vijesti

Hvala vam što ste posjetili sadržaje raspršenih staklenih vlakana od kabrona.Koristite verziju pretraživača sa ograničenom podrškom za CSS.Za najbolje iskustvo, preporučujemo da koristite ažurirani pretraživač (ili onemogućite način kompatibilnosti u Internet Exploreru).Osim toga, kako bismo osigurali stalnu podršku, prikazujemo stranicu bez stilova i JavaScripta.
Polimer-armirani beton (FRP) smatra se inovativnom i ekonomičnom metodom popravke konstrukcija.U ovoj studiji odabrana su dva tipična materijala [polimer ojačan ugljičnim vlaknima (CFRP) i polimer ojačan staklenim vlaknima (GFRP)] za proučavanje učinka armiranja betona u teškim uvjetima.Raspravljalo se o otpornosti betona koji sadrži FRP na napade sulfata i povezane cikluse smrzavanja i odmrzavanja.Elektronska mikroskopija za proučavanje površine i unutrašnje degradacije betona tokom konjugovane erozije.Stepen i mehanizam korozije natrijum sulfata analizirani su pH vrednosti, SEM elektronskom mikroskopijom i EMF spektrom energije.Ispitivanja aksijalne tlačne čvrstoće korištena su za procjenu armature betonskih stupova ograničenih FRP-om, a odnosi naprezanje-deformacija izvedeni su za različite metode zadržavanja FRP-a u erozivnom spojenom okruženju.Analiza grešaka je izvršena kako bi se kalibrirali rezultati eksperimentalnih testova korištenjem četiri postojeća prediktivna modela.Sva opažanja pokazuju da je proces degradacije betona ograničenog na FRP složen i dinamičan pod konjugiranim naprezanjima.Natrijum sulfat u početku povećava čvrstoću betona u sirovom obliku.Međutim, naredni ciklusi zamrzavanja-odmrzavanja mogu pogoršati pucanje betona, a natrijum sulfat dodatno smanjuje čvrstoću betona tako što potiče pucanje.Predložen je točan numerički model za simulaciju odnosa naprezanje-deformacija, što je kritično za projektiranje i procjenu životnog ciklusa betona s ograničenom plastikom FRP.
Kao inovativna metoda armiranja betona koja se istražuje od 1970-ih, FRP ima prednosti male težine, velike čvrstoće, otpornosti na koroziju, otpornosti na zamor i zgodne konstrukcije1,2,3.Kako se troškovi smanjuju, on postaje sve češći u inženjerskim aplikacijama kao što su stakloplastike (GFRP), karbonska vlakna (CFRP), bazaltna vlakna (BFRP) i aramidna vlakna (AFRP), koja su najčešće korišteni FRP za strukturno ojačanje4, 5 Predložena metoda zadržavanja FRP-a može poboljšati performanse betona i izbjeći prijevremeno urušavanje.Međutim, različita vanjska okruženja u mašinstvu često utječu na trajnost betona ograničenog FRP-om, uzrokujući da je njegova čvrstoća ugrožena.
Nekoliko istraživača proučavalo je promjene naprezanja i deformacije u betonu s različitim oblicima i veličinama poprečnog presjeka.Yang et al.6 su otkrili da krajnji stres i naprezanje pozitivno koreliraju s rastom debljine fibroznog tkiva.Wu i sur.7 dobili su krivulje naprezanja i deformacije za beton koji je ograničen FRP koristeći različite vrste vlakana za predviđanje krajnjih deformacija i opterećenja.Lin i dr.8 su otkrili da se FRP modeli naprezanja i deformacije za okrugle, kvadratne, pravokutne i eliptične šipke također uvelike razlikuju, te su razvili novi model naprezanja i deformacije orijentiran na dizajn koristeći omjer širine i radijusa ugla kao parametre.Lam i sur.9 su primijetili da neujednačeno preklapanje i zakrivljenost FRP-a rezultiraju manjim naprezanjem i naprezanjem loma u FRP-u nego u testovima zatezanja ploča.Osim toga, naučnici su proučavali parcijalna ograničenja i nove metode ograničenja prema različitim potrebama dizajna u stvarnom svijetu.Wang et al.[10] izvršili su ispitivanja aksijalne kompresije na potpuno, djelomično i neograničenom betonu u tri ograničena načina.Razvijen je model “naprezanje-deformacija” i dati su koeficijenti graničnog učinka za djelomično zatvoren beton.Wu et al.11 je razvio metodu za predviđanje ovisnosti naprezanja i deformacije betona ograničenog na FRP koja uzima u obzir efekte veličine.Moran i sur.12 procijenili su aksijalna monotona tlačna svojstva betona s ograničenim opterećenjem s FRP spiralnim trakama i izveli njegove krivulje napon-deformacija.Međutim, gornja studija uglavnom ispituje razliku između djelomično zatvorenog betona i potpuno zatvorenog betona.Uloga FRP-a koji djelomično ograničavaju betonske presjeke nije detaljno proučavana.
