noticias

Grazas por visitar a dispersión de contidos de fibra de cabron de fibra de vidro.Estás a usar unha versión do navegador con compatibilidade limitada de CSS.Para obter a mellor experiencia, recomendámosche que utilices un navegador actualizado (ou que desactives o modo de compatibilidade en Internet Explorer).Ademais, para garantir a asistencia continua, mostramos o sitio sen estilos e JavaScript.
O formigón reforzado con polímeros (FRP) considérase un método innovador e económico de reparación estrutural.Neste estudo, seleccionáronse dous materiais típicos [polímero reforzado con fibra de carbono (CFRP) e polímero reforzado con fibra de vidro (GFRP)] para estudar o efecto de reforzo do formigón en ambientes duros.Discutiuse a resistencia do formigón que contén FRP ao ataque dos sulfatos e aos ciclos de conxelación-desconxelación relacionados.Microscopía electrónica para estudar a degradación superficial e interna do formigón durante a erosión conxugada.Analizáronse o grao e o mecanismo de corrosión do sulfato de sodio mediante o valor do pH, a microscopía electrónica SEM e o espectro de enerxía EMF.Utilizáronse probas de resistencia a compresión axial para avaliar o reforzo de columnas de formigón restrinxidas por FRP, e deriváronse relacións tensión-deformación para varios métodos de retención de FRP nun ambiente acoplado erosivo.Realizouse a análise de erros para calibrar os resultados das probas experimentais utilizando catro modelos preditivos existentes.Todas as observacións indican que o proceso de degradación do formigón restrinxido con FRP é complexo e dinámico baixo tensións conxugadas.O sulfato de sodio inicialmente aumenta a resistencia do formigón na súa forma bruta.Non obstante, os ciclos de conxelación e desconxelación posteriores poden agravar a fisuración do formigón e o sulfato de sodio reduce aínda máis a resistencia do formigón favorecendo a fisuración.Proponse un modelo numérico preciso para simular a relación tensión-deformación, que é fundamental para deseñar e avaliar o ciclo de vida do formigón restrinxido por FRP.
Como método innovador de reforzo de formigón que foi investigado desde a década de 1970, o FRP ten as vantaxes de peso lixeiro, alta resistencia, resistencia á corrosión, resistencia á fatiga e construción conveniente1,2,3.A medida que os custos diminúen, é cada vez máis común en aplicacións de enxeñería como fibra de vidro (GFRP), fibra de carbono (CFRP), fibra de basalto (BFRP) e fibra de aramida (AFRP), que son os FRP máis utilizados para o reforzo estrutural4, 5. O método de retención de FRP proposto pode mellorar o rendemento do formigón e evitar o colapso prematuro.Non obstante, varios ambientes externos en enxeñaría mecánica adoitan afectar a durabilidade do formigón limitado por FRP, facendo que a súa resistencia se vexa comprometida.
Varios investigadores estudaron os cambios de tensión e deformación no formigón con diferentes formas e tamaños de sección transversal.Yang et al.6 descubriron que o estrés e a tensión final correlacionaron positivamente co crecemento do grosor do tecido fibroso.Wu et al.7 obtiveron curvas de tensión-deformación para formigón restrinxido por FRP usando varios tipos de fibras para predicir as deformacións e cargas finais.Lin et al.8 descubriron que os modelos de tensión-deformación FRP para barras redondas, cadradas, rectangulares e elípticas tamén difiren moito e desenvolveron un novo modelo de tensión-deformación orientado ao deseño utilizando a relación entre o ancho e o raio da esquina como parámetros.Lam et al.9 observaron que o solapamento e a curvatura non uniformes do FRP deron lugar a menos tensión e tensión de fractura no FRP que nos ensaios de tracción de lousa.Ademais, os científicos estudaron restricións parciais e novos métodos de restricións segundo as diferentes necesidades de deseño do mundo real.Wang et al.[10] realizou probas de compresión axial en formigón total, parcial e sen restricións en tres modos limitados.Desenvolveuse un modelo de "esforzo-deformación" e indícanse os coeficientes do efecto limitante para formigón parcialmente pechado.Wu et al.11 desenvolveu un método para predicir a dependencia de tensión-deformación do formigón restrinxido por FRP que ten en conta os efectos do tamaño.Moran et al.12 avaliaron as propiedades de compresión monótona axial do formigón restrinxido con tiras helicoidais de FRP e derivaron as súas curvas de tensión-deformación.Non obstante, o estudo anterior examina principalmente a diferenza entre formigón parcialmente pechado e formigón totalmente pechado.Non se estudou en detalle o papel dos FRP que limitan parcialmente as seccións de formigón.
