haberler

Saçılma cam elyafı cabron elyaf içeriklerini ziyaret ettiğiniz için teşekkür ederiz.Sınırlı CSS desteğine sahip bir tarayıcı sürümü kullanıyorsunuz.En iyi deneyim için güncellenmiş bir tarayıcı kullanmanızı (veya Internet Explorer'da Uyumluluk Modunu devre dışı bırakmanızı) öneririz.Ayrıca, sürekli destek sağlamak için siteyi stiller ve JavaScript olmadan gösteriyoruz.
Polimer takviyeli beton (FRP), yenilikçi ve ekonomik bir yapısal onarım yöntemi olarak kabul edilir.Bu çalışmada, zorlu ortamlarda betonun takviye etkisini incelemek için iki tipik malzeme [karbon elyaf takviyeli polimer (CFRP) ve cam elyaf takviyeli polimer (GFRP)] seçildi.FRP içeren betonun sülfat saldırısına ve ilgili donma-çözülme döngülerine direnci tartışılmıştır.Eşlenik erozyon sırasında betonun yüzeyini ve iç bozulmasını incelemek için elektron mikroskobu.Sodyum sülfat korozyonunun derecesi ve mekanizması pH değeri, SEM elektron mikroskobu ve EMF enerji spektrumu ile analiz edildi.FRP ile sınırlandırılmış beton kolonların takviyesini değerlendirmek için eksenel basınç dayanımı testleri kullanılmış ve eroziv birleştirilmiş bir ortamda FRP tutmanın çeşitli yöntemleri için gerilme-gerinim ilişkileri türetilmiştir.Deneysel test sonuçlarını kalibre etmek için mevcut dört öngörücü model kullanılarak hata analizi yapıldı.Tüm gözlemler, FRP ile sınırlandırılmış betonun bozunma sürecinin eşlenik gerilmeler altında karmaşık ve dinamik olduğunu göstermektedir.Sodyum sülfat başlangıçta betonun ham halindeki mukavemetini arttırır.Bununla birlikte, sonraki donma-çözülme döngüleri betonun çatlamasını şiddetlendirebilir ve sodyum sülfat, çatlamayı teşvik ederek betonun mukavemetini daha da azaltır.FRP ile sınırlandırılmış betonun yaşam döngüsünü tasarlamak ve değerlendirmek için kritik olan gerilim-gerinim ilişkisini simüle etmek için doğru bir sayısal model önerilmiştir.
1970'lerden beri araştırılan yenilikçi bir beton güçlendirme yöntemi olarak FRP, hafiflik, yüksek mukavemet, korozyon direnci, yorulma direnci ve uygun yapı avantajlarına sahiptir1,2,3.Maliyetler düştükçe, yapısal güçlendirme için en yaygın kullanılan FRP olan cam elyafı (GFRP), karbon elyafı (CFRP), bazalt elyafı (BFRP) ve aramid elyafı (AFRP) gibi mühendislik uygulamalarında daha yaygın hale gelmektedir4, 5 Önerilen FRP tutma yöntemi, beton performansını artırabilir ve erken çökmeyi önleyebilir.Bununla birlikte, makine mühendisliğindeki çeşitli dış ortamlar genellikle FRP-sınırlı betonun dayanıklılığını etkileyerek, mukavemetinden ödün verilmesine neden olur.
Birçok araştırmacı, farklı kesit şekilleri ve boyutları olan betondaki gerilme ve gerinim değişimlerini inceledi.Yang ve ark.6, nihai stres ve gerilmenin fibröz doku kalınlığındaki büyüme ile pozitif korelasyon gösterdiğini bulmuştur.Wu ve ark.7, nihai gerinimleri ve yükleri tahmin etmek için çeşitli lif türleri kullanarak FRP ile sınırlandırılmış beton için gerilim-gerinim eğrileri elde etti.Lin ve arkadaşları8, yuvarlak, kare, dikdörtgen ve eliptik çubuklar için FRP gerilim-gerinim modellerinin de büyük farklılıklar gösterdiğini bulmuş ve parametre olarak genişlik ve köşe yarıçapı oranını kullanarak tasarıma yönelik yeni bir gerilim-gerinim modeli geliştirmiştir.Lam ve diğerleri9, FRP'nin üniform olmayan üst üste binme ve eğriliğinin, FRP'de döşeme çekme testlerine göre daha az kırılma gerilimi ve gerilimi ile sonuçlandığını gözlemledi.Ek olarak, bilim adamları, farklı gerçek dünya tasarım ihtiyaçlarına göre kısmi kısıtlamalar ve yeni kısıtlama yöntemleri üzerinde çalıştılar.Wang ve ark.[10] üç sınırlı modda tamamen, kısmen ve serbest beton üzerinde eksenel basınç testleri gerçekleştirmiştir.Bir “gerilme-gerilme” modeli geliştirilmiş ve kısmen kapalı beton için sınırlayıcı etkinin katsayıları verilmiştir.Wu ve ark.11, boyut etkilerini hesaba katan FRP ile sınırlandırılmış betonun gerilim-gerinim bağımlılığını tahmin etmek için bir yöntem geliştirdi.Moran ve ark.12 FRP helisel şeritlerle sınırlandırılmış betonun eksenel monoton sıkıştırma özelliklerini değerlendirmiş ve gerilme-gerinim eğrilerini türetmiştir.Bununla birlikte, yukarıdaki çalışma esas olarak kısmen kapalı beton ile tamamen kapalı beton arasındaki farkı incelemektedir.Beton kesitleri kısmen sınırlayan FRP'lerin rolü ayrıntılı olarak incelenmemiştir.
