uutiset

Kiitos vierailustasi scatter lasikuitu cabron kuitu sisältöä .Käytät selainversiota, jossa on rajoitettu CSS-tuki.Parhaan kokemuksen saamiseksi suosittelemme käyttämään päivitettyä selainta (tai poistamaan Yhteensopivuustila käytöstä Internet Explorerissa).Lisäksi jatkuvan tuen varmistamiseksi näytämme sivuston ilman tyylejä ja JavaScriptiä.
Polymeeriraudoitusbetoni (FRP) pidetään innovatiivisena ja taloudellisena menetelmänä rakenteiden korjaamiseen.Tässä tutkimuksessa valittiin kaksi tyypillistä materiaalia [hiilikuituvahvistettu polymeeri (CFRP) ja lasikuituvahvisteinen polymeeri (GFRP)] tutkimaan betonin lujittavaa vaikutusta ankarissa ympäristöissä.FRP:tä sisältävän betonin kestävyyttä sulfaattisyötölle ja siihen liittyviä jäätymis-sulamisjaksoja on käsitelty.Elektronimikroskopia betonin pinnan ja sisäisen hajoamisen tutkimiseen konjugoidun eroosion aikana.Natriumsulfaattikorroosion aste ja mekanismi analysoitiin pH-arvon, SEM-elektronimikroskoopin ja EMF-energiaspektrin avulla.Aksiaalisia puristuslujuustestejä on käytetty FRP-rajoitteisten betonipilarien raudoituksen arvioimiseen, ja jännitys-venymäsuhteita on johdettu erilaisille FRP-retentiomenetelmille erosiivisessa kytketyssä ympäristössä.Virheanalyysi suoritettiin kokeellisten testitulosten kalibroimiseksi käyttämällä neljää olemassa olevaa ennustavaa mallia.Kaikki havainnot osoittavat, että FRP-rajoitetun betonin hajoamisprosessi on monimutkainen ja dynaaminen konjugaattijännityksissä.Natriumsulfaatti lisää aluksi betonin lujuutta sen raakamuodossa.Myöhemmät jäätymis-sulamisjaksot voivat kuitenkin pahentaa betonin halkeilua, ja natriumsulfaatti vähentää entisestään betonin lujuutta edistämällä halkeilua.Tarkkaa numeerista mallia ehdotetaan simuloimaan jännitys-venymäsuhdetta, joka on kriittinen FRP-rajoitetun betonin elinkaaren suunnittelussa ja arvioinnissa.
Innovatiivisena betonin lujitemenetelmänä, jota on tutkittu 1970-luvulta lähtien, FRP:n etuna on kevyt paino, korkea lujuus, korroosionkestävyys, väsymiskestävyys ja kätevä rakenne1,2,3.Kustannusten pienentyessä se on yleistymässä teknisissä sovelluksissa, kuten lasikuiduissa (GFRP), hiilikuiduissa (CFRP), basalttikuiduissa (BFRP) ja aramidikuiduissa (AFRP), jotka ovat yleisimmin käytettyjä FRP:itä rakenteiden vahvistamiseen4, 5 Ehdotettu FRP-retentiomenetelmä voi parantaa betonin suorituskykyä ja välttää ennenaikaisen romahtamisen.Kuitenkin erilaiset ulkoiset ympäristöt koneenrakennuksessa vaikuttavat usein FRP-rajoitetun betonin kestävyyteen, jolloin sen lujuus heikkenee.
Useat tutkijat ovat tutkineet jännitys- ja jännitysmuutoksia poikkileikkaukseltaan erimuotoisessa ja -kokoisessa betonissa.Yang et ai.6 havaitsi, että lopullinen jännitys ja jännitys korreloivat positiivisesti kuitukudoksen paksuuden kasvun kanssa.Wu et al.7 saivat jännitys-venymäkäyrät FRP-rajoitetulle betonille käyttämällä erilaisia ​​kuitutyyppejä äärimmäisten jännitysten ja kuormien ennustamiseksi.Lin et al.8 havaitsivat, että FRP-jännitysvenymämallit pyöreille, neliömäisille, suorakaiteen muotoisille ja elliptisille tankoille eroavat myös suuresti, ja kehittivät uuden suunnittelusuuntautuneen jännitysvenymämallin käyttämällä parametreina leveyden ja kulman säteen suhdetta.Lam et al.9 havaitsivat, että FRP:n epätasainen päällekkäisyys ja kaarevuus johtivat pienempään murtumisvenimiin ja jännitykseen FRP:ssä kuin laatan vetokokeissa.Lisäksi tiedemiehet ovat tutkineet osittaisia ​​rajoituksia ja uusia rajoitusmenetelmiä erilaisten todellisten suunnittelutarpeiden mukaan.Wang et ai.[10] suoritti aksiaalipuristustestejä kokonaan, osittain ja rajoittamattomalle betonille kolmessa rajoitetussa tilassa."Stress-strain" -malli on kehitetty ja on annettu rajoittavan vaikutuksen kertoimet osittain suljetulle betonille.Wu et ai.11 kehitti menetelmän FRP-rajoitetun betonin jännitys-venymäriippuvuuden ennustamiseen, joka ottaa huomioon kokovaikutukset.Moran et al.12 arvioivat FRP-kierukkanauhoilla painetun betonin aksiaaliset monotoniset puristusominaisuudet ja johtivat sen jännitys-venymäkäyrät.Yllä oleva tutkimus kuitenkin tutkii pääasiassa eroa osittain suljetun betonin ja täysin suljetun betonin välillä.Betoniprofiileja osittain rajoittavien FRP:iden roolia ei ole tutkittu yksityiskohtaisesti.