Ademais, o estudo avaliou o rendemento do formigón restrinxido con FRP en termos de resistencia á compresión, cambio de deformación, módulo inicial de elasticidade e módulo de endurecemento por deformación en varias condicións.Tijani et al.13,14 descubriron que a reparabilidade do formigón limitado por FRP diminúe co aumento do dano nos experimentos de reparación de FRP en formigón danado inicialmente.Ma et al.[15] estudou o efecto do dano inicial nas columnas de formigón restrinxidas por FRP e considerou que o efecto do grao de dano sobre a resistencia á tracción era insignificante, pero tiña un efecto significativo nas deformacións laterais e lonxitudinais.Non obstante, Cao et al.16 observaron curvas de tensión-deformación e curvas de envolvente de tensión-deformación de formigón restrinxido por FRP afectados por danos iniciais.Ademais dos estudos sobre a falla inicial do formigón, tamén se realizaron algúns estudos sobre a durabilidade do formigón limitado por FRP en condicións ambientais duras.Estes científicos estudaron a degradación do formigón restrinxido por FRP en condicións duras e utilizaron técnicas de avaliación de danos para crear modelos de degradación para prever a vida útil.Xie et al.17 colocou formigón restrinxido por FRP nun ambiente hidrotermal e descubriron que as condicións hidrotermais afectaban significativamente as propiedades mecánicas do FRP, o que resultaba nunha diminución gradual da súa resistencia á compresión.Nun ambiente ácido-base, a interface entre CFRP e formigón deteriorouse.A medida que aumenta o tempo de inmersión, a taxa de liberación da enerxía de destrución da capa de CFRP diminúe significativamente, o que finalmente leva á destrución das mostras interfaciais18,19,20.Ademais, algúns científicos tamén estudaron os efectos da conxelación e desconxelación no formigón limitado con FRP.Liu et al.21 observaron que as barras de refuerzo CFRP teñen unha boa durabilidade nos ciclos de conxelación-desconxelación baseados no módulo dinámico relativo, a resistencia á compresión e a relación tensión-deformación.Ademais, proponse un modelo asociado ao deterioro das propiedades mecánicas do formigón.Non obstante, Peng et al.22 calcularon a vida útil dos adhesivos de CFRP e de formigón utilizando datos de temperatura e ciclo de conxelación-descongelación.Guang et al.23 realizou probas rápidas de conxelación e descongelación de formigón e propuxo un método para avaliar a resistencia ás xeadas en función do espesor da capa danada baixo a exposición á xeada e desconxelación.Yazdani et al.24 estudaron o efecto das capas de FRP na penetración dos ións cloruro no formigón.Os resultados mostran que a capa de FRP é químicamente resistente e illa o formigón interior dos ións cloruro exteriores.Liu et al.25 simularon as condicións de proba de pelado para formigón FRP corroído por sulfato, crearon un modelo de deslizamento e predixo a degradación da interface FRP-concreto.Wang et al.26 estableceu un modelo de tensión-deformación para formigón erosionado por sulfato restrinxido por FRP mediante probas de compresión uniaxial.Zhou et al.[27] estudou o dano ao formigón non confinado causado polos ciclos combinados de conxelación e desconxelación de sal e por primeira vez utilizou unha función loxística para describir o mecanismo de falla.Estes estudos lograron avances significativos na avaliación da durabilidade do formigón limitado por FRP.Non obstante, a maioría dos investigadores centráronse en modelar medios erosivos nunha condición desfavorable.O formigón adoita estar danado debido á erosión asociada causada por diversas condicións ambientais.Estas condicións ambientais combinadas degradan severamente o rendemento do formigón restrinxido con FRP.
Os ciclos de sulfatación e conxelación-descongelación son dous parámetros importantes que afectan á durabilidade do formigón.A tecnoloxía de localización FRP pode mellorar as propiedades do formigón.É moi utilizado en enxeñaría e investigación, pero actualmente ten as súas limitacións.Varios estudos centráronse na resistencia do formigón restrinxido por FRP á corrosión por sulfato en rexións frías.O proceso de erosión do formigón totalmente pechado, semipechado e aberto por sulfato de sodio e conxelación-desxeo merece un estudo máis detallado, especialmente o novo método semipechado descrito neste artigo.Tamén se estudou o efecto de reforzo en columnas de formigón intercambiando a orde de retención e erosión de FRP.Os cambios microcósmicos e macroscópicos na mostra causados ​​pola erosión de enlaces caracterizáronse mediante microscopio electrónico, proba de pH, microscopio electrónico SEM, análise de espectro de enerxía EMF e proba mecánica uniaxial.Ademais, este estudo analiza as leis que rexen a relación tensión-deformación que se produce nas probas mecánicas uniaxiales.Os valores límite de tensión e deformación verificados experimentalmente foron validados mediante análise de erros utilizando catro modelos límite de tensión-deformación existentes.O modelo proposto pode predecir completamente a deformación e resistencia definitivas do material, o que é útil para a futura práctica de reforzo de FRP.Finalmente, serve como base conceptual para o concepto de resistencia ás xeadas salinas de formigón FRP.