Buna ek olarak, çalışma FRP ile sınırlandırılmış betonun performansını çeşitli koşullar altında basınç dayanımı, gerinim değişimi, ilk elastisite modülü ve gerinim sertleşme modülü açısından değerlendirdi.Tijani ve ark.13,14, başlangıçta hasar görmüş beton üzerinde FRP onarım deneylerinde, FRP-sınırlı betonun tamir edilebilirliğinin artan hasarla birlikte azaldığını bulmuştur.Ma ve ark.[15], ilk hasarın FRP ile sınırlandırılmış beton kolonlar üzerindeki etkisini incelediler ve hasar derecesinin çekme mukavemeti üzerindeki etkisinin ihmal edilebilir olduğunu, ancak yanal ve boyuna deformasyonlar üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğunu düşündüler.Ancak, Cao ve ark.İlk hasardan etkilenen FRP ile sınırlandırılmış betonun 16 gözlenen gerilim-gerinim eğrileri ve gerilim-gerinim zarf eğrileri.İlk beton göçmesi ile ilgili çalışmalara ek olarak, sert çevre koşulları altında FRP-sınırlı betonun dayanıklılığı ile ilgili bazı çalışmalar yapılmıştır.Bu bilim adamları, sert koşullar altında FRP ile sınırlandırılmış betonun bozulmasını incelediler ve hizmet ömrünü tahmin etmek için bozulma modelleri oluşturmak için hasar değerlendirme teknikleri kullandılar.Xie ve ark.17, FRP ile sınırlandırılmış betonu hidrotermal bir ortama yerleştirdi ve hidrotermal koşulların FRP'nin mekanik özelliklerini önemli ölçüde etkilediğini ve basınç dayanımında kademeli bir düşüşe neden olduğunu buldu.Asit bazlı bir ortamda, CFRP ile beton arasındaki arayüz bozulur.Daldırma süresi arttıkça, CFRP katmanının yok etme enerjisinin salınım hızı önemli ölçüde azalır ve bu da sonuçta arayüzey örneklerinin yok olmasına yol açar18,19,20.Ek olarak, bazı bilim adamları donma ve çözülmenin FRP ile sınırlı beton üzerindeki etkilerini de incelediler.Liu ve diğerleri21, CFRP inşaat demirinin, bağıl dinamik modül, basınç dayanımı ve gerilim-gerinim oranına bağlı olarak donma-çözülme döngüleri altında iyi bir dayanıklılığa sahip olduğunu belirtmiştir.Ayrıca betonun mekanik özelliklerinin bozulması ile ilgili bir model önerilmiştir.Ancak Peng ve diğerleri22, sıcaklık ve donma-çözülme döngüsü verilerini kullanarak CFRP ve beton yapıştırıcıların ömrünü hesaplamıştır.Guang ve ark.23, betonun hızlı donma-çözülme testlerini gerçekleştirdi ve donma-çözülme maruziyeti altında hasarlı tabakanın kalınlığına dayalı olarak donma direncini değerlendirmek için bir yöntem önerdi.Yazdani ve ark.24, FRP katmanlarının klorür iyonlarının betona nüfuz etmesi üzerindeki etkisini inceledi.Sonuçlar, FRP tabakasının kimyasal olarak dirençli olduğunu ve iç betonu dış klorür iyonlarından izole ettiğini göstermektedir.Liu ve arkadaşları25 sülfatla aşındırılmış FRP betonu için soyulma testi koşullarını simüle ettiler, bir kayma modeli oluşturdular ve FRP-beton arayüzünün bozulmasını tahmin ettiler.Wang ve ark.26, tek eksenli basınç testleri yoluyla FRP ile sınırlandırılmış sülfatla aşınmış beton için bir gerilim-gerinim modeli oluşturmuştur.Zhou ve ark.[27], tuzun birleşik donma-çözülme döngülerinin neden olduğu serbest beton hasarını inceledi ve ilk kez başarısızlık mekanizmasını açıklamak için bir lojistik fonksiyon kullandı.Bu çalışmalar, FRP ile sınırlı betonun dayanıklılığını değerlendirmede önemli ilerleme kaydetmiştir.Bununla birlikte, çoğu araştırmacı aşındırıcı ortamı tek bir elverişsiz koşul altında modellemeye odaklanmıştır.Beton, genellikle çeşitli çevresel koşulların neden olduğu ilgili erozyon nedeniyle hasar görür.Bu birleşik çevre koşulları, FRP ile sınırlandırılmış betonun performansını ciddi şekilde düşürür.
Sülfatlama ve donma-çözülme çevrimleri, betonun dayanıklılığını etkileyen iki tipik önemli parametredir.FRP yerelleştirme teknolojisi, betonun özelliklerini iyileştirebilir.Mühendislik ve araştırmada yaygın olarak kullanılmaktadır, ancak şu anda sınırlamaları vardır.Soğuk bölgelerde FRP ile sınırlandırılmış betonun sülfat korozyonuna karşı direncine odaklanan birçok çalışma vardır.Tamamen kapalı, yarı kapalı ve açık betonun sodyum sülfat ile erozyona uğraması ve donma-çözülme süreci, özellikle bu makalede açıklanan yeni yarı kapalı yöntem daha ayrıntılı bir çalışmayı hak ediyor.Beton kolonlar üzerindeki takviye etkisi, FRP tutma ve erozyon sırası değiştirilerek de incelenmiştir.Bağ erozyonunun numunede neden olduğu mikrokozmik ve makroskopik değişiklikler, elektron mikroskobu, pH testi, SEM elektron mikroskobu, EMF enerji spektrumu analizi ve tek eksenli mekanik test ile karakterize edildi.Ek olarak, bu çalışma tek eksenli mekanik testlerde ortaya çıkan gerilim-uzama ilişkisini yöneten yasaları tartışmaktadır.Deneysel olarak doğrulanan sınır gerilim ve gerinim değerleri, mevcut dört sınır gerilim-gerinim modeli kullanılarak hata analizi ile doğrulanmıştır.Önerilen model, gelecekteki FRP güçlendirme uygulaması için yararlı olan, malzemenin nihai gerilmesini ve mukavemetini tam olarak tahmin edebilir.Son olarak, FRP beton tuz donma direnci konsepti için kavramsal temel olarak hizmet eder.