Osim toga, studija je procijenila performanse betona ograničenog na FRP u smislu tlačne čvrstoće, promjene deformacije, početnog modula elastičnosti i modula stvrdnjavanja deformacijom u različitim uvjetima.Tijani i dr.13,14 otkrili su da se popravljivost betona ograničenog FRP-om smanjuje s povećanjem oštećenja u eksperimentima FRP popravka na prvobitno oštećenom betonu.Ma et al.[15] proučavali su učinak početnog oštećenja na betonskim stupovima ograničenim FRP-om i smatrali da je učinak stupnja oštećenja na vlačnu čvrstoću zanemariv, ali ima značajan učinak na bočne i uzdužne deformacije.Međutim, Cao et al.Uočeno je 16 krivulja napon-deformacija i krivulja omotača naprezanje-deformacija betona koji je ograničen FRP-om zahvaćen početnim oštećenjem.Osim studija o početnom kvaru betona, provedene su i neke studije o trajnosti betona ograničenog FRP-om u teškim uvjetima okoline.Ovi naučnici su proučavali degradaciju betona ograničenog na FRP u teškim uslovima i koristili tehnike procene oštećenja kako bi kreirali modele degradacije za predviđanje radnog veka.Xie et al.17 postavio beton ograničen FRP-om u hidrotermalno okruženje i otkrio da hidrotermalni uvjeti značajno utječu na mehanička svojstva FRP-a, što je rezultiralo postupnim smanjenjem njegove tlačne čvrstoće.U kiselo-baznom okruženju, međupovezanost između CFRP-a i betona se pogoršava.Kako se vrijeme uranjanja povećava, brzina oslobađanja energije destrukcije CFRP sloja značajno opada, što u konačnici dovodi do uništenja međufaznih uzoraka18,19,20.Osim toga, neki naučnici su također proučavali efekte smrzavanja i odmrzavanja na beton ograničen na FRP.Liu i dr.21 su primijetili da CFRP armatura ima dobru izdržljivost u ciklusima smrzavanja i odmrzavanja na osnovu relativnog dinamičkog modula, tlačne čvrstoće i omjera naprezanje-deformacija.Osim toga, predložen je model koji je povezan s pogoršanjem mehaničkih svojstava betona.Međutim, Peng et al.22 izračunali su vijek trajanja CFRP-a i betonskih ljepila koristeći podatke o temperaturi i ciklusu smrzavanja-odmrzavanja.Guang et al.23 je izvršio brza ispitivanja betona smrzavanjem i odmrzavanjem i predložio metodu za procjenu otpornosti na mraz na osnovu debljine oštećenog sloja pri izlaganju smrzavanju-odmrzavanje.Yazdani i dr.24 proučavao je utjecaj FRP slojeva na prodiranje kloridnih iona u beton.Rezultati pokazuju da je FRP sloj kemijski otporan i izolira unutarnji beton od vanjskih kloridnih jona.Liu et al.25 simulirali su uvjete ispitivanja ljuštenja za sulfatno korodirani FRP beton, kreirali model klizanja i predvidjeli degradaciju FRP-beton sučelja.Wang et al.26 je uspostavio model naprezanja i deformacije za beton erodiran sulfatom ograničen FRP-om kroz jednoosna tlačna ispitivanja.Zhou et al.[27] proučavali su oštećenja na neograničenom betonu uzrokovana kombiniranim ciklusima smrzavanja i odmrzavanja soli i po prvi put koristili logističku funkciju za opisivanje mehanizma loma.Ove studije su napravile značajan napredak u procjeni trajnosti betona ograničenog FRP-om.Međutim, većina istraživača se fokusirala na modeliranje erozivnih medija pod jednim nepovoljnim uvjetom.Beton je često oštećen zbog povezane erozije uzrokovane različitim uvjetima okoline.Ovi kombinovani uslovi okoline ozbiljno degradiraju performanse betona sa ograničenim kapacitetom FRP-a.
Ciklusi sulfacije i smrzavanja-odmrzavanja su dva tipična važna parametra koja utječu na trajnost betona.FRP tehnologija lokalizacije može poboljšati svojstva betona.Široko se koristi u inženjerstvu i istraživanju, ali trenutno ima svoja ograničenja.Nekoliko studija se fokusiralo na otpornost betona ograničenog FRP-om na sulfatnu koroziju u hladnim područjima.Proces erozije potpuno zatvorenog, poluzatvorenog i otvorenog betona natrijum sulfatom i smrzavanjem-odmrzavanjem zaslužuje detaljnije proučavanje, a posebno nova poluzatvorena metoda opisana u ovom članku.Učinak armature na betonske stupove također je proučavan razmjenom redoslijeda zadržavanja FRP-a i erozije.Mikroskopske i makroskopske promjene u uzorku uzrokovane erozijom veze okarakterisane su elektronskim mikroskopom, pH testom, SEM elektronskim mikroskopom, analizom energetskog spektra EMF i jednoosnim mehaničkim testom.Osim toga, ova studija raspravlja o zakonima koji reguliraju odnos naprezanje-deformacija koji se javlja u jednoosnom mehaničkom ispitivanju.Eksperimentalno provjerene vrijednosti graničnog naprezanja i deformacije potvrđene su analizom greške korištenjem četiri postojeća modela graničnog naprezanja-deformacije.Predloženi model može u potpunosti predvidjeti krajnje naprezanje i čvrstoću materijala, što je korisno za buduću praksu FRP armature.Konačno, služi kao konceptualna osnova za koncept otpornosti na mraz za beton od soli.