Lisäksi tutkimuksessa arvioitiin FRP-rajoitetun betonin suorituskykyä puristuslujuuden, venymän muutoksen, alkukimmomoduulin ja venymäkovetuskertoimen suhteen eri olosuhteissa.Tijani et ai.13,14 havaitsi, että FRP-rajoitetun betonin korjattavuus heikkenee vaurioiden kasvaessa FRP-korjauskokeissa alun perin vaurioituneella betonilla.Ma et ai.[15] tutki alkuvaurion vaikutusta FRP-rajoitetuissa betonipilareissa ja katsoi, että vaurioasteen vaikutus vetolujuuteen oli mitätön, mutta sillä oli merkittävä vaikutus lateraalisiin ja pitkittäisiin muodonmuutoksiin.Kuitenkin Cao et ai.16 havaittu jännitys-venymäkäyrät ja jännitys-venymä verhokäyriä FRP-rajoitettu betoni, joka vaikutti alkuvaurioiden.Alkuperäisen betonin rikkoontumistutkimusten lisäksi on tehty joitakin tutkimuksia myös FRP-rajoitetun betonin kestävyydestä ankarissa ympäristöolosuhteissa.Nämä tutkijat tutkivat FRP-rajoitetun betonin hajoamista ankarissa olosuhteissa ja käyttivät vaurioiden arviointitekniikoita hajoamismallien luomiseen käyttöiän ennustamiseksi.Xie et ai.17 asetti FRP-rajoitetun betonin hydrotermiseen ympäristöön ja havaitsi, että hydrotermiset olosuhteet vaikuttivat merkittävästi FRP:n mekaanisiin ominaisuuksiin, mikä johti sen puristuslujuuden asteittaiseen laskuun.Happo-emäsympäristössä CFRP:n ja betonin välinen rajapinta heikkenee.Upotusajan pidentyessä CFRP-kerroksen tuhoutumisenergian vapautumisnopeus laskee merkittävästi, mikä lopulta johtaa rajapintanäytteiden tuhoutumiseen18,19,20.Lisäksi jotkut tutkijat ovat myös tutkineet jäätymisen ja sulamisen vaikutuksia FRP-rajoitettuun betoniin.Liu et al.21 totesivat, että CFRP-raudoituskestävyys on hyvä jäätymis-sulatusjaksoissa suhteellisen dynaamisen moduulin, puristuslujuuden ja jännitys-venymäsuhteen perusteella.Lisäksi ehdotetaan mallia, joka liittyy betonin mekaanisten ominaisuuksien huononemiseen.Peng et al.22 kuitenkin laskivat CFRP:n ja betoniliimojen käyttöiän käyttämällä lämpötila- ja jäätymis-sulamisjaksotietoja.Guang et ai.23 suoritti betonin nopeita jäätymis-sulamiskokeita ja ehdotti menetelmää pakkaskestävyyden arvioimiseksi vaurioituneen kerroksen paksuuden perusteella jäätymis-sulamisaltistuksessa.Yazdani et ai.24 tutki FRP-kerrosten vaikutusta kloridi-ionien tunkeutumiseen betoniin.Tulokset osoittavat, että FRP-kerros on kemiallisesti kestävä ja eristää sisäbetonin ulkoisilta kloridi-ioneilta.Liu ym.25 simuloivat kuoriutumistestiolosuhteita sulfaattisyövyttäneelle FRP-betonille, loivat liukumallin ja ennustivat FRP-betonirajapinnan heikkenemistä.Wang et ai.26 loi jännitys-venymämallin FRP-rajoitetulle sulfaattierodoituneelle betonille yksiaksiaalisilla puristustesteillä.Zhou et ai.[27] tutkivat vaurioita, jotka aiheutuivat yhdistetyistä suolan jäätymis-sulamisjaksoista, ja käyttivät ensimmäistä kertaa logistista funktiota kuvaamaan murtumismekanismia.Nämä tutkimukset ovat edistyneet merkittävästi FRP-rajoitetun betonin kestävyyden arvioinnissa.Useimmat tutkijat ovat kuitenkin keskittyneet erosiivisen median mallintamiseen yhdessä epäsuotuisassa tilanteessa.Betoni vaurioituu usein erilaisten ympäristöolosuhteiden aiheuttaman eroosion seurauksena.Nämä yhdistetyt ympäristöolosuhteet heikentävät vakavasti FRP-rajoitetun betonin suorituskykyä.
Sulfaatio- ja jäätymis-sulatusjaksot ovat kaksi tyypillistä tärkeää betonin kestävyyteen vaikuttavaa parametria.FRP-lokalisointiteknologialla voidaan parantaa betonin ominaisuuksia.Sitä käytetään laajasti suunnittelussa ja tutkimuksessa, mutta tällä hetkellä sillä on rajoituksensa.Useat tutkimukset ovat keskittyneet FRP-rajoitetun betonin kestävyyteen sulfaattikorroosiota vastaan ​​kylmillä alueilla.Täysin suljetun, puolisuljetun ja avoimen betonin eroosioprosessi natriumsulfaatin ja jäätymisen ja sulamisen vaikutuksesta ansaitsee yksityiskohtaisemman tutkimuksen, erityisesti tässä artikkelissa kuvatun uuden puolisuljetun menetelmän.Vahvistusvaikutusta betonipilareihin tutkittiin myös vaihtamalla FRP-retention ja eroosion järjestystä.Sidoseroosion aiheuttamia mikrokosmisia ja makroskooppisia muutoksia näytteessä karakterisoitiin elektronimikroskoopilla, pH-testillä, SEM-elektronimikroskoopilla, EMF-energiaspektrianalyysillä ja yksiakselisella mekaanisella testillä.Lisäksi tässä tutkimuksessa käsitellään yksiakselisessa mekaanisessa testauksessa esiintyvää jännitys-venymäsuhdetta sääteleviä lakeja.Kokeellisesti varmennetut rajajännitys- ja jännitysarvot validoitiin virheanalyysillä käyttämällä neljää olemassa olevaa rajajännitys-venymämallia.Ehdotettu malli voi täysin ennustaa materiaalin lopullisen jännityksen ja lujuuden, mikä on hyödyllistä tulevaa FRP-vahvistuskäytäntöä varten.Lopuksi se toimii käsitteellisenä perustana FRP-betonisuolan pakkaskestävyyskonseptille.