Este estudo avalía o deterioro do formigón limitado por FRP mediante a corrosión da solución de sulfato en combinación con ciclos de conxelación-descongelación.Os cambios microscópicos e macroscópicos causados ​​pola erosión do formigón demostráronse mediante microscopía electrónica de varrido, probas de pH, espectroscopia de enerxía EDS e probas mecánicas uniaxiales.Ademais, investigáronse as propiedades mecánicas e os cambios de tensión-deformación do formigón restrinxido por FRP sometido a erosión adherida mediante experimentos de compresión axial.
O formigón confinado FRP consiste en formigón en bruto, material de envoltura exterior FRP e adhesivo epoxi.Seleccionáronse dous materiais de illamento externo: CFRP e GRP, as propiedades dos materiais móstranse na Táboa 1. Utilizáronse resinas epoxi A e B como adhesivos (relación de mestura 2:1 en volume).Arroz.1 ilustra os detalles da construción de materiais de mestura de formigón.Na Figura 1a utilizouse cemento Portland Swan PO 42.5.Os áridos grosos son pedra de basalto triturada cun diámetro de 5-10 e 10-19 mm, respectivamente, como se mostra na fig.1b e c.Como recheo fino na figura 1g utilizouse area natural de río cun módulo de finura de 2,3.Prepare unha solución de sulfato de sodio a partir dos gránulos de sulfato de sodio anhidro e unha certa cantidade de auga.
A composición da mestura de formigón: a - cemento, b - agregado 5-10 mm, c - agregado 10-19 mm, d - area de río.
A resistencia de deseño do formigón é de 30 MPa, o que resulta nun asentamento do formigón de cemento fresco de 40 a 100 mm.A proporción de mestura de formigón móstrase na táboa 2, e a proporción de agregado groso 5-10 mm e 10-20 mm é 3:7.O efecto da interacción co ambiente modelouse preparando primeiro unha disolución de NaSO4 ao 10% e despois vertendo a solución nunha cámara de ciclo de conxelación-descongelación.
Preparáronse mesturas de formigón nunha batedora forzada de 0,5 m3 e utilizouse todo o lote de formigón para a colocación das mostras requiridas.En primeiro lugar, os ingredientes do formigón prepáranse segundo a Táboa 2, e o cemento, a area e o árido groso mestúranse previamente durante tres minutos.A continuación, distribuír uniformemente a auga e remover durante 5 minutos.A continuación, as mostras de formigón coláronse en moldes cilíndricos e compactáronse sobre unha mesa vibratoria (diámetro do molde 10 cm, altura 20 cm).
Despois de curar durante 28 días, as mostras envolvéronse con material FRP.Este estudo analiza tres métodos para columnas de formigón armado, incluíndo totalmente pechados, semi-constrinxidos e sen restricións.Dous tipos, CFRP e GFRP, úsanse para materiais limitados.FRP Carcasa de formigón FRP totalmente pechada, de 20 cm de alto e 39 cm de longo.A parte superior e inferior do formigón ligado a FRP non estaban seladas con epoxi.O proceso de proba semihermética como tecnoloxía hermética proposta recentemente descríbese do seguinte xeito.
(2) Usando unha regra, debuxa unha liña na superficie cilíndrica de formigón para determinar a posición das tiras de FRP, a distancia entre as tiras é de 2,5 cm.A continuación, envolve a cinta nas áreas de formigón onde non se necesita FRP.
(3) A superficie de formigón está pulida lisa con papel de lixa, limpa con la alcohólica e recuberta con epoxi.A continuación, pegue manualmente as tiras de fibra de vidro na superficie de formigón e prema os ocos para que a fibra de vidro estea totalmente adherida á superficie de formigón e evite burbullas de aire.Finalmente, pegue as tiras de FRP na superficie de formigón de arriba a abaixo, segundo as marcas feitas cunha regra.
(4) Despois de media hora, verifique se o formigón se separou do FRP.Se o FRP escorrega ou sobresae, debe arranxalo inmediatamente.As mostras moldeadas deben ser curadas durante 7 días para garantir a forza de curado.
(5) Despois do curado, use un coitelo de utilidade para eliminar a cinta da superficie de formigón e, finalmente, obtén unha columna de formigón FRP semihermética.
Os resultados baixo varias restricións móstranse na fig.2. A figura 2a mostra un formigón CFRP totalmente pechado, a figura 2b mostra un formigón CFRP semi-xeneralizado, a figura 2c mostra un formigón GFRP totalmente pechado e a figura 2d un formigón CFRP semi-restringido.
Estilos pechados: (a) CFRP totalmente pechado;(b) fibra de carbono semipechada;(c) totalmente pechado en fibra de vidro;d) Fibra de vidro semipechada.
Hai catro parámetros principais que están deseñados para investigar o efecto das restricións de FRP e as secuencias de erosión no rendemento do control da erosión dos cilindros.A táboa 3 mostra o número de mostras de columnas de formigón.As mostras para cada categoría consistían en tres mostras de estado idénticos para manter os datos consistentes.Analizouse a media de tres mostras para todos os resultados experimentais deste artigo.
(1) O material hermético clasifícase como fibra de carbono ou fibra de vidro.Fíxose unha comparación do efecto de dous tipos de fibras sobre o reforzo do formigón.
