Новости

Благодарим вас за посещение разбросанного стекловолоконного кабронного волокна.Вы используете версию браузера с ограниченной поддержкой CSS.Для оптимальной работы мы рекомендуем вам использовать обновленный браузер (или отключить режим совместимости в Internet Explorer).Кроме того, чтобы обеспечить постоянную поддержку, мы показываем сайт без стилей и JavaScript.
Полимерно-армированный бетон (FRP) считается инновационным и экономичным методом ремонта конструкций.В этом исследовании были выбраны два типичных материала [полимер, армированный углеродным волокном (CFRP) и полимер, армированный стекловолокном (GFRP)] для изучения армирующего эффекта бетона в суровых условиях.Обсуждается устойчивость бетона, содержащего FRP, к сульфатному воздействию и связанным с ним циклам замораживания-оттаивания.Электронная микроскопия для изучения поверхностной и внутренней деградации бетона при сопряженной эрозии.Степень и механизм коррозии сульфата натрия анализировали по величине рН, электронной микроскопии СЭМ и энергетическому спектру ЭМП.Испытания на прочность при осевом сжатии использовались для оценки армирования бетонных колонн, связанных с FRP, и были получены соотношения между напряжением и деформацией для различных методов удержания FRP в эрозионной связанной среде.Анализ ошибок был выполнен для калибровки результатов экспериментальных испытаний с использованием четырех существующих прогностических моделей.Все наблюдения показывают, что процесс деградации бетона с ограничениями FRP является сложным и динамичным при сопряженных напряжениях.Сульфат натрия изначально повышает прочность бетона в сыром виде.Однако последующие циклы замораживания-оттаивания могут усугубить растрескивание бетона, а сульфат натрия еще больше снижает прочность бетона, способствуя растрескиванию.Предлагается точная численная модель для имитации зависимости напряжения от деформации, которая имеет решающее значение для проектирования и оценки жизненного цикла бетона, ограниченного FRP.
Как инновационный метод армирования бетона, который исследуется с 1970-х годов, FRP обладает преимуществами легкого веса, высокой прочности, коррозионной стойкости, сопротивления усталости и удобной конструкции1,2,3.По мере снижения затрат он становится все более распространенным в инженерных приложениях, таких как стекловолокно (GFRP), углеродное волокно (CFRP), базальтовое волокно (BFRP) и арамидное волокно (AFRP), которые являются наиболее часто используемыми FRP для армирования конструкций4, 5. , Предлагаемый метод удержания FRP может улучшить характеристики бетона и избежать преждевременного обрушения.Однако различные внешние среды в машиностроении часто влияют на долговечность бетона с ограниченным содержанием FRP, снижая его прочность.
Несколько исследователей изучали изменения напряжения и деформации в бетоне с различными формами и размерами поперечного сечения.Ян и др.6 обнаружили, что предельное напряжение и деформация положительно коррелируют с ростом толщины фиброзной ткани.Ву и др.7 получили кривые напряжения-деформации для бетона, связанного с FRP, с использованием различных типов волокон для прогнозирования предельных деформаций и нагрузок.Лин и др.8 обнаружили, что модели напряжения-деформации FRP для круглых, квадратных, прямоугольных и эллиптических стержней также сильно различаются, и разработали новую модель напряжения-деформации, ориентированную на дизайн, с использованием отношения ширины и радиуса угла в качестве параметров.Лам и др.9 заметили, что неравномерное перекрытие и кривизна FRP привели к меньшей деформации разрушения и напряжения в FRP, чем в испытаниях плиты на растяжение.Кроме того, ученые изучили частичные ограничения и новые методы ограничения в соответствии с различными реальными потребностями проектирования.Ван и др.[10] провели испытания на осевое сжатие полностью, частично и неограниченно бетона в трех ограниченных режимах.Разработана модель «напряжение-деформация» и приведены коэффициенты ограничивающего воздействия для частично закрытого бетона.Ву и др.11 разработал метод прогнозирования зависимости напряжения от деформации бетона с ограничениями FRP, который учитывает размерные эффекты.Моран и др.12 оценили свойства осевого монотонного сжатия стесненного бетона со спиральными полосами FRP и получили его кривые напряжения-деформации.Однако в приведенном выше исследовании в основном рассматривается разница между частично закрытым бетоном и полностью закрытым бетоном.Роль FRP, частично ограничивающих бетонные сечения, подробно не изучалась.