Tässä tutkimuksessa arvioidaan FRP-rajoitetun betonin huononemista käyttämällä sulfaattiliuoskorroosiota yhdessä jäätymis-sulatusjaksojen kanssa.Betonin eroosion aiheuttamia mikroskooppisia ja makroskooppisia muutoksia on osoitettu pyyhkäisyelektronimikroskoopilla, pH-testauksella, EDS-energiaspektroskopialla ja yksiakselisella mekaanisella testauksella.Lisäksi sidoseroosiolle altistetun FRP-rajoitetun betonin mekaanisia ominaisuuksia ja jännitys-venymämuutoksia tutkittiin aksiaalipuristuskokeiden avulla.
FRP Confined Concrete koostuu raakabetonista, FRP-ulkokääremateriaalista ja epoksiliimasta.Valittiin kaksi ulkopuolista eristemateriaalia: CFRP ja GRP, materiaalien ominaisuudet on esitetty taulukossa 1. Liimoina käytettiin epoksihartseja A ja B (sekoitussuhde 2:1 tilavuuden mukaan).Riisi.Kuva 1 havainnollistaa betoniseosmateriaalien rakenteen yksityiskohtia.Kuvassa 1a käytettiin Swan PO 42.5 portlandsementtiä.Karkeat kiviainekset ovat murskattua basalttikiveä, jonka halkaisija on vastaavasti 5-10 ja 10-19 mm, kuten kuvassa 10 on esitetty.1b ja c.Hienona täyteaineena kuvassa 1g käytettiin luonnollista jokihiekkaa, jonka hienouskerroin oli 2,3.Valmista natriumsulfaattiliuos vedettömän natriumsulfaatin rakeista ja tietystä määrästä vettä.
Betoniseoksen koostumus: a – sementti, b – kiviaines 5–10 mm, c – kiviaines 10–19 mm, d – jokihiekka.
Betonin mitoituslujuus on 30 MPa, mikä johtaa 40-100 mm:n tuoresementtibetonin laskeutumiseen.Betonin sekoitussuhde on esitetty taulukossa 2 ja karkean kiviaineksen 5-10 mm ja 10-20 mm suhde on 3:7.Vuorovaikutuksen vaikutus ympäristön kanssa mallinnettiin valmistamalla ensin 10 % NaSO4-liuos ja sitten kaatamalla liuos jäädytys-sulatusjaksokammioon.
Betoniseokset valmistettiin 0,5 m3:n pakkosekoittimessa ja koko betonierä käytettiin tarvittavien näytteiden laskemiseen.Ensin betoniaineet valmistetaan taulukon 2 mukaisesti ja sementtiä, hiekkaa ja karkeaa kiviainesta esisekoitetaan kolmen minuutin ajan.Levitä sitten vesi tasaisesti ja sekoita 5 minuuttia.Seuraavaksi betoninäytteet valettiin sylinterimäisiin muotteihin ja tiivistettiin tärypöydällä (muotin halkaisija 10 cm, korkeus 20 cm).
28 päivän kovettamisen jälkeen näytteet käärittiin FRP-materiaaliin.Tässä tutkimuksessa käsitellään kolmea menetelmää teräsbetonipilareille, mukaan lukien täysin suljetut, puolirajoitetut ja rajoittamattomat.Rajoitetuissa materiaaleissa käytetään kahta tyyppiä, CFRP ja GFRP.FRP Täysin suljettu FRP-betonikuori, 20 cm korkea ja 39 cm pitkä.FRP-sidotun betonin ylä- ja alaosaa ei tiivistetty epoksilla.Puolihermeettinen testausprosessi äskettäin ehdotettuna ilmatiiviinä teknologiana kuvataan seuraavasti.
(2) Piirrä viivaimella betonisylinteripintaan FRP-nauhojen sijainnin määrittäminen, liuskojen välinen etäisyys on 2,5 cm.Kääri sitten teippi niiden betonialueiden ympärille, joissa FRP:tä ei tarvita.
(3) Betonipinta kiillotetaan sileäksi hiekkapaperilla, pyyhitään alkoholivillalla ja pinnoitetaan epoksilla.Kiinnitä sitten lasikuituliuskat manuaalisesti betonipintaan ja purista raot ulos niin, että lasikuitu on täysin kiinni betonipinnassa ja vältetään ilmakuplia.Liimaa lopuksi FRP-liuskat betonipinnalle ylhäältä alas viivaimella tehtyjen merkkien mukaan.
(4) Tarkista puolen tunnin kuluttua, onko betoni irronnut FRP:stä.Jos FRP luistaa tai työntyy ulos, se tulee korjata välittömästi.Valetut näytteet on kovetettava 7 päivää kovettumisen varmistamiseksi.
(5) Kovettumisen jälkeen poista teippi betonipinnalta veitsellä ja hanki lopuksi puolihermeettinen FRP-betonipilari.
Tulokset erilaisilla rajoituksilla on esitetty kuvassa.2. Kuvassa 2a on täysin suljettu CFRP-betoni, kuvassa 2b on esitetty puoliyleistetty CFRP-betoni, kuvassa 2c on esitetty täysin suljettu GFRP-betoni ja kuvassa 2d on esitetty puolirajoitettu CFRP-betoni.
Suljetut tyylit: (a) täysin suljettu CFRP;(b) puolisuljettu hiilikuitu;c) täysin suljettu lasikuituun;d) puolisuljettu lasikuitu.
