nieuws

Dank u voor uw bezoek aan scatter glasvezel cabron fiber inhoud.U gebruikt een browserversie met beperkte CSS-ondersteuning.Voor de beste ervaring raden we u aan een bijgewerkte browser te gebruiken (of Compatibiliteitsmodus uit te schakelen in Internet Explorer).Om voortdurende ondersteuning te garanderen, tonen we de site bovendien zonder stijlen en JavaScript.
Polymeerversterkt beton (FRP) wordt beschouwd als een innovatieve en economische methode voor structurele reparatie.In deze studie werden twee typische materialen [koolstofvezelversterkte polymeer (CFRP) en glasvezelversterkte polymeer (GFRP)] geselecteerd om het versterkende effect van beton in ruwe omgevingen te bestuderen.De weerstand van beton dat FRP bevat tegen sulfaataantasting en gerelateerde vries-dooicycli is besproken.Elektronenmicroscopie om het oppervlak en de interne degradatie van beton tijdens geconjugeerde erosie te bestuderen.De mate en het mechanisme van natriumsulfaatcorrosie werden geanalyseerd door pH-waarde, SEM-elektronenmicroscopie en EMF-energiespectrum.Axiale druksterktetesten zijn gebruikt om de wapening van FRP-beperkte betonnen kolommen te evalueren, en spanning-rekrelaties zijn afgeleid voor verschillende methoden van FRP-retentie in een erosief gekoppelde omgeving.Foutanalyse werd uitgevoerd om experimentele testresultaten te kalibreren met behulp van vier bestaande voorspellende modellen.Alle waarnemingen geven aan dat het degradatieproces van FRP-beperkt beton complex en dynamisch is onder geconjugeerde spanningen.Natriumsulfaat verhoogt aanvankelijk de sterkte van beton in zijn ruwe vorm.Daaropvolgende cycli van bevriezen en ontdooien kunnen betonscheuren echter verergeren, en natriumsulfaat vermindert de sterkte van beton verder door scheuren te bevorderen.Er wordt een nauwkeurig numeriek model voorgesteld om de spanning-rekrelatie te simuleren, wat van cruciaal belang is voor het ontwerpen en evalueren van de levenscyclus van composietbeton.
Als innovatieve betonversterkingsmethode die sinds de jaren 70 is onderzocht, heeft FRP de voordelen van lichtgewicht, hoge sterkte, corrosieweerstand, weerstand tegen vermoeidheid en gemakkelijke constructie1,2,3.Naarmate de kosten dalen, wordt het steeds gebruikelijker in technische toepassingen zoals glasvezel (GFRP), koolstofvezel (CFRP), basaltvezel (BFRP) en aramidevezel (AFRP), de meest gebruikte FRP voor structurele versterking4, 5 De voorgestelde FRP-retentiemethode kan de betonprestaties verbeteren en voortijdige instorting voorkomen.Verschillende externe omgevingen in de machinebouw hebben echter vaak invloed op de duurzaamheid van FRP-beperkt beton, waardoor de sterkte ervan wordt aangetast.
Verschillende onderzoekers hebben spannings- en spanningsveranderingen bestudeerd in beton met verschillende dwarsdoorsnedevormen en -afmetingen.Yang et al.6 ontdekten dat ultieme stress en spanning positief correleerden met groei in vezelachtige weefseldikte.Wu et al.7 verkregen spanning-rekkrommen voor FRP-begrensd beton met behulp van verschillende vezeltypes om uiteindelijke spanningen en belastingen te voorspellen.Lin et al.8 ontdekten dat FRP-spannings-rekmodellen voor ronde, vierkante, rechthoekige en elliptische staven ook sterk verschillen, en ontwikkelden een nieuw ontwerpgericht spannings-rekmodel met de verhouding tussen breedte en hoekradius als parameters.Lam et al.9 merkten op dat de niet-uniforme overlap en kromming van de FRP resulteerde in minder breukrek en spanning in de FRP dan in plaattrekproeven.Bovendien hebben wetenschappers gedeeltelijke beperkingen en nieuwe beperkingsmethoden bestudeerd op basis van verschillende real-world ontwerpbehoeften.Wang et al.[10] voerde axiale druktesten uit op volledig, gedeeltelijk en onbeperkt beton in drie beperkte modi.Er is een “spanning-rek”-model ontwikkeld en de coëfficiënten van het beperkende effect voor gedeeltelijk gesloten beton zijn gegeven.Wu et al.11 ontwikkelde een methode voor het voorspellen van de spanning-rekafhankelijkheid van FRP-beperkt beton die rekening houdt met grootte-effecten.Moran et al.12 evalueerden de axiale monotone compressie-eigenschappen van gedwongen beton met FRP-spiraalvormige stroken en leidden de spanning-rekkrommen af.Bovenstaande studie gaat echter vooral in op het verschil tussen gedeeltelijk gesloten beton en volledig gesloten beton.De rol van FRP's die betonnen secties gedeeltelijk beperken, is niet in detail bestudeerd.
