اخبار

از شما برای بازدید از محتویات فیبر کابرون الیاف شیشه پراکنده سپاسگزاریم.شما از یک نسخه مرورگر با پشتیبانی محدود CSS استفاده می کنید.برای بهترین تجربه، توصیه می کنیم از یک مرورگر به روز شده استفاده کنید (یا حالت سازگاری را در اینترنت اکسپلورر غیرفعال کنید).علاوه بر این، برای اطمینان از پشتیبانی مداوم، سایت را بدون استایل و جاوا اسکریپت نشان می‌دهیم.
بتن تقویت شده با پلیمر (FRP) یک روش نوآورانه و اقتصادی برای تعمیر سازه در نظر گرفته می شود.در این مطالعه، دو ماده معمولی [پلیمر تقویت‌شده با الیاف کربن (CFRP) و پلیمر تقویت‌شده با الیاف شیشه (GFRP)] برای مطالعه اثر تقویت‌کننده بتن در محیط‌های خشن انتخاب شدند.مقاومت بتن حاوی FRP در برابر حمله سولفات و چرخه های انجماد و ذوب مربوطه مورد بحث قرار گرفته است.میکروسکوپ الکترونی برای مطالعه سطح و تخریب داخلی بتن در طول فرسایش مزدوج.درجه و مکانیسم خوردگی سولفات سدیم توسط مقدار pH، میکروسکوپ الکترونی SEM و طیف انرژی EMF مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت.آزمایش‌های مقاومت فشاری محوری برای ارزیابی تقویت ستون‌های بتنی محدود شده با FRP و روابط تنش-کرنش برای روش‌های مختلف حفظ FRP در یک محیط جفت فرسایشی به دست آمده است.تجزیه و تحلیل خطا برای کالیبره کردن نتایج آزمایش تجربی با استفاده از چهار مدل پیش‌بینی موجود انجام شد.همه مشاهدات نشان می دهد که فرآیند تخریب بتن محدود شده با FRP تحت تنش های مزدوج پیچیده و پویا است.سولفات سدیم در ابتدا مقاومت بتن را به صورت خام افزایش می دهد.با این حال، چرخه های انجماد و ذوب بعدی می تواند ترک خوردگی بتن را تشدید کند و سولفات سدیم با افزایش ترک خوردگی، مقاومت بتن را بیشتر کاهش می دهد.یک مدل عددی دقیق برای شبیه‌سازی رابطه تنش-کرنش، که برای طراحی و ارزیابی چرخه زندگی بتن محدود شده با FRP حیاتی است، پیشنهاد شده‌است.
به عنوان یک روش ابتکاری تقویت بتن که از دهه 1970 مورد تحقیق قرار گرفته است، FRP دارای مزایای وزن سبک، استحکام بالا، مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت در برابر خستگی و ساخت و ساز راحت است.با کاهش هزینه ها، در کاربردهای مهندسی مانند فایبرگلاس (GFRP)، الیاف کربن (CFRP)، الیاف بازالت (BFRP) و الیاف آرامید (AFRP)، که متداول ترین FRP برای تقویت سازه هستند، رایج تر می شود. روش حفظ FRP پیشنهادی می تواند عملکرد بتن را بهبود بخشد و از فروپاشی زودرس جلوگیری کند.با این حال، محیط های خارجی مختلف در مهندسی مکانیک اغلب بر دوام بتن محدود شده با FRP تأثیر می گذارد و باعث می شود که مقاومت آن به خطر بیفتد.
چندین محقق تغییرات تنش و کرنش را در بتن با اشکال و اندازه های مختلف مقطع مورد مطالعه قرار داده اند.یانگ و همکاران6 نشان داد که تنش و کرنش نهایی با رشد ضخامت بافت فیبری ارتباط مثبت دارد.وو و همکاران 7 منحنی تنش-کرنش را برای بتن محدود شده با FRP با استفاده از انواع الیاف برای پیش‌بینی کرنش‌ها و بارهای نهایی به دست آوردند.لین و همکاران 8 دریافتند که مدل‌های تنش-کرنش FRP برای میله‌های گرد، مربع، مستطیل و بیضوی نیز بسیار متفاوت است و یک مدل تنش-کرنش طراحی‌محور جدید را با استفاده از نسبت عرض و شعاع گوشه به عنوان پارامتر توسعه دادند.لام و همکاران 9 مشاهده کردند که همپوشانی و انحنای غیریکنواخت FRP منجر به کرنش و تنش شکست کمتری در FRP نسبت به آزمایش‌های کششی دال می‌شود.علاوه بر این، دانشمندان محدودیت‌های جزئی و روش‌های محدودیت جدید را با توجه به نیازهای مختلف طراحی در دنیای واقعی مطالعه کرده‌اند.وانگ و همکاران[10] آزمایش های فشار محوری را بر روی بتن کامل، جزئی و بدون محدودیت در سه حالت محدود انجام داد.یک مدل "تنش-کرنش" توسعه یافته است و ضرایب اثر محدود کننده برای بتن نیمه بسته ارائه شده است.وو و همکاران11 روشی را برای پیش‌بینی وابستگی تنش-کرنش بتن محدود شده با FRP ایجاد کرد که اثرات اندازه را در نظر می‌گیرد.موران و همکاران 12 خواص فشاری یکنواخت محوری بتن مقید را با نوارهای مارپیچ FRP ارزیابی کردند و منحنی های تنش-کرنش آن را استخراج کردند.با این حال، مطالعه فوق عمدتاً تفاوت بین بتن نیمه محصور و بتن کاملاً محصور را بررسی می کند.نقش FRPs که تا حدی مقاطع بتنی را محدود می کند به طور دقیق مورد مطالعه قرار نگرفته است.