On neljä pääparametria, jotka on suunniteltu tutkimaan FRP-rajoitusten ja eroosiosekvenssien vaikutusta sylinterien eroosionhallintaan.Taulukossa 3 on esitetty betonipylväsnäytteiden lukumäärä.Kunkin luokan näytteet koostuivat kolmesta identtisestä tilanäytteestä tietojen pitämiseksi johdonmukaisina.Kolmen näytteen keskiarvo analysoitiin kaikkien kokeellisten tulosten osalta tässä artikkelissa.
(1) Ilmatiivis materiaali luokitellaan hiilikuiduksi tai lasikuiduksi.Vertailu tehtiin kahden kuitutyypin vaikutuksesta betonin lujitukseen.
(2) Betonipilarin suojausmenetelmät jaetaan kolmeen tyyppiin: täysin rajoitettu, puolirajoitettu ja rajoittamaton.Puolisuljettujen betonipilarien eroosionkestävyyttä verrattiin kahteen muuhun lajikkeeseen.
(3) Eroosioolosuhteet ovat jäädytys-sulatusjaksot plus sulfaattiliuos, ja jäädytys-sulatusjaksojen lukumäärä on vastaavasti 0, 50 ja 100 kertaa.Kytketyn eroosion vaikutusta FRP-rajoitteisiin betonipilareihin on tutkittu.
(4) Koekappaleet on jaettu kolmeen ryhmään.Ensimmäinen ryhmä on FRP-kääre ja sitten korroosio, toinen ryhmä on korroosio ensin ja sitten kääre, ja kolmas ryhmä on ensin korroosio ja sitten kääre ja sitten korroosio.
Kokeellisessa menettelyssä käytetään universaalia testauskonetta, vetolujuustestauskonetta, jäätymis-sulatussykliyksikköä (CDR-Z-tyyppi), elektronimikroskooppia, pH-mittaria, venymämittaria, syrjäytyslaitetta, SEM-elektronimikroskooppia ja EDS-energiaspektrianalysaattori tässä tutkimuksessa.Näyte on betonipylväs, jonka korkeus on 10 cm ja halkaisija 20 cm.Betoni kovetti 28 päivän kuluessa kaatamisen ja tiivistämisen jälkeen, kuten kuvassa 3a esitetään.Kaikki näytteet irrotettiin muotista valun jälkeen ja pidettiin 28 päivää 18-22°C:ssa ja 95 %:n suhteellisessa kosteudessa, minkä jälkeen osa näytteistä käärittiin lasikuituun.
Testausmenetelmät: a) laitteet vakiolämpötilan ja kosteuden ylläpitämiseksi;(b) jäädytys-sulatusjaksokone;c) yleinen testauskone;(d) pH-mittari;e) mikroskooppinen havainto.
Jäädytys-sulatuskokeessa käytetään pikajäädytysmenetelmää kuvan 3b mukaisesti.GB/T 50082-2009 "Perinteisen betonin kestävyysstandardit" mukaan betoninäytteet upotettiin kokonaan 10-prosenttiseen natriumsulfaattiliuokseen 15-20 °C:ssa 4 päiväksi ennen jäädyttämistä ja sulattamista.Sen jälkeen sulfaattihyökkäys alkaa ja päättyy samanaikaisesti jäädytys-sulatusjakson kanssa.Jäädytys-sulatusjakson aika on 2-4 tuntia, ja sulatusajan tulee olla vähintään 1/4 syklin ajasta.Näytteen sisälämpötila tulee säilyttää välillä (-18±2) - (5±2) °С.Siirtyminen pakastuksesta sulatukseen saa kestää enintään kymmenen minuuttia.Kolmea sylinterimäistä identtistä näytettä kustakin luokasta käytettiin liuoksen painonhäviön ja pH-muutoksen tutkimiseen 25 jäädytys-sulatusjakson aikana, kuten kuvassa 3d esitetään.Jokaisen 25 jäädytys-sulatusjakson jälkeen näytteet poistettiin ja pinnat puhdistettiin ennen niiden tuorepainon (Wd) määrittämistä.Kaikki kokeet suoritettiin näytteiden kolmena kappaleena, ja keskiarvoja käytettiin keskustelemaan testituloksista.Näytteen massan ja lujuuden menetyksen kaavat määritetään seuraavasti:
Kaavassa ΔWd on näytteen painohäviö (%) jokaisen 25 jäätymis-sulatusjakson jälkeen, W0 on betoninäytteen keskimääräinen paino ennen jäätymis-sulatusjaksoa (kg), Wd on betonin keskimääräinen paino.näytteen paino 25 jäädytys-sulatusjakson jälkeen (kg).
Näytteen lujuuden heikkenemiskerroin on karakterisoitu Kd:llä ja laskentakaava on seuraava:
Kaavassa ΔKd on näytteen lujuushäviö (%) jokaisen 50 jäätymis-sulatusjakson jälkeen, f0 on betoninäytteen keskimääräinen lujuus ennen jäätymis-sulatusjaksoa (MPa), fd on näytteen keskimääräinen lujuus. betoninäyte 50 jäädytys-sulatusjaksolle (MPa).
KuvassaKuva 3c esittää betoninäytteiden puristustestauskonetta.Betonin fysikaalisten ja mekaanisten ominaisuuksien testausmenetelmien standardin (GBT50081-2019) mukaisesti on määritelty menetelmä betonipilarien puristuslujuuden testaamiseksi.Puristustestin kuormitusnopeus on 0,5 MPa/s ja jatkuvaa ja peräkkäistä kuormitusta käytetään koko testin ajan.Kunkin näytteen kuormitus-siirtymäsuhde kirjattiin mekaanisen testauksen aikana.Näytteiden betoni- ja FRP-kerrosten ulkopintoihin kiinnitettiin venymäanturit mittaamaan aksiaalisia ja vaakasuuntaisia ​​jännityksiä.Jännityskennoa käytetään mekaanisessa testauksessa näytteen venymän muutoksen kirjaamiseen puristustestin aikana.