Bovendien evalueerde de studie de prestaties van FRP-beperkt beton in termen van druksterkte, rekverandering, initiële elasticiteitsmodulus en rekverhardingsmodulus onder verschillende omstandigheden.Tijani et al.13,14 vond dat de repareerbaarheid van FRP-beperkt beton afneemt met toenemende schade in FRP-reparatie-experimenten op aanvankelijk beschadigd beton.Ma et al.[15] bestudeerde het effect van initiële schade aan betonnen kolommen met FRP-beperkingen en was van mening dat het effect van de mate van beschadiging op de treksterkte verwaarloosbaar was, maar een significant effect had op laterale en longitudinale vervormingen.Cao et al.16 waargenomen spanning-rekkrommen en spanning-rekomhullende krommen van FRP-beperkt beton aangetast door initiële schade.Naast studies over initieel betonfalen, zijn er ook enkele studies uitgevoerd naar de duurzaamheid van FRP-beperkt beton onder zware omgevingsomstandigheden.Deze wetenschappers bestudeerden de degradatie van FRP-beperkt beton onder zware omstandigheden en gebruikten schadebeoordelingstechnieken om degradatiemodellen te creëren om de levensduur te voorspellen.Xie et al.17 plaatsten FRP-constrained beton in een hydrothermische omgeving en ontdekten dat hydrothermische omstandigheden de mechanische eigenschappen van FRP aanzienlijk beïnvloedden, wat resulteerde in een geleidelijke afname van de druksterkte.In een zuur-base omgeving verslechtert de interface tussen CFRP en beton.Naarmate de onderdompelingstijd toeneemt, neemt de afgiftesnelheid van de vernietigingsenergie van de CFRP-laag aanzienlijk af, wat uiteindelijk leidt tot de vernietiging van grensvlakmonsters .Daarnaast hebben sommige wetenschappers ook de effecten van bevriezen en ontdooien op FRP-beperkt beton bestudeerd.Liu et al.21 merkten op dat CFRP-wapening een goede duurzaamheid heeft onder vries-dooicycli op basis van relatieve dynamische modulus, druksterkte en spanning-rekverhouding.Daarnaast wordt een model voorgesteld dat verband houdt met de verslechtering van de mechanische eigenschappen van beton.Peng et al.22 berekenden echter de levensduur van CFRP en betonlijmen met behulp van temperatuur- en vries-dooicyclusgegevens.Guang et al.23 voerde snelle vries-dooitesten uit van beton en stelde een methode voor voor het beoordelen van de vorstbestendigheid op basis van de dikte van de beschadigde laag bij blootstelling aan vries-dooi.Yazdani et al.24 onderzocht het effect van FRP-lagen op de penetratie van chloride-ionen in beton.De resultaten tonen aan dat de FRP-laag chemisch resistent is en het binnenste beton isoleert van de buitenste chloride-ionen.Liu et al.25 simuleerden afpeltestomstandigheden voor sulfaatgecorrodeerd FRP-beton, creëerden een slipmodel en voorspelden degradatie van de FRP-betoninterface.Wang et al.26 heeft een spannings-rekmodel opgesteld voor FRP-beperkt door sulfaat geërodeerd beton door middel van uniaxiale compressietests.Zhou et al.[27] bestudeerde schade aan onbegrensd beton veroorzaakt door gecombineerde vries-dooicycli van zout en gebruikte voor het eerst een logistieke functie om het faalmechanisme te beschrijven.Deze studies hebben aanzienlijke vooruitgang geboekt bij het evalueren van de duurzaamheid van FRP-beperkt beton.De meeste onderzoekers hebben zich echter gericht op het modelleren van erosieve media onder één ongunstige omstandigheid.Beton wordt vaak beschadigd als gevolg van bijbehorende erosie veroorzaakt door verschillende omgevingsomstandigheden.Deze gecombineerde omgevingsomstandigheden verslechteren de prestaties van FRP-beperkt beton ernstig.
Sulfatering en vries-dooicycli zijn twee typisch belangrijke parameters die de duurzaamheid van beton beïnvloeden.FRP-lokalisatietechnologie kan de eigenschappen van beton verbeteren.Het wordt veel gebruikt in engineering en onderzoek, maar heeft momenteel zijn beperkingen.Verschillende onderzoeken hebben zich gericht op de weerstand van FRP-beperkt beton tegen sulfaatcorrosie in koude gebieden.Het proces van erosie van volledig omsloten, halfomsloten en open beton door natriumsulfaat en vries-dooi verdient meer gedetailleerde studie, vooral de nieuwe halfomsloten methode die in dit artikel wordt beschreven.Ook werd het wapeningseffect op betonnen kolommen bestudeerd door de volgorde van FRP-retentie en erosie uit te wisselen.Microkosmische en macroscopische veranderingen in het monster veroorzaakt door bindingserosie werden gekenmerkt door elektronenmicroscoop, pH-test, SEM-elektronenmicroscoop, EMF-energiespectrumanalyse en uniaxiale mechanische test.Bovendien bespreekt deze studie de wetten die de spanning-rekrelatie beheersen die optreedt bij uniaxiaal mechanisch testen.De experimenteel geverifieerde grensspannings- en rekwaarden werden gevalideerd door foutanalyse met behulp van vier bestaande limietspannings-rekmodellen.Het voorgestelde model kan de uiteindelijke spanning en sterkte van het materiaal volledig voorspellen, wat handig is voor toekomstige FRP-versterkingspraktijken.Ten slotte dient het als conceptuele basis voor het FRP-concept voor zoutvorstbestendigheid van beton.