علاوه بر این، این مطالعه عملکرد بتن محدود شده با FRP را از نظر مقاومت فشاری، تغییر کرنش، مدول الاستیسیته اولیه و مدول کرنش سخت شدن تحت شرایط مختلف ارزیابی کرد.تیجانی و همکاران13،14 دریافتند که قابلیت تعمیر بتن محدود با FRP با افزایش آسیب در آزمایش‌های تعمیر FRP روی بتن آسیب‌دیده اولیه کاهش می‌یابد.ما و همکاران[15] اثر آسیب اولیه بر روی ستون‌های بتنی محدود شده با FRP را مورد مطالعه قرار داد و در نظر گرفت که تأثیر درجه آسیب بر مقاومت کششی ناچیز است، اما تأثیر قابل‌توجهی بر تغییر شکل‌های جانبی و طولی دارد.با این حال، کائو و همکاران.16 منحنی تنش-کرنش و منحنی پوشش تنش-کرنش بتن محدود شده با FRP را مشاهده کردند که تحت تأثیر آسیب اولیه قرار گرفتند.علاوه بر مطالعات در مورد شکست اولیه بتن، برخی مطالعات نیز در مورد دوام بتن محدود شده با FRP در شرایط محیطی سخت انجام شده است.این دانشمندان تخریب بتن محدود شده با FRP را در شرایط سخت مورد مطالعه قرار دادند و از تکنیک های ارزیابی آسیب برای ایجاد مدل های تخریب برای پیش بینی عمر مفید استفاده کردند.زی و همکاران17 بتن محدود شده با FRP را در یک محیط گرمابی قرار داد و دریافت که شرایط هیدروترمال به طور قابل توجهی بر خواص مکانیکی FRP تأثیر می گذارد و منجر به کاهش تدریجی مقاومت فشاری آن می شود.در یک محیط اسیدی، رابط بین CFRP و بتن خراب می شود.با افزایش زمان غوطه وری، سرعت آزاد شدن انرژی تخریب لایه CFRP به میزان قابل توجهی کاهش می یابد که در نهایت منجر به تخریب نمونه های سطحی می شود18،19،20.علاوه بر این، برخی از دانشمندان اثرات انجماد و ذوب بر روی بتن محدود FRP را نیز مطالعه کرده اند.لیو و همکاران 21 خاطرنشان کردند که میلگرد CFRP بر اساس مدول دینامیکی نسبی، مقاومت فشاری و نسبت تنش به کرنش، دوام خوبی تحت سیکل های یخ-ذوب دارد.علاوه بر این، مدلی پیشنهاد شده است که با زوال خواص مکانیکی بتن همراه است.با این حال، Peng و همکاران 22 طول عمر CFRP و چسب های بتن را با استفاده از داده های دما و چرخه یخ-ذوب محاسبه کردند.گوانگ و همکاران23 آزمایش‌های انجماد-ذوب سریع بتن را انجام دادند و روشی را برای ارزیابی مقاومت در برابر یخبندان بر اساس ضخامت لایه آسیب‌دیده تحت قرار گرفتن در معرض یخ-ذوب پیشنهاد کردند.یزدانی و همکاران24 اثر لایه‌های FRP را بر نفوذ یون‌های کلرید به بتن مورد مطالعه قرار داد.نتایج نشان می دهد که لایه FRP از نظر شیمیایی مقاوم است و بتن داخلی را از یون های کلرید بیرونی عایق می کند.لیو و همکاران 25 شرایط آزمایش لایه برداری را برای بتن FRP خورده شده با سولفات شبیه سازی کردند، یک مدل لغزش ایجاد کردند و تخریب سطح مشترک FRP-بتن را پیش بینی کردند.وانگ و همکاران26 یک مدل تنش-کرنش برای بتن فرسایش یافته با سولفات محدود شده با FRP از طریق آزمایش های فشاری تک محوری ایجاد کرد.ژو و همکاران[27] آسیب به بتن نامحدود ناشی از چرخه های ترکیبی انجماد و ذوب نمک را مورد مطالعه قرار داد و برای اولین بار از یک تابع لجستیک برای توصیف مکانیسم شکست استفاده کرد.این مطالعات پیشرفت قابل توجهی در ارزیابی دوام بتن محدود با FRP داشته است.با این حال، اکثر محققان بر مدل سازی محیط های فرسایشی تحت یک شرایط نامطلوب تمرکز کرده اند.بتن اغلب به دلیل فرسایش ناشی از شرایط مختلف محیطی آسیب می بیند.این شرایط محیطی ترکیبی به شدت عملکرد بتن محدود شده با FRP را کاهش می دهد.
چرخه سولفاته شدن و انجماد - ذوب دو پارامتر مهم معمولی هستند که بر دوام بتن تأثیر می گذارند.فناوری محلی سازی FRP می تواند خواص بتن را بهبود بخشد.این به طور گسترده در مهندسی و تحقیقات استفاده می شود، اما در حال حاضر محدودیت های خود را دارد.مطالعات متعددی بر مقاومت بتن محدود شده با FRP در برابر خوردگی سولفات در مناطق سرد متمرکز شده است.فرآیند فرسایش بتن کاملاً محصور، نیمه محصور و باز توسط سولفات سدیم و انجماد- ذوب، به ویژه روش جدید نیمه محصور که در این مقاله توضیح داده شده است، شایسته مطالعه دقیق‌تر است.اثر تقویتی بر روی ستون‌های بتنی نیز با تبادل ترتیب حفظ و فرسایش FRP مورد مطالعه قرار گرفت.تغییرات میکروسکوپی و ماکروسکوپی در نمونه ناشی از فرسایش پیوند با میکروسکوپ الکترونی، تست pH، میکروسکوپ الکترونی SEM، آنالیز طیف انرژی EMF و تست مکانیکی تک محوری مشخص شد.علاوه بر این، این مطالعه قوانین حاکم بر رابطه تنش-کرنش را که در آزمایش مکانیکی تک محوری رخ می‌دهد، مورد بحث قرار می‌دهد.مقادیر تنش و کرنش حدی تأیید شده تجربی با تجزیه و تحلیل خطا با استفاده از چهار مدل تنش-کرنش حدی موجود تأیید شد.مدل پیشنهادی می‌تواند کرنش و استحکام نهایی ماده را به طور کامل پیش‌بینی کند که برای تمرین تقویت FRP در آینده مفید است.در نهایت، به عنوان مبنای مفهومی برای مفهوم مقاومت در برابر یخ زدگی نمک بتن FRP عمل می کند.
