zprávy

Děkujeme vám za návštěvu rozptylu obsahu karbonových vláken ze skleněných vláken.Používáte verzi prohlížeče s omezenou podporou CSS.Chcete-li dosáhnout nejlepšího výsledku, doporučujeme použít aktualizovaný prohlížeč (nebo vypnout režim kompatibility v aplikaci Internet Explorer).Abychom zajistili trvalou podporu, zobrazujeme web bez stylů a JavaScriptu.
Polymerem vyztužený beton (FRP) je považován za inovativní a ekonomický způsob opravy konstrukcí.V této studii byly vybrány dva typické materiály [polymer vyztužený uhlíkovými vlákny (CFRP) a polymer vyztužený skleněnými vlákny (GFRP)] pro studium vyztužujícího účinku betonu v drsném prostředí.Byla diskutována odolnost betonu obsahujícího FRP vůči působení síranů a související cykly zmrazování a rozmrazování.Elektronová mikroskopie pro studium povrchové a vnitřní degradace betonu během konjugované eroze.Stupeň a mechanismus koroze síranem sodným byly analyzovány hodnotou pH, elektronovou mikroskopií SEM a energetickým spektrem EMF.Zkoušky axiální pevnosti v tlaku byly použity k vyhodnocení vyztužení betonových sloupů s omezeným FRP a vztahy mezi napětím a deformací byly odvozeny pro různé metody retence FRP v erozně vázaném prostředí.Byla provedena chybová analýza pro kalibraci výsledků experimentálních testů pomocí čtyř existujících prediktivních modelů.Všechna pozorování ukazují, že proces degradace betonu s omezeným FRP je složitý a dynamický při konjugovaných napětích.Síran sodný zpočátku zvyšuje pevnost betonu v surové formě.Následné cykly zmrazování a rozmrazování však mohou zhoršovat praskání betonu a síran sodný dále snižuje pevnost betonu podporou praskání.Je navržen přesný numerický model pro simulaci vztahu napětí-přetvoření, který je kritický pro navrhování a hodnocení životního cyklu betonu s omezeným FRP.
Jako inovativní metoda vyztužení betonu, která byla zkoumána od 70. let 20. století, má FRP výhody nízké hmotnosti, vysoké pevnosti, odolnosti proti korozi, odolnosti proti únavě a pohodlné konstrukce1,2,3.S klesajícími náklady je stále běžnější ve strojírenských aplikacích, jako jsou skleněné vlákno (GFRP), uhlíkové vlákno (CFRP), čedičové vlákno (BFRP) a aramidové vlákno (AFRP), které jsou nejběžněji používané FRP pro strukturální vyztužení4, 5 Navrhovaná metoda retence FRP může zlepšit výkon betonu a zabránit předčasnému zhroucení.Různá vnější prostředí ve strojírenství však často ovlivňují trvanlivost betonu s omezeným FRP, což způsobuje snížení jeho pevnosti.
Několik výzkumníků studovalo změny napětí a deformace v betonu s různými tvary a velikostmi průřezu.Yang a kol.6 zjistili, že konečný stres a napětí pozitivně korelují s růstem tloušťky vláknité tkáně.Wu et al.7 získali křivky napětí-deformace pro beton s omezeným FRP použitím různých typů vláken k predikci mezních přetvoření a zatížení.Lin et al.8 zjistili, že FRP modely napětí-deformace pro kruhové, čtvercové, obdélníkové a eliptické tyče se také velmi liší, a vyvinuli nový designově orientovaný model napětí-deformace využívající poměr šířky a poloměru rohu jako parametry.Lam et al.9 pozorovali, že nestejnoměrné překrývání a zakřivení FRP mělo za následek menší lomové napětí a napětí ve FRP než při tahových zkouškách desky.Kromě toho vědci studovali částečná omezení a nové metody omezení podle různých potřeb návrhu v reálném světě.Wang a kol.[10] provedli zkoušky osového tlaku na plně, částečně a neomezeně betonu ve třech omezených režimech.Byl vyvinut model „napětí-deformace“ a jsou uvedeny koeficienty omezujícího účinku pro částečně uzavřený beton.Wu a kol.11 vyvinul metodu pro predikci závislosti napětí-deformace betonu s omezeným FRP, která bere v úvahu účinky velikosti.Moran et al.12 vyhodnotili axiální monotónní tlakové vlastnosti vázaného betonu s FRP spirálovými pásy a odvodili jeho křivky napětí-deformace.Výše uvedená studie však zkoumá především rozdíl mezi částečně uzavřeným betonem a plně uzavřeným betonem.Role FRP částečně omezujících betonové průřezy nebyla podrobně studována.