Deze studie evalueert de verslechtering van FRP-beperkt beton met behulp van sulfaatoplossingcorrosie in combinatie met vries-dooicycli.Microscopische en macroscopische veranderingen veroorzaakt door betonerosie zijn aangetoond met behulp van scanning-elektronenmicroscopie, pH-testen, EDS-energiespectroscopie en uniaxiale mechanische testen.Bovendien werden de mechanische eigenschappen en spannings-rekveranderingen van FRP-constraint beton onderworpen aan gebonden erosie onderzocht met behulp van axiale compressie-experimenten.
FRP Confined Concrete bestaat uit ruw beton, FRP-omhullingsmateriaal en epoxylijm.Twee externe isolatiematerialen werden geselecteerd: CFRP en GRP, de eigenschappen van de materialen worden getoond in Tabel 1. Epoxyharsen A en B werden gebruikt als lijmen (mengverhouding 2:1 per volume).Rijst.1 illustreert de details van de constructie van betonmixmaterialen.In figuur 1a werd Swan PO 42.5 Portlandcement gebruikt.Grove toeslagstoffen zijn gemalen basaltsteen met een diameter van respectievelijk 5-10 en 10-19 mm, zoals getoond in Fig.1b en c.Als fijne vulstof in Fig. 1g gebruikt natuurlijk rivierzand met een fijnheidsmodulus van 2,3.Bereid een oplossing van natriumsulfaat uit de korrels watervrij natriumsulfaat en een bepaalde hoeveelheid water.
De samenstelling van het betonmengsel: a - cement, b - aggregaat 5-10 mm, c - aggregaat 10-19 mm, d - rivierzand.
De ontwerpsterkte van beton is 30 MPa, wat resulteert in een verse cementbetonzetting van 40 tot 100 mm.De betonmixverhouding wordt getoond in Tabel 2, en de verhouding grof aggregaat 5-10 mm en 10-20 mm is 3:7.Het effect van interactie met de omgeving werd gemodelleerd door eerst een 10% NaSO4-oplossing te bereiden en vervolgens de oplossing in een vries-dooicycluskamer te gieten.
In een geforceerde menger van 0,5 m3 werden betonmengsels bereid en de hele partij beton werd gebruikt om de vereiste monsters te leggen.Allereerst worden de betoningrediënten bereid volgens tabel 2 en worden cement, zand en grof toeslagmateriaal gedurende drie minuten voorgemengd.Verdeel vervolgens het water gelijkmatig en roer gedurende 5 minuten.Vervolgens werden betonmonsters in cilindrische vormen gegoten en verdicht op een triltafel (vormdiameter 10 cm, hoogte 20 cm).
Na 28 dagen uitharden werden de monsters omwikkeld met FRP-materiaal.Deze studie bespreekt drie methoden voor kolommen van gewapend beton, waaronder volledig gesloten, semi-beperkt en onbeperkt.Twee typen, CFRP en GFRP, worden gebruikt voor beperkte materialen.GFK Volledig gesloten GFK betonnen casco, 20 cm hoog en 39 cm lang.De boven- en onderkant van het FRP-gebonden beton waren niet verzegeld met epoxy.Het semi-hermetische testproces als recentelijk voorgestelde luchtdichte technologie wordt als volgt beschreven.
(2) Trek met een liniaal een lijn op het betonnen cilindrische oppervlak om de positie van de FRP-strips te bepalen, de afstand tussen de strips is 2,5 cm.Wikkel vervolgens de tape rond de betonnen gebieden waar FRP niet nodig is.
(3) Het betonnen oppervlak is glad gepolijst met schuurpapier, afgeveegd met alcoholwol en gecoat met epoxy.Plak vervolgens handmatig de glasvezelstroken op het betonoppervlak en druk de openingen eruit zodat het glasvezel volledig hecht aan het betonoppervlak en luchtbellen worden vermeden.Lijm ten slotte de FRP-stroken van boven naar beneden op het betonoppervlak, volgens de markeringen die met een liniaal zijn gemaakt.
(4) Controleer na een half uur of het beton is afgescheiden van de FRP.Als de FRP wegglijdt of uitsteekt, moet deze onmiddellijk worden gerepareerd.Gevormde exemplaren moeten 7 dagen worden uitgehard om de uitgeharde sterkte te garanderen.
(5) Gebruik na uitharding een mes om de tape van het betonoppervlak te verwijderen en verkrijg uiteindelijk een semi-hermetische FRP-betonkolom.
De resultaten onder verschillende beperkingen worden getoond in Fig.2. Afbeelding 2a toont een volledig omsloten CFRP-beton, afbeelding 2b toont een semi-gegeneraliseerd CFRP-beton, afbeelding 2c toont een volledig omsloten GFRP-beton en afbeelding 2d toont een semi-ingeperkt CFRP-beton.
Gesloten stijlen: (a) volledig gesloten CFRP;(b) halfgesloten koolstofvezel;(c) volledig omsloten door glasvezel;(d) semi-ingesloten glasvezel.
Er zijn vier hoofdparameters die zijn ontworpen om het effect van FRP-beperkingen en erosiesequenties op de erosiebeheersingsprestaties van cilinders te onderzoeken.In tabel 3 is het aantal monsters betonkolommen weergegeven.De steekproeven voor elke categorie bestonden uit drie identieke statussteekproeven om de gegevens consistent te houden.Het gemiddelde van drie monsters werd geanalyseerd voor alle experimentele resultaten in dit artikel.