این مطالعه زوال بتن محدود با FRP را با استفاده از خوردگی محلول سولفات در ترکیب با چرخه‌های انجماد و ذوب ارزیابی می‌کند.تغییرات میکروسکوپی و ماکروسکوپی ناشی از فرسایش بتن با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی، آزمایش pH، طیف‌سنجی انرژی EDS و آزمایش مکانیکی تک محوری نشان داده شده‌اند.علاوه بر این، خواص مکانیکی و تغییرات تنش-کرنش بتن محدود شده با FRP در معرض فرسایش پیوندی با استفاده از آزمایش‌های فشار محوری مورد بررسی قرار گرفت.
FRP Confined Concrete از بتن خام، مواد پوشش بیرونی FRP و چسب اپوکسی تشکیل شده است.دو ماده عایق خارجی انتخاب شدند: CFRP و GRP، خواص مواد در جدول 1 نشان داده شده است. رزین های اپوکسی A و B به عنوان چسب استفاده شدند (نسبت اختلاط 2:1 حجمی).برنج.1 جزئیات ساخت مواد مخلوط بتن را نشان می دهد.در شکل 1a از سیمان پرتلند Swan PO 42.5 استفاده شده است.همانطور که در شکل نشان داده شده است، سنگدانه های درشت، سنگ بازالت خرد شده با قطر 5-10 و 10-19 میلی متر هستند.1b و c.به عنوان یک پرکننده خوب در شکل 1g از ماسه رودخانه طبیعی با مدول ظرافت 2.3 استفاده شده است.از دانه های سولفات سدیم بی آب و مقدار معینی آب محلولی از سولفات سدیم تهیه کنید.
ترکیب مخلوط بتن: الف - سیمان، ب - سنگدانه 5-10 میلی متر، ج - سنگدانه 10-19 میلی متر، د - ماسه رودخانه.
مقاومت طراحی بتن 30 مگاپاسکال است که منجر به نشست بتن سیمانی تازه بین 40 تا 100 میلی متر می شود.نسبت مخلوط بتن در جدول 2 نشان داده شده است و نسبت سنگدانه درشت 5-10 میلی متر و 10-20 میلی متر 3:7 است.اثر برهمکنش با محیط ابتدا با تهیه محلول 10 درصد NaSO4 و سپس ریختن محلول در محفظه چرخه انجماد و ذوب مدل سازی شد.
مخلوط های بتن در یک میکسر اجباری 0.5 مترمکعبی تهیه و از کل دسته بتن برای تخمگذار نمونه های مورد نیاز استفاده شد.ابتدا مواد بتن مطابق جدول 2 تهیه شده و سیمان، ماسه و سنگدانه درشت به مدت سه دقیقه از قبل مخلوط می شوند.سپس آب را به طور مساوی تقسیم کنید و به مدت 5 دقیقه هم بزنید.سپس نمونه‌های بتن در قالب‌های استوانه‌ای ریخته شده و روی میز ویبره (قطر قالب 10 سانتی‌متر، ارتفاع 20 سانتی‌متر) فشرده شدند.
پس از عمل آوری به مدت 28 روز، نمونه ها با مواد FRP پیچیده شدند.این مطالعه سه روش برای ستون‌های بتنی مسلح شامل کاملاً محصور، نیمه محدود و بدون محدودیت را مورد بحث قرار می‌دهد.دو نوع CFRP و GFRP برای مواد محدود استفاده می شود.FRP پوسته بتنی FRP کاملا محصور به ارتفاع 20 سانتی متر و طول 39 سانتی متر.بالا و پایین بتن متصل به FRP با اپوکسی آب بندی نشده است.فرآیند آزمایش نیمه هرمتیک به عنوان یک فناوری هوابند اخیر پیشنهاد شده به شرح زیر است.
(2) با استفاده از خط کش، روی سطح استوانه ای بتن خطی بکشید تا موقعیت نوارهای FRP مشخص شود، فاصله بین نوارها 2.5 سانتی متر است.سپس نوار را دور نواحی بتنی که نیازی به FRP نیست بپیچید.
(3) سطح بتن با کاغذ سنباده صاف صیقلی می شود، با پشم الکل پاک می شود و با اپوکسی پوشانده می شود.سپس نوارهای فایبرگلاس را به صورت دستی روی سطح بتن بچسبانید و شکاف ها را فشار دهید تا فایبرگلاس کاملاً به سطح بتن بچسبد و از ایجاد حباب هوا جلوگیری کند.در نهایت نوارهای FRP را با توجه به علامت های ایجاد شده با خط کش از بالا به پایین روی سطح بتن بچسبانید.
(4) بعد از نیم ساعت بررسی کنید که آیا بتن از FRP جدا شده است یا خیر.اگر FRP در حال لیز خوردن یا بیرون آمدن است، باید فوراً آن را تعمیر کنید.نمونه های قالب گیری شده باید به مدت 7 روز عمل آوری شوند تا از استحکام پخت اطمینان حاصل شود.
(5) پس از عمل آوری، از یک چاقوی کاربردی برای جدا کردن نوار از سطح بتن استفاده کنید و در نهایت یک ستون بتنی FRP نیمه هرمتیک بگیرید.
نتایج تحت محدودیت های مختلف در شکل 1 نشان داده شده است.2. شکل 2a یک بتن CFRP کاملا محصور را نشان می دهد، شکل 2b یک بتن CFRP نیمه عمومی را نشان می دهد، شکل 2c یک بتن GFRP کاملا محصور را نشان می دهد، و شکل 2d یک بتن CFRP نیمه محدود را نشان می دهد.
سبک های محصور شده: (الف) CFRP کاملاً محصور شده.(ب) فیبر کربن نیمه بسته؛(ج) به طور کامل در فایبرگلاس محصور شده است.(د) فایبرگلاس نیمه بسته.
