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U béton rinforzatu di polimeru (FRP) hè cunsideratu un metudu innovativu è ecunomicu di riparazione strutturale.In questu studiu, dui materiali tipici [polimeru rinfurzatu cù fibra di carbonu (CFRP) è polimeru rinfurzatu cù fibra di vetru (GFRP)] sò stati scelti per studià l'effettu di rinforzu di u béton in ambienti duri.A resistenza di u béton chì cuntene FRP à l'attaccu di sulphate è i cicli di congelazione-discongelu cunnessi hè statu discutitu.Microscopia elettronica per studià a superficia è a degradazione interna di u béton durante l'erosione cunjugata.U gradu è u mecanismu di corrosione di sulfate di sodiu sò stati analizati da u valore di pH, microscopia elettronica SEM è spettru energeticu EMF.I testi di forza di compressione assiale sò stati utilizati per valutà u rinfurzamentu di colonne di cimentu custrette in FRP, è e relazioni stress-strain sò state derivate per vari metudi di retenzioni FRP in un ambiente accoppiatu erosivu.L'analisi di l'errore hè stata realizata per calibre i risultati di teste sperimentali cù quattru mudelli predittivi esistenti.Tutte l'osservazioni indicanu chì u prucessu di degradazione di u béton FRP-restricted hè cumplessu è dinamicu sottu stressi conjugate.U sulfate di sodiu inizialmente aumenta a forza di u béton in a so forma cruda.Tuttavia, i cicli di congelazione-discongelu successivi ponu aggravà u cracking di u béton, è u sulfate di sodiu riduce ancu a forza di u béton per prumove a cracking.Un mudellu numericu precisu hè prupostu per simulà a relazione stress-strain, chì hè critica per u disignu è a valutazione di u ciculu di vita di u béton FRP-constrained.
Cum'è un metudu di rinforzu di béton innovativu chì hè statu ricercatu da l'anni 1970, FRP hà i vantaghji di pesu ligeru, alta forza, resistenza à a corrosione, resistenza à a fatigue è a custruzzione còmuda1,2,3.Cume i costi diminuiscenu, hè diventatu più cumuni in l'applicazioni di l'ingegneria cum'è a fibra di vetru (GFRP), a fibra di carbonu (CFRP), a fibra di basaltu (BFRP) è a fibra aramida (AFRP), chì sò u FRP più cumunimenti utilizatu per u rinfurzamentu strutturale4, 5. . U metudu di ritenzione FRP prupostu pò migliurà a prestazione concreta è evità un colapsu prematuru.Tuttavia, diversi ambienti esterni in l'ingegneria meccanica spessu affettanu a durabilità di u béton limitatu di FRP, facendu chì a so forza hè cumprumessa.
Diversi circadori anu studiatu i cambiamenti di stress è strain in u béton cù diverse forme è dimensioni trasversali.Yang et al.6 hà truvatu chì u stress finale è a tensione correlate positivamente cù a crescita di u grossu di u tissutu fibru.Wu et al.7 ottenutu curve di stress-strain per u béton FRP-costrained usendu diversi tipi di fibre per predict strains finali è carichi.Lin et al.8 anu truvatu chì i mudelli di stress-strain FRP per i bars tondi, quadrati, rettangulari è ellittici sò ancu assai diffirenti, è hà sviluppatu un novu mudellu di stress-strain orientatu à u disignu utilizendu a ratio di larghezza è raghju di u cantonu cum'è parametri.Lam et al.9 hà osservatu chì a superposizione non-uniforme è a curvatura di u FRP hà risultatu in menu strain di frattura è stress in u FRP chì in i testi di tensione di slab.Inoltre, i scientisti anu studiatu limitazioni parziali è novi metudi di limitazione secondu e diverse esigenze di cuncepimentu di u mondu reale.Wang et al.[10] hà realizatu teste di compressione assiale nantu à u cimentu cumpletu, parzialmente è senza restrizioni in trè modi limitati.Un mudellu "stress-strain" hè statu sviluppatu è i coefficienti di l'effettu limitante per u béton parzialmente chjusu sò datu.Wu et al.11 hà sviluppatu un metudu per predichendu a dependenza di stress-strain di u béton FRP-constrained chì piglia in contu l'effetti di dimensione.Moran et al.12 hà valutatu e proprietà di compressione monotonica assiale di u béton custrettu cù strisce elicoidali FRP è derivati ​​e so curve di stress-strain.Tuttavia, u studiu sopra esamina principarmenti a diffarenza trà u béton parzialmente chjusu è u cimentu cumplettamente chjusu.U rolu di i FRP chì limitanu parzialmente e rùbbriche di cimentu ùn hè statu studiatu in dettagliu.
