanu un atkausēšanu, pastiprinās betona iekšējos bojājumus, kā rezultātā samazināsies nestspēja.
Uz att.6 parāda betona impregnēšanas šķīdumu pH izmaiņas trīs ierobežotām metodēm, kas uzraudzītas pēc 0, 25, 50, 75 un 100 sasaldēšanas-atkausēšanas cikliem.Neierobežotas un daļēji slēgtas FRP betona javas uzrādīja visātrāko pH pieaugumu no 0 līdz 25 sasalšanas-atkausēšanas cikliem.To pH vērtības palielinājās attiecīgi no 7,5 līdz 11,5 un 11,4.Palielinoties sasaldēšanas-atkausēšanas ciklu skaitam, pH pieaugums pakāpeniski palēninājās pēc 25-100 sasaldēšanas-atkausēšanas cikliem.To pH vērtības palielinājās attiecīgi no 11,5 un 11,4 līdz 12,4 un 11,84.Tā kā pilnībā savienotais FRP betons pārklāj FRP slāni, nātrija sulfāta šķīdumam ir grūti iekļūt.Tajā pašā laikā cementa sastāvam ir grūti iekļūt ārējos šķīdumos.Tādējādi pH pakāpeniski palielinājās no 7,5 līdz 8,0 no 0 līdz 100 sasaldēšanas-atkausēšanas cikliem.PH izmaiņu iemesls tiek analizēts šādi.Silikāts betonā savienojas ar ūdeņraža joniem ūdenī, veidojot silīcijskābi, un atlikušais OH- paaugstina piesātinātā šķīduma pH.PH izmaiņas bija izteiktākas starp 0-25 sasaldēšanas-atkausēšanas cikliem un mazāk izteiktas starp 25-100 sasaldēšanas-atkausēšanas cikliem30.Tomēr šeit tika konstatēts, ka pH turpināja palielināties pēc 25-100 sasaldēšanas-atkausēšanas cikliem.Tas izskaidrojams ar to, ka nātrija sulfāts ķīmiski reaģē ar betona iekšpusi, mainot šķīduma pH.Ķīmiskā sastāva analīze parāda, ka betons reaģē ar nātrija sulfātu sekojošā veidā.
Formula (3) un (4) parāda, ka nātrija sulfāts un kalcija hidroksīds cementā veido ģipsi (kalcija sulfātu), un kalcija sulfāts tālāk reaģē ar kalcija metaaluminātu cementā, veidojot alauna kristālus.Reakciju (4) pavada bāzes OH- veidošanās, kas izraisa pH paaugstināšanos.Turklāt, tā kā šī reakcija ir atgriezeniska, pH noteiktā laikā paaugstinās un mainās lēni.
Uz att.7.a attēlā parādīts pilnībā slēgta, daļēji slēgta un bloķēta GRP betona svara zudums sasalšanas-atkausēšanas ciklu laikā sulfāta šķīdumā.Visredzamākās masas zuduma izmaiņas ir neierobežots betons.Neierobežots betons zaudēja aptuveni 3,2% no savas masas pēc 50 sasalšanas-atkušanas uzbrukumiem un aptuveni 3,85% pēc 100 sasalšanas-atkušanas uzbrukumiem.Rezultāti liecina, ka konjugētās erozijas ietekme uz brīvas plūsmas betona kvalitāti samazinās, palielinoties sasalšanas-atkausēšanas ciklu skaitam.Taču, novērojot parauga virsmu, tika konstatēts, ka javas zudumi pēc 100 sasaldēšanas-atkausēšanas cikliem bija lielāki nekā pēc 50 sasaldēšanas-atkausēšanas cikliem.Apvienojumā ar iepriekšējā sadaļā veiktajiem pētījumiem var izvirzīt hipotēzi, ka sulfātu iekļūšana betonā izraisa masas zuduma palēnināšanos.Tikmēr iekšēji ģenerēts alauns un ģipsis arī izraisa lēnāku svara zudumu, kā to paredz ķīmiskie vienādojumi (3) un (4).
