חֲדָשׁוֹת

תודה שביקרת לפזר תכולת סיבי קברון מסיבי זכוכית.אתה משתמש בגרסת דפדפן עם תמיכת CSS מוגבלת.לקבלת החוויה הטובה ביותר, אנו ממליצים להשתמש בדפדפן מעודכן (או להשבית את מצב תאימות ב-Internet Explorer).בנוסף, כדי להבטיח תמיכה שוטפת, אנו מציגים את האתר ללא סגנונות ו-JavaScript.
בטון מזוין פולימרי (FRP) נחשבת לשיטה חדשנית וחסכונית לתיקון מבני.במחקר זה, שני חומרים אופייניים [פולימר מחוזק בסיבי פחמן (CFRP) ופולימר מחוזק בסיבי זכוכית (GFRP)] נבחרו כדי לחקור את השפעת החיזוק של בטון בסביבות קשות.נדונה העמידות של בטון המכיל FRP להתקפת סולפט ומחזורי הקפאה-הפשרה קשורים.מיקרוסקופ אלקטרוני לחקר פני השטח והשפלה הפנימית של בטון במהלך שחיקה מצומדת.המידה והמנגנון של קורוזיה של נתרן גופרתי נותחו על ידי ערך pH, מיקרוסקופיה אלקטרונית SEM וספקטרום אנרגית EMF.נעשה שימוש במבחני חוזק לחיצה צירי כדי להעריך את החיזוק של עמודי בטון מוגבלים ב-FRP, ונגזרו קשרי מתח-מתח עבור שיטות שונות של שימור FRP בסביבה משולבת שחיקה.ניתוח שגיאות בוצע כדי לכייל תוצאות ניסוי באמצעות ארבעה מודלים חזויים קיימים.כל התצפיות מצביעות על כך שתהליך הפירוק של בטון מוגבל FRP הוא מורכב ודינמי תחת מתחים מצומדים.נתרן גופרתי מגביר בתחילה את חוזק הבטון בצורתו הגולמית.עם זאת, מחזורי הקפאה-הפשרה הבאים יכולים להחמיר את פיצוח הבטון, ונתרן סולפט מפחית עוד יותר את חוזק הבטון על ידי קידום פיצוח.מוצע מודל מספרי מדויק כדי לדמות את הקשר מתח-מתח, שהוא קריטי לתכנון והערכת מחזור החיים של בטון מוגבל FRP.
כשיטת חיזוק בטון חדשנית שנחקרת מאז שנות ה-70, ל-FRP יתרונות של קל משקל, חוזק גבוה, עמידות בפני קורוזיה, עמידות בפני עייפות ובנייה נוחה1,2,3.ככל שהעלויות יורדות, זה הופך נפוץ יותר ביישומים הנדסיים כמו פיברגלס (GFRP), סיבי פחמן (CFRP), סיבי בזלת (BFRP) וסיבי ארמיד (AFRP), שהם ה-FRP הנפוץ ביותר לחיזוק מבני4, 5 שיטת שימור ה-FRP המוצעת יכולה לשפר את ביצועי הבטון ולמנוע קריסה מוקדמת.עם זאת, סביבות חיצוניות שונות בהנדסת מכונות משפיעות לעתים קרובות על העמידות של בטון מוגבל FRP, וגורמת לפגיעה בחוזק שלו.