Joka 25. jäädytys-sulatusjakson jälkeen näyte jäädytys-sulatusliuoksesta poistettiin ja asetettiin säiliöön.Kuvassa3d esittää astiassa olevan näyteliuoksen pH-testin.Näytteen pinnan ja poikkileikkauksen mikroskooppinen tutkimus jäädytys-sulatusolosuhteissa on esitetty kuvassa 3d.Eri näytteiden pinnan tilaa 50 ja 100 jäädytys-sulatusjakson jälkeen sulfaattiliuoksessa tarkkailtiin mikroskoopilla.Mikroskoopissa käytetään 400x suurennusta.Näytteen pintaa tarkasteltaessa havaitaan pääasiassa FRP-kerroksen ja betonin ulkokerroksen eroosio.Näytteen poikkileikkauksen tarkkailu valitsee eroosion olosuhteet periaatteessa 5, 10 ja 15 mm etäisyydellä ulkokerroksesta.Sulfaattituotteiden muodostuminen ja jäädytys-sulatussyklit vaativat lisätestauksia.Tästä syystä valittujen näytteiden modifioitua pintaa tutkittiin käyttämällä pyyhkäisyelektronimikroskooppia (SEM), joka oli varustettu energiadispersiospektrometrillä (EDS).
Tarkista näytteen pinta silmämääräisesti elektronimikroskoopilla ja valitse 400X suurennus.Pintavaurion aste puolisuljetussa ja saumattomassa GRP-betonissa jäätymis-sulatusjaksoissa ja sulfaateille altistuessa on melko korkea, kun taas täysin suljetussa betonissa se on mitätön.Ensimmäinen luokka viittaa vapaasti valuvan betonin eroosion esiintymiseen natriumsulfaatin ja 0 - 100 jäätymis-sulatusjakson vaikutuksesta, kuten kuvassa 4a esitetään.Betoninäytteillä, joissa ei ole jäätymistä, on sileä pinta ilman näkyviä piirteitä.50 eroosion jälkeen pinnalla oleva massalohko irtosi osittain paljastaen massan valkoisen kuoren.100 eroosion jälkeen liuosten kuoret putosivat kokonaan irti betonipinnan silmämääräisessä tarkastuksessa.Mikroskooppinen havainto osoitti, että 0 jäätymisen ja sulamisen erodoituneen betonin pinta oli sileä ja pintakiviaines ja laasti olivat samassa tasossa.Epätasainen, karkea pinta havaittiin betonipinnalla, joka oli kulunut 50 jäätymis-sulamisjaksolla.Tämä selittyy sillä, että osa laastista tuhoutuu ja pintaan tarttuu pieni määrä valkoisia rakeisia kiteitä, jotka koostuvat pääasiassa kiviaineksesta, laastista ja valkoisista kiteistä.100 jäädytys-sulatusjakson jälkeen betonin pinnalle ilmestyi suuri alue valkoisia kiteitä, kun taas tumma karkea kiviaines altistui ulkoiselle ympäristölle.Tällä hetkellä betonipinta on enimmäkseen paljastunutta kiviainesta ja valkoisia kiteitä.
Erosoivan jäätymis-sulamisbetonipilarin morfologia: (a) rajoittamaton betonipylväs;b) puolisuljettu hiilikuituvahvisteinen betoni;(c) GRP-puolisuljettu betoni;(d) täysin suljettu CFRP-betoni;(e) GRP-betoni puolisuljettu betoni.
Toinen luokka on puolihermeettisten CFRP- ja GRP-betonipylväiden korroosio jäätymis-sulatusjaksoissa ja sulfaateille altistuminen, kuten kuvassa 4b, c.Silmämääräinen tarkastus (1x suurennus) osoitti, että kuitukerroksen pinnalle muodostui vähitellen valkoista jauhetta, joka putoaa nopeasti jäätymis-sulatusjaksojen määrän lisääntyessä.Puolihermeettisen FRP-betonin rajaton pintaeroosio korostui jäätymis-sulatusjaksojen lisääntyessä.Näkyvä "turvotuksen" ilmiö (betonipilarin liuoksen avoin pinta on romahduksen partaalla).Kuoriutumisilmiötä vaikeuttaa kuitenkin osittain viereinen hiilikuitupinnoite).Mikroskoopin alla synteettiset hiilikuidut näkyvät valkoisina langoina mustalla taustalla 400-kertaisella suurennuksella.Kuitujen pyöreän muodon ja epätasaiselle valolle altistumisesta johtuen ne näyttävät valkoisilta, mutta itse hiilikuitukimput ovat mustia.Lasikuitu on alun perin valkoista lankaa, mutta liiman kanssa kosketuksissa siitä tulee läpinäkyvä ja lasikuidun sisällä olevan betonin tila näkyy selvästi.Lasikuitu on kirkkaan valkoista ja sideaine kellertävää.Molemmat ovat väriltään erittäin vaaleita, joten liiman väri peittää lasikuitulangat ja antaa yleisilmeelle kellertävän sävyn.Hiili- ja lasikuidut on suojattu vaurioilta ulkoisella epoksihartsilla.Jäätymis-sulamishyökkäysten määrän lisääntyessä pinnalla näkyi enemmän tyhjiä paikkoja ja muutamia valkoisia kiteitä.Sulfaattijäädytyssyklin pidennettyä sideaine ohenee vähitellen, kellertävä väri katoaa ja kuidut tulevat näkyviin.
Kolmas luokka on täysin suljetun CFRP- ja GRP-betonin korroosio jäätymis-sulatussykleissä ja sulfaateille altistuminen, kuten kuvassa 4d, e.Jälleen havaitut tulokset ovat samankaltaisia ​​kuin betonipilarin toisen tyyppisen pakotetun osan tulokset.