Kromě toho studie hodnotila vlastnosti betonu s omezeným FRP z hlediska pevnosti v tlaku, změny deformace, počátečního modulu pružnosti a modulu deformačního zpevnění za různých podmínek.Tijani a kol.13,14 zjistili, že opravitelnost betonu s omezeným FRP klesá s rostoucím poškozením v experimentech oprav FRP na původně poškozeném betonu.Ma a kol.[15] studovali vliv počátečního poškození na betonové sloupy s omezením FRP a usoudili, že vliv stupně poškození na pevnost v tahu byl zanedbatelný, ale měl významný vliv na příčné a podélné deformace.Nicméně Cao a kol.16 pozorované křivky napětí-deformace a křivky obálky napětí-deformace betonu s omezením FRP ovlivněného počátečním poškozením.Kromě studií o počátečním porušení betonu byly také provedeny některé studie o trvanlivosti betonu s omezením FRP v drsných podmínkách prostředí.Tito vědci studovali degradaci betonu s omezeným FRP za drsných podmínek a použili techniky hodnocení poškození k vytvoření modelů degradace k předpovědi životnosti.Xie a kol.17 umístil beton s omezením FRP do hydrotermálního prostředí a zjistil, že hydrotermální podmínky významně ovlivňují mechanické vlastnosti FRP, což má za následek postupné snižování jeho pevnosti v tlaku.V acidobazickém prostředí se rozhraní mezi CFRP a betonem zhoršuje.S prodlužující se dobou ponoření výrazně klesá rychlost uvolňování energie destrukce CFRP vrstvy, což nakonec vede k destrukci mezifázových vzorků18,19,20.Kromě toho někteří vědci také studovali účinky zmrazování a rozmrazování na beton s omezením FRP.Liu et al.21 poznamenali, že výztuž z CFRP má dobrou trvanlivost při cyklech zmrazování a rozmrazování na základě relativního dynamického modulu, pevnosti v tlaku a poměru napětí-deformace.Navíc je navržen model, který je spojen se zhoršením mechanických vlastností betonu.Nicméně Peng et al.22 vypočítali životnost CFRP a betonových lepidel pomocí údajů o teplotě a cyklu zmrazování-rozmrazování.Guang a kol.23 provedla rychlé testy zmrazování a rozmrazování betonu a navrhla metodu hodnocení mrazuvzdornosti na základě tloušťky poškozené vrstvy při vystavení mrazu a rozmrazování.Yazdani a kol.24 studoval vliv FRP vrstev na pronikání chloridových iontů do betonu.Výsledky ukazují, že FRP vrstva je chemicky odolná a izoluje vnitřní beton od vnějších chloridových iontů.Liu et al.25 simulovali podmínky odlupovací zkoušky pro sulfátově zkorodovaný FRP beton, vytvořili model skluzu a předpověděli degradaci rozhraní FRP-beton.Wang a kol.26 vytvořil model napětí-deformace pro sulfátem erodovaný beton s omezením FRP prostřednictvím jednoosých tlakových zkoušek.Zhou a kol.[27] studovali poškození neomezeného betonu způsobené kombinovanými cykly zmrazování a rozmrazování soli a poprvé použili logistickou funkci k popisu mechanismu porušení.Tyto studie učinily významný pokrok v hodnocení trvanlivosti betonu s omezeným FRP.Většina výzkumníků se však zaměřila na modelování erozivních médií za jedné nepříznivé podmínky.Beton je často poškozen v důsledku související eroze způsobené různými podmínkami prostředí.Tyto kombinované podmínky prostředí vážně zhoršují vlastnosti betonu s omezeným FRP.
Cykly sulfatace a zmrazování-rozmrazování jsou dva typické důležité parametry ovlivňující trvanlivost betonu.Technologie lokalizace FRP může zlepšit vlastnosti betonu.Je široce používán ve strojírenství a výzkumu, ale v současné době má svá omezení.Několik studií se zaměřilo na odolnost betonu s omezeným FRP vůči síranové korozi v chladných oblastech.Proces eroze plně uzavřeného, ​​polouzavřeného a otevřeného betonu síranem sodným a zmrazováním-rozmrazování si zaslouží podrobnější studium, zejména nová polouzavřená metoda popsaná v tomto článku.Účinek výztuže na betonových sloupech byl také studován výměnou pořadí retence FRP a eroze.Mikrokosmické a makroskopické změny ve vzorku způsobené erozí vazby byly charakterizovány elektronovým mikroskopem, pH testem, SEM elektronovým mikroskopem, analýzou energetického spektra EMF a jednoosým mechanickým testem.Kromě toho tato studie pojednává o zákonech upravujících vztah napětí-deformace, ke kterému dochází při jednoosém mechanickém testování.Experimentálně ověřené hodnoty mezního napětí a přetvoření byly validovány chybovou analýzou pomocí čtyř existujících modelů mezního napětí-přetvoření.Navržený model dokáže plně předpovědět mezní deformaci a pevnost materiálu, což je užitečné pro budoucí praxi vyztužování FRP.Nakonec slouží jako koncepční základ pro koncepci mrazuvzdornosti betonové soli FRP.