(2) Os métodos de contención de columnas de formigón divídense en tres tipos: totalmente limitados, semilimitados e ilimitados.Comparouse a resistencia á erosión das columnas de formigón semipechadas con outras dúas variedades.
(3) As condicións de erosión son ciclos de conxelación-descongelación máis solución de sulfato, e o número de ciclos de conxelación-descongelación é de 0, 50 e 100 veces, respectivamente.Estudou o efecto da erosión acoplada sobre columnas de formigón restrinxidas por FRP.
(4) As pezas de proba divídense en tres grupos.O primeiro grupo é o envoltorio de FRP e despois a corrosión, o segundo grupo é a corrosión primeiro e despois o envoltorio, e o terceiro grupo é a corrosión primeiro e despois o envoltorio e despois a corrosión.
O procedemento experimental utiliza unha máquina de proba universal, unha máquina de proba de tracción, unha unidade de ciclo de conxelación-descongelación (tipo CDR-Z), un microscopio electrónico, un medidor de pH, un medidor de tensión, un dispositivo de desprazamento, un microscopio electrónico SEM e un Analizador de espectro de enerxía EDS neste estudo.A mostra é unha columna de formigón de 10 cm de alto e 20 cm de diámetro.O formigón foi curado nuns 28 días despois do vertido e compactación, como se mostra na Figura 3a.Todas as mostras foron desmoldeadas despois da fundición e mantivéronse durante 28 días a 18-22 °C e unha humidade relativa do 95 %, e despois algunhas mostras foron envoltas con fibra de vidro.
Métodos de proba: a) equipamentos para manter a temperatura e a humidade constantes;(b) unha máquina de ciclo de conxelación-descongelación;(c) máquina de proba universal;(d) comprobador de pH;e) observación microscópica.
O experimento de conxelación-descongelación usa o método de conxelación instantánea como se mostra na Figura 3b.Segundo GB/T 50082-2009 "Normas de durabilidade para formigón convencional", as mostras de formigón foron completamente inmersas nunha solución de sulfato de sodio ao 10% a 15-20 ° C durante 4 días antes de conxelarse e desconxelar.Despois diso, o ataque do sulfato comeza e remata simultaneamente co ciclo de conxelación-descongelación.O tempo do ciclo de conxelación e desconxelación é de 2 a 4 horas e o tempo de desconxelación non debe ser inferior a 1/4 do tempo do ciclo.A temperatura do núcleo da mostra debe manterse dentro do intervalo de (-18±2) a (5±2) °С.A transición de conxelado a desconxelación non debe levar máis de dez minutos.Utilizáronse tres mostras cilíndricas idénticas de cada categoría para estudar a perda de peso e o cambio de pH da solución durante 25 ciclos de conxelación e desconxelación, como se mostra na figura 3d.Despois de cada 25 ciclos de conxelación e desconxelación, retiráronse as mostras e limpáronse as superficies antes de determinar o seu peso fresco (Wd).Todos os experimentos realizáronse por triplicado das mostras e utilizáronse os valores medios para discutir os resultados da proba.As fórmulas para a perda de masa e resistencia da mostra determínanse do seguinte xeito:
Na fórmula, ΔWd é a perda de peso (%) da mostra despois de cada 25 ciclos de conxelación-descongelación, W0 é o peso medio da mostra de formigón antes do ciclo de conxelación-descongelación (kg), Wd é o peso medio do formigón.peso da mostra despois de 25 ciclos de conxelación-descongelación (kg).
O coeficiente de degradación da resistencia da mostra caracterízase por Kd e a fórmula de cálculo é a seguinte:
Na fórmula, ΔKd é a taxa de perda de resistencia (%) da mostra despois de cada 50 ciclos de conxelación-descongelación, f0 é a resistencia media da mostra de formigón antes do ciclo de conxelación-descongelación (MPa), fd é a resistencia media de a mostra de formigón para 50 ciclos de conxelación-descongelación (MPa).
Sobre a fig.A figura 3c mostra unha máquina de ensaio de compresión para mostras de formigón.De acordo co "Estándar de métodos de proba para as propiedades físicas e mecánicas do formigón" (GBT50081-2019), defínese un método para probar columnas de formigón para a resistencia á compresión.A taxa de carga na proba de compresión é de 0,5 MPa/s e úsase carga continua e secuencial durante toda a proba.A relación carga-desprazamento para cada probeta foi rexistrada durante as probas mecánicas.Uníronse galgas extensométricas ás superficies exteriores das capas de formigón e FRP das probetas para medir as deformacións axiais e horizontais.A célula de tensión utilízase en probas mecánicas para rexistrar o cambio na tensión da mostra durante unha proba de compresión.