Vertaa havaittuja ilmiöitä kolmen edellä kuvatun eristysmenetelmän soveltamisen jälkeen.Täysin eristetyn FRP-betonin kuitukudokset pysyvät vakaina jäätymis-sulatusjaksojen määrän kasvaessa.Toisaalta liimarengaskerros on pinnalla ohuempi.Epoksihartsit reagoivat enimmäkseen aktiivisten vetyionien kanssa avoimen renkaan rikkihapossa ja tuskin reagoivat sulfaattien kanssa28.Voidaan siis katsoa, ​​että eroosio muuttaa liimakerroksen ominaisuuksia pääasiassa jäätymis-sulamisjaksojen seurauksena, mikä muuttaa FRP:n vahvistavaa vaikutusta.Puolihermeettisen FRP-betonin betonipinnalla on sama eroosioilmiö kuin rajoittamattomalla betonipinnalla.Sen FRP-kerros vastaa täysin suljetun betonin FRP-kerrosta, eikä vaurio ole ilmeinen.Puolitiivistetyssä GRP-betonissa esiintyy kuitenkin laajoja eroosiohalkeamia paikoissa, joissa kuitunauhat leikkaavat paljaan betonin.Paljastuneiden betonipintojen eroosio pahenee jäätymis-sulatusjaksojen lisääntyessä.
Täysin suljetun, puolisuljetun ja rajoittamattoman FRP-betonin sisäpinnat osoittivat merkittäviä eroja, kun ne altistettiin jäädytys-sulatussykleille ja sulfaattiliuoksille.Näyte leikattiin poikittaissuunnassa ja poikkileikkausta tarkkailtiin käyttämällä elektronimikroskooppia 400-kertaisella suurennuksella.KuvassaKuva 5 esittää mikroskooppisia kuvia 5 mm, 10 mm ja 15 mm etäisyydellä betonin ja laastin välisestä rajasta.On havaittu, että kun natriumsulfaattiliuosta yhdistetään jäätymis-sulatukseen, betonivauriot hajoavat asteittain pinnasta sisäpuolelle.Koska CFRP:n ja GFRP-rajoitetun betonin sisäiset eroosioolosuhteet ovat samat, tässä osassa ei verrata kahta suojamateriaalia.
Pylvään betoniosan sisäpuolen mikroskooppinen havainto: (a) kokonaan lasikuidun rajoittama;b) puolisuljettu lasikuidulla;c) rajoittamaton.
FRP:n täysin suljetun betonin sisäinen eroosio on esitetty kuvassa.5a.Halkeamia näkyy 5 mm:ssä, pinta on suhteellisen sileä, ei kiteytystä.Pinta on sileä, ilman kiteitä, 10-15 mm paksu.FRP-puolihermeettisen betonin sisäinen eroosio on esitetty kuvassa.5 B. Halkeamia ja valkoisia kiteitä näkyy 5 mm ja 10 mm, ja pinta on sileä 15 mm.Kuvassa 5c on esitetty leikkauksia betonisista FRP-pilareista, joissa halkeamia havaittiin 5, 10 ja 15 mm:n kohdalta.Muutamat valkoiset kiteet halkeamissa muuttuivat asteittain harvinaisemmiksi, kun halkeamat siirtyivät betonin ulkopuolelta sisäpuolelle.Eniten eroosiota esiintyi loputtomissa betonipilareissa, joita seurasivat puolirajoitetut FRP-betonipilarit.Natriumsulfaatilla oli vain vähän vaikutusta täysin suljettujen FRP-betoninäytteiden sisäpuolelle 100 jäädytys-sulatusjakson aikana.Tämä osoittaa, että pääasiallinen syy täysin rajoittuneen FRP-betonin eroosiolle on siihen liittyvä jäätymis-sulamiseroosio tietyn ajanjakson aikana.Poikkileikkauksen tarkkailu osoitti, että leikkaus juuri ennen jäätymistä ja sulatusta oli sileä ja vapaa kiviaineksista.Betonin jäätyessä ja sulaessa halkeamia näkyy, sama pätee kiviainekseen, ja valkoiset rakeiset kiteet ovat tiiviisti halkeamia peitossa.Tutkimukset27 ovat osoittaneet, että kun betoni laitetaan natriumsulfaattiliuokseen, natriumsulfaatti tunkeutuu betoniin, josta osa saostuu natriumsulfaattikiteinä ja osa reagoi sementin kanssa.Natriumsulfaattikiteet ja reaktiotuotteet näyttävät valkoisilta rakeilta.
FRP rajoittaa täysin betonihalkeamia konjugoidussa eroosiossa, mutta leikkaus on sileä ilman kiteytymistä.Toisaalta FRP-puolisuljetuissa ja rajoittamattomissa betoniosissa on kehittynyt sisäisiä halkeamia ja kiteytymistä konjugoidun eroosion aikana.Kuvan kuvauksen ja aikaisempien tutkimusten29 mukaan rajoittamattoman ja puolirajoitetun FRP-betonin saumaeroosioprosessi on jaettu kahteen vaiheeseen.Betonin halkeilun ensimmäinen vaihe liittyy laajenemiseen ja kutistumiseen jäätymisen ja sulamisen aikana.Kun sulfaatti tunkeutuu betoniin ja tulee näkyviin, vastaava sulfaatti täyttää jäätymis-sulamis- ja hydraatioreaktioiden kutistumisen aiheuttamat halkeamat.Siksi sulfaatilla on erityinen suojaava vaikutus betoniin varhaisessa vaiheessa ja se voi parantaa betonin mekaanisia ominaisuuksia jossain määrin.Sulfaattihyökkäyksen toinen vaihe jatkuu, tunkeutuen halkeamiin tai tyhjiin ja reagoimalla sementin kanssa muodostaen alunaa.Tämän seurauksena halkeama kasvaa ja aiheuttaa vaurioita.Tänä aikana jäätymiseen ja sulamiseen liittyvät laajenemis- ja supistumisreaktiot pahentavat betonin sisäisiä vaurioita, mikä johtaa kantokyvyn heikkenemiseen.