Svara izmaiņas: a) attiecība starp svara izmaiņām un sasaldēšanas-atkausēšanas ciklu skaitu;b) attiecības starp masas izmaiņām un pH vērtību.
FRP daļēji hermētiskā betona svara zuduma izmaiņas vispirms samazinās un pēc tam palielinās.Pēc 50 sasaldēšanas-atkausēšanas cikliem daļēji hermētiskā stiklašķiedras betona masas zudums ir aptuveni 1,3%.Svara zudums pēc 100 cikliem bija 0,8%.Līdz ar to var secināt, ka nātrija sulfāts iekļūst brīvi plūstošā betonā.Turklāt testa parauga virsmas novērošana arī parādīja, ka šķiedras sloksnes var izturēt javas lobīšanos atklātā vietā, tādējādi samazinot svara zudumu.
Pilnībā slēgta FRP betona masas zuduma izmaiņas atšķiras no pirmajām divām.Masa nezaudē, bet papildina.Pēc 50 sala-atkušanas erozijām masa pieauga par aptuveni 0,08%.Pēc 100 reizēm tā masa palielinājās par aptuveni 0,428%.Tā kā betons ir pilnībā izliets, java uz betona virsmas neatdalīsies un, visticamāk, nezaudēs kvalitāti.No otras puses, ūdens un sulfātu iekļūšana no augsta satura virsmas zema satura betona iekšpusē uzlabo arī betona kvalitāti.
Iepriekš ir veikti vairāki pētījumi par sakarību starp pH un masas zudumu betonā ar FRP ierobežotu eroziju.Lielākā daļa pētījumu galvenokārt apspriež attiecības starp masas zudumu, elastības moduli un stiprības zudumu.Uz att.7.b attēlā parādīta saikne starp betona pH un masas zudumu trīs ierobežojumu apstākļos.Tiek piedāvāts prognozēšanas modelis, lai prognozētu betona masas zudumu, izmantojot trīs aiztures metodes pie dažādām pH vērtībām.Kā redzams 7.b attēlā, Pīrsona koeficients ir augsts, norādot, ka patiešām pastāv korelācija starp pH un masas zudumu.Neierobežota, daļēji ierobežota un pilnībā ierobežota betona r kvadrāta vērtības bija attiecīgi 0,86, 0,75 un 0,96.Tas norāda, ka pilnībā izolēta betona pH izmaiņas un svara zudums ir relatīvi lineāri gan sulfāta, gan sasalšanas-atkausēšanas apstākļos.Neierobežotā betonā un daļēji hermētiskā FRP betonā pH pakāpeniski palielinās, cementam reaģējot ar ūdens šķīdumu.Tā rezultātā betona virsma pakāpeniski tiek iznīcināta, kas noved pie bezsvara stāvokļa.No otras puses, pilnībā noslēgta betona pH mainās maz, jo FRP slānis palēnina cementa ķīmisko reakciju ar ūdens šķīdumu.Tādējādi pilnībā slēgtam betonam nav redzamas virsmas erozijas, bet tas palielinās piesātinājuma dēļ sulfātu šķīdumu absorbcijas dēļ.