Tato studie hodnotí zhoršení stavu betonu s omezením FRP pomocí koroze v síranovém roztoku v kombinaci s cykly zmrazování a rozmrazování.Mikroskopické a makroskopické změny způsobené erozí betonu byly prokázány pomocí rastrovací elektronové mikroskopie, pH testování, EDS energetické spektroskopie a jednoosého mechanického testování.Kromě toho byly pomocí experimentů s axiálním tlakem zkoumány mechanické vlastnosti a změny napětí-deformace betonu s omezením FRP vystaveného lepené erozi.
FRP Confined Concrete se skládá ze surového betonu, FRP vnějšího obalového materiálu a epoxidového lepidla.Byly vybrány dva vnější izolační materiály: CFRP a GRP, vlastnosti materiálů jsou uvedeny v tabulce 1. Jako lepidla byly použity epoxidové pryskyřice A a B (směšovací poměr 2:1 objemově).Rýže.1 znázorňuje detaily konstrukce materiálů betonové směsi.Na obrázku 1a byl použit portlandský cement Swan PO 42,5.Hrubé kamenivo je drcený čedičový kámen o průměru 5-10 a 10-19 mm, jak je znázorněno na obr.lb a c.Jako jemné plnivo na obr. 1g byl použit přírodní říční písek s modulem jemnosti 2,3.Připravte roztok síranu sodného z granulí bezvodého síranu sodného a určitého množství vody.
Složení betonové směsi: a – cement, b – kamenivo 5–10 mm, c – kamenivo 10–19 mm, d – říční písek.
Návrhová pevnost betonu je 30 MPa, což má za následek sedání čerstvého cementového betonu 40 až 100 mm.Poměr betonové směsi je uveden v tabulce 2 a poměr hrubého kameniva 5-10 mm a 10-20 mm je 3:7.Účinek interakce s prostředím byl modelován tak, že se nejprve připravil 10% roztok NaSO4 a poté se roztok nalil do komory cyklu zmrazování a rozmrazování.
Betonové směsi byly připraveny v 0,5 m3 nucené míchačce a celá dávka betonu byla použita k položení požadovaných vzorků.Nejprve se připraví přísady do betonu podle tabulky 2 a po dobu tří minut se předmíchá cement, písek a hrubé kamenivo.Poté rovnoměrně rozdělte vodu a míchejte po dobu 5 minut.Dále byly vzorky betonu odlity do válcových forem a zhutněny na vibračním stole (průměr formy 10 cm, výška 20 cm).
Po vytvrzení po dobu 28 dnů byly vzorky zabaleny do FRP materiálu.Tato studie pojednává o třech metodách pro železobetonové sloupy, včetně plně uzavřených, částečně omezených a neomezených.Pro omezené materiály se používají dva typy, CFRP a GFRP.FRP Plně uzavřený FRP betonový plášť, 20 cm vysoký a 39 cm dlouhý.Horní a spodní část betonu vázaného FRP nebyly utěsněny epoxidem.Proces semi-hermetického testování jako nedávno navržená vzduchotěsná technologie je popsán následovně.
(2) Pomocí pravítka nakreslete na betonovou válcovou plochu čáru pro určení polohy FRP pásů, vzdálenost mezi pásy je 2,5 cm.Poté páskou obtočte betonová místa, kde FRP není potřeba.
(3) Betonový povrch se vyleští smirkovým papírem, otře lihovou vlnou a natře epoxidem.Poté ručně nalepte sklolaminátové pásy na betonový povrch a vytlačte mezery tak, aby sklolaminát plně přilnul k povrchu betonu a zabránilo se vzduchovým bublinám.Nakonec nalepte FRP pásy na betonový povrch shora dolů podle značek provedených pravítkem.
(4) Po půl hodině zkontrolujte, zda se beton oddělil od FRP.Pokud FRP klouže nebo vyčnívá, je třeba jej okamžitě opravit.Lisované vzorky musí být vytvrzeny po dobu 7 dnů, aby byla zajištěna pevnost vytvrzení.
(5) Po vytvrzení odstraňte pásku z povrchu betonu pomocí nože a nakonec získejte polohermetický FRP betonový sloup.
Výsledky za různých omezení jsou uvedeny na Obr.2. Obrázek 2a ukazuje plně uzavřený CFRP beton, Obrázek 2b ukazuje semigeneralizovaný CFRP beton, Obrázek 2c ukazuje zcela uzavřený GFRP beton a Obrázek 2d ukazuje semi-spevněný CFRP beton.
Uzavřené typy: (a) plně uzavřené CFRP;b) polouzavřená uhlíková vlákna;c) zcela uzavřeno ve skleněných vláknech;d) polouzavřené sklolaminátové vlákno.
Existují čtyři hlavní parametry, které jsou navrženy tak, aby zkoumaly vliv omezení FRP a erozních sekvencí na výkon válců proti erozi.Tabulka 3 ukazuje počet vzorků betonových sloupů.Vzorky pro každou kategorii se skládaly ze tří identických vzorků stavu, aby byla data konzistentní.U všech experimentálních výsledků v tomto článku byl analyzován průměr tří vzorků.
(1) Vzduchotěsný materiál je klasifikován jako uhlíková vlákna nebo sklolaminát.Bylo provedeno srovnání vlivu dvou typů vláken na výztuž betonu.