Bu çalışma, donma-çözülme döngüleri ile birlikte sülfat çözeltisi korozyonu kullanılarak FRP-sınırlı betonun bozulmasını değerlendirmektedir.Beton erozyonunun neden olduğu mikroskobik ve makroskobik değişiklikler, taramalı elektron mikroskobu, pH testi, EDS enerji spektroskopisi ve tek eksenli mekanik test kullanılarak gösterilmiştir.Ek olarak, erozyona maruz kalan FRP-kısıtlı betonun mekanik özellikleri ve gerilme-gerinim değişimleri, eksenel sıkıştırma deneyleri kullanılarak incelenmiştir.
FRP Confined Concrete, ham beton, FRP dış kaplama malzemesi ve epoksi yapıştırıcıdan oluşmaktadır.İki dış yalıtım malzemesi seçilmiştir: CFRP ve GRP, malzemelerin özellikleri Tablo 1'de gösterilmektedir. Yapıştırıcı olarak epoksi reçineleri A ve B kullanılmıştır (hacimce karışım oranı 2:1).Pirinç.Şekil 1, beton karışım malzemelerinin yapım detaylarını göstermektedir.Şekil 1a'da Swan PO 42.5 Portland çimentosu kullanılmıştır.İri agregalar, Şekil 1'de gösterildiği gibi sırasıyla 5-10 ve 10-19 mm çapında kırma bazalt taşıdır.1b ve c.Şekil 1g'de ince bir dolgu maddesi olarak, incelik modülü 2.3 olan doğal nehir kumu kullanılmıştır.Susuz sodyum sülfat granüllerinden ve belirli miktarda sudan bir sodyum sülfat çözeltisi hazırlayın.
Beton karışımının bileşimi: a – çimento, b – agrega 5–10 mm, c – agrega 10–19 mm, d – nehir kumu.
Betonun tasarım dayanımı 30 MPa'dır, bu da 40 ila 100 mm'lik taze çimento beton oturması ile sonuçlanır.Beton karışım oranı Tablo 2'de gösterilmiştir ve 5-10 mm ve 10-20 mm iri agrega oranı 3:7'dir.Çevre ile etkileşimin etkisi, önce %10'luk bir NaSO4 çözeltisi hazırlanarak ve ardından çözelti bir donma-çözülme döngüsü odasına dökülerek modellenmiştir.
Beton karışımları, 0.5 m3'lük bir cebri karıştırıcıda hazırlandı ve gerekli numunelerin döşenmesi için tüm beton yığını kullanıldı.Her şeyden önce, beton bileşenleri Tablo 2'ye göre hazırlanır ve çimento, kum ve kaba agrega üç dakika önceden karıştırılır.Ardından suyu eşit olarak dağıtın ve 5 dakika karıştırın.Daha sonra, beton numuneler silindirik kalıplara döküldü ve titreşimli bir masa üzerinde sıkıştırıldı (kalıp çapı 10 cm, yükseklik 20 cm).
28 gün kürlendikten sonra numuneler FRP malzeme ile sarılmıştır.Bu çalışma, betonarme kolonlar için tamamen kapalı, yarı-sınırlı ve sınırlanmamış olmak üzere üç yöntemi tartışmaktadır.Sınırlı malzemeler için CFRP ve GFRP olmak üzere iki tip kullanılmaktadır.FRP Tamamen kapalı FRP beton kabuk, 20 cm yükseklik ve 39 cm uzunluk.CTP bağlı betonun üstü ve altı epoksi ile kapatılmamıştır.Son zamanlarda önerilen bir hava geçirmezlik teknolojisi olarak yarı hermetik test süreci aşağıda açıklanmaktadır.
(2) FRP şeritlerinin konumunu belirlemek için bir cetvel kullanarak beton silindirik yüzeye bir çizgi çizin, şeritler arasındaki mesafe 2,5 cm'dir.Ardından bandı FRP'ye ihtiyaç duyulmayan beton alanların etrafına sarın.
(3) Beton yüzey zımpara kağıdı ile düzgün bir şekilde parlatılır, alkollü yün ile silinir ve epoksi ile kaplanır.Ardından fiberglas şeritleri elle beton yüzeye yapıştırın ve fiberglasın beton yüzeye tamamen yapışması ve hava kabarcıklarını önlemesi için boşlukları bastırın.Son olarak FRP şeritlerini beton yüzeye yukarıdan aşağıya doğru cetvelle çizilen işaretlere göre yapıştırın.
(4) Yarım saat sonra betonun FRP'den ayrılıp ayrılmadığını kontrol edin.FRP kayıyor veya dışarı çıkıyorsa hemen düzeltilmelidir.Kürlenme mukavemetini sağlamak için kalıplanmış numuneler 7 gün boyunca kürlenmelidir.
(5) Sertleştikten sonra, bandı beton yüzeyden çıkarmak için bir maket bıçağı kullanın ve son olarak yarı hermetik bir FRP beton kolonu elde edin.
Çeşitli kısıtlamalar altındaki sonuçlar şekil 2'de gösterilmiştir.2. Şekil 2a tamamen kapalı bir CFRP betonu, Şekil 2b yarı genelleştirilmiş bir CFRP betonu, Şekil 2c tamamen kapalı bir GFRP betonu ve Şekil 2d yarı basınçlı bir CFRP betonu göstermektedir.
Kapalı stiller: (a) tamamen kapalı CFRP;(b) yarı kapalı karbon fiber;(c) tamamen cam elyafı içine alınmış;(d) yarı kapalı fiberglas.