(1) Luchtdicht materiaal wordt geclassificeerd als koolstofvezel of glasvezel.Er is een vergelijking gemaakt tussen het effect van twee soorten vezels op de wapening van beton.
(2) Methoden voor het insluiten van betonnen kolommen zijn onderverdeeld in drie typen: volledig beperkt, semi-beperkt en onbeperkt.De erosieweerstand van halfgesloten betonnen kolommen werd vergeleken met twee andere varianten.
(3) De erosieomstandigheden zijn vries-ontdooicycli plus sulfaatoplossing, en het aantal vries-ontdooicycli is respectievelijk 0, 50 en 100 keer.Het effect van gekoppelde erosie op FRP-begrensde betonnen kolommen is bestudeerd.
(4) De proefstukken zijn verdeeld in drie groepen.De eerste groep is FRP-omhulling en dan corrosie, de tweede groep is eerst corrosie en dan omwikkeling, en de derde groep is eerst corrosie en dan omwikkeling en dan corrosie.
De experimentele procedure maakt gebruik van een universele testmachine, een trekbank, een vries-dooicycluseenheid (type CDR-Z), een elektronenmicroscoop, een pH-meter, een spanningsmeter, een verplaatsingsapparaat, een SEM-elektronenmicroscoop en een EDS-energiespectrumanalysator in deze studie.Het monster is een betonnen kolom van 10 cm hoog en 20 cm in diameter.Het beton was binnen 28 dagen na het storten en verdichten uitgehard, zoals weergegeven in figuur 3a.Alle monsters werden na het gieten uit de vorm gehaald en 28 dagen bewaard bij 18-22°C en 95% relatieve vochtigheid, en vervolgens werden enkele monsters omwikkeld met glasvezel.
Beproevingsmethoden: a) apparatuur om de temperatuur en vochtigheid constant te houden;(b) een vries-dooi-cyclusmachine;(c) universele testmachine;(d) pH-tester;(e) microscopische observatie.
Het vries-dooi-experiment maakt gebruik van de flitsbevriezingsmethode zoals weergegeven in figuur 3b.Volgens GB/T 50082-2009 "Duurzaamheidsnormen voor conventioneel beton", werden betonmonsters volledig ondergedompeld in 10% natriumsulfaatoplossing bij 15-20°C gedurende 4 dagen vóór bevriezing en ontdooiing.Daarna begint en eindigt de sulfaataanval gelijktijdig met de vries-ontdooicyclus.De vries-ontdooicyclus duurt 2 tot 4 uur en de ontdooitijd mag niet korter zijn dan 1/4 van de cyclustijd.De kerntemperatuur van het monster moet binnen het bereik van (-18 ± 2) tot (5 ± 2) °С worden gehouden.De overgang van bevroren naar ontdooien duurt niet langer dan tien minuten.Drie cilindrische identieke monsters van elke categorie werden gebruikt om het gewichtsverlies en de pH-verandering van de oplossing gedurende 25 cycli van invriezen en ontdooien te bestuderen, zoals weergegeven in figuur 3d.Na elke 25 cycli van invriezen en ontdooien werden de monsters verwijderd en werden de oppervlakken gereinigd alvorens hun versgewicht (Wd) te bepalen.Alle experimenten werden uitgevoerd in drievoud van de monsters en de gemiddelde waarden werden gebruikt om de testresultaten te bespreken.De formules voor het verlies aan massa en sterkte van het monster worden als volgt bepaald:
In de formule is ΔWd het gewichtsverlies (%) van het monster na elke 25 vries-dooi cycli, W0 is het gemiddelde gewicht van het betonmonster vóór de vries-dooi cyclus (kg), Wd is het gemiddelde betongewicht.gewicht van het monster na 25 cycli van invriezen en ontdooien (kg).
De sterktedegradatiecoëfficiënt van het monster wordt gekenmerkt door Kd en de berekeningsformule is als volgt:
In de formule is ΔKd de mate van sterkteverlies (%) van het monster na elke 50 vries-dooicycli, f0 is de gemiddelde sterkte van het betonmonster vóór de vries-dooicyclus (MPa), fd is de gemiddelde sterkte van het betonmonster voor 50 vries-dooicycli (MPa).
Op afb.3c toont een druktestmachine voor betonmonsters.Conform de “Standard for Test Methods for the Physical and Mechanical Properties of Concrete” (GBT50081-2019) is een methode gedefinieerd voor het testen van betonkolommen op druksterkte.De belastingssnelheid in de compressietest is 0,5 MPa/s, en tijdens de hele test wordt continue en sequentiële belasting gebruikt.De belasting-verplaatsingsrelatie voor elk monster werd geregistreerd tijdens mechanische testen.Er werden rekstrookjes bevestigd aan de buitenoppervlakken van de beton- en FRP-lagen van de monsters om axiale en horizontale spanningen te meten.De rekcel wordt gebruikt bij mechanische testen om de verandering in de rek van het monster tijdens een compressietest vast te leggen.