Inoltre, u studiu hà valutatu a prestazione di u béton FRP-restricted in termini di forza di compressione, cambiamentu di tensione, modulu iniziale di elasticità è modulu di indurimentu in diverse cundizioni.Tijani et al.13,14 truvò chì a riparabilità di u cimentu limitatu di FRP diminuisce cù u dannu crescente in esperimenti di riparazione FRP nantu à u béton inizialmente dannatu.Ma et al.[15] hà studiatu l'effettu di i danni iniziali nantu à i culonni di béton FRP-constrained è cunzidiratu chì l'effettu di u gradu di dannu nantu à a forza di tensione era insignificante, ma hà avutu un effettu significativu nantu à deformazioni laterali è longitudinali.Tuttavia, Cao et al.16 osservatu curve di sforzu-deformazione è curve di l'inviluppu di sforzu-deformazione di u cimentu vintu da FRP affettatu da danni iniziali.In più di studii nantu à u fallimentu iniziale di u béton, certi studii sò stati ancu realizati nantu à a durabilità di u béton limitatu di FRP in cundizioni ambientali duri.Questi scientisti anu studiatu a degradazione di u béton ristrettu di FRP in cundizioni duri è anu utilizatu tecniche di valutazione di danni per creà mudelli di degradazione per predichendu a vita di serviziu.Xie et al.17 hà postu u cimentu custrettu di FRP in un ambiente idrotermalu è hà truvatu chì e cundizioni idrotermali anu affettatu significativamente e proprietà meccaniche di FRP, risultatu in una diminuzione graduale di a so forza di compressione.In un ambiente acidu-base, l'interfaccia trà CFRP è béton si deteriora.Quandu u tempu di immersione aumenta, u ritmu di liberazione di l'energia di distruzzione di a capa CFRP diminuisce significativamente, chì ultimamente porta à a distruzzione di campioni interfaciali18,19,20.Inoltre, certi scientisti anu studiatu ancu l'effetti di a congelazione è u scongelu nantu à u béton limitatu di FRP.Liu et al.21 anu nutatu chì u rebar CFRP hà una bona durabilità sottu à i cicli di congelazione-discongelu basatu nantu à u modulu dinamicu relative, a forza di compressione è a ratio di stress-strain.Inoltre, hè prupostu un mudellu chì hè assuciatu cù a deteriorazione di e proprietà meccaniche di u béton.In ogni casu, Peng et al.22 hà calculatu a durata di a vita di CFRP è adesivi di béton utilizendu dati di u ciculu di temperatura è congelazione-discongelu.Guang et al.23 hà realizatu teste rapidi di congelazione-discongelu di u cimentu è prupostu un metudu per valutà a resistenza à u gelu basatu annantu à u spessore di a strata dannata sottu esposizione à u gelu-discongelu.Yazdani et al.24 hà studiatu l'effettu di i strati FRP nantu à a penetrazione di ioni di cloruri in u béton.I risultati mostranu chì a capa di FRP hè chimicamente resistente è insulates u béton internu da l'ioni di cloruri esterni.Liu et al.25 simulated peel test conditions for sulfate-corroded FRP béton, criatu un mudellu slip, è predicted degradation di l 'interfaccia FRP-concrete.Wang et al.26 hà stabilitu un mudellu di sforzu-deformazione per u béton solfatu-erosionatu cunstrettu in FRP attraversu testi di compressione uniaxial.Zhou et al.[27] hà studiatu u dannu à u béton unconfined causatu da i ciculi cumminati di congelazione-discongelu di u sali è per a prima volta hà utilizatu una funzione logistica per descriverà u mecanismu di fallimentu.Questi studii anu fattu un prugressu significativu in a valutazione di a durabilità di u béton limitatu di FRP.In ogni casu, a maiò parte di i circadori anu focu annantu à a modellazione di i media erosivi in ​​una cundizione sfavore.U béton hè spessu dannatu per l'erosione assuciata causata da diverse cundizioni ambientali.Queste cundizioni ambientali cumminate degradanu severamente a prestazione di u béton FRP-restricted.
I cicli di sulfazione è di congelazione-discongelu sò dui parametri tipici impurtanti chì afectanu a durabilità di u cimentu.A tecnulugia di localizazione FRP pò migliurà e proprietà di u béton.Hè largamente utilizatu in ingegneria è ricerca, ma attualmente hà e so limitazioni.Diversi studii anu focu annantu à a resistenza di u béton FRP-restricted à a corrosione di sulfate in e regioni friddi.U prucessu di l'erosione di u béton cumplettamente chjusu, semi-chjusu è apertu da sulfate di sodium è freeze-thaw meriteghja un studiu più detallatu, soprattuttu u novu metudu semi-chjusu descrittu in questu articulu.L'effettu di rinfurzà nantu à i culonni di cimentu hè statu ancu studiatu per scambià l'ordine di ritenzione FRP è l'erosione.I cambiamenti microcosmichi è macroscòpichi in a mostra causati da l'erosione di u ligame sò stati carattarizati da u microscopiu elettronicu, test di pH, microscopiu elettronicu SEM, analisi di spettru energeticu EMF è test meccanicu uniaxial.Inoltre, stu studiu discute e liggi chì guvernanu a relazione stress-strain chì si trova in a prova meccanica uniaxial.I valori limite di stress è strain verificati sperimentalmente sò stati validati per analisi d'errore utilizendu quattru mudelli di stress-strain limite esistenti.U mudellu prupostu pò predice cumplettamente l'ultime strain è a forza di u materiale, chì hè utile per a futura pratica di rinforzu FRP.Infine, serve cum'è a basa conceptuale per u cuncettu di resistenza à u gelu di sali di cimentu FRP.
Stu studiu valuta u deterioramentu di u béton limitatu di FRP utilizendu a corrosione di suluzione di sulfate in cumminazione cù cicli di congelazione-discongelu.I cambiamenti microscòpichi è macroscòpichi causati da l'erosione di u cimentu sò stati dimustrati utilizendu microscopia elettronica à scansione, teste di pH, spettroscopia di energia EDS, è teste meccaniche uniaxiali.Inoltre, e proprietà meccaniche è i cambiamenti di stress-strain di u béton FRP-constrained sottumessu à l'erosione ligata sò stati investigati cù esperimenti di compressione assiale.