FRP kısıtlamalarının ve erozyon dizilerinin silindirlerin erozyon kontrol performansı üzerindeki etkisini araştırmak için tasarlanmış dört ana parametre vardır.Tablo 3 beton kolon örneklerinin sayısını göstermektedir.Her kategori için örnekler, verileri tutarlı tutmak için üç özdeş durum örneğinden oluşuyordu.Bu makaledeki tüm deneysel sonuçlar için üç numunenin ortalaması analiz edildi.
(1) Hava geçirmez malzeme, karbon elyafı veya cam elyafı olarak sınıflandırılır.İki tip elyafın betonun takviyesi üzerindeki etkisinin bir karşılaştırması yapılmıştır.
(2) Beton kolon tutma yöntemleri tamamen sınırlı, yarı sınırlı ve sınırsız olmak üzere üç türe ayrılır.Yarı kapalı beton kolonların aşınma direnci diğer iki çeşitle karşılaştırılmıştır.
(3) Aşındırma koşulları, donma-çözülme döngüleri artı sülfat çözeltisidir ve donma-çözülme döngülerinin sayısı sırasıyla 0, 50 ve 100 kattır.Birleşik erozyonun FRP ile sınırlandırılmış beton kolonlar üzerindeki etkisi incelenmiştir.
(4) Test parçaları üç gruba ayrılır.Birinci grup CTP sarma ve ardından korozyon, ikinci grup önce korozyon ve ardından sarma, üçüncü grup ise önce korozyon ve ardından sarma ve ardından korozyon.
Deneysel prosedürde evrensel bir test makinesi, bir çekme testi makinesi, bir donma-çözülme döngüsü ünitesi (CDR-Z tipi), bir elektron mikroskobu, bir pH metre, bir gerinim ölçer, bir yer değiştirme cihazı, bir SEM elektron mikroskobu ve bir Bu çalışmada EDS enerji spektrum analizörü.Numune, 10 cm yüksekliğinde ve 20 cm çapında bir beton kolondur.Beton, Şekil 3a'da gösterildiği gibi, dökülüp sıkıştırıldıktan sonra 28 gün içinde kürlenmiştir.Tüm numuneler dökümden sonra kalıptan çıkarılarak 18-22°C'de ve %95 bağıl nemde 28 gün bekletildi ve ardından bazı numuneler cam elyafı ile sarıldı.
Test yöntemleri: (a) sabit sıcaklık ve nemi muhafaza etmeye yönelik ekipman;(b) bir donma-çözülme döngüsü makinesi;(c) üniversal test makinesi;(d) pH test cihazı;(e) mikroskobik gözlem.
Donma-çözülme deneyi, Şekil 3b'de gösterildiği gibi hızlı dondurma yöntemini kullanır.GB/T 50082-2009 “Geleneksel Beton İçin Dayanıklılık Standartları”na göre, donma ve çözülmeden önce beton numuneleri 15-20°C'deki %10'luk sodyum sülfat çözeltisine tamamen 4 gün daldırılmıştır.Bundan sonra, sülfat saldırısı donma-çözülme döngüsü ile aynı anda başlar ve biter.Donma-çözülme döngü süresi 2 ila 4 saattir ve buz çözme süresi, döngü süresinin 1/4'ünden az olmamalıdır.Numune çekirdek sıcaklığı (-18±2) ila (5±2) °С aralığında tutulmalıdır.Donmadan buz çözmeye geçiş on dakikadan fazla sürmemelidir.Şekil 3d'de gösterildiği gibi, 25 donma-çözülme döngüsü boyunca çözeltinin ağırlık kaybını ve pH değişimini incelemek için her kategoriden üç silindirik özdeş numune kullanıldı.Her 25 donma-çözülme döngüsünden sonra numuneler çıkarıldı ve taze ağırlıkları (Wd) belirlenmeden önce yüzeyler temizlendi.Tüm deneyler, numunelerin üç kopyası halinde gerçekleştirildi ve test sonuçlarını tartışmak için ortalama değerler kullanıldı.Numunenin kütle ve mukavemet kaybı formülleri aşağıdaki gibi belirlenir:
Formülde, ΔWd, her 25 donma-çözülme döngüsünden sonra numunenin ağırlık kaybıdır (%), W0, donma-çözülme döngüsünden önceki beton numunesinin ortalama ağırlığıdır (kg), Wd, ortalama beton ağırlığıdır.25 donma-çözülme döngüsünden (kg) sonra numunenin ağırlığı.
Numunenin mukavemet bozunma katsayısı Kd ile karakterize edilir ve hesaplama formülü aşağıdaki gibidir:
Formülde, ΔKd, her 50 donma-çözülme döngüsünden sonra numunenin mukavemet kaybı oranıdır (%), f0, beton numunenin donma-çözülme döngüsünden önceki ortalama mukavemeti (MPa), fd, numunenin ortalama mukavemetidir. 50 donma-çözülme döngüsü (MPa) için beton numunesi.
Şek.Şekil 3c, beton numuneler için bir basınç test makinesini göstermektedir."Betonun Fiziksel ve Mekanik Özellikleri için Test Yöntemleri Standardı" (GBT50081-2019) uyarınca, beton kolonların basınç dayanımını test etmek için bir yöntem tanımlanmıştır.Sıkıştırma testindeki yükleme hızı 0,5 MPa/s'dir ve test boyunca sürekli ve sıralı yükleme kullanılır.Mekanik testler sırasında her bir numune için yük-yer değiştirme ilişkisi kaydedildi.Eksenel ve yatay gerinimleri ölçmek için betonun dış yüzeylerine ve numunelerin FRP katmanlarına gerinim ölçerler yapıştırılmıştır.Gerinim hücresi, bir sıkıştırma testi sırasında numune gerinimindeki değişikliği kaydetmek için mekanik testte kullanılır.