Elke 25 cycli van invriezen en ontdooien werd een monster van de oplossing van invriezen en ontdooien verwijderd en in een container geplaatst.Op afb.3d toont een pH-test van een monsteroplossing in een container.Microscopisch onderzoek van het oppervlak en de dwarsdoorsnede van het monster onder vries-dooi-omstandigheden wordt getoond in figuur 3d.De toestand van het oppervlak van verschillende monsters na 50 en 100 vries-ontdooicycli in sulfaatoplossing werd waargenomen onder een microscoop.De microscoop maakt gebruik van een vergroting van 400x.Bij het observeren van het oppervlak van het monster wordt voornamelijk de erosie van de FRP-laag en de buitenste laag beton waargenomen.Observatie van de dwarsdoorsnede van het monster selecteert in principe de erosiecondities op een afstand van 5, 10 en 15 mm van de buitenste laag.De vorming van sulfaatproducten en vries-dooicycli vereisen nader onderzoek.Daarom werd het gemodificeerde oppervlak van de geselecteerde monsters onderzocht met behulp van een scanning-elektronenmicroscoop (SEM) uitgerust met een energie-dispersieve spectrometer (EDS).
Inspecteer het monsteroppervlak visueel met een elektronenmicroscoop en selecteer een vergroting van 400X.De mate van oppervlakteschade in halfgesloten en voegloos GVK-beton onder vries-dooicycli en blootstelling aan sulfaten is vrij hoog, terwijl deze in volledig gesloten beton verwaarloosbaar is.De eerste categorie verwijst naar het optreden van erosie van vrij stromend beton door natriumsulfaat en van 0 tot 100 vries-ontdooicycli, zoals weergegeven in figuur 4a.Betonmonsters zonder blootstelling aan vorst hebben een glad oppervlak zonder zichtbare kenmerken.Na 50 erosies liet het pulpblok op het oppervlak gedeeltelijk los, waardoor de witte schil van het vruchtvlees zichtbaar werd.Na 100 erosies vielen de schalen van de oplossingen volledig af tijdens een visuele inspectie van het betonoppervlak.Microscopische observatie toonde aan dat het oppervlak van het door vries-dooi geërodeerde beton glad was en dat het oppervlakteaggregaat en de mortel zich in hetzelfde vlak bevonden.Een oneffen, ruw oppervlak werd waargenomen op een betonnen oppervlak dat was geërodeerd door 50 cycli van vriezen en ontdooien.Dit kan worden verklaard door het feit dat een deel van de mortel is vernietigd en een kleine hoeveelheid witte korrelige kristallen aan het oppervlak hecht, dat voornamelijk bestaat uit aggregaat, mortel en witte kristallen.Na 100 vries-dooicycli verscheen er een groot gebied met witte kristallen op het oppervlak van het beton, terwijl het donkere grove aggregaat werd blootgesteld aan de externe omgeving.Momenteel bestaat het betonoppervlak voornamelijk uit zichtbaar aggregaat en witte kristallen.
Morfologie van een eroderende vries-dooi betonnen kolom: (a) onbeperkte betonnen kolom;(b) halfgesloten met koolstofvezel gewapend beton;(c) GVK halfgesloten beton;(d) volledig gesloten CFRP-beton;(e) GVK-beton halfgesloten beton.
De tweede categorie is de corrosie van semi-hermetische CFRP- en GVK-betonkolommen onder vries-dooicycli en blootstelling aan sulfaten, zoals weergegeven in figuur 4b, c.Visuele inspectie (1x vergroting) toonde aan dat zich geleidelijk een wit poeder vormde op het oppervlak van de vezelachtige laag, dat er snel afviel met een toename van het aantal vries-dooicycli.De onbeperkte oppervlakte-erosie van semi-hermetisch FRP-beton werd meer uitgesproken naarmate het aantal cycli van bevriezen en ontdooien toenam.Het zichtbare fenomeen van "opgeblazen gevoel" (het open oppervlak van de oplossing van de betonnen kolom staat op instorten).Het afbladderende fenomeen wordt echter gedeeltelijk belemmerd door de aangrenzende koolstofvezelcoating).Onder de microscoop verschijnen synthetische koolstofvezels als witte draden op een zwarte achtergrond bij een vergroting van 400x.Door de ronde vorm van de vezels en blootstelling aan ongelijkmatig licht lijken ze wit, maar de koolstofvezelbundels zelf zijn zwart.Glasvezel is aanvankelijk wit draadachtig, maar bij contact met de lijm wordt het transparant en is de staat van het beton in de glasvezel duidelijk zichtbaar.Het glasvezel is helderwit en het bindmiddel is gelig.Beide zijn erg licht van kleur, dus de kleur van de lijm zal de glasvezelstrengen verbergen, waardoor het algehele uiterlijk een gelige tint krijgt.De koolstof- en glasvezels worden beschermd tegen beschadiging door een externe epoxyhars.Naarmate het aantal vries-dooi-aanvallen toenam, werden er meer holtes en een paar witte kristallen zichtbaar op het oppervlak.Naarmate de sulfaatbevriezingscyclus toeneemt, wordt het bindmiddel geleidelijk dunner, verdwijnt de gelige kleur en worden de vezels zichtbaar.
De derde categorie is de corrosie van volledig omsloten CFRP- en GVK-beton onder vries-dooicycli en blootstelling aan sulfaten, zoals weergegeven in figuur 4d, e.Nogmaals, de waargenomen resultaten zijn vergelijkbaar met die voor het tweede type beperkte sectie van de betonnen kolom.