Кроме того, в исследовании оценивались характеристики бетона с ограничениями FRP с точки зрения прочности на сжатие, изменения деформации, начального модуля упругости и модуля деформационного упрочнения в различных условиях.Тиджани и др.13,14 обнаружили, что ремонтопригодность бетона с ограниченным содержанием FRP снижается с увеличением повреждения в экспериментах по ремонту FRP на первоначально поврежденном бетоне.Ма и др.[15] изучали влияние начального повреждения на железобетонные колонны, связанные с FRP, и считали, что влияние степени повреждения на предел прочности на растяжение было незначительным, но оказало значительное влияние на боковые и продольные деформации.Однако Цао и соавт.16 наблюдали кривые напряжение-деформация и огибающие кривые напряжения-деформации для бетона с ограничениями FRP, затронутого первоначальным повреждением.В дополнение к исследованиям первоначального разрушения бетона, также были проведены некоторые исследования долговечности бетона с ограниченным содержанием FRP в суровых условиях окружающей среды.Эти ученые изучали деградацию бетона с ограничениями по FRP в суровых условиях и использовали методы оценки повреждений для создания моделей деградации для прогнозирования срока службы.Се и др.17 поместили бетон с ограничениями FRP в гидротермальную среду и обнаружили, что гидротермические условия значительно повлияли на механические свойства FRP, что привело к постепенному снижению его прочности на сжатие.В кислотно-щелочной среде интерфейс между углепластиком и бетоном ухудшается.По мере увеличения времени погружения скорость выделения энергии разрушения слоя углепластика значительно снижается, что в конечном итоге приводит к разрушению межфазных образцов18,19,20.Кроме того, некоторые ученые также изучали влияние замораживания и оттаивания на бетон с ограниченным содержанием FRP.Лю и др.21 отметили, что арматура из углепластика обладает хорошей износостойкостью в условиях циклов замораживания-оттаивания благодаря относительному динамическому модулю, прочности на сжатие и соотношению напряжения и деформации.Кроме того, предлагается модель, связанная с ухудшением механических свойств бетона.Тем не менее, Peng et al.22 рассчитали срок службы углепластика и бетонных клеев, используя данные о температуре и цикле замерзания-оттаивания.Гуанг и др.23 проведены экспресс-тесты бетона на морозо-оттаивание и предложен метод оценки морозостойкости по толщине поврежденного слоя при морозо-оттаивании.Яздани и др.24 изучали влияние слоев FRP на проникновение ионов хлорида в бетон.Результаты показывают, что слой FRP химически устойчив и изолирует внутренний бетон от внешних ионов хлорида.Liu et al.25 смоделировали условия испытаний на отслаивание сульфатно-коррозионного FRP-бетона, создали модель проскальзывания и предсказали деградацию интерфейса FRP-бетон.Ван и др.26 установил модель напряжения-деформации для сульфатно-эрозионного бетона, ограниченного FRP, посредством испытаний на одноосное сжатие.Чжоу и др.[27] изучили повреждение неограниченного бетона, вызванное комбинированными циклами замораживания-оттаивания соли, и впервые использовали логистическую функцию для описания механизма разрушения.Эти исследования добились значительного прогресса в оценке долговечности бетона с ограниченным содержанием FRP.Однако большинство исследователей сосредоточились на моделировании эрозионных сред при одном неблагоприятном условии.Бетон часто повреждается из-за сопутствующей эрозии, вызванной различными условиями окружающей среды.Эти комбинированные условия окружающей среды серьезно ухудшают характеристики бетона с ограничениями по FRP.
Циклы сульфатации и замораживания-оттаивания являются двумя типичными важными параметрами, влияющими на долговечность бетона.Технология локализации FRP может улучшить свойства бетона.Он широко используется в технике и исследованиях, но в настоящее время имеет свои ограничения.Несколько исследований были сосредоточены на устойчивости бетона с ограничениями FRP к сульфатной коррозии в холодных регионах.Процесс эрозии полностью закрытого, полузакрытого и открытого бетона сульфатом натрия и замораживанием-оттаиванием заслуживает более подробного изучения, особенно новый полузакрытый метод, описанный в этой статье.Усиление влияние на бетонные колонны также изучалось путем обмена порядка удержания FRP и эрозии.Микрокосмические и макроскопические изменения в образце, вызванные эрозией связи, были охарактеризованы с помощью электронного микроскопа, теста pH, электронного микроскопа SEM, анализа энергетического спектра ЭМП и одноосного механического испытания.Кроме того, в этом исследовании обсуждаются законы, управляющие соотношением напряжения и деформации, которое возникает при одноосных механических испытаниях.Экспериментально подтвержденные значения предельного напряжения и деформации были подтверждены анализом ошибок с использованием четырех существующих моделей предельного напряжения-деформации.Предлагаемая модель может полностью предсказать предельную деформацию и прочность материала, что полезно для будущей практики армирования FRP.Наконец, он служит концептуальной основой для концепции солевой морозостойкости бетона из стеклопластика.