(2) Metody zadržování betonových sloupů se dělí na tři typy: plně omezené, částečně omezené a neomezené.Odolnost proti erozi polouzavřených betonových sloupů byla porovnána se dvěma dalšími odrůdami.
(3) Podmínky eroze jsou cykly zmrazování a rozmrazování plus roztok síranu a počet cyklů zmrazování a rozmrazování je 0, 50 a 100krát.Byl studován vliv vázané eroze na betonové sloupy s omezením FRP.
(4) Zkušební kusy jsou rozděleny do tří skupin.První skupina je ovinutí FRP a poté koroze, druhá skupina je nejprve koroze a poté ovinutí a třetí skupina je nejprve koroze a poté ovinutí a poté koroze.
Experimentální postup využívá univerzální zkušební stroj, stroj na zkoušení tahem, jednotku cyklu zmrazování a rozmrazování (typ CDR-Z), elektronový mikroskop, pH metr, tenzometr, posunovací zařízení, elektronový mikroskop SEM a EDS analyzátor energetického spektra v této studii.Vzorek je betonový sloup o výšce 10 cm a průměru 20 cm.Beton byl vytvrzen do 28 dnů po nalití a zhutnění, jak je znázorněno na obrázku 3a.Všechny vzorky byly po odlití vyjmuty z formy a udržovány po dobu 28 dnů při 18-22 °C a 95% relativní vlhkosti a poté byly některé vzorky obaleny skelným vláknem.
Zkušební metody: a) zařízení pro udržování konstantní teploty a vlhkosti;(b) stroj s cyklem zmrazování a rozmrazování;c) univerzální zkušební stroj;(d) pH tester;e) mikroskopické pozorování.
Experiment zmrazování a rozmrazování používá metodu rychlého zmrazení, jak je znázorněno na obrázku 3b.Podle GB/T 50082-2009 „Normy trvanlivosti pro konvenční beton“ byly vzorky betonu zcela ponořeny do 10% roztoku síranu sodného při 15-20 °C po dobu 4 dnů před zmrazením a rozmražením.Poté sulfátový útok začíná a končí současně s cyklem zmrazování-rozmrazování.Doba cyklu zmrazování a rozmrazování je 2 až 4 hodiny a doba rozmrazování by neměla být kratší než 1/4 doby cyklu.Teplota jádra vzorku by měla být udržována v rozsahu od (-18±2) do (5±2) °С.Přechod ze zmrazeného stavu na rozmrazování by neměl trvat déle než deset minut.Tři válcovité identické vzorky z každé kategorie byly použity ke studiu úbytku hmotnosti a změny pH roztoku během 25 cyklů zmrazování-rozmrazování, jak je znázorněno na obr. 3d.Po každých 25 cyklech zmrazení-rozmrazení byly vzorky odebrány a povrchy vyčištěny před stanovením jejich čerstvé hmotnosti (Wd).Všechny experimenty byly provedeny v triplikátech vzorků a průměrné hodnoty byly použity k diskusi o výsledcích testu.Vzorce pro ztrátu hmotnosti a pevnosti vzorku se stanoví takto:
Ve vzorci je ΔWd ztráta hmotnosti (%) vzorku po každých 25 cyklech zmrazování-rozmrazování, W0 je průměrná hmotnost vzorku betonu před cyklem zmrazování-rozmrazování (kg), Wd je průměrná hmotnost betonu.hmotnost vzorku po 25 cyklech zmrazení-rozmrazení (kg).
Koeficient degradace pevnosti vzorku je charakterizován Kd a výpočetní vzorec je následující:
Ve vzorci je ΔKd rychlost ztráty pevnosti (%) vzorku po každých 50 cyklech zmrazování a rozmrazování, f0 je průměrná pevnost vzorku betonu před cyklem zmrazování a rozmrazování (MPa), fd je průměrná pevnost vzorek betonu pro 50 cyklů zmrazování a rozmrazování (MPa).
Na Obr.3c znázorňuje stroj na zkoušení betonových vzorků v tlaku.V souladu se „Standardem pro zkušební metody pro fyzikální a mechanické vlastnosti betonu“ (GBT50081-2019) je definována metoda zkoušení betonových sloupů na pevnost v tlaku.Rychlost zatěžování při kompresní zkoušce je 0,5 MPa/s a během zkoušky se používá kontinuální a sekvenční zatěžování.Vztah zatížení-posunutí pro každý vzorek byl zaznamenán během mechanického testování.Na vnější povrchy betonu a FRP vrstev vzorků byly připevněny tenzometry pro měření axiálních a horizontálních deformací.Deformační cela se používá při mechanickém testování k zaznamenání změny napětí vzorku během kompresního testu.