Vergelijk de waargenomen verschijnselen na het toepassen van de drie hierboven beschreven inperkingsmethoden.De vezelachtige weefsels in volledig geïsoleerd FRP-beton blijven stabiel naarmate het aantal vries-dooicycli toeneemt.Aan de andere kant is de lijmringlaag aan de oppervlakte dunner.Epoxyharsen reageren meestal met actieve waterstofionen in zwavelzuur met open ring en nauwelijks met sulfaten28.Men kan dus stellen dat erosie voornamelijk de eigenschappen van de lijmlaag verandert als gevolg van vries-dooicycli, waardoor de versterkende werking van composiet verandert.Het betonoppervlak van FRP semi-hermetisch beton heeft hetzelfde erosieverschijnsel als onbeperkt betonoppervlak.De FRP-laag komt overeen met de FRP-laag van volledig gesloten beton en de schade is niet duidelijk.In halfverzegeld GVK-beton treden echter uitgebreide erosiescheuren op waar de vezelstroken het zichtbeton kruisen.Erosie van blootgestelde betonoppervlakken wordt ernstiger naarmate het aantal vries-dooicycli toeneemt.
Het interieur van volledig gesloten, halfgesloten en onbeperkt FRP-beton vertoonde significante verschillen bij blootstelling aan vries-dooicycli en blootstelling aan sulfaatoplossingen.Het monster werd dwars doorgesneden en de dwarsdoorsnede werd waargenomen met behulp van een elektronenmicroscoop bij een vergroting van 400x.Op afb.5 toont microscopische beelden op een afstand van respectievelijk 5 mm, 10 mm en 15 mm van de grens tussen beton en mortel.Er is waargenomen dat wanneer natriumsulfaatoplossing wordt gecombineerd met vries-dooi, betonschade geleidelijk wordt afgebroken van het oppervlak naar het interieur.Omdat de interne erosiecondities van CFRP en GFRP-constrained beton hetzelfde zijn, worden in dit gedeelte de twee insluitingsmaterialen niet vergeleken.
Microscopische waarneming van de binnenkant van het betonnen gedeelte van de kolom: (a) volledig beperkt door glasvezel;(b) half omsloten met glasvezel;(c) onbeperkt.
Interne erosie van FRP volledig gesloten beton wordt getoond in Fig.5a.Scheuren zijn zichtbaar op 5 mm, het oppervlak is relatief glad, er is geen kristallisatie.Het oppervlak is glad, zonder kristallen, 10 tot 15 mm dik.Interne erosie van FRP semi-hermetisch beton wordt getoond in Fig.5 B. Scheuren en witte kristallen zijn zichtbaar op 5 mm en 10 mm en het oppervlak is glad op 15 mm.Figuur 5c toont doorsneden van FRP-betonkolommen waarbij scheuren zijn geconstateerd op 5, 10 en 15 mm.Een paar witte kristallen in de scheuren werden steeds zeldzamer naarmate de scheuren zich van de buitenkant van het beton naar de binnenkant verplaatsten.Eindloze betonnen kolommen vertoonden de meeste erosie, gevolgd door semi-ingelaste FRP-betonkolommen.Natriumsulfaat had weinig effect op de binnenkant van volledig ingesloten FRP-betonmonsters gedurende 100 vries-dooicycli.Dit geeft aan dat de belangrijkste oorzaak van erosie van volledig ingeklemd FRP-beton de geassocieerde vries-dooi-erosie is gedurende een bepaalde periode.Observatie van de dwarsdoorsnede toonde aan dat de doorsnede onmiddellijk voorafgaand aan bevriezen en ontdooien glad en vrij van aggregaten was.Terwijl het beton bevriest en ontdooit, zijn scheuren zichtbaar, hetzelfde geldt voor aggregaat, en de witte korrelige kristallen zijn dicht bedekt met scheuren.Studies27 hebben aangetoond dat wanneer beton in een natriumsulfaatoplossing wordt geplaatst, natriumsulfaat in het beton zal doordringen, waarvan sommige zullen neerslaan als natriumsulfaatkristallen en sommige zullen reageren met cement.Natriumsulfaatkristallen en reactieproducten zien eruit als witte korrels.
FRP beperkt betonscheuren volledig in geconjugeerde erosie, maar de sectie is glad zonder kristallisatie.Aan de andere kant hebben FRP semi-gesloten en onbeperkte betonnen secties interne scheuren en kristallisatie ontwikkeld onder geconjugeerde erosie.Volgens de beeldbeschrijving en eerdere studies29 is het voegerosieproces van onbeperkt en semi-beperkt composiet beton verdeeld in twee fasen.De eerste fase van betonscheuren wordt geassocieerd met uitzetting en samentrekking tijdens vries-dooi.Wanneer sulfaat het beton binnendringt en zichtbaar wordt, vult het corresponderende sulfaat scheuren die zijn ontstaan ​​door krimp door vries-dooi- en hydratatiereacties.Daarom heeft sulfaat in een vroeg stadium een ​​bijzondere beschermende werking op beton en kan het de mechanische eigenschappen van beton tot op zekere hoogte verbeteren.De tweede fase van de sulfaataanval gaat door, doordringt scheuren of holtes en reageert met het cement om aluin te vormen.Als gevolg hiervan groeit de scheur in omvang en veroorzaakt schade.Gedurende deze tijd zullen de uitzettings- en samentrekkingsreacties die gepaard gaan met bevriezen en ontdooien de interne schade aan het beton verergeren, wat resulteert in een vermindering van het draagvermogen.