Uz att.8 parāda SEM skenēšanas rezultātus paraugiem, kas iegravēti ar nātrija sulfāta sasaldēšanu-atkausēšanu.Elektronu mikroskopijā tika pārbaudīti paraugi, kas savākti no blokiem, kas ņemti no betona kolonnu ārējā slāņa.8.a attēlā ir skenējošs elektronu mikroskopa attēls, kas attēlots bez norobežojuma betona pirms erozijas.Jāatzīmē, ka uz parauga virsmas ir daudz caurumu, kas ietekmē pašas betona kolonnas izturību pirms sala atkausēšanas.Uz att.8.b attēlā parādīts pilnībā izolēta FRP betona parauga elektronu mikroskopa attēls pēc 100 sasaldēšanas-atkausēšanas cikliem.Paraugā var konstatēt plaisas sasalšanas un atkausēšanas dēļ.Tomēr virsma ir salīdzinoši gluda un uz tās nav kristālu.Tāpēc neaizpildītas plaisas ir vairāk redzamas.Uz att.8c ir parādīts daļēji hermētiska GRP betona paraugs pēc 100 sala erozijas cikliem.Skaidrs, ka plaisas paplašinājās un starp plaisām veidojās graudi.Dažas no šīm daļiņām piestiprinās pie plaisām.Neierobežotas betona kolonnas parauga SEM skenēšana ir parādīta 8.d attēlā, parādība, kas atbilst daļēji ierobežojumam.Lai vēl vairāk noskaidrotu daļiņu sastāvu, daļiņas plaisās tika vēl vairāk palielinātas un analizētas, izmantojot EDS spektroskopiju.Daļiņām būtībā ir trīs dažādas formas.Saskaņā ar enerģijas spektra analīzi pirmais veids, kā parādīts 9.a attēlā, ir regulārs bloku kristāls, kas galvenokārt sastāv no O, S, Ca un citiem elementiem.Apvienojot iepriekšējās formulas (3) un (4), var noteikt, ka materiāla galvenā sastāvdaļa ir ģipsis (kalcija sulfāts).Otrais ir parādīts 9.b attēlā;saskaņā ar enerģijas spektra analīzi, tas ir asiņveida bezvirziena objekts, un tā galvenās sastāvdaļas ir O, Al, S un Ca.Kombinētās receptes liecina, ka materiāls sastāv galvenokārt no alauna.Trešais bloks, kas parādīts 9.c attēlā, ir neregulārs bloks, kas noteikts ar enerģijas spektra analīzi, galvenokārt sastāv no O, Na un S komponentiem. Izrādījās, ka tie galvenokārt ir nātrija sulfāta kristāli.Skenējošā elektronu mikroskopija parādīja, ka lielākā daļa tukšumu bija piepildīti ar nātrija sulfāta kristāliem, kā parādīts 9.c attēlā, kopā ar nelielu daudzumu ģipša un alauna.
Elektronu mikroskopiskie paraugu attēli pirms un pēc korozijas: a) atvērts betons pirms korozijas;b) pēc korozijas stikla šķiedra ir pilnībā noslēgta;c) pēc GRP daļēji slēgta betona korozijas;d) pēc atvērta betona korozijas.
Analīze ļauj izdarīt šādus secinājumus.Trīs paraugu elektronu mikroskopa attēli bija 1 k ×, un attēlos tika atrastas un novērotas plaisas un erozijas produkti.Neierobežotam betonam ir visplašākās plaisas, un tajā ir daudz graudu.FRP pusspiediena betons plaisas platuma un daļiņu skaita ziņā ir zemāks par betonu bez spiediena.Pilnībā slēgtam FRP betonam ir vismazākais plaisu platums un nav daļiņu pēc sasalšanas-atkausēšanas erozijas.Tas viss liecina, ka pilnībā slēgts FRP betons ir vismazāk jutīgs pret eroziju sasalšanas un atkušanas rezultātā.Ķīmiskie procesi daļēji slēgtās un atvērtās FRP betona kolonnās izraisa alauna un ģipša veidošanos, un sulfātu iespiešanās ietekmē porainību.Lai gan sasalšanas-atkausēšanas cikli ir galvenais betona plaisāšanas cēlonis, sulfāti un to produkti vispirms aizpilda dažas plaisas un poras.Tomēr, palielinoties erozijas apjomam un laikam, plaisas turpina paplašināties un palielinās izveidotā alauna apjoms, kā rezultātā rodas ekstrūzijas plaisas.Galu galā sasaldēšana-atkausēšana un sulfātu iedarbība samazinās kolonnas izturību.