FRP Confined Concrete hè custituitu da béton crudo, materiale di avvolgimentu esternu FRP è adesivo epossidico.Dui materiali d'insulazione esterni sò stati scelti: CFRP è GRP, e proprietà di i materiali sò indicati in a Tabella 1. E resina epossidica A è B sò state usate cum'è adesivi (rapportu di mistura 2: 1 per volume).Risu.1 illustra i dettagli di a custruzzione di materiali di mischju di cimentu.In a Figura 1a, u cimentu Portland Swan PO 42.5 hè statu utilizatu.L'aggregati grossi sò petra di basalt triturata cù un diametru di 5-10 è 10-19 mm, rispettivamente, cum'è mostra in a fig.1b è c.Cum'è un filler fine in a figura 1g, hà utilizatu a sabbia naturali di u fiumu cù un modulu di finezza di 2,3.Preparate una suluzione di sulfate di sodiu da i granuli di sulfate di sodium anhydrous è una certa quantità d'acqua.
A cumpusizioni di a mistura di cimentu: a - cimentu, b - aggregate 5-10 mm, c - aggregate 10-19 mm, d - river sand.
A forza di cuncepimentu di u cimentu hè 30 MPa, chì risultatu in un stabilimentu di cimentu frescu di 40 à 100 mm.U rapportu di mischju di cimentu hè indicatu in a Tabella 2, è u rapportu di aggregate grossu 5-10 mm è 10-20 mm hè 3: 7.L'effettu di l'interazzione cù l'ambiente hè statu modellatu prima preparendu una suluzione 10% NaSO4 è poi versendu a suluzione in una camera di ciculu di congelazione-discongelu.
I mischii di béton sò stati preparati in un mixer furzatu di 0,5 m3 è tuttu u batch di béton hè stata utilizata per mette i campioni necessarii.Prima di tuttu, l'ingredienti di cuncreti sò preparati secondu a Table 2, è u cimentu, a sabbia è l'agregatu grossu sò premixed per trè minuti.Allora distribuite uniformemente l'acqua è agite durante 5 minuti.In seguitu, i campioni di cimentu sò stati cast in moldi cilindrichi è compacted nantu à una tavola vibrante (diàmitru di muffa 10 cm, altezza 20 cm).
Dopu a curazione di 28 ghjorni, i campioni sò stati impannillati cù materiale FRP.Stu studiu discute trè metudi per i culonni di cimentu armatu, cumprese cumplettamente chjusi, semi-costretti è senza restrizioni.Dui tipi, CFRP è GFRP, sò usati per materiali limitati.FRP Conchiglia di béton FRP cumpletamente chjusa, 20 cm di altezza è 39 cm di longu.A cima è u fondu di u cimentu FRP-bound ùn sò micca sigillati cù epossidichi.U prucessu di teste semi-ermeticu cum'è una tecnulugia ermetica pruposta recentemente hè descrittu cum'è seguita.
(2) Utilizendu un regnu, tracciate una linea nantu à a superficia cilindrica di cimentu per determinà a pusizione di e strisce FRP, a distanza trà e strisce hè 2,5 cm.Allora imbulighjate a cinta intornu à i spazii di cimentu induve FRP ùn hè micca necessariu.
(3) A superficia di cimentu hè pulita liscia cù carta sabbia, sguassata cù lana d'alcohol, è rivestita cù epossidichi.Allora appiccicate manualmente e strisce di fibra di vetro nantu à a superficia di cimentu è pressu fora i spazii in modu chì a fibra di vetro hè cumplettamente aderente à a superficia di cimentu è evite e bolle d'aria.Infine, cola e strisce FRP nantu à a superficia di cimentu da cima à fondu, secondu i marchi fatti cù una regula.
(4) Dopu à una meza ora, verificate s'ellu u béton s'hè separatu da u FRP.Se u FRP slipping o spunta fora, deve esse riparatu immediatamente.L'esemplari moldati deve esse guaritu per 7 ghjorni per assicurà a forza di guariscenza.
(5) Dopu à curing, aduprate un cuteddu utilitariu per caccià a cinta da a superficia di béton, è infine ottene una colonna di béton FRP semi-ermetica.
I risultati sottu diverse limitazioni sò mostrati in fig.2. Figura 2a mostra un béton CFRP cumplettamente chjusu, Figura 2b mostra un béton CFRP semi-generalized, Figura 2c mostra un béton GFRP cumplettamente chjusu, è Figura 2d mostra un béton CFRP semi-constrained.
Stili chjusi: (a) CFRP cumplettamente chjusu;(b) fibra di carbone semi-chiusa;(c) cumpletamente chjusu in fibra di vetro;(d) fibra di vetro semi-chiusa.
Ci sò quattru paràmetri principali chì sò pensati per investigà l'effettu di e restrizioni FRP è e sequenze di l'erosione nantu à u rendiment di cuntrollu di l'erosione di i cilindri.A Tabella 3 mostra u numeru di campioni di colonna di béton.I campioni per ogni categuria sò custituiti da trè campioni di statutu identicu per mantene a dati coherente.A media di trè campioni hè stata analizata per tutti i risultati sperimentali in questu articulu.
(1) U materiale ermeticu hè classificatu cum'è fibra di carbone o fibra di vetru.Un paragone hè statu fattu di l'effettu di dui tipi di fibri nantu à u rinfurzamentu di u béton.
(2) I metudi di cuntinimentu di colonna di béton sò divisi in trè tippi: cumpletamente limitati, semi-limitati è illimitati.A resistenza à l'erosione di e culonni di cimentu semi-chjusu hè stata paragunata cù duie altre varietà.