В этом исследовании оценивается ухудшение состояния бетона с ограниченным содержанием FRP при коррозии раствором сульфата в сочетании с циклами замораживания-оттаивания.Микроскопические и макроскопические изменения, вызванные эрозией бетона, были продемонстрированы с помощью сканирующей электронной микроскопии, pH-тестирования, энергетической спектроскопии EDS и одноосных механических испытаний.Кроме того, с помощью экспериментов на осевое сжатие были исследованы механические свойства и изменения напряжения-деформации FRP-связанного бетона, подвергнутого связанной эрозии.
FRP Confined Concrete состоит из необработанного бетона, наружного оберточного материала FRP и эпоксидного клея.Были выбраны два материала для наружной изоляции: углепластик и стеклопластик, свойства материалов представлены в таблице 1. В качестве клея использовались эпоксидные смолы А и В (соотношение смешивания 2:1 по объему).Рис.1 иллюстрирует детали конструкции материалов из бетонной смеси.На рис. 1а использовался портландцемент Swan PO 42.5.Крупные заполнители представляют собой базальтовый щебень диаметром 5-10 и 10-19 мм соответственно, как показано на рис.1б и в.В качестве мелкодисперсного наполнителя на рис. 1г использован природный речной песок с модулем крупности 2,3.Готовят раствор сульфата натрия из гранул безводного сульфата натрия и некоторого количества воды.
Состав бетонной смеси: а – цемент, б – заполнитель 5–10 мм, в – заполнитель 10–19 мм, г – речной песок.
Расчетная прочность бетона составляет 30 МПа, что приводит к осадке свежего цементного бетона от 40 до 100 мм.Соотношение бетонной смеси приведено в таблице 2, а соотношение крупного заполнителя 5-10 мм и 10-20 мм составляет 3:7.Эффект взаимодействия с окружающей средой моделировали путем приготовления сначала 10%-ного раствора NaSO4, а затем заливки раствора в камеру цикла замораживания-оттаивания.
Бетонные смеси готовили в смесителе принудительного действия объемом 0,5 м3 и всю партию бетона использовали для укладки необходимых образцов.В первую очередь подготавливаются ингредиенты бетона согласно таблице 2, а цемент, песок и крупный заполнитель предварительно перемешиваются в течение трех минут.Затем равномерно распределяем воду и перемешиваем 5 минут.Далее образцы бетона отливали в цилиндрические формы и уплотняли на вибростоле (диаметр формы 10 см, высота 20 см).
После отверждения в течение 28 дней образцы были обернуты материалом FRP.В этом исследовании обсуждаются три метода для железобетонных колонн, в том числе полностью закрытые, полуограниченные и неограниченные.Два типа, CFRP и GFRP, используются для ограниченного количества материалов.FRP Полностью закрытая бетонная оболочка из FRP высотой 20 см и длиной 39 см.Верх и низ бетона, связанного FRP, не были загерметизированы эпоксидной смолой.Процесс полугерметичных испытаний как недавно предложенной воздухонепроницаемой технологии описывается следующим образом.
(2) Используя линейку, начертите линию на бетонной цилиндрической поверхности, чтобы определить положение полос FRP, расстояние между полосами составляет 2,5 см.Затем оберните лентой бетонные участки, где FRP не нужен.
(3) Бетонная поверхность шлифуется наждачной бумагой, протирается спиртовой ватой и покрывается эпоксидной смолой.Затем вручную наклейте полосы стекловолокна на бетонную поверхность и выдавите зазоры, чтобы стекловолокно полностью приклеилось к бетонной поверхности и не было пузырьков воздуха.Наконец, приклейте полосы FRP на бетонную поверхность сверху вниз в соответствии с отметками, сделанными линейкой.
(4) Через полчаса проверьте, отделился ли бетон от FRP.Если FRP проскальзывает или торчит, это следует немедленно исправить.Формованные образцы должны быть отверждены в течение 7 дней, чтобы обеспечить прочность после отверждения.
(5) После отверждения используйте универсальный нож, чтобы удалить ленту с бетонной поверхности, и, наконец, получите полугерметичную бетонную колонну из FRP.
Результаты при различных ограничениях показаны на рис.2. На рис. 2а показан полностью закрытый углепластиковый бетон, на рис. 2b — полуобобщенный углепластиковый бетон, на рис. 2с — полностью закрытый стеклопластиковый бетон, а на рис. 2d — полусвязанный углепластиковый бетон.
Закрытые стили: (а) полностью закрытый углепластик;(b) полузакрытое углеродное волокно;(c) полностью заключен в стекловолокно;г) полузакрытый стеклопластик.