Každých 25 cyklů zmrazení a rozmrazení byl odebrán vzorek roztoku zmrazení a rozmrazení a umístěn do nádoby.Na Obr.3d ukazuje test pH roztoku vzorku v nádobě.Mikroskopické vyšetření povrchu a příčného řezu vzorku za podmínek zmrazení-rozmrazení je znázorněno na obr. 3d.Stav povrchu různých vzorků po 50 a 100 cyklech zmrazení-rozmrazení v síranovém roztoku byl pozorován pod mikroskopem.Mikroskop využívá 400x zvětšení.Při pozorování povrchu vzorku se sleduje především eroze FRP vrstvy a vnější vrstvy betonu.Pozorování příčného řezu vzorku v podstatě vybírá erozní podmínky ve vzdálenosti 5, 10 a 15 mm od vnější vrstvy.Tvorba sulfátových produktů a cykly zmrazování a rozmrazování vyžadují další testování.Proto byl modifikovaný povrch vybraných vzorků zkoumán pomocí rastrovacího elektronového mikroskopu (SEM) vybaveného energeticky disperzním spektrometrem (EDS).
Vizuálně zkontrolujte povrch vzorku elektronovým mikroskopem a zvolte 400x zvětšení.Stupeň poškození povrchu v polouzavřeném a bezespárovém GRP betonu při cyklech zmrazování-rozmrazování a vystavení síranům je poměrně vysoký, zatímco v plně uzavřeném betonu je zanedbatelný.První kategorie se týká výskytu eroze volně tekoucího betonu síranem sodným a 0 až 100 cyklů zmrazování a rozmrazování, jak je znázorněno na obr. 4a.Betonové vzorky bez mrazu mají hladký povrch bez viditelných znaků.Po 50 erozích se blok buničiny na povrchu částečně odloupl a obnažil se bílý obal buničiny.Skořápky roztoků po 100 erozích při vizuální kontrole povrchu betonu zcela odpadly.Mikroskopické pozorování ukázalo, že povrch betonu erodovaného mrazem a rozmrazováním byl hladký a povrchové kamenivo a malta byly ve stejné rovině.Na betonovém povrchu erodovaném 50 cykly zmrazování a rozmrazování byl pozorován nerovný, drsný povrch.To lze vysvětlit tím, že část malty je zničena a na povrchu, který se skládá převážně z kameniva, malty a bílých krystalů, ulpívá malé množství bílých zrnitých krystalů.Po 100 cyklech zmrazování a rozmrazování se na povrchu betonu objevila velká plocha bílých krystalů, zatímco tmavé hrubé kamenivo bylo vystaveno vnějšímu prostředí.V současné době je na povrchu betonu převážně obnažené kamenivo a bílé krystaly.
Morfologie erozivního mrazu-rozmrazujícího betonového sloupu: (a) neomezený betonový sloup;b) polouzavřený beton vyztužený uhlíkovými vlákny;(c) GRP polouzavřený beton;(d) zcela uzavřený CFRP beton;(e) GRP betonový polouzavřený beton.
Druhou kategorií je koroze polohermetických betonových sloupů z CFRP a GRP při cyklech zmrazování a rozmrazování a vystavení síranům, jak je znázorněno na obr. 4b, c. Obr.Vizuální kontrola (zvětšení 1x) ukázala, že se na povrchu vláknité vrstvy postupně vytvořil bílý prášek, který rychle odpadával s nárůstem počtu cyklů zmrazování-rozmrazování.Neomezená povrchová eroze semihermetického FRP betonu se stala výraznější s rostoucím počtem cyklů zmrazování a rozmrazování.Viditelný jev „nadýmání“ (otevřená plocha řešení betonového sloupu je na pokraji zhroucení).Jev odlupování je však částečně brzděn přilehlým povlakem z uhlíkových vláken).Pod mikroskopem se syntetická uhlíková vlákna jeví jako bílá vlákna na černém pozadí při 400násobném zvětšení.Díky kulatému tvaru vláken a vystavení nerovnoměrnému světlu se zdají bílé, ale samotné svazky uhlíkových vláken jsou černé.Sklolaminát je zpočátku bílý jako nit, ale při kontaktu s lepidlem zprůhlední a stav betonu uvnitř sklolaminátu je jasně viditelný.Sklolaminát je zářivě bílý a pojivo nažloutlé.Oba mají velmi světlou barvu, takže barva lepidla skryje prameny ze skleněných vláken a dodá celkovému vzhledu nažloutlý odstín.Uhlíková a skelná vlákna jsou chráněna před poškozením vnější epoxidovou pryskyřicí.Jak se počet útoků zmrazováním a rozmrazováním zvyšoval, na povrchu bylo vidět více dutin a několik bílých krystalů.S rostoucím sulfátovým zmrazovacím cyklem se pojivo postupně řídne, nažloutlá barva mizí a vlákna se stávají viditelnými.
Třetí kategorií je koroze plně uzavřeného CFRP a GRP betonu při cyklech zmrazování a rozmrazování a vystavení síranům, jak je znázorněno na obr. 4d, např. Obr.Pozorované výsledky jsou opět podobné výsledkům pro druhý typ vázaného úseku betonového sloupu.