(3) I cundizzioni di l'erosione sò ciculi di congelazione-discongelu più suluzione di sulfate, è u nùmeru di cicli di congelazione-discongelu hè 0, 50 è 100 volte, rispettivamente.L'effettu di l'erosione accoppiata nantu à i culonni di cimentu di FRP-constrained hè statu studiatu.
(4) I pezzi di prova sò spartuti in trè gruppi.U primu gruppu hè l'imballaggio FRP è dopu a curruzzione, u sicondu gruppu hè a curruzzione prima è dopu l'imballaggio, è u terzu gruppu hè a curruzzione prima è dopu l'imballaggio è poi a curruzzione.
A prucedura sperimentale usa una macchina di prova universale, una macchina di prova di trazione, una unità di ciclu di congelazione-discongelu (tipu CDR-Z), un microscopiu elettronicu, un pH metru, un strain gauge, un dispositivu di spostamentu, un microscopiu elettronicu SEM, è un Analizzatore di spettru energeticu EDS in stu studiu.A mostra hè una colonna di cimentu di 10 cm d'altezza è 20 cm di diametru.U cimentu hè statu guaritu in 28 ghjorni dopu à versà è compactazione, cum'è mostra in a Figura 3a.Tutti i campioni sò stati demoulded dopu à casting è mantinuti per 28 ghjorni à 18-22 ° C è 95% umidità relativa, è dopu alcuni campioni sò stati impannillati cù fibra di vetro.
Metodi di prova: (a) equipamentu per mantene a temperatura è l'umidità constanti;(b) una macchina à ciclu di congelazione-discongelu;(c) macchina di prova universale;(d) tester di pH;(e) osservazione microscopica.
L'esperimentu di freeze-thaw usa u metudu di congelazione flash cum'è mostra in Figura 3b.Sicondu GB / T 50082-2009 "Durability Standards for Concrete Conventional", i campioni di béton sò stati immersi cumplettamente in una suluzione di sulfate di sodiu 10% à 15-20 ° C per 4 ghjorni prima di congelazione è scongelu.Dopu quì, l'attaccu di sulfate principia è finisce simultaneamente cù u ciculu di congelazione-discongelu.U tempu di u ciculu di congelazione-discongelu hè di 2 à 4 ore, è u tempu di scongelamentu ùn deve esse menu di 1/4 di u tempu di ciculu.A temperatura di u core di u campionu deve esse mantinutu in u intervallu da (-18±2) à (5±2) °С.A transizione da u congelatu à u defrosting ùn deve micca più di deci minuti.Trè esemplari cilindrica idèntica di ogni categuria sò stati usati per studià a perdita di pisu è u cambiamentu di pH di a suluzione nantu à 25 cicli di congelazione-discongelu, cum'è mostra in Fig.Dopu ogni 25 cicli di congelazione-discongelu, i campioni sò stati eliminati è e superfici pulite prima di determinà u so pesu frescu (Wd).Tutti l'esperimenti sò stati fatti in triplicate di i campioni, è i valori medii sò stati usati per discutiri i risultati di a prova.E formule per a perdita di massa è forza di a mostra sò determinate cum'è seguente:
In a formula, ΔWd hè a perdita di pisu (%) di u campione dopu ogni 25 cicli di congelazione-discongelu, W0 hè u pesu mediu di u campione di béton prima di u ciculu di congelazione-discongelu (kg), Wd hè u pesu mediu di cimentu.pesu di mostra dopu à 25 cicli di congelazione-scongelu (kg).
U coefficient di degradazione di forza di a mostra hè carattarizatu da Kd, è a formula di calculu hè a siguenti:
In a formula, ΔKd hè a rata di perdita di forza (%) di u campione dopu ogni 50 cicli di congelazione-discongelu, f0 hè a forza media di u campione di béton prima di u ciculu di congelazione-discongelu (MPa), fd hè a forza media di u campione di béton per 50 cicli di congelazione-discongelu (MPa).
Nantu à fig.3c mostra una macchina di prova di compressione per specimens di cimentu.In cunfurmità cù u "Standard for Test Methods for the Physical and Mechanical Properties of Concrete" (GBT50081-2019), hè definitu un metudu per pruvà colonne di béton per a forza di compressione.A tarifa di carica in a prova di compressione hè di 0,5 MPa/s, è a carica cuntinuu è sequenziale hè aduprata in tutta a prova.A relazione carica-spostamentu per ogni specimenu hè stata registrata durante a prova meccanica.Strain gauges sò stati attaccati à e superfici esterne di u cimentu è i strati di FRP di i specimens per misurà i ceppi assiali è horizontali.A cellula di strain hè aduprata in teste meccaniche per registrà u cambiamentu in a tensione di specimen durante una prova di compressione.
Ogni 25 cicli di freeze-thaw, una mostra di a suluzione freeze-thaw hè stata eliminata è posta in un cuntainer.Nantu à fig.3d mostra un test di pH di una suluzione di mostra in un cuntainer.L'esaminazione microscòpica di a superficia è a sezione trasversale di a mostra in e cundizioni di congelazione-discongelu hè mostrata in a figura 3d.U statu di a superficia di diversi campioni dopu à 50 è 100 cicli di congelazione-discongelu in suluzione di sulfate hè statu osservatu sottu un microscopiu.U microscopiu usa un ingrandimentu di 400x.Quandu si osserva a superficia di a mostra, l'erosione di a capa FRP è a capa esterna di cimentu hè principalmente osservata.L'osservazione di a seccione trasversale di a mostra basu selezziunate e cundizioni d'erosione à una distanza di 5, 10 è 15 mm da a capa esterna.A furmazione di i prudutti di sulfate è i cicli di congelazione-discongelu necessitanu più teste.Dunque, a superficia mudificata di i campioni selezziunati hè stata esaminata cù un microscopiu elettronicu à scanning (SEM) equipatu di un spettrometru dispersive d'energia (EDS).