Есть четыре основных параметра, которые предназначены для исследования влияния ограничений FRP и последовательностей эрозии на характеристики контроля эрозии цилиндров.В таблице 3 показано количество образцов бетонной колонны.Выборки для каждой категории состояли из трех идентичных выборок состояния, чтобы обеспечить согласованность данных.Среднее значение трех образцов было проанализировано для всех экспериментальных результатов в этой статье.
(1) Воздухонепроницаемый материал классифицируется как углеродное волокно или стекловолокно.Проведено сравнение влияния двух видов волокон на армирование бетона.
(2) Методы локализации бетонных колонн делятся на три типа: полностью ограниченные, полуограниченные и неограниченные.Сопротивление эрозии полузакрытых бетонных колонн сравнивали с двумя другими разновидностями.
(3) Условия эрозии представляют собой циклы замораживания-оттаивания плюс раствор сульфата, а количество циклов замораживания-оттаивания составляет 0, 50 и 100 раз соответственно.Было изучено влияние сопряженной эрозии на FRP-ограниченных бетонных колонн.
(4) Образцы для испытаний делятся на три группы.Первая группа - это обертывание стеклопластиком, а затем коррозия, вторая группа - сначала коррозия, а затем обертывание, а третья группа - сначала коррозия, а затем обертывание, а затем коррозия.
В экспериментальной методике используются универсальная испытательная машина, машина для испытаний на растяжение, установка цикла замораживания-оттаивания (типа CDR-Z), электронный микроскоп, рН-метр, тензодатчик, устройство перемещения, электронный микроскоп СЭМ и Анализатор энергетического спектра EDS в этом исследовании.Образец представляет собой бетонную колонну высотой 10 см и диаметром 20 см.Бетон затвердел в течение 28 дней после заливки и уплотнения, как показано на рисунке 3а.Все образцы после отливки были извлечены из формы и выдержаны в течение 28 суток при температуре 18-22°С и относительной влажности 95%, после чего часть образцов была обернута стеклотканью.
Методы испытаний: (а) оборудование для поддержания постоянной температуры и влажности;(b) машина с циклом замораживания-оттаивания;в) универсальная испытательная машина;(г) рН-тестер;д) микроскопическое наблюдение.
В эксперименте по замораживанию-оттаиванию используется метод мгновенной заморозки, как показано на рисунке 3b.Согласно GB/T 50082-2009 «Стандарты долговечности для обычного бетона», образцы бетона были полностью погружены в 10% раствор сульфата натрия при температуре 15-20°C на 4 дня перед замораживанием и оттаиванием.После этого начинается сульфатная атака и заканчивается одновременно с циклом замораживания-оттаивания.Время цикла замораживания-оттаивания составляет от 2 до 4 часов, а время размораживания не должно быть менее 1/4 времени цикла.Температуру ядра образца следует поддерживать в пределах от (-18±2) до (5±2) °С.Переход от заморозки к разморозке должен занимать не более десяти минут.Три одинаковых цилиндрических образца каждой категории использовали для изучения потери веса и изменения pH раствора в течение 25 циклов замораживания-оттаивания, как показано на рис. 3d.После каждых 25 циклов замораживания-оттаивания образцы удаляли и очищали поверхности перед определением их сырого веса (Wd).Все эксперименты проводились в трех повторах образцов, и для обсуждения результатов испытаний использовались средние значения.Формулы потери массы и прочности образца определяются следующим образом:
В формуле ΔWd – потеря веса (%) образца после каждых 25 циклов замораживания-оттаивания, W0 – средний вес образца бетона до цикла замораживания-оттаивания (кг), Wd – средний вес бетона.масса образца после 25 циклов замораживания-оттаивания (кг).
Коэффициент деградации прочности образца характеризуется Kd, а формула расчета следующая:
В формуле ΔKd – скорость потери прочности (%) образца после каждых 50 циклов замораживания-оттаивания, f0 – средняя прочность образца бетона до цикла замораживания-оттаивания (МПа), fd – средняя прочность бетонный образец на 50 циклов замораживания-оттаивания (МПа).
На рис.3с показана машина для испытания образцов бетона на сжатие.В соответствии со «Стандартом на методы испытаний физических и механических свойств бетона» (GBT50081-2019) определен метод испытания бетонных колонн на прочность при сжатии.Скорость нагружения при испытании на сжатие составляет 0,5 МПа/с, на протяжении всего испытания используется непрерывное и последовательное нагружение.Соотношение нагрузка-смещение для каждого образца было записано во время механических испытаний.Датчики деформации были прикреплены к внешним поверхностям бетона и слоев FRP образцов для измерения осевых и горизонтальных деформаций.Датчик деформации используется при механических испытаниях для записи изменения деформации образца во время испытания на сжатие.