Her 25 donma-çözülme döngüsünde bir donma-çözülme solüsyonu örneği alındı ​​ve bir kaba yerleştirildi.Şek.3d, bir kap içindeki numune solüsyonunun pH testini gösterir.Donma-çözülme koşulları altında numunenin yüzeyinin ve enine kesitinin mikroskobik incelemesi Şekil 3d'de gösterilmektedir.Sülfat solüsyonunda 50 ve 100 donma-çözülme döngüsünden sonra çeşitli numunelerin yüzeyinin durumu mikroskop altında gözlendi.Mikroskop 400x büyütme kullanır.Numunenin yüzeyi incelendiğinde, esas olarak FRP tabakasının ve betonun dış tabakasının aşınması gözlenir.Numunenin enine kesitinin gözlemlenmesi temel olarak dış tabakadan 5, 10 ve 15 mm mesafedeki erozyon koşullarını seçer.Sülfat ürünlerinin oluşumu ve donma-çözülme döngüleri daha fazla test gerektirir.Bu nedenle, seçilen numunelerin değiştirilmiş yüzeyi, bir enerji dağılımlı spektrometre (EDS) ile donatılmış bir taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılarak incelenmiştir.
Numune yüzeyini bir elektron mikroskobu ile görsel olarak inceleyin ve 400X büyütmeyi seçin.Yarı kapalı ve derzsiz CTP betonlarda donma-çözülme döngüleri ve sülfatlara maruz kalma altında yüzey hasar derecesi oldukça yüksekken, tam kapalı betonda ihmal edilebilir düzeydedir.İlk kategori, Şekil 4a'da gösterildiği gibi, serbest akışlı betonun sodyum sülfat tarafından erozyona uğraması ve 0 ila 100 donma-çözülme döngüsü ile ilgilidir.Dona maruz kalmayan beton numuneler, görünür özellikleri olmayan pürüzsüz bir yüzeye sahiptir.50 erozyondan sonra, yüzeydeki hamur bloğu kısmen sıyrıldı ve hamurun beyaz kabuğu ortaya çıktı.100 erozyondan sonra, beton yüzeyin görsel olarak incelenmesi sırasında çözeltilerin kabukları tamamen düştü.Mikroskobik gözlem, 0 donma-çözülme aşınmış beton yüzeyinin pürüzsüz olduğunu ve yüzey agregası ve harcın aynı düzlemde olduğunu göstermiştir.50 donma-çözülme döngüsü ile aşınmış bir beton yüzeyde pürüzlü, pürüzlü bir yüzey gözlendi.Bu durum, harcın bir kısmının parçalanması ve az miktarda beyaz tanecikli kristallerin esas olarak agrega, harç ve beyaz kristallerden oluşan yüzeye yapışması ile açıklanabilir.100 donma-çözülme döngüsünden sonra, beton yüzeyinde geniş bir beyaz kristal alanı ortaya çıkarken, koyu renkli iri agrega dış ortama maruz kalmıştır.Şu anda, beton yüzey çoğunlukla açıkta kalan agrega ve beyaz kristallerdir.
Aşındırıcı donma-çözülme beton kolonunun morfolojisi: (a) sınırsız beton kolon;(b) yarı kapalı karbon elyaf takviyeli beton;(c) CTP yarı kapalı beton;(d) tamamen kapalı CFRP betonu;(e) CTP beton yarı kapalı beton.
İkinci kategori, Şekil 4b, c'de gösterildiği gibi, yarı hermetik CFRP ve CTP beton kolonların donma-çözülme döngüleri ve sülfatlara maruz kalma altında korozyonudur.Görsel inceleme (1x büyütme), lifli tabakanın yüzeyinde yavaş yavaş oluşan ve donma-çözülme döngülerinin sayısındaki artışla hızla düşen beyaz bir tozun oluştuğunu gösterdi.Yarı hermetik FRP betonun sınırsız yüzey erozyonu, donma-çözülme döngülerinin sayısı arttıkça daha belirgin hale geldi.Görünür "şişkinlik" olgusu (beton kolonun çözeltisinin açık yüzeyi çökmenin eşiğindedir).Bununla birlikte, soyulma olgusu, bitişikteki karbon fiber kaplama ile kısmen engellenmektedir).Mikroskop altında, sentetik karbon lifleri 400x büyütmede siyah bir arka plan üzerinde beyaz iplikler olarak görünür.Liflerin yuvarlak şekli ve eşit olmayan ışığa maruz kalmaları nedeniyle beyaz görünürler, ancak karbon lifi demetlerinin kendileri siyahtır.Fiberglas başlangıçta beyaz iplik benzeridir, ancak yapıştırıcı ile temas ettiğinde şeffaf hale gelir ve fiberglasın içindeki betonun durumu açıkça görülür.Fiberglas parlak beyazdır ve bağlayıcı sarımsıdır.Her ikisi de çok açık renklidir, bu nedenle yapıştırıcının rengi fiberglas şeritleri gizleyerek genel görünüme sarımsı bir ton verir.Karbon ve cam elyaflar, harici bir epoksi reçinesi ile hasara karşı korunur.Donma-çözülme saldırılarının sayısı arttıkça, yüzeyde daha fazla boşluk ve birkaç beyaz kristal görünür hale geldi.Sülfat donma döngüsü arttıkça bağlayıcı giderek incelir, sarımsı renk kaybolur ve lifler görünür hale gelir.
Üçüncü kategori, Şekil 4d, e'de gösterildiği gibi, tamamen kapalı CFRP ve CTP betonun donma-çözülme döngüleri ve sülfatlara maruz kalma altında korozyonudur.Yine, gözlemlenen sonuçlar, beton kolonun ikinci tip sıkıştırılmış kesiti için olanlara benzerdir.