Ova studija procjenjuje propadanje betona ograničenog na FRP korištenjem korozije sulfatne otopine u kombinaciji s ciklusima zamrzavanja-odmrzavanja.Mikroskopske i makroskopske promjene uzrokovane erozijom betona demonstrirane su pomoću skenirajuće elektronske mikroskopije, pH ispitivanja, EDS energetske spektroskopije i jednoosnog mehaničkog ispitivanja.Osim toga, mehanička svojstva i promjene naprezanja i deformacije FRP-ograničenog betona podvrgnutog vezanoj eroziji istražena su eksperimentima aksijalnog kompresije.
FRP Confined Concrete sastoji se od sirovog betona, FRP materijala za vanjski omotač i epoksidnog ljepila.Odabrana su dva vanjska izolacijska materijala: CFRP i GRP, svojstva materijala prikazana su u tabeli 1. Kao ljepila su korištene epoksidne smole A i B (omjer miješanja 2:1 po zapremini).Rice.1 ilustruje detalje konstrukcije materijala od betonske mješavine.Na slici 1a korišten je Swan PO 42.5 portland cement.Grubi agregati su lomljeni bazaltni kamen prečnika 5-10 i 10-19 mm, kao što je prikazano na sl.1b i c.Kao fino punilo na slici 1g korišten je prirodni riječni pijesak sa modulom finoće 2,3.Pripremite otopinu natrijum sulfata iz granula bezvodnog natrijum sulfata i određene količine vode.
Sastav betonske mješavine: a – cement, b – agregat 5–10 mm, c – agregat 10–19 mm, d – riječni pijesak.
Projektna čvrstoća betona je 30 MPa, što rezultira slijeganjem svježeg cementnog betona od 40 do 100 mm.Omjer betonske mješavine prikazan je u tabeli 2, a omjer krupnog agregata 5-10 mm i 10-20 mm je 3:7.Efekat interakcije sa okolinom je modeliran tako što se prvo pripremi 10% rastvor NaSO4, a zatim se rastvor sipa u komoru ciklusa smrzavanja i odmrzavanja.
Betonske smjese su pripremane u prisilnom mikseru od 0,5 m3 i cijela serija betona je korištena za polaganje potrebnih uzoraka.Prvo se pripremaju sastojci za beton prema tabeli 2, a cement, pijesak i krupni agregat se prethodno miješaju tri minute.Zatim ravnomjerno rasporedite vodu i miješajte 5 minuta.Zatim su uzorci betona izliveni u cilindrične kalupe i sabijeni na vibracionom stolu (prečnik kalupa 10 cm, visina 20 cm).
Nakon sušenja od 28 dana, uzorci su omotani FRP materijalom.Ova studija razmatra tri metode za armiranobetonske stupove, uključujući potpuno zatvorene, polu-ograničene i neograničene.Dvije vrste, CFRP i GFRP, koriste se za ograničene materijale.FRP Potpuno zatvorena FRP betonska školjka, visine 20 cm i dužine 39 cm.Gornji i donji dio FRP-vezanog betona nisu zapečaćeni epoksidom.Proces polu-hermetičkog ispitivanja kao nedavno predložene tehnologije nepropusnosti opisan je kako slijedi.
(2) Koristeći ravnalo, nacrtajte liniju na betonskoj cilindričnoj površini kako biste odredili položaj FRP traka, razmak između traka je 2,5 cm.Zatim omotajte traku oko betonskih površina na kojima FRP nije potreban.
(3) Betonska površina je glatka polirana brusnim papirom, obrisana alkoholnom vunom i premazana epoksidom.Zatim ručno zalijepite trake od stakloplastike na betonsku površinu i pritisnite praznine tako da stakloplastike u potpunosti prianjaju na betonsku površinu i izbjegavaju mjehuriće zraka.Na kraju, zalijepite FRP trake na betonsku površinu odozgo prema dolje, prema oznakama napravljenim ravnalom.
(4) Nakon pola sata provjerite da li se beton odvojio od FRP-a.Ako FRP klizi ili strši, treba ga odmah popraviti.Oblikovani uzorci moraju se sušiti 7 dana kako bi se osigurala čvrstoća očvršćavanja.
(5) Nakon stvrdnjavanja, nožem uklonite traku s površine betona i na kraju uzmite poluhermetički FRP betonski stup.
Rezultati pod različitim ograničenjima prikazani su na sl.2. Slika 2a prikazuje potpuno zatvoreni CFRP beton, Slika 2b prikazuje polugeneralizirani CFRP beton, Slika 2c prikazuje potpuno zatvoreni GFRP beton, a Slika 2d prikazuje polu-ograničeni CFRP beton.
Zatvoreni stilovi: (a) potpuno zatvoreni CFRP;(b) poluzatvorena karbonska vlakna;(c) potpuno zatvoren u staklenim vlaknima;(d) poluzatvorena stakloplastika.
Postoje četiri glavna parametra koji su dizajnirani da istraže učinak FRP ograničenja i sekvenci erozije na performanse kontrole erozije cilindara.U tabeli 3 prikazan je broj uzoraka betonskih stupova.Uzorci za svaku kategoriju sastojali su se od tri identična uzorka statusa kako bi podaci bili konzistentni.U ovom članku analizirana je srednja vrijednost tri uzorka za sve eksperimentalne rezultate.
(1) Nepropusni materijal je klasifikovan kao karbonska vlakna ili fiberglas.Napravljeno je poređenje utjecaja dvije vrste vlakana na armaturu betona.