מספר חוקרים חקרו שינויים במתח ובמתח בבטון עם צורות וגדלים שונים של חתך רוחב.יאנג וחב'.6 מצא כי מתח ומתח אולטימטיביים עולים בקורלציה חיובית עם הצמיחה בעובי הרקמה הסיבית.Wu et al.7 השיגו עקומות מתח-מתח עבור בטון מוגבל FRP תוך שימוש בסוגי סיבים שונים כדי לחזות מתחים ועומסים אולטימטיביים.Lin et al.8 מצאו כי מודלים של מתח-מתח FRP עבור סורגים עגולים, מרובעים, מלבניים ואליפטיים גם הם שונים מאוד, ופיתחו מודל מתח-מתח חדש מכוון עיצוב תוך שימוש ביחס של רוחב ורדיוס פינות כפרמטרים.Lam et al.9 הבחינו שהחפיפה והעקמומיות הלא אחידות של ה-FRP הביאו לפחות מתיחה ומתח של שבר ב-FRP מאשר בבדיקות מתיחה של לוחות.בנוסף, מדענים חקרו אילוצים חלקיים ושיטות אילוצים חדשות בהתאם לצרכי עיצוב שונים בעולם האמיתי.וואנג וחב'.[10] ביצע בדיקות דחיסה צירית על בטון מלא, חלקי ובלתי מוגבל בשלושה מצבים מוגבלים.פותח מודל "מתח-מתח" וניתנים מקדמי ההשפעה המגבילה לבטון סגור חלקית.וו וחב'.11 פיתחה שיטה לניבוי תלות מתח-מתח של בטון מוגבל FRP שלוקחת בחשבון השפעות גודל.Moran et al.12 העריכו את תכונות הדחיסה המונוטונית הצירית של בטון מוגבל עם רצועות סליליות FRP והסיקו את עקומות המתח-מתח שלו.עם זאת, המחקר הנ"ל בוחן בעיקר את ההבדל בין בטון סגור חלקית לבטון סגור לחלוטין.התפקיד של FRPs המגביל חלקית קטעי בטון לא נחקר בפירוט.
בנוסף, המחקר העריך את הביצועים של בטון מוגבל FRP במונחים של חוזק לחיצה, שינוי מתח, מודול אלסטיות ראשוני ומודול התקשות מתח בתנאים שונים.Tijani et al.13,14 מצאו כי יכולת התיקון של בטון מוגבל FRP פוחתת עם הגדלת הנזק בניסויי תיקון FRP בבטון שנפגע תחילה.מא וחב'.[15] חקר את השפעת הנזק הראשוני על עמודי בטון מוגבלים ב-FRP וחשב כי השפעת מידת הנזק על חוזק המתיחה הייתה זניחה, אך הייתה בעלת השפעה משמעותית על עיוותים רוחביים ואורכיים.עם זאת, Cao et al.נצפו 16 עקומות מתח-מתח ועקומות מעטפת מתח של בטון מוגבל FRP שהושפעו מנזק ראשוני.בנוסף למחקרים על כשל ראשוני בבטון, נערכו כמה מחקרים גם על העמידות של בטון מוגבל FRP בתנאי סביבה קשים.מדענים אלה חקרו את השפלה של בטון מוגבל FRP בתנאים קשים והשתמשו בטכניקות הערכת נזקים כדי ליצור מודלים של השפלה כדי לחזות חיי שירות.Xie et al.17 הציבו בטון מוגבל FRP בסביבה הידרותרמית ומצאו שתנאים הידרותרמיים השפיעו באופן משמעותי על התכונות המכניות של FRP, וכתוצאה מכך ירידה הדרגתית בחוזק הלחיצה שלו.בסביבה חומצית-בסיסית, הממשק בין CFRP לבטון מתדרדר.ככל שזמן הטבילה עולה, קצב השחרור של אנרגיית ההרס של שכבת ה-CFRP יורד באופן משמעותי, מה שמוביל בסופו של דבר להרס של דגימות ממשק18,19,20.בנוסף, כמה מדענים חקרו גם את ההשפעות של הקפאה והפשרה על בטון מוגבל FRP.Liu et al.21 ציינו כי לברזל CFRP עמידות טובה במחזורי הקפאה-הפשרה המבוססת על מודול דינמי יחסי, חוזק לחיצה ויחס מתח-מתח.