Yukarıda açıklanan üç koruma yöntemini uyguladıktan sonra gözlemlenen fenomeni karşılaştırın.Tamamen yalıtılmış FRP betonundaki lifli dokular, donma-çözülme döngülerinin sayısı arttıkça sabit kalır.Öte yandan yapışkan halka tabakası yüzeyde daha incedir.Epoksi reçineler çoğunlukla açık halkalı sülfürik asitte aktif hidrojen iyonları ile reaksiyona girer ve sülfatlarla neredeyse hiç reaksiyona girmez28.Bu nedenle, erozyonun esas olarak donma-çözülme döngülerinin bir sonucu olarak yapışkan tabakanın özelliklerini değiştirdiği, dolayısıyla FRP'nin takviye edici etkisini değiştirdiği düşünülebilir.FRP yarı hermetik betonun beton yüzeyi, sınırsız beton yüzeyi ile aynı erozyon olgusuna sahiptir.FRP katmanı, tamamen kapalı betonun FRP katmanına karşılık gelir ve hasar belirgin değildir.Bununla birlikte, yarı sızdırmaz CTP betonda, fiber şeritlerin brüt beton ile kesiştiği yerlerde geniş erozyon çatlakları oluşur.Donma-çözülme döngülerinin sayısı arttıkça, brüt beton yüzeylerin erozyonu daha şiddetli hale gelir.
Tamamen kapalı, yarı kapalı ve sınırlandırılmamış FRP betonun iç kısımları, donma-çözülme döngülerine ve sülfat çözeltilerine maruz kaldığında önemli farklılıklar göstermiştir.Numune enine kesildi ve enine kesit, 400x büyütmede bir elektron mikroskobu kullanılarak gözlendi.Şek.Şekil 5, beton ve harç arasındaki sınırdan sırasıyla 5 mm, 10 mm ve 15 mm mesafedeki mikroskobik görüntüleri göstermektedir.Sodyum sülfat çözeltisi donma-çözülme ile birleştiğinde, beton hasarının yüzeyden içeriye doğru kademeli olarak bozulduğu gözlemlenmiştir.CFRP ve GFRP ile sınırlandırılmış betonun iç erozyon koşulları aynı olduğundan, bu bölüm iki muhafaza malzemesini karşılaştırmaz.
Kolonun beton bölümünün içinin mikroskobik gözlemi: (a) tamamen cam elyafı ile sınırlı;(b) cam elyafı ile yarı kapalı;(c) sınırsız.
FRP tamamen kapalı betonun iç erozyonu şekil 2'de gösterilmiştir.5a.5 mm'de çatlaklar görünür, yüzey nispeten pürüzsüzdür, kristalleşme yoktur.Yüzey pürüzsüz, kristalsiz, 10 ila 15 mm kalınlığında.FRP yarı hermetik betonun iç erozyonu şekil 2'de gösterilmektedir.5 B. 5 mm ve 10 mm'de çatlaklar ve beyaz kristaller görünür ve 15 mm'de yüzey pürüzsüzdür.Şekil 5c, 5, 10 ve 15 mm'de çatlakların bulunduğu beton FRP kolon kesitlerini göstermektedir.Çatlaklar betonun dışından içeriye doğru hareket ettikçe, çatlaklardaki birkaç beyaz kristal giderek daha seyrek hale geldi.Sonsuz beton sütunlar en çok erozyonu gösterdi, ardından yarı kısıtlı FRP beton sütunlar geldi.Sodyum sülfat, 100 donma-çözülme döngüsü boyunca tamamen kapalı FRP beton numunelerinin iç kısmı üzerinde çok az etkiye sahipti.Bu, tamamen sınırlandırılmış FRP betonunun erozyonunun ana nedeninin, belirli bir süre boyunca ilişkili donma-çözülme erozyonu olduğunu gösterir.Enine kesitin gözlemlenmesi, kesitin donma ve çözülmeden hemen önce pürüzsüz olduğunu ve agrega içermediğini göstermiştir.Beton donup çözüldükçe çatlaklar görülür, aynı şey agrega için de geçerlidir ve beyaz taneli kristaller yoğun bir şekilde çatlaklarla kaplanır.Çalışmalar27, beton bir sodyum sülfat çözeltisine yerleştirildiğinde, sodyum sülfatın betona nüfuz edeceğini, bunun bir kısmının sodyum sülfat kristalleri olarak çökeleceğini ve bir kısmının da çimento ile reaksiyona gireceğini göstermiştir.Sodyum sülfat kristalleri ve reaksiyon ürünleri beyaz granüller gibi görünür.
FRP, konjuge erozyonda beton çatlaklarını tamamen sınırlar, ancak kesit kristalleşme olmaksızın pürüzsüzdür.FRP yarı kapalı ve sınırlandırılmamış beton kesitlerde ise konjuge erozyon altında iç çatlaklar ve kristalleşme gelişmiştir.Görüntünün açıklamasına ve önceki çalışmalara29 göre, sınırlandırılmamış ve yarı kısıtlanmış FRP betonun derz aşındırma süreci iki aşamaya ayrılmıştır.Beton çatlamasının ilk aşaması, donma-çözülme sırasında genleşme ve büzülme ile ilişkilidir.Sülfat betona nüfuz edip görünür hale geldiğinde, karşılık gelen sülfat, donma-çözülme ve hidratasyon reaksiyonlarından kaynaklanan büzülme ile oluşan çatlakları doldurur.Bu nedenle sülfat, beton üzerinde erken bir aşamada özel bir koruyucu etkiye sahiptir ve betonun mekanik özelliklerini bir dereceye kadar iyileştirebilir.Sülfat saldırısının ikinci aşaması devam eder, çatlaklara veya boşluklara nüfuz eder ve şap oluşturmak için çimento ile reaksiyona girer.Sonuç olarak, çatlak büyür ve hasara neden olur.Bu süre zarfında, donma ve çözülme ile ilişkili genleşme ve büzülme reaksiyonları, betonun iç hasarını şiddetlendirecek ve taşıma kapasitesinde azalmaya neden olacaktır.