(2) Metode zadržavanja betonskih stubova dijele se na tri tipa: potpuno ograničene, poluograničene i neograničene.Otpornost na eroziju poluzatvorenih betonskih stupova uspoređena je s dvije druge varijante.
(3) Uslovi erozije su ciklusi smrzavanja-odmrzavanja plus rastvor sulfata, a broj ciklusa smrzavanja-odmrzavanja je 0, 50 i 100 puta, respektivno.Proučavan je učinak spregnute erozije na betonske stupove ograničene FRP-om.
(4) Ispitni komadi su podijeljeni u tri grupe.Prva grupa je FRP omatanje, a zatim korozija, druga grupa je prvo korozija pa omatanje, a treća grupa je prvo korozija, a zatim omatanje pa korozija.
Eksperimentalni postupak koristi univerzalnu mašinu za ispitivanje, mašinu za ispitivanje zatezanja, jedinicu ciklusa smrzavanja i odmrzavanja (tip CDR-Z), elektronski mikroskop, pH metar, merač deformacije, uređaj za pomeranje, SEM elektronski mikroskop i EDS analizator energetskog spektra u ovoj studiji.Uzorak je betonski stub visine 10 cm i prečnika 20 cm.Beton je očvrsnuo u roku od 28 dana nakon izlivanja i zbijanja, kao što je prikazano na slici 3a.Svi uzorci su nakon livenja izvađeni iz kalupa i držani 28 dana na 18-22°C i 95% relativne vlažnosti, a zatim su neki uzorci omotani staklenim vlaknima.
Metode ispitivanja: (a) oprema za održavanje konstantne temperature i vlažnosti;(b) mašina ciklusa zamrzavanja-odmrzavanja;(c) univerzalna mašina za ispitivanje;(d) pH tester;(e) mikroskopsko posmatranje.
Eksperiment zamrzavanja-odmrzavanja koristi metodu brzog zamrzavanja kao što je prikazano na slici 3b.Prema GB/T 50082-2009 “Standardi trajnosti za konvencionalni beton”, uzorci betona su potpuno uronjeni u 10% rastvor natrijum sulfata na 15-20°C 4 dana prije zamrzavanja i odmrzavanja.Nakon toga, napad sulfata počinje i završava se istovremeno s ciklusom zamrzavanja-odmrzavanja.Vrijeme ciklusa zamrzavanja-odmrzavanja je 2 do 4 sata, a vrijeme odmrzavanja ne smije biti manje od 1/4 vremena ciklusa.Temperaturu jezgre uzorka treba održavati u rasponu od (-18±2) do (5±2) °C.Prijelaz sa zamrznutog na odmrzavanje ne bi trebao trajati više od deset minuta.Tri cilindrična identična uzorka svake kategorije korišćena su za proučavanje gubitka težine i pH promene rastvora tokom 25 ciklusa zamrzavanja-odmrzavanja, kao što je prikazano na slici 3d.Nakon svakih 25 ciklusa zamrzavanja-odmrzavanja, uzorci su uklonjeni, a površine očišćene prije određivanja njihove svježe težine (Wd).Svi eksperimenti su izvedeni u tri primjerka uzoraka, a prosječne vrijednosti su korištene za diskusiju o rezultatima testa.Formule za gubitak mase i čvrstoće uzorka određuju se na sljedeći način:
U formuli, ΔWd je gubitak težine (%) uzorka nakon svakih 25 ciklusa smrzavanja-odmrzavanja, W0 je prosječna težina uzorka betona prije ciklusa smrzavanja-odmrzavanja (kg), Wd je prosječna težina betona.težina uzorka nakon 25 ciklusa zamrzavanja-odmrzavanja (kg).
Koeficijent degradacije čvrstoće uzorka karakterizira Kd, a formula za proračun je sljedeća:
U formuli, ΔKd je stopa gubitka čvrstoće (%) uzorka nakon svakih 50 ciklusa zamrzavanja-odmrzavanja, f0 je prosječna čvrstoća uzorka betona prije ciklusa smrzavanja-odmrzavanja (MPa), fd je prosječna čvrstoća uzorak betona za 50 ciklusa smrzavanja-odmrzavanja (MPa).
Na sl.3c prikazuje stroj za tlačno ispitivanje uzoraka betona.U skladu sa “Standardom za metode ispitivanja fizičkih i mehaničkih svojstava betona” (GBT50081-2019), definirana je metoda za ispitivanje tlačne čvrstoće betonskih stupova.Brzina opterećenja u testu kompresije je 0,5 MPa/s, a kontinuirano i sekvencijalno opterećenje se koristi tokom cijelog ispitivanja.Odnos opterećenje-pomak za svaki uzorak zabilježen je tijekom mehaničkog ispitivanja.Na vanjske površine betona i FRP slojeva uzoraka pričvršćeni su mjerači naprezanja za mjerenje aksijalnih i horizontalnih deformacija.Ćelija za deformaciju koristi se u mehaničkom ispitivanju za snimanje promjene deformacije uzorka tokom testa kompresije.