בנוסף, מוצע מודל הקשור להידרדרות התכונות המכניות של הבטון.עם זאת, Peng et al.22 חישבו את משך החיים של CFRP ודבקי בטון תוך שימוש בנתוני טמפרטורה ומחזור הקפאה-הפשרה.גואנג וחב'.23 ערכו בדיקות הקפאה-הפשרה מהירות של בטון והציעו שיטה להערכת עמידות לכפור בהתבסס על עובי השכבה הפגועה בחשיפה להקפאה-הפשרה.יזדני וחב'.24 חקרו את ההשפעה של שכבות FRP על חדירת יוני כלוריד לבטון.התוצאות מראות ששכבת FRP עמידה כימית ומבודדת את הבטון הפנימי מיוני הכלוריד החיצוניים.Liu et al.25 סימלו תנאי בדיקת קילוף עבור בטון FRP מכוסה בסולפט, יצרו מודל החלקה וחזו השפלה של ממשק FRP-בטון.וואנג וחב'.26 הקימה מודל מתח-מתח לבטון שנשחק ב-FRP באמצעות בדיקות דחיסה חד-ציריות.ג'ואו ואחרים.[27] חקר נזק לבטון לא מוגבל שנגרם על ידי מחזורי הקפאה-הפשרה משולבים של מלח ולראשונה השתמש בפונקציה לוגיסטית כדי לתאר את מנגנון הכשל.מחקרים אלה עשו התקדמות משמעותית בהערכת העמידות של בטון מוגבל FRP.עם זאת, רוב החוקרים התמקדו במודלים של מדיה שוחקת בתנאי אחד לא נוח.בטון ניזוק לעיתים קרובות עקב שחיקה נלווית הנגרמת מתנאי סביבה שונים.תנאים סביבתיים משולבים אלה פוגעים קשות בביצועים של בטון מוגבל FRP.
מחזורי סולפטציה והקפאה-הפשרה הם שני פרמטרים חשובים אופייניים המשפיעים על עמידות הבטון.טכנולוגיית לוקליזציה של FRP יכולה לשפר את תכונות הבטון.הוא נמצא בשימוש נרחב בהנדסה ומחקר, אך כיום יש לו מגבלות.מספר מחקרים התמקדו בעמידות של בטון מוגבל FRP בפני קורוזיה סולפטית באזורים קרים.תהליך השחיקה של בטון סגור לחלוטין, חצי סגור ופתוח על ידי נתרן סולפט והקפאה-הפשרה ראוי למחקר מפורט יותר, במיוחד השיטה החדשה למחצה סגורה המתוארת במאמר זה.השפעת החיזוק על עמודי בטון נחקרה גם על ידי החלפת סדר השמירה והשחיקה של FRP.שינויים מיקרוקוסמיים ומקרוסקופיים בדגימה שנגרמו משחיקת קשר אופיינו על ידי מיקרוסקופ אלקטרונים, בדיקת pH, מיקרוסקופ אלקטרונים SEM, ניתוח ספקטרום אנרגית EMF ובדיקה מכנית חד-צירית.בנוסף, מחקר זה דן בחוקים המסדירים את יחסי המתח-מתח המתרחשים בבדיקות מכניות חד-ציריות.ערכי הלחץ והמתח הגבול המאומתים בניסוי אומתו על ידי ניתוח שגיאות תוך שימוש בארבעה מודלים קיימים של מתח-מתח גבול.המודל המוצע יכול לחזות באופן מלא את המתח והחוזק האולטימטיביים של החומר, וזה שימושי לתרגול חיזוק FRP עתידי.לבסוף, הוא משמש כבסיס רעיוני למושג עמידות בפני כפור בטון מלח FRP.
מחקר זה מעריך את ההידרדרות של בטון מוגבל FRP תוך שימוש בקורוזיה בתמיסת סולפט בשילוב עם מחזורי הקפאה-הפשרה.שינויים מיקרוסקופיים ומקרוסקופיים הנגרמים משחיקת בטון הוכחו באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים סורק, בדיקת pH, ספקטרוסקופיה אנרגטית EDS ובדיקה מכנית חד-צירית.בנוסף, המאפיינים המכניים ושינויי המתח של בטון מוגבל FRP הנתון לשחיקה מלוכדת נחקרו באמצעות ניסויי דחיסה צירית.