چهار پارامتر اصلی وجود دارد که برای بررسی اثر محدودیت‌های FRP و توالی‌های فرسایش بر عملکرد کنترل فرسایش سیلندرها طراحی شده‌اند.جدول 3 تعداد نمونه های ستون بتنی را نشان می دهد.نمونه ها برای هر دسته شامل سه نمونه وضعیت یکسان بودند تا داده ها سازگار باشند.میانگین سه نمونه برای تمامی نتایج تجربی در این مقاله مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت.
(1) مواد ضد هوا به عنوان فیبر کربن یا فایبرگلاس طبقه بندی می شوند.مقایسه ای از تأثیر دو نوع الیاف بر تقویت بتن انجام شد.
(2) روش های مهار ستون بتنی به سه نوع تقسیم می شوند: کاملاً محدود، نیمه محدود و نامحدود.مقاومت در برابر فرسایش ستون های بتنی نیمه بسته با دو نوع دیگر مقایسه شد.
(3) شرایط فرسایش چرخه های انجماد-ذوب به اضافه محلول سولفات است و تعداد چرخه های انجماد-ذوب به ترتیب 0، 50 و 100 بار است.اثر فرسایش جفت شده بر روی ستون های بتنی محدود شده با FRP مورد مطالعه قرار گرفته است.
(4) قطعات آزمون به سه گروه تقسیم می شوند.گروه اول بسته بندی FRP و سپس خوردگی، گروه دوم ابتدا خوردگی و سپس بسته بندی و گروه سوم ابتدا خوردگی و سپس بسته بندی و سپس خوردگی است.
روش آزمایشی از یک دستگاه تست جهانی، یک دستگاه تست کشش، یک واحد چرخه انجماد و ذوب (نوع CDR-Z)، یک میکروسکوپ الکترونی، یک pH متر، یک کرنش سنج، یک دستگاه جابجایی، یک میکروسکوپ الکترونی SEM و تحلیلگر طیف انرژی EDS در این مطالعه.نمونه یک ستون بتنی به ارتفاع 10 سانتی متر و قطر 20 سانتی متر است.همانطور که در شکل 3a نشان داده شده است، بتن ظرف 28 روز پس از ریختن و تراکم عمل کرد.تمامی نمونه ها پس از ریخته گری قالب گیری شده و به مدت 28 روز در دمای 22-18 درجه سانتی گراد و رطوبت نسبی 95 درصد نگهداری شدند و سپس برخی از نمونه ها با فایبرگلاس پیچیده شدند.
روش های آزمایش: (الف) تجهیزات برای حفظ دما و رطوبت ثابت.(ب) یک ماشین چرخه انجماد و ذوب.(ج) دستگاه تست جهانی؛(د) تستر pH.(ه) مشاهده میکروسکوپی.
آزمایش انجماد و ذوب از روش انجماد فلاش همانطور که در شکل 3b نشان داده شده است استفاده می کند.طبق GB/T 50082-2009 "استانداردهای دوام بتن معمولی"، نمونه های بتن به مدت 4 روز قبل از انجماد و ذوب، به طور کامل در محلول سولفات سدیم 10 درصد در دمای 15-20 درجه سانتیگراد غوطه ور شدند.پس از آن، حمله سولفات همزمان با چرخه انجماد و ذوب آغاز می شود و به پایان می رسد.زمان چرخه انجماد و ذوب 2 تا 4 ساعت است و زمان یخ زدایی نباید کمتر از 1/4 زمان چرخه باشد.دمای هسته نمونه باید در محدوده (2±18-) تا (2±5) درجه سانتیگراد حفظ شود.انتقال از حالت منجمد به یخ زدایی نباید بیش از ده دقیقه طول بکشد.همانطور که در شکل 3d نشان داده شده است، از سه نمونه استوانه ای یکسان از هر دسته برای مطالعه کاهش وزن و تغییر pH محلول در 25 سیکل انجماد و ذوب استفاده شد.پس از هر 25 سیکل انجماد و ذوب، نمونه ها برداشته شدند و سطوح قبل از تعیین وزن تازه آنها (Wd) تمیز شدند.تمام آزمایش ها در سه نسخه از نمونه ها انجام شد و از مقادیر میانگین برای بحث در مورد نتایج آزمایش استفاده شد.فرمول از دست دادن جرم و استحکام نمونه به شرح زیر تعیین می شود:
در فرمول ΔWd کاهش وزن (%) نمونه پس از هر 25 سیکل انجماد-ذوب، W0 میانگین وزن نمونه بتن قبل از چرخه انجماد و ذوب (کیلوگرم)، Wd میانگین وزن بتن است.وزن نمونه پس از 25 سیکل انجماد و ذوب (کیلوگرم).
ضریب تخریب مقاومت نمونه با Kd مشخص می شود و فرمول محاسبه به شرح زیر است:
در فرمول، ΔKd نرخ از دست دادن مقاومت (%) نمونه پس از هر 50 سیکل انجماد و ذوب، f0 میانگین مقاومت نمونه بتن قبل از چرخه انجماد و ذوب (MPa)، fd میانگین مقاومت نمونه است. نمونه بتن برای 50 سیکل انجماد و ذوب (MPa).
روی انجیر3c یک ماشین تست فشاری برای نمونه های بتنی را نشان می دهد.مطابق با "استاندارد روش های آزمایش برای خواص فیزیکی و مکانیکی بتن" (GBT50081-2019)، روشی برای آزمایش ستون های بتنی برای مقاومت فشاری تعریف شده است.نرخ بارگذاری در تست تراکم 0.5 مگاپاسکال بر ثانیه است و بارگذاری مداوم و متوالی در طول آزمایش استفاده می شود.رابطه بار-جابجایی برای هر نمونه در طول آزمایش مکانیکی ثبت شد.کرنش سنج ها برای اندازه گیری کرنش های محوری و افقی به سطوح بیرونی لایه های بتنی و FRP نمونه ها متصل شدند.سلول کرنش در آزمایش های مکانیکی برای ثبت تغییر در کرنش نمونه در طول آزمایش فشرده سازی استفاده می شود.