Inspeccione visualmente a superficia di mostra cun un microscopiu elettronicu è selezziunate l'ingrandimentu 400X.U gradu di danni di a superficia in u béton GRP semi-chjusu è senza giunzioni sottu cicli di congelazione-discongelu è l'esposizione à i sulfati hè abbastanza altu, mentre chì in u béton cumplettamente chjusu hè insignificante.A prima categuria si riferisce à l'occurrence di l'erosione di u cimentu free-flowing da u sulfate di sodium è da 0 à 100 ciculi freeze-thaw, cum'è mostra in Fig. 4a.I campioni di cimentu senza esposizione à u gelu anu una superficia liscia senza caratteristiche visibili.Dopu à l'erosioni 50, u bloccu di polpa nantu à a superficia parzialmente sbuchjata, espunendu a cunchiglia bianca di a polpa.Dopu à l'erosioni 100, i cunchiglia di i suluzioni sò cascati completamente durante una inspeczione visuale di a superficia di cimentu.L'osservazione microscòpica hà dimustratu chì a superficia di u béton erosionatu 0 freeze-thaw era liscia è a superficia aggregate è u mortar eranu in u stessu pianu.Una superficia irregolare è rugosa hè stata osservata nantu à una superficia di cimentu erosiata da 50 cicli di congelazione-discongelu.Questu pò esse spiegatu da u fattu chì una parte di u mortar hè distruttu è una piccula quantità di cristalli granulari bianchi aderiscenu à a superficia, chì hè principalmente cumpostu di aggregate, mortar è cristalli bianchi.Dopu à 100 cicli di congelazione-discongelu, una grande zona di cristalli bianchi apparsu nantu à a superficia di u cimentu, mentre chì l'aggregatu grossu scuru era espostu à l'ambiente esternu.Attualmente, a superficia di cimentu hè soprattuttu esposta aggregate è cristalli bianchi.
Morfologia di una colonna di cimentu di congelazione-discongelu erosiva: (a) colonna di cimentu senza restrizioni;(b) béton armatu di fibra di carbonu semi-chjusu;(c) béton semi-chjusu di GRP;(d) béton CFRP cumplettamente chjusu;(e) Béton GRP béton semi-enclos.
A secunna categuria hè a curruzzione di e culonni di cimentu semi-ermeticu CFRP è GRP sottu ciculi di congelazione-discongelu è l'esposizione à i sulfati, cum'è mostra in Fig. 4b, c.L'ispezione visuale (ingrandimentu 1x) hà dimustratu chì un polveru biancu si formava gradualmente nantu à a superficia di a strata fibruosa, chì hà cascatu rapidamente cù un aumentu di u nùmeru di ciculi di freeze-thaw.L'erosione di a superficia senza restrizioni di u cimentu semi-ermeticu FRP hè diventatu più pronunzianu cum'è u numeru di ciculi di congelazione-discongelu aumentava.U fenomenu visibile di "bloating" (a superficia aperta di a suluzione di a colonna di cimentu hè in u puntu di colapsu).Tuttavia, u fenomenu di peeling hè parzialmente ostaculatu da u revestimentu di fibra di carbone adiacente).Sottu à u microscopiu, fibre di carbone sinteticu appariscenu cum'è fili bianchi nantu à un fondo neru à un ingrandimentu di 400x.A causa di a forma rotonda di e fibre è l'esposizione à a luce irregolare, pareanu bianchi, ma i fasci di fibra di carbone sò neri.Fibreglass hè inizialmente filu biancu, ma à u cuntattu cù l'adesivu diventa trasparente è u statu di u béton in u fiberglass hè chjaramente visibile.A fibra di vetru hè biancu brillanti è u legante hè giallu.I dui sò assai chjaru di culore, cusì u culore di a cola ammuccià i filamenti di fibra di vetro, dendu à l'aspettu generale un tintu giallu.I fibre di carbone è di vetru sò prutetti da danni da una resina epossidica esterna.Quandu u numeru di attacchi di congelazione-discongelu aumentava, più vuoti è uni pochi di cristalli bianchi diventenu visibili nantu à a superficia.Quandu u ciculu di congelazione di sulfate aumenta, u ligatu diventa gradualmente più diluente, u culore giallu sparisce è i fibri diventanu visibili.
A terza categuria hè a corrosione di u béton CFRP è GRP cumplettamente chjusu sottu à i cicli di congelazione-discongelu è l'esposizione à i sulfati, cum'è mostra in Fig. 4d, e.In novu, i risultati osservati sò simili à quelli per u sicondu tipu di seccione restritta di a colonna di cimentu.