KuvassaKuva 6 näyttää betonin kyllästysliuosten pH-muutokset kolmella rajoitetulla menetelmällä, joita seurataan 0, 25, 50, 75 ja 100 jäädytys-sulatusjakson jälkeen.Rajoittamattomat ja puolisuljetut FRP-betonilaastit osoittivat nopeimman pH:n nousun 0:sta 25 jäädytys-sulatusjaksoon.Niiden pH-arvot nousivat 7,5:stä 11,5:een ja 11,4:ään.Jäädytys-sulatusjaksojen määrän lisääntyessä pH:n nousu hidastui vähitellen 25-100 jäädytys-sulatusjakson jälkeen.Niiden pH-arvot nousivat 11,5:stä ja 11,4:stä 12,4:ään ja 11,84:ään.Koska täysin sitoutunut FRP-betoni peittää FRP-kerroksen, natriumsulfaattiliuoksen on vaikea tunkeutua.Samanaikaisesti sementtikoostumuksen on vaikea tunkeutua ulkoisiin liuoksiin.Siten pH nousi vähitellen arvosta 7,5 arvoon 8,0 0 - 100 jäädytys-sulatusjakson välillä.pH:n muutoksen syy analysoidaan seuraavasti.Betonissa oleva silikaatti yhdistyy vedessä olevien vetyionien kanssa muodostaen piihappoa, ja jäljelle jäävä OH- nostaa kylläisen liuoksen pH:ta.pH:n muutos oli selvempi 0-25 jäädytys-sulatusjakson välillä ja vähemmän selvä 25-100 jäädytys-sulatusjakson välillä30.Tässä kuitenkin havaittiin, että pH jatkoi nousuaan 25-100 jäädytys-sulatusjakson jälkeen.Tämä voidaan selittää sillä, että natriumsulfaatti reagoi kemiallisesti betonin sisäosan kanssa ja muuttaa liuoksen pH:ta.Kemiallisen koostumuksen analyysi osoittaa, että betoni reagoi natriumsulfaatin kanssa seuraavalla tavalla.
Kaavat (3) ja (4) osoittavat, että natriumsulfaatti ja kalsiumhydroksidi sementissä muodostavat kipsiä (kalsiumsulfaattia), ja kalsiumsulfaatti reagoi edelleen sementissä olevan kalsiummetaluminaatin kanssa muodostaen alunakiteitä.Reaktioon (4) liittyy emäksisen OH-:n muodostuminen, mikä johtaa pH:n nousuun.Lisäksi, koska tämä reaktio on palautuva, pH nousee tietyllä hetkellä ja muuttuu hitaasti.
KuvassaKuvassa 7a on esitetty täysin suljetun, puolisuljetun ja lukitun GRP-betonin painonmenetys sulfaattiliuoksen jäädytys-sulatusjaksojen aikana.Selvin muutos massahäviössä on rajoittamaton betoni.Rajoittamaton betoni menetti noin 3,2 % massastaan ​​50 jäätymis-sulamisiskun jälkeen ja noin 3,85 % 100 jäätymis-sulamishyökkäyksen jälkeen.Tulokset osoittavat, että konjugoidun eroosion vaikutus vapaasti virtaavan betonin laatuun vähenee jäätymis-sulamisjaksojen määrän kasvaessa.Näytteen pintaa tarkasteltaessa havaittiin kuitenkin, että laastin häviö 100 jäädytys-sulatusjakson jälkeen oli suurempi kuin 50 jäädytys-sulatusjakson jälkeen.Yhdessä edellisen osan tutkimusten kanssa voidaan olettaa, että sulfaattien tunkeutuminen betoniin johtaa massahäviön hidastumiseen.Samaan aikaan sisäisesti tuotettu aluna ja kipsi johtavat myös hitaampaan painonpudotukseen, kuten kemialliset yhtälöt (3) ja (4) ennustavat.
Painon muutos: a) painonmuutoksen ja jäädytys-sulatusjaksojen lukumäärän välinen suhde;b) massan muutoksen ja pH-arvon välinen suhde.
Puolihermeettisen FRP-betonin painohäviön muutos ensin pienenee ja sitten kasvaa.50 jäädytys-sulatusjakson jälkeen puolihermeettisen lasikuitubetonin massahäviö on noin 1,3 %.Painonpudotus 100 syklin jälkeen oli 0,8 %.Tästä syystä voidaan päätellä, että natriumsulfaatti tunkeutuu vapaasti valuvaan betoniin.Lisäksi koekappaleen pinnan tarkkailu osoitti myös, että kuitukaistaleet kestivät laastin kuoriutumista avoimella alueella, mikä vähentää painon menetystä.
Täysin suljetun FRP-betonin massahäviön muutos eroaa kahdesta ensimmäisestä.Massa ei häviä, vaan lisää.50 routa-sula-eroosion jälkeen massa kasvoi noin 0,08 %.100-kertaisen käytön jälkeen sen massa kasvoi noin 0,428 %.Koska betoni kaadetaan kokonaan, betonin pinnalla oleva laasti ei irtoa, eikä se todennäköisesti aiheuta laadun heikkenemistä.Toisaalta veden ja sulfaattien tunkeutuminen runsaspitoiselta pinnalta vähäpitoisen betonin sisäosaan parantaa myös betonin laatua.