Svakih 25 ciklusa zamrzavanje-odmrzavanje, uzorak otopine smrzavanja-odmrzavanja je uklonjen i stavljen u posudu.Na sl.3d prikazuje pH test otopine uzorka u posudi.Mikroskopsko ispitivanje površine i poprečnog presjeka uzorka u uslovima smrzavanja-odmrzavanja prikazano je na slici 3d.Pod mikroskopom je posmatrano stanje površine različitih uzoraka nakon 50 i 100 ciklusa smrzavanja-odmrzavanja u rastvoru sulfata.Mikroskop koristi uvećanje od 400x.Pri promatranju površine uzorka uglavnom se uočava erozija FRP sloja i vanjskog sloja betona.Promatranjem poprečnog presjeka uzorka u osnovi se odabiru uvjeti erozije na udaljenosti od 5, 10 i 15 mm od vanjskog sloja.Formiranje sulfatnih produkata i ciklusi zamrzavanja-odmrzavanja zahtijevaju daljnja ispitivanja.Stoga je modificirana površina odabranih uzoraka ispitivana pomoću skenirajućeg elektronskog mikroskopa (SEM) opremljenog spektrometrom za disperziju energije (EDS).
Vizuelno pregledajte površinu uzorka pomoću elektronskog mikroskopa i odaberite povećanje od 400X.Stepen površinskog oštećenja kod poluzatvorenog i GRP betona bez spojeva u ciklusima smrzavanja-odmrzavanja i izloženosti sulfatima je prilično visok, dok je kod potpuno zatvorenog betona zanemariv.Prva kategorija se odnosi na pojavu erozije slobodno tečeg betona natrijum sulfatom i od 0 do 100 ciklusa smrzavanja-odmrzavanja, kao što je prikazano na slici 4a.Uzorci betona koji nisu izloženi mrazu imaju glatku površinu bez vidljivih karakteristika.Nakon 50 erozija, blok pulpe na površini se djelomično oljuštio, otkrivajući bijelu ljusku pulpe.Nakon 100 erozija, ljuske rastvora su potpuno otpale prilikom vizuelnog pregleda betonske površine.Mikroskopsko promatranje pokazalo je da je površina 0 smrzavanja-odmrzavanja erodiranog betona glatka, a površinski agregat i mort u istoj ravnini.Uočena je neravna, hrapava površina na betonskoj površini koja je erodirana u 50 ciklusa smrzavanja i odmrzavanja.To se može objasniti činjenicom da je dio maltera uništen, a mala količina bijelih zrnatih kristala prianja na površinu, koja je uglavnom sastavljena od agregata, maltera i bijelih kristala.Nakon 100 ciklusa smrzavanja-odmrzavanja, na površini betona se pojavila velika površina bijelih kristala, dok je tamni krupni agregat bio izložen vanjskom okruženju.Trenutno je na površini betona uglavnom izložen agregat i bijeli kristali.
Morfologija erozivnog stupa od smrzavanja i odmrzavanja betona: (a) neograničeni betonski stub;(b) poluzatvoreni beton ojačan karbonskim vlaknima;(c) GRP poluzatvoreni beton;(d) potpuno zatvoren CFRP beton;(e) GRP beton poluzatvoreni beton.
Druga kategorija je korozija poluhermetičkih CFRP i GRP betonskih stupova u ciklusima smrzavanja-odmrzavanja i izloženosti sulfatima, kao što je prikazano na slici 4b, c.Vizuelna inspekcija (1x uvećanje) pokazala je da se na površini vlaknastog sloja postepeno formirao bijeli prah, koji je brzo opadao sa povećanjem broja ciklusa zamrzavanja-odmrzavanja.Neograničena površinska erozija poluhermetičnog FRP betona postala je izraženija kako se povećavao broj ciklusa smrzavanja-odmrzavanja.Vidljiva pojava „naduvavanja“ (otvorena površina rastvora betonskog stuba je na ivici urušavanja).Međutim, fenomen ljuštenja djelomično je ometen susjednim premazom od karbonskih vlakana).Pod mikroskopom se sintetička karbonska vlakna pojavljuju kao bijele niti na crnoj pozadini pri uvećanju od 400x.Zbog okruglog oblika vlakana i izloženosti neujednačenoj svjetlosti, izgledaju bijele, ali sami snopovi karbonskih vlakana su crni.Stakloplastika je u početku nalik bijeloj niti, ali nakon kontakta sa ljepilom postaje prozirna i stanje betona unutar stakloplastike je jasno vidljivo.Fiberglas je svijetlo bijele boje, a vezivo žućkasto.Oba su vrlo svijetle boje, tako da će boja ljepila sakriti niti od fiberglasa, dajući cjelokupnom izgledu žućkastu nijansu.Ugljična i staklena vlakna su zaštićena od oštećenja vanjskom epoksidnom smolom.Kako se broj napada smrzavanja-odmrzavanja povećavao, na površini je postalo vidljivo više praznina i nekoliko bijelih kristala.Kako se ciklus zamrzavanja sulfata povećava, vezivo postepeno postaje tanje, žućkasta boja nestaje i vlakna postaju vidljiva.
Treća kategorija je korozija potpuno zatvorenog CFRP i GRP betona u ciklusima zamrzavanja-odmrzavanja i izloženosti sulfatima, kao što je prikazano na slici 4d, e.Opet, uočeni rezultati su slični onima za drugu vrstu ograničenog presjeka betonskog stupa.