Comparare i fenomeni osservati dopu l'applicazione di i trè metudi di cuntinimentu descritti sopra.I tessuti fibrusi in u béton FRP cumplettamente insulatu restanu stabili mentre u numeru di cicli di congelazione-discongelu aumenta.Per d 'altra banda, a capa di l'anellu adesivo hè più fina nantu à a superficia.E resine epossidiche reagiscenu soprattuttu cù ioni di l'idrogenu attivi in ​​l'acidu sulfuricu di l'anellu apertu è pocu reagiscenu cù i sulfati28.Cusì, pò esse cunsideratu chì l'erosione cambia principalmente e proprietà di a strata adesiva per via di i cicli di congelazione-discongelu, cambiando cusì l'effettu di rinforzu di FRP.A superficia di cimentu di u béton semi-ermeticu FRP hà u stessu fenomenu di erosione cum'è a superficia di cimentu senza restrizioni.A so capa FRP currisponde à a capa FRP di cimentu cumplettamente chjusu, è u dannu ùn hè micca evidenti.Tuttavia, in u béton GRP semi-sigillatu, si sviluppanu fissure erosioni estensive induve e strisce di fibra si intersecanu cù u cimentu espostu.L'erosione di a superficia di cimentu esposta diventa più severa cum'è u numeru di cicli di congelazione-discongelu aumenta.
L'internu di u béton FRP cumplettamente chjusu, semi-chjusu è senza restrizioni mostranu differenzi significativi quandu sò sottumessi à cicli di congelazione-discongelu è esposizione à suluzioni di sulfate.A mostra hè stata tagliata transversalmente è a sezione trasversale hè stata osservata cù un microscopiu elettronicu à un ingrandimentu di 400x.Nantu à fig.5 mostra l'imaghjini microscòpichi à una distanza di 5 mm, 10 mm è 15 mm da u cunfini trà u béton è u mortar, rispettivamente.Hè statu osservatu chì quandu a suluzione di sulfate di sodiu hè cumminata cù u freeze-thaw, u dannu di béton hè progressivamente sbulicatu da a superficia à l'internu.Perchè e cundizioni di l'erosione interna di CFRP è GFRP-constrained béton sò listessi, sta rùbbrica ùn paragunà i dui materiali cuntinimentu.
Osservazione microscòpica di l'internu di a seccione di cimentu di a colonna: (a) limitata cumplettamente da fibra di vetro;(b) semi-chjusu cù fibra di vetru;(c) illimitatu.
L'erosione interna di u béton FRP cumpletamente chjusu hè mostrata in a fig.5a.Cracks sò visibili à 5 mm, a superficia hè relativamente liscia, ùn ci hè micca cristallizazione.A superficia hè liscia, senza cristalli, 10 à 15 mm grossu.L'erosione interna di u béton semi-ermeticu FRP hè mostrata in a fig.5 B. Cracks è cristalli bianchi sò visibili à 5mm è 10mm, è a superficia hè liscia à 15mm.A figura 5c mostra rùbbriche di culonni FRP di cimentu induve si trovanu crepe à 5, 10 è 15 mm.Uni pochi cristalli bianchi in i cracki sò diventati progressivamente più rari mentre i cracke si movevanu da l'esternu di u cimentu à l'internu.Culonni di cimentu infinitu dimustratu a più erosione, seguita da colonne di cimentu FRP semi-costretti.U sulfate di sodiu hà avutu pocu effettu nantu à l'internu di campioni di béton FRP cumplettamente chjusi più di 100 cicli di congelazione-discongelu.Questu indica chì a causa principale di l'erosione di u béton FRP cumplettamente limitatu hè assuciata à l'erosione di congelazione-discongelu per un periudu di tempu.L'osservazione di a sezione trasversale hà dimustratu chì a seccione immediatamente prima di a congelazione è u scongelu era liscia è libera di aggregati.Quandu u cimentu si congela è si scongela, i cracks sò visibili, u listessu hè veru per l'agregatu, è i cristalli granulari bianchi sò densamente cuparti di cracks.Studii27 anu dimustratu chì quandu u béton hè pusatu in una suluzione di sulfate di sodiu, u sulfate di sodiu penetrerà in u béton, alcuni di quale precipitarà cum'è cristalli di sulfate di sodiu, è alcuni reagiscenu cù u cimentu.I cristalli di sulfate di sodiu è i prudutti di reazione pareanu granuli bianchi.
FRP limita cumplettamente i cracks di béton in l'erosione cunjugata, ma a seccione hè liscia senza cristallizazione.Per d 'altra banda, FRP rùbbriche di béton semi-chjusu è unrestricted anu sviluppatu cracks internu è cristallizazione sottu l'erosione cunjugata.Sicondu a descrizzione di l'imaghjini è studi precedenti29, u prucessu di l'erosione cumuni di u béton FRP senza restrizioni è semi-restricted hè divisu in duie tappe.U primu stadiu di u cracking di u cimentu hè assuciatu cù l'espansione è a cuntrazione durante u congelamentu-discongelu.Quandu u sulphate penetra in u béton è diventa visibile, u sulphate currispundente riempie i cracks creati da a cuntrazione da u gelu-discongelu è e reazzioni di idratazione.Per quessa, u sulfate hà un effettu protettivu speciale nantu à u béton in una prima fase è pò migliurà e proprietà meccaniche di u béton à un certu puntu.A seconda tappa di l'attaccu di sulfate cuntinueghja, penetrendu cracks o vacui è reagisce cù u cimentu per furmà alume.In u risultatu, u crack cresce in grandezza è causa danni.Duranti stu tempu, e riazzioni di espansione è cuntrazione assuciata à a congelazione è u scongelu aggravanu u dannu internu à u cimentu, risultatu in una riduzione di a capacità portante.