Через каждые 25 циклов замораживания-оттаивания образец раствора для замораживания-оттаивания извлекали и помещали в контейнер.На рис.3d показывает рН-тест образца раствора в контейнере.Микроскопическое исследование поверхности и поперечного сечения образца в условиях замораживания-оттаивания показано на рис. 3г.Состояние поверхности различных образцов после 50 и 100 циклов замораживания-оттаивания в сульфатном растворе наблюдали под микроскопом.В микроскопе используется 400-кратное увеличение.При наблюдении за поверхностью образца в основном наблюдается эрозия слоя FRP и внешнего слоя бетона.Наблюдение за поперечным сечением образца в основном позволяет выбрать условия эрозии на расстоянии 5, 10 и 15 мм от наружного слоя.Образование сульфатных продуктов и циклы замораживания-оттаивания требуют дальнейшего тестирования.Поэтому модифицированную поверхность отобранных образцов исследовали с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ), оснащенного энергодисперсионным спектрометром (ЭДС).
Визуально осмотрите поверхность образца с помощью электронного микроскопа и выберите увеличение 400X.Степень повреждения поверхности в полузамкнутом и бесшовном стеклопластиковом бетоне при циклах замораживания-оттаивания и воздействия сульфатов достаточно высока, в то время как в полностью закрытом бетоне она незначительна.Первая категория относится к возникновению эрозии сыпучего бетона сульфатом натрия и от 0 до 100 циклов замораживания-оттаивания, как показано на рис. 4а.Образцы бетона без воздействия мороза имеют гладкую поверхность без видимых особенностей.После 50 эрозий блок пульпы на поверхности частично отслоился, обнажив белую оболочку пульпы.После 100 эрозий оболочки растворов полностью отвалились при визуальном осмотре поверхности бетона.Наблюдение под микроскопом показало, что поверхность бетона, подвергшегося эродированному замораживанию-оттаиванию 0, была гладкой, а поверхностный заполнитель и раствор находились в одной плоскости.На бетонной поверхности, подвергшейся эрозии в результате 50 циклов замораживания-оттаивания, наблюдалась неровная шероховатая поверхность.Это можно объяснить тем, что часть строительного раствора разрушается и к поверхности прилипает небольшое количество белых зернистых кристаллов, состоящих в основном из заполнителя, строительного раствора и белых кристаллов.После 100 циклов замораживания-оттаивания на поверхности бетона появилась большая площадь белых кристаллов, в то время как темный крупный заполнитель подвергся воздействию внешней среды.В настоящее время поверхность бетона в основном представлена ​​заполнителями и белыми кристаллами.
Морфология эрозионной морозостойкой бетонной колонны: (а) неограниченная бетонная колонна;(б) полузакрытый железобетон, армированный углеродным волокном;(c) Полузакрытый бетон GRP;(d) полностью закрытый бетон из углепластика;(e) Полузакрытый бетон из стеклопластика.
Вторая категория – это коррозия полугерметичных колонн из углепластика и стеклопластика в условиях циклов замораживания-оттаивания и воздействия сульфатов, как показано на рис. 4б, в.Визуальный осмотр (1-кратное увеличение) показал, что на поверхности волокнистого слоя постепенно образовывался белый порошок, который быстро отпадал при увеличении числа циклов замораживания-оттаивания.Неограниченная поверхностная эрозия полугерметичного бетона из FRP становилась более выраженной по мере увеличения количества циклов замораживания-оттаивания.Видимое явление «вздутия» (открытая поверхность раствора бетонной колонны на грани обрушения).Однако явлению отслаивания частично препятствует соседнее покрытие из углеродного волокна).Под микроскопом синтетические углеродные волокна выглядят как белые нити на черном фоне при увеличении в 400 раз.Из-за круглой формы волокон и воздействия неравномерного света они кажутся белыми, но сами пучки углеродных волокон черные.Стекловолокно изначально белое нитевидное, но при контакте с клеем становится прозрачным и хорошо видно состояние бетона внутри стекловолокна.Стекловолокно ярко-белое, а связующее желтоватое.Оба очень светлого цвета, поэтому цвет клея скроет пряди стекловолокна, придав общему виду желтоватый оттенок.Углеродные и стеклянные волокна защищены от повреждений внешней эпоксидной смолой.По мере увеличения количества атак замораживания-оттаивания на поверхности становилось видно больше пустот и несколько белых кристаллов.По мере увеличения цикла сульфатной заморозки связующее постепенно разжижается, исчезает желтоватый цвет и становятся видны волокна.
Третья категория – это коррозия полностью закрытого углепластикового и стеклопластикового бетона при циклах замораживания-оттаивания и воздействия сульфатов, как показано на рис. 4г, д.Опять же, наблюдаемые результаты аналогичны результатам для второго типа стесненного участка бетонной колонны.