هر 25 سیکل انجماد و ذوب، نمونه ای از محلول انجماد و ذوب برداشته شده و در ظرفی قرار می گیرد.روی انجیر3d یک آزمایش pH یک محلول نمونه را در یک ظرف نشان می دهد.بررسی میکروسکوپی سطح و مقطع نمونه در شرایط انجماد و ذوب در شکل 3d نشان داده شده است.وضعیت سطح نمونه های مختلف پس از 50 و 100 سیکل انجماد و ذوب در محلول سولفات زیر میکروسکوپ مشاهده شد.این میکروسکوپ از بزرگنمایی 400 برابری استفاده می کند.هنگام مشاهده سطح نمونه، فرسایش لایه FRP و لایه بیرونی بتن عمدتاً مشاهده می شود.مشاهده سطح مقطع نمونه اساساً شرایط فرسایش را در فاصله های 5، 10 و 15 میلی متری از لایه بیرونی انتخاب می کند.تشکیل محصولات سولفات و چرخه های انجماد و ذوب نیاز به آزمایش بیشتری دارد.بنابراین، سطح اصلاح شده نمونه های انتخاب شده با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مجهز به طیف سنج پراکندگی انرژی (EDS) مورد بررسی قرار گرفت.
سطح نمونه را با میکروسکوپ الکترونی بصری بررسی کرده و بزرگنمایی 400X را انتخاب کنید.درجه آسیب سطحی در بتن GRP نیمه محصور و بدون درز تحت سیکل های یخ-ذوب و قرار گرفتن در معرض سولفات ها بسیار زیاد است، در حالی که در بتن کاملا محصور ناچیز است.دسته اول به وقوع فرسایش بتن با جریان آزاد توسط سولفات سدیم و از 0 تا 100 چرخه انجماد و ذوب اشاره دارد، همانطور که در شکل 4a نشان داده شده است.نمونه های بتنی بدون قرار گرفتن در معرض یخ زدگی دارای سطح صاف و بدون ویژگی های قابل مشاهده هستند.پس از 50 فرسایش، بلوک پالپ روی سطح تا حدی کنده شد و پوسته سفید خمیر را آشکار کرد.پس از 100 فرسایش، پوسته محلول ها در بازرسی بصری سطح بتن به طور کامل از بین رفت.مشاهدات میکروسکوپی نشان داد که سطح بتن فرسایش شده یخ-ذوب صفر صاف و سنگدانه های سطحی و ملات در یک صفحه قرار دارند.یک سطح ناهموار و ناهموار بر روی یک سطح بتنی که توسط 50 چرخه انجماد و ذوب فرسایش یافته بود مشاهده شد.این را می توان با این واقعیت توضیح داد که مقداری از ملات از بین رفته و مقدار کمی بلورهای دانه ای سفید به سطح می چسبد که عمدتاً از سنگدانه، ملات و بلورهای سفید تشکیل شده است.پس از 100 چرخه انجماد و ذوب، سطح وسیعی از کریستال های سفید رنگ بر روی سطح بتن ظاهر شد، در حالی که سنگدانه درشت تیره در معرض محیط خارجی قرار گرفت.در حال حاضر سطح بتن بیشتر از سنگدانه ها و کریستال های سفید رنگ است.
مورفولوژی ستون بتنی منجمد-ذوب فرسایشی: (الف) ستون بتنی نامحدود.ب) بتن تقویت شده با فیبر کربن نیمه بسته.ج) بتن نیمه بسته GRP.(د) بتن CFRP کاملا محصور.(ه) بتن نیمه محصور GRP.
دسته دوم، خوردگی ستون های بتنی CFRP و GRP نیمه هرمتیک تحت سیکل های انجماد- ذوب و قرار گرفتن در معرض سولفات ها است، همانطور که در شکل 4b، c نشان داده شده است.بازرسی بصری (بزرگنمایی 1 برابر) نشان داد که یک پودر سفید به تدریج روی سطح لایه فیبری تشکیل شد که با افزایش تعداد چرخه های انجماد و ذوب به سرعت از بین رفت.فرسایش سطحی نامحدود بتن FRP نیمه هرمتیک با افزایش تعداد چرخه های انجماد و ذوب بیشتر شد.پدیده قابل مشاهده "نفخ" (سطح باز محلول ستون بتنی در آستانه فروپاشی است).با این حال، پدیده لایه برداری تا حدی توسط پوشش فیبر کربن مجاور مختل می شود).در زیر میکروسکوپ، الیاف کربن مصنوعی به صورت رشته‌های سفید روی پس‌زمینه سیاه و با بزرگنمایی 400 برابر ظاهر می‌شوند.به دلیل شکل گرد الیاف و قرار گرفتن در معرض نور ناهموار، سفید به نظر می رسند، اما خود دسته های فیبر کربن سیاه هستند.فایبرگلاس در ابتدا نخ سفید است، اما در تماس با چسب شفاف می شود و حالت بتن داخل فایبرگلاس به وضوح قابل مشاهده است.فایبر گلاس به رنگ سفید روشن و بایندر مایل به زرد است.هر دو رنگ بسیار روشن هستند، بنابراین رنگ چسب رشته های فایبرگلاس را پنهان می کند و به ظاهر کلی رنگ زردی می بخشد.الیاف کربن و شیشه توسط رزین اپوکسی خارجی در برابر آسیب محافظت می شوند.با افزایش تعداد حملات انجماد و ذوب، حفره های بیشتری و چند کریستال سفید روی سطح نمایان شدند.با افزایش چرخه انجماد سولفات، بایندر به تدریج نازک تر می شود، رنگ مایل به زرد ناپدید می شود و الیاف قابل مشاهده می شوند.
دسته سوم، خوردگی بتن CFRP و GRP کاملاً محصور شده تحت سیکل‌های انجماد- ذوب و قرار گرفتن در معرض سولفات‌ها است، همانطور که در شکل 4d نشان داده شده است.باز هم، نتایج مشاهده شده مشابه نتایج مربوط به نوع دوم مقطع محدود ستون بتنی است.