FRP Confined Concrete מורכב מבטון גולמי, חומר עטיפה חיצוני FRP ודבק אפוקסי.נבחרו שני חומרי בידוד חיצוניים: CFRP ו-GRP, תכונות החומרים מוצגות בטבלה 1. שרפים אפוקסי A ו-B שימשו כדבקים (יחס ערבוב 2:1 בנפח).אורז.1 ממחיש את הפרטים של בניית חומרי תערובת בטון.באיור 1a, נעשה שימוש בצמנט Swan PO 42.5 פורטלנד.אגרגטים גסים הם אבן בזלת כתוש בקוטר של 5-10 ו-10-19 מ"מ, בהתאמה, כפי שמוצג באיור.1ב ו-ג.כחומר מילוי עדין באיור 1g השתמשו בחול נהר טבעי עם מודול עדינות של 2.3.הכן תמיסה של נתרן גופרתי מגרגירי נתרן גופרתי נטול מים וכמות מסוימת של מים.
הרכב תערובת הבטון: a – מלט, b – אגרגט 5–10 מ”מ, ג – צבירה 10–19 מ”מ, ד – חול נחל.
חוזק התכנון של הבטון הוא 30 MPa, מה שמביא להתיישבות בטון צמנט טרי של 40 עד 100 מ"מ.יחס תערובת הבטון מוצג בטבלה 2, והיחס בין אגרגט גס 5-10 מ"מ ו-10-20 מ"מ הוא 3:7.השפעת האינטראקציה עם הסביבה עוצבה על ידי הכנת תמיסת 10% NaSO4 ולאחר מכן יציקת התמיסה לתוך תא מחזור הקפאה-הפשרה.
תערובות בטון הוכנו במערבל כפוי בגודל 0.5 מ"ק וכל אצווה הבטון שימשה להנחת הדוגמאות הנדרשות.קודם כל, מכינים את מרכיבי הבטון לפי טבלה 2, ואת המלט, החול והאגרגט הגס מערבבים מראש במשך שלוש דקות.לאחר מכן מפזרים את המים באופן שווה ומערבבים במשך 5 דקות.לאחר מכן, נוצקו דוגמאות בטון לתבניות גליליות ונדחסו על שולחן רוטט (קוטר תבנית 10 ס"מ, גובה 20 ס"מ).
לאחר אשפרה של 28 ימים, הדגימות נעטפו בחומר FRP.מחקר זה דן בשלוש שיטות לעמודי בטון מזוין, כולל סגור מלא, מוגבל למחצה וללא הגבלה.שני סוגים, CFRP ו-GFRP, משמשים לחומרים מוגבלים.FRP מעטפת בטון FRP סגורה לחלוטין, גובה 20 ס"מ ואורך 39 ס"מ.החלק העליון והתחתון של הבטון המחובר ל-FRP לא נאטמו באפוקסי.תהליך הבדיקה החצי הרמטי כטכנולוגיה אטומה שהוצעה לאחרונה מתואר כדלקמן.
(2) בעזרת סרגל שרטו קו על משטח הגלילי הבטון לקביעת מיקום פסי ה-FRP, המרחק בין הפסים הוא 2.5 ס"מ.לאחר מכן עטפו את הסרט סביב אזורי הבטון שבהם אין צורך ב-FRP.
(3) משטח הבטון מלוטש חלק עם נייר זכוכית, ניגב בצמר אלכוהול ומצופה באפוקסי.לאחר מכן הדביקו ידנית את פסי הפיברגלס על משטח הבטון ולחץ החוצה את הרווחים כך שהפיברגלס ייצמד במלואו למשטח הבטון וימנע בועות אוויר.לבסוף, הדביקו את פסי ה-FRP על משטח הבטון מלמעלה למטה, לפי הסימנים שנעשו עם סרגל.
(4) לאחר חצי שעה יש לבדוק האם הבטון נפרד מה-FRP.אם ה-FRP מחליק או בולט החוצה, יש לתקן אותו מיד.יש לרפא דגימות מעוצבות במשך 7 ימים כדי להבטיח חוזק ריפוי.