Cada 25 ciclos de conxelación-descongelación, retirouse unha mostra da solución de conxelación-desconxelación e colocábase nun recipiente.Sobre a fig.A 3d mostra unha proba de pH dunha solución de mostra nun recipiente.O exame microscópico da superficie e da sección transversal da mostra en condicións de conxelación e desconxelación móstrase na figura 3d.Observouse ao microscopio o estado da superficie de varias mostras despois de 50 e 100 ciclos de conxelación-desconxelación en solución de sulfato.O microscopio usa un aumento de 400x.Ao observar a superficie da mostra, obsérvase principalmente a erosión da capa de FRP e da capa exterior de formigón.A observación da sección transversal da mostra selecciona basicamente as condicións de erosión a unha distancia de 5, 10 e 15 mm da capa exterior.A formación de produtos sulfatados e os ciclos de conxelación e desconxelación requiren máis probas.Polo tanto, a superficie modificada das mostras seleccionadas examinouse mediante un microscopio electrónico de varrido (SEM) equipado cun espectrómetro de dispersión de enerxía (EDS).
Inspeccione visualmente a superficie da mostra cun microscopio electrónico e seleccione un aumento de 400X.O grao de dano superficial no formigón GRP semi-pechado e sen xuntas baixo ciclos de conxelación-descongelación e exposición a sulfatos é bastante alto, mentres que no formigón totalmente pechado é insignificante.A primeira categoría refírese á erosión do formigón de fluída libre por sulfato de sodio e de 0 a 100 ciclos de conxelación-descongelación, como se mostra na figura 4a.As mostras de formigón sen exposición ás xeadas teñen unha superficie lisa sen características visibles.Despois de 50 erosións, o bloque de pulpa na superficie descolgouse parcialmente, deixando ao descuberto a casca branca da pulpa.Despois de 100 erosións, as cascas das solucións caeron completamente durante unha inspección visual da superficie de formigón.A observación microscópica mostrou que a superficie do formigón erosionado por conxelación-desxeo 0 era lisa e que o árido superficial e o morteiro estaban no mesmo plano.Observouse unha superficie irregular e rugosa sobre unha superficie de formigón erosionada por 50 ciclos de conxelación-desxeo.Isto pódese explicar polo feito de que parte do morteiro é destruído e unha pequena cantidade de cristais granulares brancos adhírense á superficie, que está composta principalmente por áridos, morteiro e cristais brancos.Despois de 100 ciclos de conxelación e desconxelación, apareceu unha gran área de cristais brancos na superficie do formigón, mentres que o agregado groso escuro estaba exposto ao ambiente externo.Actualmente, a superficie de formigón é principalmente árido exposto e cristais brancos.
Morfoloxía dunha columna erosiva de formigón conxelado-descongelado: (a) columna de formigón sen restricións;(b) formigón armado con fibra de carbono semipechado;(c) formigón semipechado de GRP;(d) formigón CFRP totalmente pechado;(e) formigón semi-pechado de formigón GRP.
A segunda categoría é a corrosión de columnas de formigón semiherméticas CFRP e GRP baixo ciclos de conxelación-descongelación e exposición a sulfatos, como se mostra na figura 4b, c.A inspección visual (aumento 1x) mostrou que un po branco formouse gradualmente na superficie da capa fibrosa, que caeu rapidamente co aumento do número de ciclos de conxelación e desconxelación.A erosión superficial sen restricións do formigón semihermético FRP fíxose máis pronunciada a medida que aumentaba o número de ciclos de conxelación-desxeo.O fenómeno visible de "inchazo" (a superficie aberta da solución da columna de formigón está ao bordo do colapso).Non obstante, o fenómeno de pelado vese parcialmente obstaculizado polo revestimento de fibra de carbono adxacente).Baixo o microscopio, as fibras de carbono sintética aparecen como fíos brancos sobre un fondo negro cun aumento de 400x.Debido á forma redonda das fibras e á exposición á luz desigual, aparecen brancas, pero os propios feixes de fibra de carbono son negros.A fibra de vidro é inicialmente branca, pero ao entrar en contacto co adhesivo faise transparente e o estado do formigón no interior da fibra de vidro é claramente visible.A fibra de vidro é branca brillante e o aglutinante é amarelado.Ambos son de cor moi clara, polo que a cor da cola ocultará os fíos de fibra de vidro, dándolle ao aspecto xeral un ton amarelento.As fibras de carbono e vidro están protexidas contra danos por unha resina epoxi externa.A medida que aumentou o número de ataques de conxelación e desconxelación, máis baleiros e algúns cristais brancos fixéronse visibles na superficie.A medida que aumenta o ciclo de conxelación do sulfato, o aglutinante vaise facendo máis fino, a cor amarelada desaparece e as fibras fanse visibles.
A terceira categoría é a corrosión do formigón CFRP e GRP totalmente pechado baixo ciclos de conxelación-descongelación e exposición a sulfatos, como se mostra na figura 4d, e.De novo, os resultados observados son similares aos do segundo tipo de sección restrinxida da columna de formigón.