Porovnejte jevy pozorované po aplikaci tří výše popsaných metod omezení.Vláknité tkáně v plně izolovaném FRP betonu zůstávají stabilní, jak se zvyšuje počet cyklů zmrazování a rozmrazování.Na druhé straně je vrstva lepivého kroužku na povrchu tenčí.Epoxidové pryskyřice většinou reagují s aktivními vodíkovými ionty v kyselině sírové s otevřeným kruhem a téměř nereagují se sírany28.Lze tedy uvažovat, že eroze mění hlavně vlastnosti adhezivní vrstvy v důsledku cyklů zmrazování-rozmrazování, čímž se mění zpevňující účinek FRP.Betonový povrch FRP polohermetického betonu má stejný jev eroze jako neomezený betonový povrch.Jeho FRP vrstva odpovídá FRP vrstvě plně uzavřeného betonu a poškození není zřejmé.V polotěsném GRP betonu však dochází k rozsáhlým erozním trhlinám tam, kde se pásy vláken protínají s pohledovým betonem.S rostoucím počtem cyklů zmrazování a rozmrazování se eroze odkrytých betonových povrchů stává závažnější.
Vnitřek plně uzavřeného, ​​polouzavřeného a neomezeného FRP betonu vykazoval významné rozdíly, když byl podroben cyklům zmrazování-rozmrazování a vystavení síranovým roztokům.Vzorek byl příčně rozříznut a příčný řez byl pozorován pomocí elektronového mikroskopu při 400násobném zvětšení.Na Obr.5 ukazuje mikroskopické snímky ve vzdálenosti 5 mm, 10 mm a 15 mm od hranice mezi betonem a maltou.Bylo pozorováno, že když je roztok síranu sodného kombinován se zmrazováním a rozmrazováním, poškození betonu se postupně rozkládá z povrchu do interiéru.Protože podmínky vnitřní eroze CFRP a betonu s omezeným GFRP jsou stejné, tato část neporovnává dva materiály kontejnmentu.
Mikroskopické pozorování vnitřku betonové části sloupu: (a) zcela omezeno skelným vláknem;b) polouzavřené skelným vláknem;c) neomezené.
Vnitřní eroze plně uzavřeného betonu FRP je znázorněna na Obr.5a.Trhliny jsou viditelné na 5 mm, povrch je poměrně hladký, nedochází ke krystalizaci.Povrch je hladký, bez krystalů, tloušťka 10 až 15 mm.Vnitřní eroze FRP polohermetického betonu je znázorněna na Obr.5 B. Praskliny a bílé krystaly jsou viditelné při 5 mm a 10 mm a povrch je hladký při 15 mm.Obrázek 5c ukazuje řezy betonových FRP sloupů, kde byly nalezeny trhliny 5, 10 a 15 mm.Několik bílých krystalů v trhlinách bylo postupně vzácnějších, jak se trhliny pohybovaly z vnější strany betonu dovnitř.Největší erozi vykazovaly nekonečné betonové sloupy, následované polospevněnými betonovými sloupy FRP.Síran sodný měl po 100 cyklech zmrazování a rozmrazování malý vliv na vnitřek zcela uzavřených vzorků betonu FRP.To ukazuje, že hlavní příčinou eroze plně vázaného FRP betonu je spojená eroze mrazem a rozmrazováním po určitou dobu.Pozorování příčného řezu ukázalo, že řez bezprostředně před zmrazením a rozmražením byl hladký a bez agregátů.Jak beton mrzne a taje, jsou viditelné trhliny, totéž platí pro kamenivo a bílé zrnité krystaly jsou hustě pokryty trhlinami.Studie27 ukázaly, že když je beton umístěn do roztoku síranu sodného, ​​síran sodný proniká do betonu, z nichž některé se vysrážejí jako krystaly síranu sodného a některé budou reagovat s cementem.Krystaly síranu sodného a reakční produkty vypadají jako bílé granule.
FRP zcela omezuje trhliny v betonu při konjugované erozi, ale řez je hladký bez krystalizace.Na druhé straně se u FRP polouzavřených a neomezených betonových profilů vyvinuly vnitřní trhliny a krystalizace pod konjugovanou erozí.Podle popisu obrázku a předchozích studií29 je společný proces eroze neomezeného a polorestrikčního FRP betonu rozdělen do dvou etap.První fáze praskání betonu je spojena s expanzí a kontrakcí během zmrazování a tání.Když síran pronikne do betonu a stane se viditelným, vyplní odpovídající síran trhliny vzniklé smršťováním při reakcích zmrazování, tání a hydratace.Proto má síran v raném stadiu speciální ochranný účinek na beton a může do určité míry zlepšit mechanické vlastnosti betonu.Druhý stupeň síranového napadení pokračuje, proniká do trhlin nebo dutin a reaguje s cementem za vzniku kamence.V důsledku toho se trhlina zvětšuje a způsobuje poškození.Během této doby expanzní a smršťovací reakce spojené se zmrazováním a rozmrazováním zhorší vnitřní poškození betonu, což má za následek snížení únosnosti.