پدیده های مشاهده شده پس از اعمال سه روش مهار که در بالا توضیح داده شد را مقایسه کنید.با افزایش تعداد چرخه های انجماد و ذوب، بافت های فیبری در بتن FRP کاملاً عایق شده پایدار می مانند.از طرفی لایه حلقه چسب روی سطح نازکتر است.رزین های اپوکسی بیشتر با یون های هیدروژن فعال موجود در اسید سولفوریک حلقه باز واکنش می دهند و به سختی با سولفات ها واکنش نشان می دهند.بنابراین، می توان در نظر گرفت که فرسایش عمدتاً خواص لایه چسب را در نتیجه چرخه های انجماد و ذوب تغییر می دهد و در نتیجه اثر تقویت کننده FRP را تغییر می دهد.سطح بتن بتن نیمه هرمتیک FRP همان پدیده فرسایش سطح بتن نامحدود را دارد.لایه FRP آن با لایه FRP بتن کاملا محصور مطابقت دارد و آسیب آن مشخص نیست.با این حال، در بتن نیمه آب بند GRP، ترک های فرسایشی گسترده در جایی که نوارهای الیاف با بتن در معرض تلاقی می کنند، رخ می دهد.با افزایش تعداد چرخه های انجماد و ذوب، فرسایش سطوح بتنی در معرض شدیدتر می شود.
فضای داخلی بتن FRP کاملاً محصور، نیمه محصور و بدون محدودیت زمانی که در معرض چرخه‌های انجماد و ذوب و قرار گرفتن در معرض محلول‌های سولفات قرار می‌گرفت، تفاوت‌های قابل‌توجهی نشان داد.نمونه به صورت عرضی برش داده شد و سطح مقطع با استفاده از میکروسکوپ الکترونی با بزرگنمایی 400 برابر مشاهده شد.روی انجیر5 تصاویر میکروسکوپی را به ترتیب در فاصله 5 میلی متر، 10 میلی متر و 15 میلی متر از مرز بین بتن و ملات نشان می دهد.مشاهده شده است که وقتی محلول سولفات سدیم با انجماد و ذوب ترکیب می شود، آسیب بتن به تدریج از سطح به داخل شکسته می شود.از آنجایی که شرایط فرسایش داخلی بتن محدود شده با CFRP و GFRP یکسان است، این بخش دو ماده مهاری را با هم مقایسه نمی کند.
مشاهده میکروسکوپی از داخل بخش بتنی ستون: (الف) کاملاً توسط فایبرگلاس محدود شده است.(ب) نیمه محصور شده با فایبرگلاس؛ج) نامحدود
فرسایش داخلی بتن کاملا محصور FRP در شکل نشان داده شده است.5a.ترک ها در 5 میلی متر قابل مشاهده است، سطح نسبتا صاف است، هیچ تبلور وجود ندارد.سطح صاف، بدون کریستال، 10 تا 15 میلی متر ضخامت است.فرسایش داخلی بتن نیمه هرمتیک FRP در شکل 1 نشان داده شده است.5 ب. ترک ها و کریستال های سفید در 5 میلی متر و 10 میلی متر قابل مشاهده هستند و سطح در 15 میلی متر صاف است.شکل 5c بخش هایی از ستون های FRP بتنی را نشان می دهد که در آن ترک هایی در ابعاد 5، 10 و 15 میلی متر پیدا شده است.چند کریستال سفید در شکاف ها به تدریج نادرتر شدند زیرا ترک ها از بیرون بتن به داخل حرکت کردند.ستون های بتنی بی پایان بیشترین فرسایش را نشان دادند و به دنبال آن ستون های بتنی FRP نیمه محدود قرار گرفتند.سولفات سدیم تأثیر کمی بر فضای داخلی نمونه‌های بتن FRP کاملاً محصور در بیش از 100 سیکل انجماد و ذوب داشت.این نشان می دهد که علت اصلی فرسایش بتن FRP کاملاً محدود، فرسایش انجماد- ذوب در یک دوره زمانی است.مشاهده مقطع نشان داد که مقطع بلافاصله قبل از انجماد و ذوب صاف و بدون سنگدانه است.همانطور که بتن یخ زده و ذوب می شود، ترک ها قابل مشاهده است، همین امر در مورد سنگدانه ها صادق است و کریستال های دانه ای سفید به طور متراکم با ترک پوشیده شده اند.مطالعات 27 نشان داده است که وقتی بتن در محلول سولفات سدیم قرار می گیرد، سولفات سدیم به داخل بتن نفوذ می کند که برخی از آنها به صورت بلورهای سولفات سدیم رسوب می کنند و برخی با سیمان واکنش می دهند.بلورهای سولفات سدیم و محصولات واکنش شبیه به دانه های سفید هستند.
FRP ترک های بتن را در فرسایش مزدوج کاملاً محدود می کند، اما مقطع بدون کریستالیزاسیون صاف است.از سوی دیگر، مقاطع بتنی نیمه بسته و نامحدود FRP تحت فرسایش مزدوج، ترک های داخلی و تبلور ایجاد کرده اند.با توجه به توضیحات تصویر و مطالعات قبلی29، فرآیند فرسایش مشترک بتن FRP نامحدود و نیمه محدود به دو مرحله تقسیم می شود.مرحله اول ترک خوردگی بتن با انبساط و انقباض در حین یخ زدگی و ذوب شدن همراه است.هنگامی که سولفات به بتن نفوذ می کند و قابل مشاهده می شود، سولفات مربوطه شکاف های ایجاد شده در اثر انقباض ناشی از واکنش های یخ-ذوب و هیدراتاسیون را پر می کند.بنابراین سولفات در مراحل اولیه اثر حفاظتی خاصی بر روی بتن دارد و می تواند خواص مکانیکی بتن را تا حدودی بهبود بخشد.مرحله دوم حمله سولفات ادامه می یابد، با نفوذ به شکاف ها یا حفره ها و واکنش با سیمان برای تشکیل زاج.در نتیجه، شکاف بزرگ شده و باعث آسیب می شود.در طی این مدت، واکنش های انبساط و انقباض مرتبط با یخ زدگی و ذوب، آسیب های داخلی بتن را تشدید می کند و در نتیجه ظرفیت باربری را کاهش می دهد.