Nantu à fig.6 mostra i cambiamenti di pH di suluzione di impregnazione di béton per trè metudi limitati monitorati dopu à 0, 25, 50, 75 è 100 cicli di congelazione-discongelu.I mortari di cimentu FRP senza restrizioni è semi-chiusi mostranu l'aumentu più veloce di pH da 0 à 25 cicli di congelazione-discongelu.I so valori di pH anu aumentatu da 7,5 à 11,5 è 11,4, rispettivamente.Quandu u numeru di ciculi di congelazione-discongelu aumentava, l'aumentu di u pH hà rallentatu gradualmente dopu à 25-100 cicli di congelazione-discongelu.I so valori di pH anu aumentatu da 11,5 è 11,4 à 12,4 è 11,84, rispettivamente.Perchè u béton FRP cumpletamente ligatu copre a capa di FRP, hè difficiule per a suluzione di sulfate di sodiu per penetrà.À u listessu tempu, hè difficiule per a cumpusizioni di cimentu per penetrà in suluzioni esterni.Cusì, u pH cresce gradualmente da 7,5 à 8,0 trà 0 è 100 cicli di congelazione-discongelu.U mutivu di u cambiamentu di pH hè analizatu cusì.U silicatu in u béton combina cù ioni di l'idrogenu in l'acqua per furmà l'acidu silicicu, è u restu OH- eleva u pH di a suluzione saturata.U cambiamentu di pH era più pronunciatu trà 0-25 cicli di congelazione-discongelu è menu pronunzianu trà 25-100 cicli di congelazione-discongelu30.In ogni casu, hè statu truvatu quì chì u pH cuntinuava à aumentà dopu à 25-100 cicli di congelazione-discongelu.Questu pò esse spiegatu da u fattu chì u sulfate di sodiu reagisce chimicamente cù l'internu di u béton, cambiendu u pH di a suluzione.L'analisi di a cumpusizioni chimica mostra chì u béton reagisce cù sulfate di sodiu in a manera seguente.
Les formules (3) et (4) montrent que le sulfate de sodium et l'hydroxide de calcium dans le ciment formaient du gypse (sulfate de calcium), et le sulfate de calcium réagit davantage avec le métaaluminate de calcium dans le ciment pour former des cristaux d'aluminium.A reazione (4) hè accumpagnata da a furmazione di basi OH-, chì porta à un aumentu di u pH.Inoltre, postu chì sta reazzione hè reversibile, u pH aumenta à un certu tempu è cambia lentamente.
Nantu à fig.7a mostra a perdita di pisu di u béton GRP cumplettamente chjusu, semi-chjusu è intrecciatu durante i cicli di congelazione-discongelu in suluzione di sulfate.U cambiamentu più evidenti in a perdita di massa hè u cimentu senza restrizioni.U cimentu senza restrizioni hà persu circa 3,2% di a so massa dopu à 50 attacchi di congelazione-discongelu è circa 3,85% dopu à 100 attacchi di congelazione-discongelu.I risultati mostranu chì l'effettu di l'erosione cunjugata nantu à a qualità di u béton à flussu liberu diminuisce cum'è u numeru di cicli di congelazione-discongelu aumenta.In ogni casu, quandu si osserva a superficia di a mostra, hè stata truvata chì a perdita di u mortar dopu à 100 ciculi di congelazione-discongelu era più grande ch'è dopu à 50 cicli di congelazione.Cumminatu cù i studii in a sezione precedente, pò esse ipotisatu chì a penetrazione di sulfati in u béton porta à una rallentazione di a perdita di massa.Intantu, l'alum è u gypsum generati internamente risultanu ancu in una perdita di pisu più lenta, cum'è prevista da l'equazioni chimiche (3) è (4).
Cambiamentu di pesu: (a) relazione trà u cambiamentu di pesu è u numeru di ciculi di freeze-thaw;(b) relazione trà u cambiamentu di massa è u valore di pH.
U cambiamentu di perdita di pisu di FRP béton semi-ermeticu prima diminuite è poi cresce.Dopu à 50 cicli di congelazione-discongelu, a perdita di massa di cimentu di fibra di vetro semi-ermeticu hè di circa 1,3%.A perdita di pisu dopu à 100 cicli era 0,8%.Dunque, si pò cuncludi chì u sulfate di sodiu penetra in u béton free-flowing.Inoltre, l'osservazione di a superficia di u pezzu di prova hà ancu dimustratu chì e strisce di fibra puderia resistere à a sbucciatura di mortar in una zona aperta, riducendu cusì a perdita di pisu.
U cambiamentu in a perdita di massa di u béton FRP cumplettamente chjusu hè diversu da i primi dui.A massa ùn perde, ma aghjunghje.Dopu à l'erosioni di 50 frost-thaw, a massa aumentava da circa 0,08%.Dopu à 100 volte, a so massa hà aumentatu da circa 0,428%.Siccomu u cimentu hè cumpletu, u mortaru nantu à a superficia di u cimentu ùn esce micca è hè improbabile di risultatu in a perdita di qualità.Per d 'altra banda, a penetrazione di l'acqua è i sulfati da a superficia d'altu cuntenutu in l'internu di u cimentu di pocu cuntenutu migliurà ancu a qualità di u béton.