Uporedite pojave uočene nakon primjene tri gore opisane metode zadržavanja.Vlaknasta tkiva u potpuno izoliranom FRP betonu ostaju stabilna kako se broj ciklusa smrzavanja-odmrzavanja povećava.S druge strane, sloj ljepljivog prstena je tanji na površini.Epoksidne smole uglavnom reaguju s aktivnim ionima vodika u sumpornoj kiselini otvorenog prstena i jedva reagiraju sa sulfatima28.Stoga se može smatrati da erozija uglavnom mijenja svojstva ljepljivog sloja kao rezultat ciklusa smrzavanja-odmrzavanja, čime se mijenja učinak ojačanja FRP-a.Betonska površina FRP poluhermetičnog betona ima isti fenomen erozije kao i površina neograničenog betona.Njegov FRP sloj odgovara FRP sloju potpuno zatvorenog betona, a oštećenja nisu očigledna.Međutim, u poluzatvorenom GRP betonu dolazi do velikih erozionih pukotina na mjestima gdje se vlaknaste trake sijeku s izloženim betonom.Erozija izloženih betonskih površina postaje teža kako se broj ciklusa smrzavanja-odmrzavanja povećava.
Unutrašnjost potpuno zatvorenog, poluzatvorenog i neograničenog FRP betona pokazala je značajne razlike kada je bila podvrgnuta ciklusima zamrzavanja-odmrzavanja i izlaganju sulfatnim otopinama.Uzorak je izrezan poprečno i poprečni presjek je posmatran pomoću elektronskog mikroskopa pri uvećanju od 400x.Na sl.5 prikazuje mikroskopske slike na udaljenosti od 5 mm, 10 mm i 15 mm od granice između betona i maltera.Uočeno je da kada se otopina natrijum sulfata kombinuje sa smrzavanjem-odmrzavanjem, oštećenja betona se progresivno razlažu od površine prema unutrašnjosti.Budući da su uvjeti unutrašnje erozije CFRP-a i GFRP-ograničenog betona isti, ovaj odjeljak ne uspoređuje dva materijala za zaštitu.
Mikroskopsko posmatranje unutrašnjosti betonskog dijela stuba: (a) potpuno ograničeno staklenim vlaknima;(b) poluzatvoreni od stakloplastike;(c) neograničeno.
Unutrašnja erozija FRP-a potpuno zatvorenog betona prikazana je na sl.5a.Pukotine su vidljive na 5 mm, površina je relativno glatka, nema kristalizacije.Površina je glatka, bez kristala, debljine 10 do 15 mm.Unutrašnja erozija FRP poluhermetičkog betona prikazana je na sl.5 B. Pukotine i bijeli kristali su vidljivi na 5 mm i 10 mm, a površina je glatka na 15 mm.Slika 5c prikazuje presjeke betonskih FRP stupova na kojima su pronađene pukotine na 5, 10 i 15 mm.Nekoliko bijelih kristala u pukotinama postajalo je sve rjeđe kako su se pukotine pomicale s vanjske strane betona prema unutra.Beskrajni betonski stupovi pokazali su najveću eroziju, a slijede ih poluograničeni FRP betonski stupovi.Natrijum sulfat je imao mali uticaj na unutrašnjost potpuno zatvorenih FRP betonskih uzoraka tokom 100 ciklusa zamrzavanja-odmrzavanja.Ovo ukazuje da je glavni uzrok erozije potpuno zatvorenog FRP betona povezana erozija smrzavanja-odmrzavanja tokom određenog vremenskog perioda.Promatranje poprečnog presjeka pokazalo je da je presjek neposredno prije smrzavanja i odmrzavanja bio gladak i bez agregata.Kako se beton smrzava i otapa, vidljive su pukotine, isto vrijedi i za agregat, a bijeli zrnati kristali su gusto prekriveni pukotinama.Istraživanja27 su pokazala da kada se beton stavi u otopinu natrijum sulfata, natrijum sulfat će prodrijeti u beton, od kojih će se neki taložiti kao kristali natrijum sulfata, a neki će reagirati s cementom.Kristali natrijum sulfata i produkti reakcije izgledaju kao bijele granule.
FRP potpuno ograničava betonske pukotine u konjugovanoj eroziji, ali je presjek gladak bez kristalizacije.S druge strane, FRP poluzatvoreni i neograničeni betonski profili razvili su unutarnje pukotine i kristalizaciju pod konjugiranom erozijom.Prema opisu slike i prethodnim studijama29, proces erozije zglobova neograničenog i poluograničenog FRP betona podijeljen je u dvije faze.Prva faza pucanja betona povezana je sa širenjem i kontrakcijom tokom smrzavanja-odmrzavanja.Kada sulfat prodre u beton i postane vidljiv, odgovarajući sulfat ispunjava pukotine nastale skupljanjem uslijed reakcija smrzavanja-odmrzavanja i hidratacije.Stoga sulfat ima poseban zaštitni učinak na beton u ranoj fazi i može u određenoj mjeri poboljšati mehanička svojstva betona.Druga faza napada sulfata se nastavlja, prodire u pukotine ili šupljine i reagira s cementom da bi se formirala stipsa.Kao rezultat toga, pukotina raste u veličini i uzrokuje oštećenja.Za to vrijeme, reakcije širenja i kontrakcije povezane sa smrzavanjem i odmrzavanje će pogoršati unutrašnja oštećenja betona, što će rezultirati smanjenjem nosivosti.