Şek.Şekil 6, 0, 25, 50, 75 ve 100 donma-çözülme döngüsünden sonra izlenen üç sınırlı yöntem için beton emprenye çözeltilerinin pH değişikliklerini göstermektedir.Sınırsız ve yarı kapalı FRP beton harçları, 0'dan 25 donma-çözülme döngüsüne en hızlı pH artışını gösterdi.pH değerleri sırasıyla 7,5'ten 11,5'e ve 11,4'e yükseldi.Donma-çözülme döngü sayısı arttıkça, 25-100 donma-çözülme döngüsünden sonra pH artışı kademeli olarak yavaşlamıştır.pH değerleri sırasıyla 11.5 ve 11.4'ten 12.4 ve 11.84'e yükseldi.Tamamen yapıştırılmış FRP betonu FRP tabakasını kapladığından, sodyum sülfat çözeltisinin nüfuz etmesi zordur.Aynı zamanda, çimento bileşiminin dış çözeltilere nüfuz etmesi zordur.Böylece pH, 0 ile 100 donma-çözülme döngüsü arasında kademeli olarak 7,5'ten 8,0'a yükseldi.pH değişiminin nedeni aşağıdaki gibi analiz edilir.Betondaki silikat, sudaki hidrojen iyonlarıyla birleşerek silisik asit oluşturur ve kalan OH-, doymuş çözeltinin pH'ını yükseltir.pH'daki değişiklik 0-25 donma-çözülme döngüsü arasında daha belirgindi ve 25-100 donma-çözülme döngüsü arasında daha az belirgindi30.Ancak burada 25-100 donma-çözülme döngüsünden sonra pH'ın artmaya devam ettiği bulunmuştur.Bu, sodyum sülfatın betonun iç kısmıyla kimyasal olarak reaksiyona girerek çözeltinin pH'ını değiştirmesiyle açıklanabilir.Kimyasal bileşimin analizi, betonun sodyum sülfat ile aşağıdaki şekilde reaksiyona girdiğini göstermektedir.
Formüller (3) ve (4), çimento içindeki sodyum sülfat ve kalsiyum hidroksitin alçıtaşı (kalsiyum sülfat) oluşturduğunu ve kalsiyum sülfatın ayrıca şap kristalleri oluşturmak için çimento içindeki kalsiyum metaalüminat ile reaksiyona girdiğini gösterir.Reaksiyon (4), pH'ta bir artışa yol açan bazik OH- oluşumuna eşlik eder.Ayrıca bu reaksiyon geri dönüşümlü olduğu için belirli bir zamanda pH yükselir ve yavaş değişir.
Şek.Şekil 7a, sülfat çözeltisinde donma-çözülme döngüleri sırasında tamamen kapalı, yarı kapalı ve kilitli CTP betonun ağırlık kaybını göstermektedir.Kütle kaybındaki en belirgin değişiklik serbest betondur.Kısıtlanmamış beton, 50 donma-çözülme saldırısından sonra kütlesinin yaklaşık %3,2'sini ve 100 donma-çözülme saldırısından sonra yaklaşık %3,85'ini kaybetti.Sonuçlar, konjuge erozyonun serbest akışlı betonun kalitesi üzerindeki etkisinin, donma-çözülme döngülerinin sayısı arttıkça azaldığını göstermektedir.Bununla birlikte, numunenin yüzeyi gözlemlendiğinde, 100 donma-çözülme döngüsünden sonraki harç kaybının, 50 donma-çözülme döngüsünden sonrakine göre daha fazla olduğu bulunmuştur.Önceki bölümdeki çalışmalarla birleştirildiğinde, sülfatların betona nüfuz etmesinin kütle kaybında bir yavaşlamaya yol açtığı varsayılabilir.Bu arada, kimyasal denklemler (3) ve (4) tarafından tahmin edildiği gibi, dahili olarak üretilen şap ve alçı da daha yavaş kilo kaybına neden olur.
Ağırlık değişimi: (a) ağırlık değişimi ile donma-çözülme döngülerinin sayısı arasındaki ilişki;(b) kütle değişimi ile pH değeri arasındaki ilişki.
CTP yarı hermetik betonun ağırlık kaybındaki değişim önce azalır sonra artar.50 donma-çözülme döngüsünden sonra, yarı hermetik fiberglas betonun kütle kaybı yaklaşık %1,3'tür.100 döngüden sonra kilo kaybı %0.8 idi.Bu nedenle, sodyum sülfatın serbest akışlı betona nüfuz ettiği sonucuna varılabilir.Ek olarak, test parçasının yüzeyinin gözlemlenmesi, fiber şeritlerin açık bir alanda harcın soyulmasına direnç gösterebildiğini ve böylece ağırlık kaybını azalttığını da göstermiştir.
Tamamen kapalı CTP betonun kütle kaybındaki değişim ilk ikisinden farklıdır.Kütle kaybetmez, ancak ekler.50 donma-çözülme erozyonundan sonra kütle yaklaşık %0,08 arttı.100 kez sonra kütlesi yaklaşık %0,428 arttı.Beton tamamen döküldüğü için beton yüzeyindeki harç dökülmez ve kalite kaybına yol açması olası değildir.Öte yandan, yüksek içerikli yüzeyden su ve sülfatların düşük içerikli betonun iç kısmına nüfuz etmesi de betonun kalitesini artırır.