Сравните явления, наблюдаемые после применения трех методов сдерживания, описанных выше.Волокнистые ткани в полностью изолированном FRP-бетоне остаются стабильными по мере увеличения количества циклов замораживания-оттаивания.С другой стороны, клейкий кольцевой слой тоньше на поверхности.Эпоксидные смолы в основном реагируют с активными ионами водорода в серной кислоте с открытым циклом и почти не реагируют с сульфатами28.Таким образом, можно считать, что эрозия в основном изменяет свойства клеевого слоя в результате циклов замораживания-оттаивания, тем самым изменяя армирующий эффект стеклопластика.Бетонная поверхность полугерметичного бетона FRP имеет то же явление эрозии, что и неограниченная бетонная поверхность.Его слой FRP соответствует слою FRP полностью закрытого бетона, и повреждения не очевидны.Однако в полугерметичном бетоне из стеклопластика обширные эрозионные трещины возникают там, где волокнистые полосы пересекаются с открытым бетоном.Эрозия открытых бетонных поверхностей становится более серьезной по мере увеличения количества циклов замораживания-оттаивания.
Внутренности полностью закрытого, полузакрытого и неограниченного бетона FRP показали значительные различия при воздействии циклов замораживания-оттаивания и воздействия растворов сульфатов.Образец разрезали поперек и наблюдали поперечное сечение с помощью электронного микроскопа при 400-кратном увеличении.На рис.5 показаны микроскопические изображения на расстоянии 5 мм, 10 мм и 15 мм от границы между бетоном и раствором соответственно.Было замечено, что когда раствор сульфата натрия сочетается с замораживанием-оттаиванием, повреждения бетона постепенно разрушаются от поверхности к внутренней части.Поскольку условия внутренней эрозии углепластика и бетона, связанного с стеклопластиком, одинаковы, в этом разделе не сравниваются два материала защитной оболочки.
Микроскопическое наблюдение внутренней части бетонной секции колонны: (а) полностью ограничено стекловолокном;б) полузакрытый стекловолокном;(в) неограниченно.
Внутренняя эрозия полностью закрытого бетона из FRP показана на рис.5а.Трещины видны на 5 мм, поверхность относительно гладкая, кристаллизации нет.Поверхность гладкая, без кристаллов, толщиной 10-15 мм.Внутренняя эрозия полугерметичного бетона FRP показана на рис.5 B. Трещины и белые кристаллы видны на 5 мм и 10 мм, а поверхность гладкая на 15 мм.На рис. 5с показаны участки бетонных колонн из стеклопластика, где были обнаружены трещины на уровне 5, 10 и 15 мм.Несколько белых кристаллов в трещинах становились все более редкими по мере того, как трещины перемещались снаружи бетона внутрь.Бесконечные бетонные колонны показали наибольшую эрозию, за ними следуют полусвязанные бетонные колонны из FRP.Сульфат натрия мало повлиял на внутреннюю часть полностью закрытых образцов бетона FRP в течение 100 циклов замораживания-оттаивания.Это указывает на то, что основной причиной эрозии полностью стесненного бетона FRP является эрозия от замораживания и оттаивания в течение определенного периода времени.Наблюдение за поперечным срезом показало, что срез непосредственно перед замораживанием и оттаиванием был гладким и не содержал агрегатов.При замерзании и оттаивании бетона видны трещины, то же самое верно и для заполнителя, а белые зернистые кристаллы густо покрыты трещинами.Исследования27 показали, что при помещении бетона в раствор сульфата натрия сульфат натрия будет проникать в бетон, часть которого будет осаждаться в виде кристаллов сульфата натрия, а часть вступать в реакцию с цементом.Кристаллы сульфата натрия и продукты реакции имеют вид белых гранул.
FRP полностью ограничивает трещины в бетоне при сопряженной эрозии, но разрез получается гладким без кристаллизации.С другой стороны, полузакрытые и неограниченные бетонные секции FRP имеют внутренние трещины и кристаллизацию при сопряженной эрозии.Согласно описанию изображения и предыдущим исследованиям29, процесс совместной эрозии неограниченного и полуограниченного бетона FRP делится на две стадии.Первая стадия растрескивания бетона связана с расширением и сжатием при замораживании-оттаивании.Когда сульфат проникает в бетон и становится видимым, соответствующий сульфат заполняет трещины, образовавшиеся в результате усадки в результате реакций замораживания-оттаивания и гидратации.Поэтому сульфат оказывает особое защитное действие на бетон на ранней стадии и может в определенной степени улучшить механические свойства бетона.Вторая стадия сульфатного воздействия продолжается, проникая в трещины или пустоты и реагируя с цементом с образованием квасцов.В результате трещина увеличивается в размерах и вызывает повреждения.В течение этого времени реакции расширения и сжатия, связанные с замерзанием и оттаиванием, усугубят внутренние повреждения бетона, что приведет к снижению несущей способности.