Useita tutkimuksia on aiemmin tehty pH:n ja massahäviön välisestä suhteesta FRP-rajoitetussa betonissa eroosioolosuhteissa.Suurin osa tutkimuksesta käsittelee pääasiassa massahäviön, kimmomoduulin ja lujuushäviön välistä suhdetta.KuvassaKuva 7b esittää betonin pH:n ja massahäviön välisen suhteen kolmen rajoitteen alaisena.Ennustavaa mallia ehdotetaan betonin massahäviön ennustamiseksi käyttämällä kolmea retentiomenetelmää eri pH-arvoilla.Kuten kuvasta 7b voidaan nähdä, Pearsonin kerroin on korkea, mikä osoittaa, että pH:n ja massahäviön välillä on todellakin korrelaatio.Rajoittamattoman, puolirajoitetun ja täysin rajoittuneen betonin r-neliöarvot olivat 0,86, 0,75 ja 0,96.Tämä osoittaa, että täysin eristetyn betonin pH:n muutos ja painohäviö on suhteellisen lineaarinen sekä sulfaatti- että jäätymis-sulamisolosuhteissa.Rajoittamattomassa betonissa ja puolihermeettisessä FRP-betonissa pH nousee vähitellen, kun sementti reagoi vesiliuoksen kanssa.Tämän seurauksena betonipinta tuhoutuu vähitellen, mikä johtaa painottomuuteen.Toisaalta täysin suljetun betonin pH muuttuu vähän, koska FRP-kerros hidastaa sementin kemiallista reaktiota vesiliuoksen kanssa.Täysin suljetussa betonissa ei siis esiinny näkyvää pintaeroosiota, mutta se lisää painoa sulfaattiliuosten absorption aiheuttaman kyllästymisen vuoksi.
KuvassaKuva 8 esittää natriumsulfaatin jäädytys-sulatusaineella syövytettyjen näytteiden SEM-skannauksen tulokset.Elektronimikroskopialla tutkittiin betonipilarien ulkokerroksesta otetuista lohkoista kerättyjä näytteitä.Kuva 8a on pyyhkäisyelektronimikroskooppikuva sulkemattomasta betonista ennen eroosiota.On huomattava, että näytteen pinnassa on monia reikiä, jotka vaikuttavat itse betonipylvään lujuuteen ennen pakkassulatusta.KuvassaKuva 8b esittää elektronimikroskoopin kuvan täysin eristetystä FRP-betoninäytteestä 100 jäädytys-sulatusjakson jälkeen.Näytteessä voi havaita jäätymisestä ja sulamisesta johtuvia halkeamia.Pinta on kuitenkin suhteellisen sileä eikä siinä ole kiteitä.Siksi täyttämättömät halkeamat näkyvät paremmin.KuvassaKuvassa 8c on näyte puolihermeettisestä GRP-betonista 100 routaeroosiojakson jälkeen.On selvää, että halkeamat laajenivat ja rakeita muodostui halkeamien väliin.Jotkut näistä hiukkasista kiinnittyvät halkeamiin.SEM-skannaus rajoittamattoman betonipylän näytteestä on esitetty kuvassa 8d, ilmiö, joka on yhdenmukainen puolirajoituksen kanssa.Partikkelien koostumuksen selvittämiseksi edelleen halkeamissa olevia hiukkasia suurennettiin edelleen ja analysoitiin EDS-spektroskopiaa käyttämällä.Hiukkasia on periaatteessa kolmessa eri muodossa.Energiaspektrianalyysin mukaan ensimmäinen tyyppi, kuten kuvassa 9a on esitetty, on säännöllinen lohkokide, joka koostuu pääasiassa O:sta, S:stä, Ca:sta ja muista alkuaineista.Yhdistämällä edelliset kaavat (3) ja (4) voidaan määrittää, että materiaalin pääkomponentti on kipsi (kalsiumsulfaatti).Toinen on esitetty kuviossa 9b;energiaspektrianalyysin mukaan se on neulamainen suuntaamaton esine, ja sen pääkomponentit ovat O, Al, S ja Ca.Yhdistelmäreseptien mukaan materiaali koostuu pääasiassa alunasta.Kolmas kuviossa 9c esitetty lohko on energiaspektrianalyysillä määritetty epäsäännöllinen lohko, joka koostuu pääasiassa komponenteista O, Na ja S. Kävi ilmi, että nämä ovat pääasiassa natriumsulfaattikiteitä.Pyyhkäisyelektronimikroskooppi osoitti, että suurin osa onteloista oli täynnä natriumsulfaattikiteitä, kuten kuvassa 9c esitetään, sekä pieniä määriä kipsiä ja alunaa.
Elektronimikroskooppiset kuvat näytteistä ennen korroosiota ja sen jälkeen: a) avoin betoni ennen korroosiota;(b) korroosion jälkeen lasikuitu on täysin tiivis;(c) GRP-puolisuljetun betonin korroosion jälkeen;(d) avoimen betonin korroosion jälkeen.
Analyysin avulla voimme tehdä seuraavat johtopäätökset.Kolmen näytteen elektronimikroskooppikuvat olivat kaikki 1k×, ja kuvista löydettiin ja havaittiin halkeamia ja eroosiotuotteita.Rajoittamattomassa betonissa on leveimmät halkeamat ja se sisältää paljon rakeita.FRP-puolipainebetoni on halkeaman leveyden ja hiukkasmäärän suhteen huonompi kuin paineeton betoni.Täysin suljetulla FRP-betonilla on pienin halkeaman leveys, eikä siinä ole hiukkasia jäätymisen ja sulamisen jälkeen.Kaikki tämä osoittaa, että täysin suljettu FRP-betoni on vähiten altis jäätymisen ja sulamisen aiheuttamalle eroosiolle.Kemialliset prosessit puolisuljettujen ja avoimien FRP-betonipylväiden sisällä johtavat alunan ja kipsin muodostumiseen, ja sulfaatin tunkeutuminen vaikuttaa huokoisuuteen.Vaikka jäätymis-sulamisjaksot ovat tärkein syy betonin halkeilemiseen, sulfaatit ja niiden tuotteet täyttävät osan halkeamista ja huokosista.Kuitenkin, kun eroosion määrä ja aika lisääntyvät, halkeamat jatkavat laajenemista ja muodostuneen alunan tilavuus kasvaa, mikä johtaa ekstruusiohalkeamiin.Lopulta jäädytys-sulatus ja sulfaattialtistus heikentää kolonnin lujuutta.