(5) לאחר הריפוי, השתמש בסכין שימוש כדי להסיר את הסרט ממשטח הבטון, ולבסוף קבל עמוד בטון FRP חצי הרמטי.
התוצאות תחת אילוצים שונים מוצגות באיור.2. איור 2a מציג בטון CFRP סגור לחלוטין, איור 2b מציג בטון CFRP חצי כללי, איור 2c מציג בטון GFRP סגור לחלוטין, ואיור 2d מציג בטון CFRP מוגבל למחצה.
סגנונות סגורים: (א) CFRP סגור לחלוטין;(ב) סיבי פחמן סגורים למחצה;(ג) סגור לחלוטין בפיברגלס;(ד) פיברגלס סגור למחצה.
ישנם ארבעה פרמטרים עיקריים שנועדו לחקור את ההשפעה של אילוצי FRP ורצפי שחיקה על ביצועי בקרת השחיקה של צילינדרים.טבלה 3 מציגה את מספר דוגמאות עמודות הבטון.הדגימות לכל קטגוריה כללו שלוש דגימות סטטוס זהות כדי לשמור על עקביות הנתונים.הממוצע של שלוש דגימות נותח עבור כל תוצאות הניסוי במאמר זה.
(1) חומר אטום מסווג כסיבי פחמן או פיברגלס.נערכה השוואה של השפעת שני סוגי סיבים על חיזוק הבטון.
(2) שיטות בלימת עמודי בטון מחולקות לשלושה סוגים: מוגבלת לחלוטין, מוגבלת למחצה ובלתי מוגבלת.עמידות השחיקה של עמודי בטון סגורים למחצה הושוו לשני זנים אחרים.
(3) תנאי השחיקה הם מחזורי הקפאה-הפשרה בתוספת תמיסת סולפט, ומספר מחזורי ההקפאה-הפשרה הוא פי 0, 50 ו-100, בהתאמה.נחקרה ההשפעה של שחיקה מצמדת על עמודי בטון מוגבלים FRP.
(4) חלקי הבדיקה מחולקים לשלוש קבוצות.הקבוצה הראשונה היא עטיפת FRP ולאחר מכן קורוזיה, הקבוצה השנייה היא קורוזיה תחילה ולאחר מכן עטיפה, והקבוצה השלישית היא קורוזיה תחילה ולאחר מכן עטיפה ולאחר מכן קורוזיה.
ההליך הניסיוני משתמש במכונת בדיקה אוניברסלית, מכונת בדיקת מתיחה, יחידת מחזור הקפאה-הפשרה (סוג CDR-Z), מיקרוסקופ אלקטרונים, מד pH, מד מתח, התקן תזוזה, מיקרוסקופ אלקטרונים SEM ו- מנתח ספקטרום אנרגיה EDS במחקר זה.הדוגמה היא עמוד בטון בגובה 10 ס"מ ובקוטר 20 ס"מ.הבטון נרפא תוך 28 ימים לאחר היציקה והדחיסה, כפי שמוצג באיור 3א.כל הדגימות פורקו לאחר היציקה ונשמרו במשך 28 ימים בטמפרטורה של 18-22 מעלות צלזיוס ולחות יחסית של 95%, ולאחר מכן חלק מהדגימות נעטפו בפיברגלס.
שיטות בדיקה: (א) ציוד לשמירה על טמפרטורה ולחות קבועים;(ב) מכונה למחזור הקפאה-הפשרה;(ג) מכונת בדיקה אוניברסלית;(ד) בודק pH;(ה) תצפית מיקרוסקופית.