На рис.6 показаны изменения рН растворов для пропитки бетона для трех ограниченных методов, контролируемых после 0, 25, 50, 75 и 100 циклов замораживания-оттаивания.Неограниченные и полузакрытые бетонные растворы FRP показали самый быстрый рост pH от 0 до 25 циклов замораживания-оттаивания.Их значения рН увеличились с 7,5 до 11,5 и 11,4 соответственно.По мере увеличения количества циклов замораживания-оттаивания рост рН постепенно замедлялся после 25-100 циклов замораживания-оттаивания.Их значения рН увеличились с 11,5 и 11,4 до 12,4 и 11,84 соответственно.Поскольку полностью связанный бетон FRP покрывает слой FRP, раствору сульфата натрия трудно проникнуть.В то же время цементному составу трудно проникать во внешние растворы.Таким образом, рН постепенно увеличивался с 7,5 до 8,0 между 0 и 100 циклами замораживания-оттаивания.Причина изменения рН анализируется следующим образом.Силикат в бетоне соединяется с ионами водорода в воде с образованием кремниевой кислоты, а оставшийся ОН- повышает рН насыщенного раствора.Изменение рН было более выраженным между 0-25 циклами замораживания-оттаивания и менее выраженным между 25-100 циклами замораживания-оттаивания30.Однако здесь было обнаружено, что рН продолжал увеличиваться после 25-100 циклов замораживания-оттаивания.Это можно объяснить тем, что сульфат натрия химически реагирует с внутренней частью бетона, изменяя рН раствора.Анализ химического состава показывает, что бетон реагирует с сульфатом натрия следующим образом.
Формулы (3) и (4) показывают, что сульфат натрия и гидроксид кальция в цементе образуют гипс (сульфат кальция), а сульфат кальция далее реагирует с метаалюминатом кальция в цементе с образованием кристаллов квасцов.Реакция (4) сопровождается образованием основного ОН-, что приводит к увеличению рН.Кроме того, поскольку эта реакция обратима, рН в определенное время повышается и изменяется медленно.
На рис.7а показана потеря веса полностью закрытого, полузакрытого и сблокированного стеклопластикового бетона во время циклов замораживания-оттаивания в растворе сульфата.Наиболее очевидным изменением потери массы является неограниченный бетон.Неограниченный бетон потерял около 3,2% своей массы после 50 атак замораживания-оттаивания и около 3,85% после 100 атак замораживания-оттаивания.Результаты показывают, что влияние сопряженной эрозии на качество насыпного бетона снижается по мере увеличения количества циклов замораживания-оттаивания.Однако при наблюдении за поверхностью образца было установлено, что потери раствора после 100 циклов замораживания-оттаивания были больше, чем после 50 циклов замораживания-оттаивания.В сочетании с исследованиями в предыдущем разделе можно предположить, что проникновение сульфатов в бетон приводит к замедлению потери массы.Между тем, образующиеся внутри квасцы и гипс также приводят к более медленной потере веса, как это предсказывается химическими уравнениями (3) и (4).
Изменение веса: (а) взаимосвязь между изменением веса и количеством циклов замораживания-оттаивания;(б) связь между изменением массы и значением рН.
Изменение потери веса полугерметичного бетона FRP сначала уменьшается, а затем увеличивается.После 50 циклов замораживания-оттаивания потеря массы полугерметичного стеклопластикобетона составляет около 1,3 %.Потеря веса после 100 циклов составила 0,8%.Следовательно, можно сделать вывод, что сульфат натрия проникает в сыпучий бетон.Кроме того, наблюдение за поверхностью испытуемого образца также показало, что волокнистые полоски могут сопротивляться отслаиванию строительного раствора на открытой площадке, тем самым уменьшая потерю веса.
Изменение потери массы полностью закрытого бетона FRP отличается от первых двух.Массу не теряет, а прибавляет.После 50 морозо-оттаивающих эрозий масса увеличилась примерно на 0,08%.Через 100 раз его масса увеличилась примерно на 0,428%.Так как бетон полностью залит, раствор на поверхности бетона не оторвется и вряд ли приведет к потере качества.С другой стороны, проникновение воды и сульфатов с поверхности с высоким содержанием во внутреннюю часть бетона с низким содержанием также улучшает качество бетона.