Parechji studii sò stati precedentemente realizati nantu à a relazione trà u pH è a perdita di massa in u béton FRP-restricted in cundizioni erosivi.A maiò parte di a ricerca discute principalmente a relazione trà a perdita di massa, u modulu elasticu è a perdita di forza.Nantu à fig.7b mostra a relazione trà u pH di u béton è a perdita di massa sottu trè restrizioni.Un mudellu predittivu hè prupostu per predichendu a perdita di massa concreta cù trè metudi di ritenzione à diversi valori di pH.Comu pò esse vistu in a Figura 7b, u coefficient di Pearson hè altu, chì indica chì ci hè veramente una correlazione trà pH è perdita di massa.I valori r-squared per u béton senza restrizioni, semi-ristritti è cumpletamente ristretti eranu 0,86, 0,75 è 0,96, rispettivamente.Questu indica chì u cambiamentu di pH è a perdita di pisu di u cimentu cumplettamente insulatu hè relativamente lineare in cundizioni di sulfate è di congelazione-discongelu.In u béton unrestricted è semi-ermeticu FRP, u pH aumenta gradualmente cum'è u cimentu reagisce cù a suluzione aquosa.In u risultatu, a superficia di cimentu hè distrutta gradualmente, chì porta à a gravità.Per d 'altra banda, u pH di u cimentu cumplettamente chjusu cambia pocu perchè a capa FRP rallenta a reazzione chimica di u cimentu cù a suluzione d'acqua.Cusì, per un béton cumpletamente chjusu, ùn ci hè micca l'erosione di a superficia visibile, ma hà da guadagnà u pesu per a saturazione per l'absorzione di suluzioni di sulfate.
Nantu à fig.8 mostra i risultati di una scansione SEM di campioni incisi cù sulfate di sodiu freeze-degel.A microscopia elettronica hà esaminatu campioni raccolti da blocchi pigliati da a capa esterna di colonne di cimentu.A figura 8a hè una maghjina di u microscopiu elettronicu à scanning di cimentu unenclosed prima di l'erosione.Hè nutatu chì ci sò parechji buchi nantu à a superficia di a mostra, chì affettanu a forza di a colonna di cimentu stessu prima di u frost-thwing.Nantu à fig.8b mostra una maghjina di microscopiu elettronicu di un campione di béton FRP cumpletamente insulatu dopu à 100 cicli di congelazione-discongelu.Puderanu esse rilevati cracks in u sample per u congelamentu è u scongelu.Tuttavia, a superficia hè relativamente liscia è ùn ci sò micca cristalli nantu à questu.Dunque, i cracks unfilled sò più visibili.Nantu à fig.8c mostra una mostra di béton GRP semi-ermeticu dopu à 100 cicli d'erosione di fretu.Hè chjaru chì i cracks s'allargavanu è i graneddi furmati trà e cracks.Alcune di queste particelle si attaccanu à i cracks.Una scansione SEM di una mostra di una colonna di cimentu senza restrizioni hè mostrata in a Figura 8d, un fenomenu coherente cù a semi-restrizzione.Per elucidare più a cumpusizioni di e particeddi, i particeddi in i cracks sò stati ingrandati è analizati cù spettroscopia EDS.E particelle sò basamente in trè forme diverse.Sicondu l'analisi di u spettru di l'energia, u primu tipu, cum'è mostra in a Figura 9a, hè un cristallu di bloccu regulare, cumpostu principalmente di O, S, Ca è altri elementi.Cumminendu e formule previ (3) è (4), pò esse determinate chì u cumpunente principale di u materiale hè gypsum (sulfatu di calcium).U sicondu hè mostratu in Figura 9b;secondu l'analisi spettru energia, hè un oggettu acicular non-directional, è i so cumpunenti principali sò O, Al, S è Ca.I ricetti di cumminazzioni mostranu chì u materiale hè custituitu principarmenti d'alum.U terzu bloccu indicatu in Fig. 9c, hè un blocu irregulare, determinatu da l'analisi di spettru energeticu, cumpostu principarmenti di cumpunenti O, Na è S. Risultava chì questi sò principalmente cristalli di sulfate di sodiu.A microscopia elettronica di scanning hà dimustratu chì a maiò parte di i vuoti eranu pieni di cristalli di sulfate di sodiu, cum'è mostra in a Figura 9c, cù picculi quantità di gypsum è allume.
L'imaghjini microscòpichi elettroni di i campioni prima è dopu a corrosione: (a) cimentu apertu prima di corrosione;(b) dopu à a corrosione, a fibra di vetru hè cumpletamente sigillata;(c) dopu a corrosione di u béton semi-chjusu di GRP;(d) dopu a corrosione di u béton apertu.
L'analisi ci permette di piglià e seguenti cunclusioni.L'imaghjini di u microscopiu elettronicu di i trè campioni eranu tutti 1k × è i cracks è i prudutti di l'erosione sò stati trovati è osservati in l'imaghjini.U cimentu senza restrizioni hà i cracks più largu è cuntene assai grani.U béton semi-pressure FRP hè inferjuri à u béton non-pressure in termini di larghezza di crack è u numeru di particelle.U béton FRP cumpletamente chjusu hà a larghezza di fissura più chjuca è senza particelle dopu l'erosione di congelazione-discongelu.Tuttu chistu indica chì u béton FRP cumplettamente chjusu hè u menu suscettibile à l'erosione da u gelu è u disgelu.I prucessi chimichi in i culonni di cimentu FRP semi-chjusi è aperti portanu à a furmazione di allume è gypsum, è a penetrazione di sulfate affetta a porosità.Mentre chì i ciculi di congelazione-discongelu sò a causa principale di cracking di u béton, i sulfati è i so prudutti riempianu alcuni di i cracks è i pori in u primu locu.In ogni casu, cum'è a quantità è u tempu di l'erosione aumenta, i cracks cuntinueghjanu à espansione è u voluminu di l'alum formatu aumenta, risultatu in cracks extrusion.In ultimamente, u freeze-thaw è l'esposizione à i sulfati riducerà a forza di a colonna.