Op afb.6 toont de pH-veranderingen van oplossingen voor het impregneren van beton voor drie beperkte werkwijzen, gevolgd na 0, 25, 50, 75 en 100 vries-dooicycli.Onbeperkte en semi-gesloten FRP-betonmortels vertoonden de snelste pH-stijging van 0 tot 25 vries-dooicycli.Hun pH-waarden stegen van respectievelijk 7,5 naar 11,5 en 11,4.Naarmate het aantal vries-ontdooicycli toenam, nam de pH-stijging geleidelijk af na 25-100 vries-ontdooicycli.Hun pH-waarden stegen van respectievelijk 11,5 en 11,4 naar 12,4 en 11,84.Omdat het volledig verlijmde FRP-beton de FRP-laag bedekt, is het moeilijk voor natriumsulfaatoplossing om te penetreren.Tegelijkertijd is het moeilijk voor de cementsamenstelling om in externe oplossingen te dringen.Zo nam de pH geleidelijk toe van 7,5 tot 8,0 tussen 0 en 100 cycli van invriezen en ontdooien.De reden voor de verandering in pH wordt als volgt geanalyseerd.Het silicaat in beton combineert met waterstofionen in water om kiezelzuur te vormen, en de resterende OH- verhoogt de pH van de verzadigde oplossing.De verandering in pH was meer uitgesproken tussen 0-25 cycli van invriezen en ontdooien en minder uitgesproken tussen 25-100 cycli van invriezen en ontdooien30.Hier werd echter gevonden dat de pH na 25-100 vries-ontdooicycli bleef stijgen.Dit kan worden verklaard door het feit dat natriumsulfaat chemisch reageert met het inwendige van het beton, waardoor de pH van de oplossing verandert.Analyse van de chemische samenstelling laat zien dat beton op de volgende manier reageert met natriumsulfaat.
Formules (3) en (4) laten zien dat natriumsulfaat en calciumhydroxide in cement gips (calciumsulfaat) vormen, en calciumsulfaat reageert verder met calciummetaaluminaat in cement om aluinkristallen te vormen.Reactie (4) gaat gepaard met de vorming van basische OH-, wat leidt tot een verhoging van de pH.Aangezien deze reactie omkeerbaar is, stijgt de pH op een bepaald moment en verandert deze langzaam.
Op afb.7a toont het gewichtsverlies van volledig omsloten, halfomsloten en onderling vergrendeld GVK-beton tijdens vries-dooicycli in sulfaatoplossing.De meest voor de hand liggende verandering in massaverlies is onbeperkt beton.Onbeperkt beton verloor ongeveer 3,2% van zijn massa na 50 vries-dooi-aanvallen en ongeveer 3,85% na 100 vries-dooi-aanvallen.De resultaten laten zien dat het effect van geconjugeerde erosie op de kwaliteit van vrij stromend beton afneemt naarmate het aantal vries-dooicycli toeneemt.Bij het observeren van het oppervlak van het monster bleek echter dat het mortelverlies na 100 vries-ontdooicycli groter was dan na 50 vries-dooicycli.Gecombineerd met de onderzoeken in de vorige sectie, kan worden verondersteld dat de penetratie van sulfaten in beton leidt tot een vertraging van het massaverlies.Ondertussen resulteren intern gegenereerde aluin en gips ook in langzamer gewichtsverlies, zoals voorspeld door chemische vergelijkingen (3) en (4).
Gewichtsverandering: (a) verband tussen gewichtsverandering en aantal vries-ontdooicycli;(b) verband tussen massaverandering en pH-waarde.
De verandering in gewichtsverlies van composiet semi-hermetisch beton neemt eerst af en daarna toe.Na 50 vries-dooicycli is het massaverlies van semi-hermetisch glasvezelbeton ongeveer 1,3%.Gewichtsverlies na 100 cycli was 0,8%.Daarom kan worden geconcludeerd dat natriumsulfaat doordringt in vrij stromend beton.Bovendien toonde observatie van het oppervlak van het teststuk ook aan dat de vezelstroken bestand waren tegen het afbladderen van mortel in een open gebied, waardoor gewichtsverlies werd verminderd.
De verandering in massaverlies van volledig gesloten FRP-beton is anders dan de eerste twee.Massa verliest niet, maar voegt toe.Na 50 vorst-dooi erosies nam de massa toe met ongeveer 0,08%.Na 100 keer nam de massa toe met ongeveer 0,428%.Aangezien het beton volledig is gestort, zal de mortel op het oppervlak van het beton niet loskomen en zal dit waarschijnlijk niet leiden tot kwaliteitsverlies.Aan de andere kant verbetert de penetratie van water en sulfaten van het oppervlak met een hoog gehalte in het inwendige van het beton met een laag gehalte ook de kwaliteit van het beton.