Na sl.6 prikazuje pH promjene otopina za impregnaciju betona za tri ograničene metode praćene nakon 0, 25, 50, 75 i 100 ciklusa zamrzavanja-odmrzavanja.Neograničeni i poluzatvoreni FRP betonski malteri pokazali su najbrži porast pH od 0 do 25 ciklusa zamrzavanja-odmrzavanja.Njihove pH vrijednosti su porasle sa 7,5 na 11,5 odnosno 11,4.Kako se broj ciklusa zamrzavanja-odmrzavanja povećavao, porast pH se postepeno usporavao nakon 25-100 ciklusa zamrzavanja-odmrzavanja.Njihove pH vrijednosti su porasle sa 11,5 i 11,4 na 12,4 odnosno 11,84.Budući da potpuno vezani FRP beton prekriva FRP sloj, teško je prodirati otopini natrijum sulfata.Istovremeno, cementnoj kompoziciji je teško prodrijeti u vanjska rješenja.Dakle, pH se postepeno povećavao sa 7,5 na 8,0 između 0 i 100 ciklusa zamrzavanja-odmrzavanja.Razlog za promjenu pH analizira se na sljedeći način.Silikat u betonu se kombinuje sa vodikovim jonima u vodi i formira silicijumsku kiselinu, a preostali OH- podiže pH zasićene otopine.Promjena pH bila je izraženija između 0-25 ciklusa smrzavanja-odmrzavanja i manje izražena između 25-100 ciklusa zamrzavanja-odmrzavanja30.Međutim, ovdje je pronađeno da je pH nastavio rasti nakon 25-100 ciklusa zamrzavanja-odmrzavanja.Ovo se može objasniti činjenicom da natrijum sulfat hemijski reaguje sa unutrašnjosti betona, menjajući pH rastvora.Analiza hemijskog sastava pokazuje da beton reaguje sa natrijum sulfatom na sledeći način.
Formule (3) i (4) pokazuju da natrijum sulfat i kalcijum hidroksid u cementu formiraju gips (kalcijum sulfat), a kalcijum sulfat dalje reaguje sa kalcijum metaaluminatom u cementu i formira kristale stipse.Reakcija (4) je praćena stvaranjem bazičnog OH-, što dovodi do povećanja pH.Također, pošto je ova reakcija reverzibilna, pH raste u određeno vrijeme i polako se mijenja.
Na sl.Slika 7a prikazuje gubitak težine potpuno zatvorenog, poluzatvorenog i povezanog GRP betona tijekom ciklusa zamrzavanja-odmrzavanja u otopini sulfata.Najočiglednija promjena u gubitku mase je neograničeni beton.Neograničeni beton izgubio je oko 3,2% svoje mase nakon 50 napada smrzavanjem-odmrzavanjem i oko 3,85% nakon 100 napada smrzavanjem-odmrzavanjem.Rezultati pokazuju da se učinak konjugirane erozije na kvalitetu slobodnotečenog betona smanjuje kako se broj ciklusa smrzavanja-odmrzavanja povećava.Međutim, promatranjem površine uzorka utvrđeno je da je gubitak morta nakon 100 ciklusa zamrzavanje-odmrzavanje veći nego nakon 50 ciklusa smrzavanja-odmrzavanja.U kombinaciji s studijama iz prethodnog odjeljka, može se pretpostaviti da prodiranje sulfata u beton dovodi do usporavanja gubitka mase.U međuvremenu, interno generisani alum i gips takođe rezultiraju sporijim gubitkom težine, kao što je predviđeno hemijskim jednačinama (3) i (4).
Promjena težine: (a) odnos između promjene težine i broja ciklusa zamrzavanja-odmrzavanja;(b) odnos između promjene mase i pH vrijednosti.
Promjena u gubitku težine FRP poluhermetičkog betona prvo se smanjuje, a zatim povećava.Nakon 50 ciklusa smrzavanja-odmrzavanja, gubitak mase poluhermetičnog betona od stakloplastike iznosi oko 1,3%.Gubitak težine nakon 100 ciklusa bio je 0,8%.Stoga se može zaključiti da natrijum sulfat prodire u slobodno teče beton.Osim toga, promatranje površine testnog komada također je pokazalo da trake vlakana mogu izdržati ljuštenje maltera na otvorenom prostoru, čime se smanjuje gubitak težine.
Promjena u gubitku mase potpuno zatvorenog FRP betona razlikuje se od prve dvije.Masa ne gubi, već dodaje.Nakon 50 erozija od mraza i odmrzavanja, masa je porasla za oko 0,08%.Nakon 100 puta, njegova masa je porasla za oko 0,428%.Budući da je beton u potpunosti izliven, malter sa površine betona se neće odlepiti i malo je verovatno da će dovesti do gubitka kvaliteta.S druge strane, prodiranje vode i sulfata sa površine visokog sadržaja u unutrašnjost betona niskog sadržaja također poboljšava kvalitetu betona.