روی انجیر6 تغییرات pH محلول های اشباع بتن را برای سه روش محدود نشان می دهد که پس از 0، 25، 50، 75 و 100 چرخه انجماد و ذوب نظارت می شود.ملات های بتن نامحدود و نیمه بسته FRP سریع ترین افزایش pH را از 0 تا 25 سیکل انجماد و ذوب نشان دادند.مقادیر pH آنها به ترتیب از 7.5 به 11.5 و 11.4 افزایش یافت.با افزایش تعداد چرخه های انجماد و ذوب، افزایش pH به تدریج پس از 25-100 چرخه انجماد و ذوب کاهش یافت.مقادیر pH آنها به ترتیب از 11.5 و 11.4 به 12.4 و 11.84 افزایش یافت.از آنجایی که بتن FRP کاملاً چسبانده شده لایه FRP را می پوشاند، نفوذ محلول سولفات سدیم دشوار است.در عین حال، نفوذ ترکیب سیمان به محلول های خارجی دشوار است.بنابراین، pH به تدریج از 7.5 به 8.0 بین 0 تا 100 چرخه انجماد و ذوب افزایش یافت.دلیل تغییر pH به شرح زیر تجزیه و تحلیل می شود.سیلیکات موجود در بتن با یون های هیدروژن موجود در آب ترکیب می شود و اسید سیلیسیک تشکیل می دهد و OH- باقی مانده pH محلول اشباع را افزایش می دهد.تغییر در pH بین 0-25 چرخه انجماد-ذوب بیشتر و بین 25-100 چرخه انجماد و ذوب کمتر مشخص بود30.با این حال، در اینجا مشخص شد که pH پس از 25-100 چرخه انجماد و ذوب همچنان افزایش می یابد.این را می توان با این واقعیت توضیح داد که سولفات سدیم با داخل بتن واکنش شیمیایی می دهد و pH محلول را تغییر می دهد.تجزیه و تحلیل ترکیب شیمیایی نشان می دهد که بتن با سولفات سدیم به روش زیر واکنش می دهد.
فرمول‌های (3) و (4) نشان می‌دهند که سولفات سدیم و هیدروکسید کلسیم در سیمان، گچ (سولفات کلسیم) را تشکیل می‌دهند و سولفات کلسیم بیشتر با متاآلومینات کلسیم در سیمان واکنش داده و کریستال‌های آلوم را تشکیل می‌دهند.واکنش (4) با تشکیل OH- پایه همراه است که منجر به افزایش pH می شود.همچنین از آنجایی که این واکنش برگشت پذیر است، pH در زمان معینی افزایش می یابد و به آرامی تغییر می کند.
روی انجیر7a کاهش وزن بتن GRP کاملاً محصور، نیمه محصور و در هم قفل شده را در طول چرخه های انجماد و ذوب در محلول سولفات نشان می دهد.واضح ترین تغییر در کاهش جرم، بتن نامحدود است.بتن نامحدود حدود 3.2 درصد از جرم خود را پس از 50 حمله یخ-ذوب و حدود 3.85 درصد پس از 100 حمله یخ-ذوب از دست داد.نتایج نشان می‌دهد که اثر فرسایش مزدوج بر کیفیت بتن جریان آزاد با افزایش تعداد چرخه‌های انجماد و ذوب کاهش می‌یابد.با این حال، هنگام مشاهده سطح نمونه، مشخص شد که تلفات ملات پس از 100 سیکل انجماد و ذوب بیشتر از 50 سیکل انجماد و ذوب است.در ترکیب با مطالعات بخش قبل، می توان این فرضیه را مطرح کرد که نفوذ سولفات ها به بتن منجر به کاهش سرعت از دست دادن جرم می شود.در همین حال، زاج و گچ تولید شده داخلی نیز منجر به کاهش وزن کندتر می شود، همانطور که توسط معادلات شیمیایی (3) و (4) پیش بینی شده است.
تغییر وزن: (الف) رابطه بین تغییر وزن و تعداد چرخه های انجماد و ذوب.(ب) رابطه بین تغییر جرم و مقدار pH.
تغییر کاهش وزن بتن نیمه هرمتیک FRP ابتدا کاهش و سپس افزایش می یابد.پس از 50 سیکل انجماد و ذوب، از دست دادن جرم بتن فایبرگلاس نیمه هرمتیک حدود 1.3٪ است.کاهش وزن پس از 100 سیکل 0.8٪ بود.بنابراین می توان نتیجه گرفت که سولفات سدیم به داخل بتن با جریان آزاد نفوذ می کند.علاوه بر این، مشاهده سطح قطعه آزمایش همچنین نشان داد که نوارهای الیافی می توانند در برابر لایه برداری ملات در یک منطقه باز مقاومت کنند و در نتیجه کاهش وزن را کاهش دهند.
تغییر در کاهش جرم بتن FRP کاملاً محصور با دو مورد اول متفاوت است.توده از دست نمی دهد، بلکه اضافه می کند.پس از 50 فرسایش یخبندان-ذوب، جرم حدود 0.08٪ افزایش یافت.پس از 100 بار، جرم آن حدود 0.428٪ افزایش یافت.از آنجایی که بتن به طور کامل ریخته می شود، ملات روی سطح بتن جدا نمی شود و بعید است که منجر به کاهش کیفیت شود.از سوی دیگر، نفوذ آب و سولفات ها از سطح با محتوای بالا به داخل بتن کم محتوای نیز باعث بهبود کیفیت بتن می شود.