Compara os fenómenos observados despois de aplicar os tres métodos de contención descritos anteriormente.Os tecidos fibrosos do formigón FRP totalmente illado permanecen estables a medida que aumenta o número de ciclos de conxelación e desconxelación.Por outra banda, a capa de anel adhesivo é máis delgada na superficie.As resinas epoxi reaccionan principalmente con ións de hidróxeno activo no ácido sulfúrico de anel aberto e apenas reaccionan cos sulfatos28.Así, pódese considerar que a erosión cambia principalmente as propiedades da capa adhesiva como resultado dos ciclos de conxelación-descongelación, cambiando así o efecto de reforzo do FRP.A superficie de formigón do formigón semihermético FRP ten o mesmo fenómeno de erosión que a superficie de formigón sen restricións.A súa capa de FRP corresponde á capa de FRP de formigón totalmente pechado, e o dano non é obvio.Non obstante, no formigón GRP semi-selado, prodúcense extensas gretas erosivas onde as tiras de fibra se cruzan co formigón exposto.A erosión das superficies de formigón expostas faise máis grave a medida que aumenta o número de ciclos de conxelación-desxeo.
Os interiores do formigón FRP totalmente pechado, semipechado e sen restricións mostraron diferenzas significativas cando se someteron a ciclos de conxelación-desxeo e exposición a solucións de sulfato.A mostra foi cortada transversalmente e a sección transversal foi observada mediante un microscopio electrónico cun aumento de 400x.Sobre a fig.A figura 5 mostra imaxes microscópicas a unha distancia de 5 mm, 10 mm e 15 mm do límite entre o formigón e o morteiro, respectivamente.Observouse que cando se combina a solución de sulfato de sodio coa conxelación e desconxelación, os danos do formigón vanse descompoñendo progresivamente desde a superficie ata o interior.Debido a que as condicións de erosión interna do formigón restrinxido con CFRP e GFRP son as mesmas, esta sección non compara os dous materiais de contención.
Observación microscópica do interior da sección de formigón da columna: (a) completamente limitada por fibra de vidro;(b) semipechado con fibra de vidro;c) ilimitado.
A erosión interna do formigón totalmente pechado FRP móstrase na fig.5a.As gretas son visibles a 5 mm, a superficie é relativamente lisa, non hai cristalización.A superficie é lisa, sen cristais, de 10 a 15 mm de espesor.A erosión interna do formigón semihermético FRP móstrase na fig.5 B. As gretas e os cristais brancos son visibles a 5 mm e 10 mm, e a superficie é lisa a 15 mm.A figura 5c mostra seccións de columnas de FRP de formigón onde se atoparon gretas a 5, 10 e 15 mm.Algúns cristais brancos nas fendas foron progresivamente máis raros a medida que as fendas se movían do exterior do formigón cara ao interior.As columnas de formigón sen fin mostraron a maior erosión, seguidas das columnas de formigón FRP semi-restringidas.O sulfato de sodio tivo pouco efecto no interior das mostras de formigón FRP totalmente pechadas durante 100 ciclos de conxelación-descongelación.Isto indica que a principal causa da erosión do formigón FRP totalmente restrinxido é a erosión por conxelación e descongelación asociada durante un período de tempo.A observación da sección transversal mostrou que a sección inmediatamente anterior á conxelación e desconxelación era lisa e libre de agregados.A medida que o formigón se conxela e se descongela, as gretas son visibles, o mesmo ocorre co agregado e os cristais granulares brancos están densamente cubertos de fendas.Estudos27 demostraron que cando o formigón se coloca nunha solución de sulfato de sodio, o sulfato de sodio penetrará no formigón, algúns dos cales precipitarán como cristais de sulfato de sodio e outros reaccionarán co cemento.Os cristais de sulfato de sodio e os produtos de reacción parecen gránulos brancos.
FRP limita completamente as fendas do formigón na erosión conxugada, pero a sección é lisa sen cristalización.Por outra banda, as seccións de formigón semipechadas e sen restricións de FRP desenvolveron fisuras internas e cristalización baixo erosión conxugada.Segundo a descrición da imaxe e estudos previos29, o proceso de erosión xunta do formigón FRP non restrinxido e semirestrinxido divídese en dúas etapas.A primeira etapa da fisuración do formigón está asociada á expansión e contracción durante a conxelación-desxeo.Cando o sulfato penetra no formigón e faise visible, o sulfato correspondente enche as fendas creadas pola contracción das reaccións de conxelación-desxeo e hidratación.Polo tanto, o sulfato ten un efecto protector especial sobre o formigón nunha fase inicial e pode mellorar as propiedades mecánicas do formigón ata certo punto.Continúa a segunda etapa do ataque dos sulfatos, penetrando gretas ou ocos e reaccionando co cemento para formar alumbre.Como resultado, a fenda crece de tamaño e causa danos.Durante este tempo, as reaccións de expansión e contracción asociadas á conxelación e ao desxeo agravarán os danos internos do formigón, resultando nunha redución da capacidade de carga.