Ранее было проведено несколько исследований взаимосвязи между pH и потерей массы в бетоне с ограничениями FRP в условиях эрозии.В большинстве исследований в основном обсуждается взаимосвязь между потерей массы, модулем упругости и потерей прочности.На рис.7b показана связь между pH бетона и потерей массы при трех ограничениях.Предложена прогностическая модель для прогнозирования потери массы бетона с использованием трех методов удерживания при различных значениях рН.Как видно на рисунке 7b, коэффициент Пирсона высок, что указывает на то, что действительно существует корреляция между рН и потерей массы.Значения r-квадрата для неограниченного, полуограниченного и полностью ограниченного бетона составили 0,86, 0,75 и 0,96 соответственно.Это указывает на то, что изменение pH и потеря массы бетона с полной изоляцией являются относительно линейными как в условиях сульфата, так и в условиях замораживания-оттаивания.В бетоне без ограничений и полугерметичном бетоне из FRP pH постепенно увеличивается по мере реакции цемента с водным раствором.В результате бетонная поверхность постепенно разрушается, что приводит к невесомости.С другой стороны, pH полностью закрытого бетона мало меняется, потому что слой FRP замедляет химическую реакцию цемента с водным раствором.Таким образом, для полностью закрытого бетона нет видимой поверхностной эрозии, но он будет набирать вес за счет насыщения за счет поглощения сульфатных растворов.
На рис.8 показаны результаты сканирования СЭМ образцов, протравленных замораживанием-оттаиванием сульфата натрия.Электронной микроскопией исследованы образцы, собранные из блоков, взятых из наружного слоя бетонных колонн.Рисунок 8а представляет собой изображение незамкнутого бетона до эрозии, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа.Отмечено, что на поверхности образца имеется множество отверстий, влияющих на прочность самой бетонной колонны до морозо-оттаивания.На рис.8b показано изображение, полученное с помощью электронного микроскопа, полностью изолированного образца бетона из FRP после 100 циклов замораживания-оттаивания.Могут быть обнаружены трещины в образце из-за замораживания и оттаивания.Однако поверхность относительно гладкая и на ней нет кристаллов.Поэтому незаполненные трещины более заметны.На рис.8с показан образец полугерметичного стеклопластикового бетона после 100 циклов морозной эрозии.Видно, что трещины расширились и между трещинами образовались зерна.Некоторые из этих частиц прилипают к трещинам.Сканирование СЭМ образца неограниченной бетонной колонны показано на рисунке 8d, явление, согласующееся с полуограничением.Для дальнейшего выяснения состава частиц частицы в трещинах были дополнительно увеличены и проанализированы с помощью спектроскопии EDS.Частицы в основном бывают трех разных форм.Согласно анализу энергетического спектра, первый тип, как показано на рисунке 9а, представляет собой правильный блочный кристалл, состоящий в основном из O, S, Ca и других элементов.Комбинируя предыдущие формулы (3) и (4), можно определить, что основным компонентом материала является гипс (сульфат кальция).Второй показан на рисунке 9b;по данным анализа энергетического спектра представляет собой игольчатый ненаправленный объект, основными компонентами которого являются O, Al, S и Ca.Рецепты комбинирования показывают, что материал состоит в основном из квасцов.Третий блок, показанный на рис. 9в, представляет собой неправильный блок, определяемый анализом энергетического спектра, в основном состоящий из компонентов O, Na и S. Оказалось, что это в основном кристаллы сульфата натрия.Сканирующая электронная микроскопия показала, что большая часть пустот была заполнена кристаллами сульфата натрия, как показано на рисунке 9c, наряду с небольшими количествами гипса и квасцов.
Электронно-микроскопические изображения образцов до и после коррозии: а — открытый бетон до коррозии;б) после коррозии стеклопластик полностью герметизирован;в) после коррозии полузакрытого бетона из стеклопластика;г) после коррозии открытого бетона.
Анализ позволяет сделать следующие выводы.Электронно-микроскопические изображения трех образцов были все 1k×, и на изображениях были обнаружены и наблюдались трещины и продукты эрозии.Неограниченный бетон имеет самые широкие трещины и содержит много зерен.Полунапорный бетон FRP уступает бетону без давления по ширине трещин и количеству частиц.Полностью закрытый бетон FRP имеет наименьшую ширину трещины и не содержит частиц после эрозии при замораживании-оттаивании.Все это указывает на то, что полностью закрытый бетон FRP наименее подвержен эрозии при замерзании и оттаивании.Химические процессы внутри полузакрытых и открытых железобетонных колонн приводят к образованию квасцов и гипса, а проникновение сульфатов влияет на пористость.В то время как циклы замораживания-оттаивания являются основной причиной растрескивания бетона, сульфаты и их продукты в первую очередь заполняют некоторые трещины и поры.Однако по мере увеличения количества и времени эрозии трещины продолжают расширяться, а объем образующихся квасцов увеличивается, что приводит к образованию трещин экструзии.В конечном счете, замораживание-оттаивание и воздействие сульфатов снизят прочность колонны.