مطالعات متعددی قبلاً در مورد رابطه بین pH و کاهش جرم در بتن محدود شده با FRP در شرایط فرسایشی انجام شده است.بیشتر تحقیقات عمدتاً در مورد رابطه بین کاهش جرم، مدول الاستیک و کاهش قدرت بحث می کنند.روی انجیر7b رابطه بین pH بتن و کاهش جرم را تحت سه محدودیت نشان می دهد.یک مدل پیش‌بینی برای پیش‌بینی از دست دادن جرم بتن با استفاده از سه روش نگهداری در مقادیر مختلف pH پیشنهاد شده‌است.همانطور که در شکل 7b مشاهده می شود، ضریب پیرسون بالا است، که نشان می دهد در واقع یک همبستگی بین pH و کاهش جرم وجود دارد.مقادیر r-squared برای بتن نامحدود، نیمه محدود و کاملاً محدود به ترتیب 0.86، 0.75 و 0.96 بود.این نشان می دهد که تغییر pH و کاهش وزن بتن کاملاً عایق شده در هر دو شرایط سولفات و یخ-ذوب نسبتاً خطی است.در بتن نامحدود و بتن نیمه هرمتیک FRP، با واکنش سیمان با محلول آبی، pH به تدریج افزایش می یابد.در نتیجه سطح بتن به تدریج تخریب می شود که منجر به بی وزنی می شود.از طرف دیگر، pH بتن کاملا محصور شده اندکی تغییر می کند زیرا لایه FRP واکنش شیمیایی سیمان با محلول آب را کند می کند.بنابراین، برای یک بتن کاملا محصور، فرسایش سطحی قابل مشاهده نیست، اما به دلیل اشباع شدن به دلیل جذب محلول های سولفات، وزن آن افزایش می یابد.
روی انجیر8 نتایج یک اسکن SEM از نمونه های حک شده با سولفات سدیم انجماد-ذوب را نشان می دهد.میکروسکوپ الکترونی نمونه های جمع آوری شده از بلوک های گرفته شده از لایه بیرونی ستون های بتنی را بررسی کرد.شکل 8a یک تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از بتن محصور نشده قبل از فرسایش است.توجه داشته باشید که سوراخ های زیادی روی سطح نمونه وجود دارد که بر مقاومت خود ستون بتنی قبل از یخ زدگی تأثیر می گذارد.روی انجیر8b یک تصویر میکروسکوپ الکترونی از نمونه بتن FRP کاملاً عایق شده را پس از 100 سیکل انجماد و ذوب نشان می دهد.ممکن است ترک هایی در نمونه به دلیل انجماد و ذوب شدن پیدا شود.با این حال، سطح نسبتا صاف است و هیچ کریستالی روی آن وجود ندارد.بنابراین ترک های پر نشده بیشتر نمایان می شوند.روی انجیر8c نمونه ای از بتن نیمه هرمتیک GRP را پس از 100 چرخه فرسایش یخبندان نشان می دهد.واضح است که شکاف ها گشاد شده و دانه هایی بین ترک ها ایجاد شده است.برخی از این ذرات خود را به ترک ها می چسبانند.یک اسکن SEM از یک نمونه از یک ستون بتنی نامحدود در شکل 8d نشان داده شده است، یک پدیده مطابق با نیمه محدودیت.برای روشن شدن بیشتر ترکیب ذرات، ذرات موجود در ترک‌ها با استفاده از طیف‌سنجی EDS بیشتر بزرگ‌نمایی و آنالیز شدند.ذرات اساساً به سه شکل مختلف می آیند.با توجه به تجزیه و تحلیل طیف انرژی، نوع اول، همانطور که در شکل 9a نشان داده شده است، یک بلوک منظم است که عمدتا از O، S، Ca و عناصر دیگر تشکیل شده است.با ترکیب فرمول های قبلی (3) و (4) می توان مشخص کرد که جزء اصلی ماده گچ (سولفات کلسیم) است.مورد دوم در شکل 9b نشان داده شده است.با توجه به تجزیه و تحلیل طیف انرژی، این یک جسم غیر جهت دار سوزنی شکل است و اجزای اصلی آن O، Al، S و Ca هستند.دستور العمل های ترکیبی نشان می دهد که مواد عمدتا از زاج تشکیل شده است.بلوک سوم که در شکل 9c نشان داده شده است، یک بلوک نامنظم است که با تجزیه و تحلیل طیف انرژی تعیین می شود، که عمدتاً از اجزای O، Na و S تشکیل شده است. مشخص شد که اینها عمدتاً کریستال های سولفات سدیم هستند.میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان داد که بیشتر فضاهای خالی با کریستال های سولفات سدیم پر شده است، همانطور که در شکل 9c نشان داده شده است، همراه با مقادیر کمی گچ و زاج.
تصاویر میکروسکوپی الکترونی از نمونه ها قبل و بعد از خوردگی: (الف) بتن باز قبل از خوردگی.(ب) پس از خوردگی، فایبرگلاس کاملاً مهر و موم شده است.(ج) پس از خوردگی بتن نیمه بسته GRP.(د) پس از خوردگی بتن باز.
تجزیه و تحلیل به ما اجازه می دهد تا نتایج زیر را بگیریم.تصاویر میکروسکوپ الکترونی سه نمونه همگی 1k× بودند و ترک‌ها و محصولات فرسایشی در تصاویر پیدا و مشاهده شدند.بتن نامحدود وسیع ترین ترک ها را دارد و حاوی دانه های زیادی است.بتن نیمه فشار FRP از نظر عرض ترک و تعداد ذرات از بتن بدون فشار پایین تر است.بتن FRP کاملا محصور دارای کمترین عرض ترک و بدون ذرات پس از فرسایش یخ زدایی- ذوب است.همه اینها نشان می دهد که بتن FRP کاملاً محصور کمترین حساسیت را در برابر فرسایش ناشی از یخ زدگی و ذوب دارد.فرآیندهای شیمیایی در داخل ستون های بتنی FRP نیمه محصور و باز منجر به تشکیل زاج و گچ می شود و نفوذ سولفات بر تخلخل تأثیر می گذارد.در حالی که چرخه‌های انجماد و ذوب عامل اصلی ترک‌خوردگی بتن هستند، سولفات‌ها و فرآورده‌های آنها در وهله اول برخی از ترک‌ها و منافذ را پر می‌کنند.با این حال، با افزایش میزان و زمان فرسایش، ترک ها به گسترش خود ادامه می دهند و حجم زاج تشکیل شده افزایش می یابد و در نتیجه ترک های اکستروژن ایجاد می شود.در نهایت، قرار گرفتن در معرض یخ-ذوب و سولفات استحکام ستون را کاهش می دهد.