Nekoliko studija je ranije provedeno o odnosu između pH i gubitka mase u betonu ograničenom FRP-om u erozivnim uvjetima.Većina istraživanja uglavnom raspravlja o odnosu između gubitka mase, modula elastičnosti i gubitka čvrstoće.Na sl.7b prikazuje odnos između pH betona i gubitka mase pod tri ograničenja.Predložen je prediktivni model za predviđanje gubitka mase betona korištenjem tri metode zadržavanja pri različitim pH vrijednostima.Kao što se može vidjeti na slici 7b, Pearsonov koeficijent je visok, što ukazuje da zaista postoji korelacija između pH i gubitka mase.Vrijednosti r-kvadrata za neograničeni, polu-ograničeni i potpuno ograničeni beton su 0,86, 0,75 i 0,96, respektivno.Ovo ukazuje da je promjena pH vrijednosti i gubitak težine potpuno izoliranog betona relativno linearni u uvjetima sulfata i smrzavanja-odmrzavanja.U neograničenom betonu i polu-hermetičkom FRP betonu, pH se postupno povećava kako cement reagira s vodenom otopinom.Kao rezultat toga, betonska površina se postepeno uništava, što dovodi do bestežinskog stanja.S druge strane, pH potpuno zatvorenog betona se malo mijenja jer FRP sloj usporava kemijsku reakciju cementa s vodenim rastvorom.Dakle, za potpuno zatvoren beton nema vidljive površinske erozije, ali će dobiti na težini zbog zasićenja zbog apsorpcije sulfatnih otopina.
Na sl.8 prikazuje rezultate SEM skeniranja uzoraka ugraviranih zamrzavanjem-odmrzavanje natrijum sulfata.Elektronskim mikroskopom su ispitivani uzorci sakupljeni iz blokova uzetih iz vanjskog sloja betonskih stupova.Slika 8a je slika nezatvorenog betona prije erozije skenirajućim elektronskim mikroskopom.Napominje se da na površini uzorka ima mnogo rupa koje utiču na čvrstoću samog betonskog stupa prije odmrzavanja.Na sl.8b prikazuje sliku sa elektronskim mikroskopom potpuno izoliranog uzorka FRP betona nakon 100 ciklusa zamrzavanja-odmrzavanja.Mogu se otkriti pukotine u uzorku uslijed smrzavanja i odmrzavanja.Međutim, površina je relativno glatka i na njoj nema kristala.Stoga su nepopunjene pukotine vidljivije.Na sl.8c prikazuje uzorak poluhermetičnog GRP betona nakon 100 ciklusa erozije smrzavanja.Jasno je da su se pukotine proširile i da su se između pukotina formirala zrna.Neke od ovih čestica se vežu za pukotine.SEM skeniranje uzorka neograničenog betonskog stupa prikazano je na slici 8d, što je fenomen u skladu s poluograničenjem.Da bi se dodatno razjasnio sastav čestica, čestice u pukotinama su dodatno uvećane i analizirane pomoću EDS spektroskopije.Čestice u osnovi dolaze u tri različita oblika.Prema analizi energetskog spektra, prvi tip, kao što je prikazano na slici 9a, je regularni blok kristal, uglavnom sastavljen od O, S, Ca i drugih elemenata.Kombinacijom prethodnih formula (3) i (4) može se utvrditi da je glavna komponenta materijala gips (kalcijum sulfat).Drugi je prikazan na slici 9b;prema analizi energetskog spektra, radi se o igličastom neusmjerenom objektu, a njegove glavne komponente su O, Al, S i Ca.Kombinovani recepti pokazuju da se materijal sastoji uglavnom od stipse.Treći blok prikazan na slici 9c, je nepravilan blok, određen analizom energetskog spektra, koji se uglavnom sastoji od komponenti O, Na i S. Pokazalo se da su to uglavnom kristali natrijum sulfata.Skenirajuća elektronska mikroskopija pokazala je da je većina praznina ispunjena kristalima natrijum sulfata, kao što je prikazano na slici 9c, zajedno sa malim količinama gipsa i stipse.
Elektronski mikroskopske slike uzoraka prije i poslije korozije: (a) otvoreni beton prije korozije;(b) nakon korozije, stakloplastike je potpuno zaptiveno;(c) nakon korozije GRP poluzatvorenog betona;(d) nakon korozije otvorenog betona.
Analiza nam omogućava da izvučemo sljedeće zaključke.Slike elektronskim mikroskopom tri uzorka bile su 1k×, a pukotine i proizvodi erozije su pronađeni i uočeni na slikama.Neograničeni beton ima najšire pukotine i sadrži mnogo zrna.FRP polutlačni beton je inferiorniji od betona bez pritiska u pogledu širine pukotina i broja čestica.Potpuno zatvoreni FRP beton ima najmanju širinu pukotina i nema čestica nakon erozije smrzavanjem-odmrzavanje.Sve ovo ukazuje da je potpuno zatvoren FRP beton najmanje podložan eroziji od smrzavanja i odmrzavanja.Hemijski procesi unutar poluzatvorenih i otvorenih FRP betonskih stupova dovode do stvaranja stipse i gipsa, a prodiranje sulfata utječe na poroznost.Dok su ciklusi smrzavanja i odmrzavanja glavni uzrok pucanja betona, sulfati i njihovi proizvodi popunjavaju neke pukotine i pore.Međutim, kako se količina i vrijeme erozije povećavaju, pukotine nastavljaju da se šire i volumen formirane stipse se povećava, što rezultira ekstruzionim pukotinama.Konačno, zamrzavanje-odmrzavanje i izlaganje sulfatima će smanjiti snagu kolone.