Na Obr.6 ukazuje změny pH roztoků impregnace betonu pro tři omezené metody monitorované po 0, 25, 50, 75 a 100 cyklech zmrazování-rozmrazování.Neomezené a polouzavřené betonové malty FRP vykazovaly nejrychlejší nárůst pH z 0 na 25 cyklů zmrazení-rozmrazení.Jejich hodnoty pH se zvýšily ze 7,5 na 11,5 a 11,4.Jak se zvyšoval počet cyklů zmrazování a rozmrazování, vzestup pH se po 25-100 cyklech zmrazování a rozmrazování postupně zpomaloval.Jejich hodnoty pH se zvýšily z 11,5 a 11,4 na 12,4 a 11,84.Protože plně spojený FRP beton pokrývá FRP vrstvu, je obtížné proniknout roztokem síranu sodného.Současně je pro cementovou kompozici obtížné proniknout do vnějších roztoků.pH se tedy postupně zvýšilo ze 7,5 na 8,0 mezi 0 a 100 cykly zmrazení-rozmrazení.Důvod změny pH se analyzuje následovně.Křemičitan v betonu se spojuje s vodíkovými ionty ve vodě za vzniku kyseliny křemičité a zbývající OH- zvyšuje pH nasyceného roztoku.Změna pH byla výraznější mezi 0-25 cykly zmrazení-rozmrazení a méně výrazná mezi 25-100 cykly zmrazení-rozmrazení30.Zde však bylo zjištěno, že pH dále rostlo po 25-100 cyklech zmrazení-rozmrazení.To lze vysvětlit skutečností, že síran sodný chemicky reaguje s vnitřkem betonu a mění pH roztoku.Analýza chemického složení ukazuje, že beton reaguje se síranem sodným následujícím způsobem.
Vzorce (3) a (4) ukazují, že síran sodný a hydroxid vápenatý v cementu tvoří sádru (síran vápenatý) a síran vápenatý dále reaguje s metaaluminátem vápenatým v cementu za vzniku krystalů kamence.Reakce (4) je doprovázena tvorbou zásaditého OH-, což vede ke zvýšení pH.Také, protože tato reakce je reverzibilní, pH v určité době stoupá a mění se pomalu.
Na Obr.7a ukazuje úbytek hmotnosti zcela uzavřeného, ​​polouzavřeného a propleteného GRP betonu během cyklů zmrazování a rozmrazování v roztoku síranu.Nejviditelnější změnou ve ztrátě hmoty je neomezený beton.Neomezený beton ztratil asi 3,2 % své hmoty po 50 útocích zmrazení-rozmrazení a asi 3,85 % po 100 útocích zmrazení-rozmrazení.Výsledky ukazují, že vliv konjugované eroze na kvalitu volně tekoucího betonu klesá s rostoucím počtem cyklů zmrazování a rozmrazování.Při pozorování povrchu vzorku však bylo zjištěno, že úbytek malty po 100 cyklech zmrazování a rozmrazování byl větší než po 50 cyklech zmrazování a rozmrazování.V kombinaci se studiemi v předchozí části lze předpokládat, že pronikání síranů do betonu vede ke zpomalení ztráty hmoty.Mezitím interně generovaný kamenec a sádra také vedou k pomalejšímu úbytku hmotnosti, jak předpovídají chemické rovnice (3) a (4).
Změna hmotnosti: a) vztah mezi změnou hmotnosti a počtem cyklů zmrazování a rozmrazování;b) vztah mezi změnou hmotnosti a hodnotou pH.
Změna hmotnostního úbytku FRP polohermetického betonu nejprve klesá a poté se zvyšuje.Po 50 cyklech zmrazování a rozmrazování je ztráta hmoty polohermetického sklolaminátového betonu asi 1,3 %.Ztráta hmotnosti po 100 cyklech byla 0,8 %.Lze tedy usoudit, že síran sodný proniká do volně tekoucího betonu.Kromě toho pozorování povrchu zkušebního kusu také ukázalo, že proužky vláken mohly odolat odlupování malty v otevřeném prostoru, čímž se snížila ztráta hmotnosti.
Změna ztráty hmoty plně uzavřeného FRP betonu se liší od prvních dvou.Mše neztrácí, ale přidává.Po 50 erozích mrazu a tání se hmota zvýšila asi o 0,08 %.Po 100násobku se jeho hmotnost zvýšila asi o 0,428 %.Vzhledem k tomu, že beton je zcela nalitý, malta na povrchu betonu se neodloupne a je nepravděpodobné, že by došlo ke ztrátě kvality.Na druhé straně pronikání vody a síranů z povrchu s vysokým obsahem do vnitřku betonu s nízkým obsahem také zlepšuje kvalitu betonu.