Er zijn eerder verschillende onderzoeken uitgevoerd naar de relatie tussen pH en massaverlies in FRP-beperkt beton onder erosieve omstandigheden.Het meeste onderzoek gaat vooral over de relatie tussen massaverlies, elasticiteitsmodulus en krachtverlies.Op afb.7b toont de relatie tussen beton-pH en massaverlies onder drie beperkingen.Een voorspellend model wordt voorgesteld om betonmassaverlies te voorspellen met behulp van drie retentiemethoden bij verschillende pH-waarden.Zoals te zien is in figuur 7b, is de coëfficiënt van Pearson hoog, wat aangeeft dat er inderdaad een verband bestaat tussen pH en massaverlies.De r-kwadraatwaarden voor onbeperkt, semi-beperkt en volledig beperkt beton waren respectievelijk 0,86, 0,75 en 0,96.Dit geeft aan dat de pH-verandering en het gewichtsverlies van volledig geïsoleerd beton relatief lineair is onder zowel sulfaat- als vries-dooi-omstandigheden.In onbeperkt beton en semi-hermetisch FRP-beton neemt de pH geleidelijk toe naarmate het cement reageert met de waterige oplossing.Als gevolg hiervan wordt het betonoppervlak geleidelijk vernietigd, wat leidt tot gewichtloosheid.Aan de andere kant verandert de pH van volledig gesloten beton weinig omdat de FRP-laag de chemische reactie van het cement met de wateroplossing vertraagt.Voor een volledig omsloten beton is er dus geen zichtbare oppervlakte-erosie, maar het zal zwaarder worden door verzadiging als gevolg van de absorptie van sulfaatoplossingen.
Op afb.8 toont de resultaten van een SEM-scan van monsters geëtst met natriumsulfaat bevriezen-ontdooien.Elektronenmicroscopie onderzocht monsters die waren verzameld uit blokken die waren genomen uit de buitenste laag van betonnen kolommen.Figuur 8a is een scanning-elektronenmicroscoopbeeld van niet-omsloten beton vóór erosie.Opgemerkt wordt dat er veel gaten in het oppervlak van het monster zijn, die de sterkte van de betonnen kolom zelf beïnvloeden vóór het ontdooien.Op afb.8b toont een elektronenmicroscoopbeeld van een volledig geïsoleerd FRP-betonmonster na 100 vries-dooicycli.Scheuren in het monster als gevolg van bevriezen en ontdooien kunnen worden gedetecteerd.Het oppervlak is echter relatief glad en er zitten geen kristallen op.Daardoor zijn ongevulde scheuren beter zichtbaar.Op afb.8c toont een monster van semi-hermetisch GVK-beton na 100 vorsterosiecycli.Het is duidelijk dat de scheuren breder werden en dat er zich korrels tussen de scheuren vormden.Sommige van deze deeltjes hechten zich aan scheuren.Een SEM-scan van een monster van een onbeperkte betonnen kolom wordt getoond in figuur 8d, een fenomeen dat consistent is met semi-beperking.Om de samenstelling van de deeltjes verder te verduidelijken, werden de deeltjes in de scheuren verder vergroot en geanalyseerd met behulp van EDS-spectroscopie.Deeltjes zijn er in principe in drie verschillende vormen.Volgens de energiespectrumanalyse is het eerste type, zoals weergegeven in figuur 9a, een gewoon blokkristal, voornamelijk samengesteld uit O, S, Ca en andere elementen.Door de voorgaande formules (3) en (4) te combineren, kan worden bepaald dat het hoofdbestanddeel van het materiaal gips (calciumsulfaat) is.De tweede wordt getoond in figuur 9b;volgens de energiespectrumanalyse is het een naaldvormig niet-gericht object en zijn de belangrijkste componenten O, Al, S en Ca.Uit combinatierecepten blijkt dat het materiaal voornamelijk uit aluin bestaat.Het derde blok getoond in Fig. 9c, is een onregelmatig blok, bepaald door energiespectrumanalyse, voornamelijk bestaande uit componenten O, Na en S. Het bleek dat dit voornamelijk natriumsulfaatkristallen zijn.Scanning-elektronenmicroscopie toonde aan dat de meeste holtes waren gevuld met natriumsulfaatkristallen, zoals weergegeven in figuur 9c, samen met kleine hoeveelheden gips en aluin.
Elektronenmicroscopische beelden van monsters voor en na corrosie: (a) open beton vóór corrosie;(b) na corrosie is de glasvezel volledig afgedicht;(c) na corrosie van GVK halfgesloten beton;(d) na corrosie van open beton.
De analyse stelt ons in staat de volgende conclusies te trekken.De elektronenmicroscoopbeelden van de drie monsters waren allemaal 1k× en scheuren en erosieproducten werden gevonden en waargenomen in de beelden.Onbeperkt beton heeft de breedste scheuren en bevat veel korrels.FRP semi-drukbeton is inferieur aan niet-drukbeton wat betreft scheurwijdte en deeltjesaantal.Volledig ingesloten FRP-beton heeft de kleinste scheurbreedte en geen deeltjes na vries-dooi-erosie.Dit alles geeft aan dat volledig gesloten FRP-beton het minst gevoelig is voor erosie door vorst en dooi.Chemische processen in halfgesloten en open FRP-betonkolommen leiden tot de vorming van aluin en gips, en sulfaatpenetratie beïnvloedt de porositeit.Terwijl vries-dooicycli de belangrijkste oorzaak zijn van betonscheuren, vullen sulfaten en hun producten in de eerste plaats een deel van de scheuren en poriën.Naarmate de hoeveelheid en de tijd van erosie toeneemt, blijven de scheuren echter uitzetten en neemt het volume van het gevormde aluin toe, wat resulteert in extrusiescheuren.Uiteindelijk zal blootstelling aan vries-dooi en sulfaat de sterkte van de kolom verminderen.