Sobre a fig.A figura 6 mostra os cambios de pH das solucións de impregnación de formigón para tres métodos limitados monitorizados despois de 0, 25, 50, 75 e 100 ciclos de conxelación-descongelación.Os morteiros de formigón FRP sen restricións e semipechados mostraron o aumento máis rápido do pH de 0 a 25 ciclos de conxelación-descongelación.Os seus valores de pH aumentaron de 7,5 a 11,5 e 11,4, respectivamente.A medida que aumentaba o número de ciclos de conxelación-descongelación, o aumento do pH diminuíu gradualmente despois de 25-100 ciclos de conxelación-descongelación.Os seus valores de pH aumentaron de 11,5 e 11,4 a 12,4 e 11,84, respectivamente.Debido a que o formigón FRP totalmente unido cobre a capa de FRP, é difícil que a solución de sulfato de sodio penetre.Ao mesmo tempo, é difícil que a composición de cemento penetre nas solucións externas.Así, o pH aumentou gradualmente de 7,5 a 8,0 entre 0 e 100 ciclos de conxelación-descongelación.A razón do cambio de pH analízase do seguinte xeito.O silicato do formigón combínase con ións de hidróxeno na auga para formar ácido silícico, e o OH- restante eleva o pH da solución saturada.O cambio de pH foi máis pronunciado entre 0-25 ciclos de conxelación-descongelación e menos pronunciado entre 25-100 ciclos de conxelación-descongelación30.Non obstante, descubriuse aquí que o pH continuou aumentando despois de 25-100 ciclos de conxelación e desconxelación.Isto pódese explicar polo feito de que o sulfato de sodio reacciona químicamente co interior do formigón, cambiando o pH da solución.A análise da composición química mostra que o formigón reacciona co sulfato de sodio do seguinte xeito.
As fórmulas (3) e (4) mostran que o sulfato de sodio e o hidróxido de calcio no cemento forman xeso (sulfato de calcio) e que o sulfato de calcio reacciona aínda máis co metaaluminato de calcio no cemento para formar cristais de alumbre.A reacción (4) vai acompañada da formación de OH- básico, o que leva a un aumento do pH.Ademais, como esta reacción é reversible, o pH aumenta nun momento determinado e cambia lentamente.
Sobre a fig.A figura 7a mostra a perda de peso do formigón GRP totalmente pechado, semipechado e entrelazado durante os ciclos de conxelación-descongelación en solución de sulfato.O cambio máis obvio na perda de masa é o formigón sen restricións.O formigón sen restricións perdeu preto do 3,2% da súa masa despois de 50 ataques de conxelación e descongelación e preto do 3,85% despois de 100 ataques de conxelación e descongelación.Os resultados mostran que o efecto da erosión conxugada sobre a calidade do formigón de fluxo libre diminúe a medida que aumenta o número de ciclos de conxelación-desxeo.Non obstante, ao observar a superficie da mostra, comprobouse que a perda de morteiro despois de 100 ciclos de conxelación-descongelación era maior que despois de 50 ciclos de conxelación-descongelación.Combinado cos estudos da sección anterior, pódese plantexar a hipótese de que a penetración de sulfatos no formigón conduce a unha desaceleración da perda de masa.Mentres tanto, o alumbre e o xeso xerados internamente tamén dan lugar a unha perda de peso máis lenta, como prevén as ecuacións químicas (3) e (4).
Cambio de peso: (a) relación entre o cambio de peso e o número de ciclos de conxelación-desxeo;(b) relación entre o cambio de masa e o valor do pH.
O cambio na perda de peso do formigón semihermético FRP primeiro diminúe e despois aumenta.Despois de 50 ciclos de conxelación e desconxelación, a perda de masa do formigón de fibra de vidro semihermética é de aproximadamente un 1,3%.A perda de peso despois de 100 ciclos foi do 0,8%.Polo tanto, pódese concluír que o sulfato de sodio penetra no formigón de fluxo libre.Ademais, a observación da superficie da probeta tamén demostrou que as tiras de fibra podían resistir o desprendimento do morteiro nunha zona aberta, reducindo así a perda de peso.
O cambio na perda de masa do formigón FRP totalmente pechado é diferente dos dous primeiros.A misa non perde, senón que engade.Despois de 50 erosións de xeadas e desxeo, a masa aumentou preto dun 0,08%.Despois de 100 veces, a súa masa aumentou preto de 0,428%.Dado que o formigón está completamente vertido, o morteiro na superficie do formigón non se desprenderá e é improbable que produza unha perda de calidade.Por outra banda, a penetración de auga e sulfatos desde a superficie de alto contido ao interior do formigón de baixo contido tamén mellora a calidade do formigón.