Již dříve bylo provedeno několik studií o vztahu mezi pH a ztrátou hmoty v betonu s omezeným FRP za erozních podmínek.Většina výzkumů pojednává především o vztahu mezi ztrátou hmoty, modulem pružnosti a ztrátou pevnosti.Na Obr.7b ukazuje vztah mezi pH betonu a ztrátou hmoty při třech omezeních.Je navržen prediktivní model pro predikci ztráty hmoty betonu pomocí tří retenčních metod při různých hodnotách pH.Jak je vidět na obrázku 7b, Pearsonův koeficient je vysoký, což naznačuje, že skutečně existuje korelace mezi pH a ztrátou hmoty.Hodnoty r-kvadrát pro neomezený, částečně omezený a plně omezený beton byly 0,86, 0,75 a 0,96, v tomto pořadí.To ukazuje, že změna pH a ztráta hmotnosti plně izolovaného betonu je relativně lineární jak za podmínek sulfátu, tak za podmínek zmrazování a rozmrazování.U neomezeného betonu a semihermetického FRP betonu se pH postupně zvyšuje, jak cement reaguje s vodným roztokem.V důsledku toho se betonový povrch postupně ničí, což vede k beztíži.Na druhou stranu se pH plně uzavřeného betonu mění jen málo, protože FRP vrstva zpomaluje chemickou reakci cementu s vodním roztokem.U plně uzavřeného betonu tedy nedochází k žádné viditelné povrchové erozi, ale přibývá na váze v důsledku nasycení v důsledku absorpce síranových roztoků.
Na Obr.8 ukazuje výsledky SEM skenu vzorků leptaných síranem sodným, zmrazením a rozmražením.Elektronová mikroskopie zkoumala vzorky odebrané z bloků odebraných z vnější vrstvy betonových sloupů.Obrázek 8a je snímek neuzavřeného betonu před erozí ze skenovacího elektronového mikroskopu.Je třeba poznamenat, že na povrchu vzorku je mnoho otvorů, které ovlivňují pevnost samotného betonového sloupu před rozmrznutím.Na Obr.8b ukazuje snímek z elektronového mikroskopu plně izolovaného FRP betonového vzorku po 100 cyklech zmrazování a rozmrazování.Ve vzorku mohou být detekovány trhliny způsobené zmrazováním a rozmrazováním.Povrch je však poměrně hladký a nejsou na něm žádné krystaly.Proto jsou nevyplněné trhliny viditelnější.Na Obr.8c ukazuje vzorek semihermetického GRP betonu po 100 cyklech mrazové eroze.Je zřejmé, že se trhliny rozšířily a mezi trhlinami se vytvořila zrna.Některé z těchto částic se přichytí k prasklinám.SEM sken vzorku neomezeného betonového sloupu je znázorněn na obrázku 8d, což je jev konzistentní s semi-restrikcí.Pro další objasnění složení částic byly částice v trhlinách dále zvětšeny a analyzovány pomocí EDS spektroskopie.Částice mají v zásadě tři různé tvary.Podle analýzy energetického spektra je prvním typem, jak je znázorněno na obrázku 9a, pravidelný blokový krystal, složený hlavně z O, S, Ca a dalších prvků.Kombinací předchozích vzorců (3) a (4) lze určit, že hlavní složkou materiálu je sádra (síran vápenatý).Druhý je znázorněn na obrázku 9b;podle analýzy energetického spektra se jedná o jehlicovitý nesměrový objekt a jeho hlavními složkami jsou O, Al, S a Ca.Kombinační receptury ukazují, že materiál sestává převážně z kamence.Třetí blok zobrazený na obr. 9c je nepravidelný blok, určený analýzou energetického spektra, sestávající převážně ze složek O, Na a S. Ukázalo se, že se jedná především o krystaly síranu sodného.Skenovací elektronová mikroskopie ukázala, že většina dutin byla vyplněna krystaly síranu sodného, ​​jak je znázorněno na obrázku 9c, spolu s malým množstvím sádry a kamence.
Elektronové mikroskopické snímky vzorků před korozí a po ní: a) otevřený beton před korozí;(b) po korozi je sklolaminát zcela utěsněn;(c) po korozi GRP polouzavřeného betonu;(d) po korozi otevřeného betonu.
Analýza nám umožňuje vyvodit následující závěry.Snímky tří vzorků z elektronového mikroskopu byly všechny 1k× a na snímcích byly nalezeny a pozorovány trhliny a produkty eroze.Neomezený beton má nejširší trhliny a obsahuje mnoho zrn.Polotlaký beton FRP je horší než netlakový beton, pokud jde o šířku trhlin a počet částic.Plně uzavřený FRP beton má nejmenší šířku trhlin a žádné částice po erozi mrazem a rozmrazováním.To vše ukazuje, že plně uzavřený FRP beton je nejméně náchylný k erozi v důsledku mrazu a tání.Chemické procesy uvnitř polouzavřených a otevřených FRP betonových sloupů vedou k tvorbě kamence a sádry a pronikání síranů ovlivňuje poréznost.Zatímco cykly zmrazování a rozmrazování jsou hlavní příčinou praskání betonu, sírany a jejich produkty v první řadě vyplňují některé trhliny a póry.S rostoucím množstvím a dobou eroze se však trhliny dále rozšiřují a objem vytvořeného kamence se zvětšuje, což má za následek praskliny způsobené vytlačováním.V konečném důsledku zmrazování-rozmrazování a působení sulfátu sníží pevnost kolony.