FRP ile sınırlandırılmış betonda aşındırıcı koşullar altında pH ve kütle kaybı arasındaki ilişki üzerine daha önce birkaç çalışma yapılmıştır.Araştırmaların çoğu temel olarak kütle kaybı, elastik modül ve güç kaybı arasındaki ilişkiyi tartışmaktadır.Şek.Şekil 7b, üç kısıtlama altında beton pH'ı ile kütle kaybı arasındaki ilişkiyi göstermektedir.Farklı pH değerlerinde üç tutma yöntemi kullanarak beton kütle kaybını tahmin etmek için tahmine dayalı bir model önerilmiştir.Şekil 7b'de görülebileceği gibi, Pearson katsayısının yüksek olması, pH ile kütle kaybı arasında gerçekten bir ilişki olduğunu göstermektedir.Kısıtlanmamış, yarı kısıtlanmış ve tamamen kısıtlanmış beton için r-kare değerleri sırasıyla 0.86, 0.75 ve 0.96 idi.Bu, tamamen yalıtılmış betonun pH değişiminin ve ağırlık kaybının hem sülfat hem de donma-çözülme koşulları altında nispeten doğrusal olduğunu gösterir.Sınırsız beton ve yarı hermetik FRP betonda, çimento sulu çözelti ile reaksiyona girdikçe pH kademeli olarak artar.Sonuç olarak, beton yüzey yavaş yavaş yok edilir ve bu da ağırlıksızlığa yol açar.Öte yandan, tamamen kapalı betonun pH'ı çok az değişir çünkü FRP tabakası çimentonun su çözeltisiyle kimyasal reaksiyonunu yavaşlatır.Bu nedenle, tamamen kapalı bir beton için görünür bir yüzey erozyonu yoktur, ancak sülfat çözeltilerinin emilmesi nedeniyle doygunluk nedeniyle ağırlık kazanacaktır.
Şek.Şekil 8, sodyum sülfat donma-çözülme ile kazınmış numunelerin bir SEM taramasının sonuçlarını göstermektedir.Elektron mikroskobu, beton kolonların dış tabakasından alınan bloklardan toplanan numuneleri inceledi.Şekil 8a, kaplamasız betonun erozyon öncesi taramalı elektron mikroskobu görüntüsüdür.Numunenin yüzeyinde, donma çözülmeden önce beton kolonun kendisinin mukavemetini etkileyen birçok delik olduğu belirtilmektedir.Şek.Şekil 8b, tamamen yalıtılmış FRP beton numunesinin 100 donma-çözülme döngüsünden sonraki elektron mikroskobu görüntüsünü göstermektedir.Donma ve çözülme nedeniyle numunede çatlaklar tespit edilebilir.Bununla birlikte, yüzey nispeten pürüzsüzdür ve üzerinde kristal yoktur.Doldurulamayan çatlaklar bu nedenle daha belirgindir.Şek.Şekil 8c, 100 donma aşındırma döngüsünden sonra bir yarı hermetik CTP beton örneğini göstermektedir.Çatlakların genişlediği ve çatlaklar arasında taneciklerin oluştuğu açıktır.Bu parçacıkların bazıları kendilerini çatlaklara bağlar.Kısıtlanmamış bir beton kolon örneğinin SEM taraması Şekil 8d'de gösterilmektedir, bu yarı kısıtlama ile tutarlı bir olgudur.Parçacıkların bileşimini daha fazla aydınlatmak için çatlaklardaki parçacıklar daha da büyütüldü ve EDS spektroskopisi kullanılarak analiz edildi.Parçacıklar temel olarak üç farklı şekilde gelir.Enerji spektrumu analizine göre, Şekil 9a'da gösterildiği gibi birinci tip, esas olarak O, S, Ca ve diğer elementlerden oluşan düzenli bir blok kristaldir.Önceki formüller (3) ve (4) birleştirilerek, malzemenin ana bileşeninin alçı (kalsiyum sülfat) olduğu belirlenebilir.İkincisi Şekil 9b'de gösterilmiştir;enerji spektrumu analizine göre, yönsüz iğnemsi bir nesnedir ve ana bileşenleri O, Al, S ve Ca'dır.Kombinasyon tarifleri, malzemenin esas olarak şaptan oluştuğunu göstermektedir.Şekil 9c'de gösterilen üçüncü blok, enerji spektrumu analizi ile belirlenen, esas olarak O, Na ve S bileşenlerinden oluşan düzensiz bir bloktur. Bunların esas olarak sodyum sülfat kristalleri olduğu ortaya çıktı.Taramalı elektron mikroskobu, boşlukların çoğunun, Şekil 9c'de gösterildiği gibi, az miktarda alçı ve şap ile birlikte sodyum sülfat kristalleri ile doldurulduğunu gösterdi.
Numunelerin korozyon öncesi ve sonrası elektron mikroskobik görüntüleri: (a) korozyondan önce açık beton;(b) korozyondan sonra cam elyafı tamamen kapatılır;(c) CTP yarı kapalı betonun korozyonundan sonra;(d) açık betonun korozyonundan sonra.
Analiz, aşağıdaki sonuçları çıkarmamızı sağlar.Üç numunenin elektron mikroskobu görüntülerinin tamamı 1k× olup, görüntülerde çatlaklar ve erozyon ürünleri bulunmuş ve gözlenmiştir.Sınırsız beton en geniş çatlaklara sahiptir ve birçok tane içerir.FRP yarı basınçlı beton, çatlak genişliği ve parçacık sayısı açısından basınçsız betondan daha düşüktür.Tamamen kapalı FRP betonu, en küçük çatlak genişliğine sahiptir ve donma-çözülme erozyonundan sonra parçacık içermez.Tüm bunlar, tamamen kapalı FRP betonunun donma ve çözülmeden kaynaklanan erozyona en az duyarlı olduğunu gösterir.Yarı kapalı ve açık CTP beton kolonların içindeki kimyasal işlemler şap ve alçı oluşumuna yol açar ve sülfat penetrasyonu gözenekliliği etkiler.Donma-çözülme döngüleri betonun çatlamasının ana nedeni iken, sülfatlar ve ürünleri ilk etapta bazı çatlakları ve gözenekleri doldurur.Ancak aşınma miktarı ve süresi arttıkça çatlaklar genişlemeye devam eder ve oluşan şap hacmi artarak ekstrüzyon çatlaklarına neden olur.Sonuçta, donma-çözülme ve sülfat maruziyeti kolonun gücünü azaltacaktır.