Previamente realizáronse varios estudos sobre a relación entre o pH e a perda de masa no formigón restrinxido con FRP en condicións erosivas.A maior parte da investigación discute principalmente a relación entre a perda de masa, o módulo elástico e a perda de forza.Sobre a fig.7b mostra a relación entre o pH do formigón e a perda de masa baixo tres restricións.Proponse un modelo preditivo para predicir a perda de masa do formigón mediante tres métodos de retención a diferentes valores de pH.Como se pode ver na Figura 7b, o coeficiente de Pearson é alto, o que indica que efectivamente existe unha correlación entre o pH e a perda de masa.Os valores de r cadrado para formigón sen restricións, semirestrinxidos e totalmente restrinxidos foron 0,86, 0,75 e 0,96, respectivamente.Isto indica que o cambio de pH e a perda de peso do formigón totalmente illado é relativamente lineal tanto en condicións de sulfato como de conxelación-descongelación.No formigón sen restricións e no formigón semihermético FRP, o pH aumenta gradualmente a medida que o cemento reacciona coa solución acuosa.Como resultado, a superficie de formigón destrúese gradualmente, o que leva á ingravidez.Por outra banda, o pH do formigón totalmente pechado cambia pouco porque a capa de FRP ralentiza a reacción química do cemento coa solución de auga.Así, para un formigón totalmente pechado, non hai erosión superficial visible, pero gañará peso debido á saturación debido á absorción de solucións de sulfato.
Sobre a fig.A figura 8 mostra os resultados dunha exploración SEM de mostras gravadas con sulfato de sodio conxelación-descongelación.A microscopía electrónica examinou mostras recollidas de bloques tomados da capa exterior de columnas de formigón.A figura 8a é unha imaxe de microscopio electrónico de varrido de formigón non pechado antes da erosión.Nótase que hai moitos buratos na superficie da mostra, que afectan á resistencia da propia columna de formigón antes da xeada.Sobre a fig.A figura 8b mostra unha imaxe de microscopio electrónico dunha mostra de formigón FRP totalmente illada despois de 100 ciclos de conxelación-descongelación.Pódense detectar gretas na mostra debido á conxelación e desconxelación.Non obstante, a superficie é relativamente lisa e non hai cristais nela.Polo tanto, as fendas sen recheos son máis visibles.Sobre a fig.A figura 8c mostra unha mostra de formigón semihermético GRP despois de 100 ciclos de erosión por xeadas.Está claro que as fendas se ensancharon e se formaron grans entre as fendas.Algunhas destas partículas únense ás fendas.Na Figura 8d móstrase unha exploración SEM dunha mostra dunha columna de formigón sen restricións, un fenómeno consistente coa semirestrición.Para dilucidar aínda máis a composición das partículas, as partículas nas fendas foron ampliadas e analizadas mediante espectroscopia EDS.As partículas teñen basicamente tres formas diferentes.Segundo a análise do espectro enerxético, o primeiro tipo, como se mostra na Figura 9a, é un cristal de bloque regular, composto principalmente por O, S, Ca e outros elementos.Ao combinar as fórmulas anteriores (3) e (4), pódese determinar que o compoñente principal do material é o xeso (sulfato de calcio).O segundo móstrase na figura 9b;segundo a análise do espectro de enerxía, é un obxecto acicular non direccional, e os seus compoñentes principais son O, Al, S e Ca.As receitas combinadas mostran que o material consiste principalmente en alumbre.O terceiro bloque que se mostra na figura 9c, é un bloque irregular, determinado pola análise do espectro enerxético, que consiste principalmente en compoñentes O, Na e S. Resultou que estes son principalmente cristais de sulfato de sodio.A microscopía electrónica de varrido mostrou que a maioría dos ocos estaban cheos de cristais de sulfato de sodio, como se mostra na Figura 9c, xunto con pequenas cantidades de xeso e alumbre.
Imaxes microscópicas electrónicas de mostras antes e despois da corrosión: (a) formigón aberto antes da corrosión;(b) despois da corrosión, a fibra de vidro está completamente selada;(c) despois da corrosión do formigón semipechado de GRP;(d) despois da corrosión do formigón aberto.
A análise permítenos extraer as seguintes conclusións.As imaxes do microscopio electrónico das tres mostras eran todas 1k× e nas imaxes atopáronse e observáronse fendas e produtos da erosión.O formigón sen restricións ten as fendas máis amplas e contén moitos grans.O formigón de semipresión FRP é inferior ao formigón sen presión en canto ao ancho de fisuras e o número de partículas.O formigón FRP totalmente pechado ten o menor ancho de fisuras e sen partículas despois da erosión por conxelación-desxeo.Todo isto indica que o formigón FRP totalmente pechado é o menos susceptible á erosión por conxelación e desxeo.Os procesos químicos dentro de columnas de formigón FRP semi-pechadas e abertas conducen á formación de alumbre e xeso, e a penetración de sulfato afecta a porosidade.Aínda que os ciclos de conxelación e desconxelación son a principal causa da rachadura do formigón, os sulfatos e os seus produtos enchen algunhas das fendas e poros en primeiro lugar.Non obstante, a medida que aumenta a cantidade e o tempo de erosión, as gretas continúan expandindose e o volume de alumbre formado aumenta, o que orixina gretas por extrusión.En definitiva, a conxelación-desconxelación e a exposición ao sulfato reducirán a resistencia da columna.