ניסוי הקפאה-הפשרה משתמש בשיטת הקפאת הבזק כפי שמוצג באיור 3ב.על פי GB/T 50082-2009 "תקני עמידות לבטון קונבנציונלי", דגימות בטון נטבלו לחלוטין בתמיסת נתרן גופרתי 10% ב-15-20 מעלות צלזיוס למשך 4 ימים לפני ההקפאה וההפשרה.לאחר מכן, התקפת הסולפט מתחילה ומסתיימת בו זמנית עם מחזור ההקפאה-הפשרה.זמן מחזור ההקפאה-הפשרה הוא 2 עד 4 שעות, וזמן ההפשרה לא צריך להיות פחות מ-1/4 מזמן המחזור.טמפרטורת הליבה של המדגם צריכה להישמר בטווח שבין (-18±2) ל-(5±2) מעלות צלזיוס.המעבר מקפוא להפשרה אמור להימשך לא יותר מעשר דקות.שלוש דגימות זהות גליליות מכל קטגוריה שימשו כדי לחקור את הירידה במשקל ושינוי ה-pH של התמיסה על פני 25 מחזורי הקפאה-הפשרה, כפי שמוצג באיור 3d.לאחר כל 25 מחזורי הקפאה-הפשרה, הדגימות הוסרו והמשטחים נוקו לפני קביעת משקלם הטרי (Wd).כל הניסויים בוצעו בשלושה עותקים של הדגימות, והערכים הממוצעים שימשו לדיון בתוצאות הבדיקה.הנוסחאות לאובדן המסה והחוזק של המדגם נקבעות כדלקמן:
בנוסחה, ΔWd הוא הירידה במשקל (%) של הדגימה לאחר כל 25 מחזורי הקפאה-הפשרה, W0 הוא המשקל הממוצע של דגימת הבטון לפני מחזור ההקפאה-הפשרה (ק"ג), Wd הוא משקל הבטון הממוצע.משקל המדגם לאחר 25 מחזורי הקפאה-הפשרה (ק"ג).
מקדם פירוק החוזק של המדגם מאופיין ב-Kd, ונוסחת החישוב היא כדלקמן:
בנוסחה, ΔKd הוא שיעור אובדן החוזק (%) של המדגם לאחר כל 50 מחזורי הקפאה-הפשרה, f0 הוא החוזק הממוצע של דגימת הבטון לפני מחזור ההקפאה-הפשרה (MPa), fd הוא החוזק הממוצע של דגימת הבטון למשך 50 מחזורי הקפאה-הפשרה (MPa).
על איור.3c מציגה מכונת בדיקת דחיסה עבור דגימות בטון.בהתאם ל"תקן לשיטות בדיקה למאפיינים פיזיים ומכאניים של בטון" (GBT50081-2019), מוגדרת שיטה לבדיקת עמודי בטון לחוזק לחיצה.קצב הטעינה במבחן הדחיסה הוא 0.5 MPa/s, ושימוש בטעינה רציפה ורציפה לאורך כל הבדיקה.יחסי העומס-תזוזה עבור כל דגימה תועדו במהלך בדיקה מכנית.מדי מתח הוצמדו למשטחים החיצוניים של שכבות הבטון וה-FRP של הדגימות כדי למדוד מתחים צירים ואופקיים.תא המתח משמש בבדיקה מכנית כדי לתעד את השינוי במתח הדגימה במהלך בדיקת דחיסה.
כל 25 מחזורי הקפאה-הפשרה, הוסרה דגימה של תמיסת ההקפאה-הפשרה והונחה במיכל.על איור.3d מציג בדיקת pH של תמיסה לדוגמא במיכל.בדיקה מיקרוסקופית של פני השטח וחתך הרוחב של המדגם בתנאי הקפאה-הפשרה מוצגת באיור 3d.מצב פני השטח של דגימות שונות לאחר 50 ו-100 מחזורי הקפאה-הפשרה בתמיסת סולפט נצפה תחת מיקרוסקופ.המיקרוסקופ משתמש בהגדלה של פי 400.בעת התבוננות על פני השטח של המדגם, השחיקה של שכבת FRP ושכבת הבטון החיצונית נצפית בעיקר.התבוננות בחתך הרוחב של המדגם בוחרת בעצם את תנאי השחיקה במרחק של 5, 10 ו-15 מ"מ מהשכבה החיצונית.היווצרות של מוצרי סולפט ומחזורי הקפאה-הפשרה דורשת בדיקות נוספות.לכן, פני השטח המותאמים של הדגימות שנבחרו נבדקו באמצעות מיקרוסקופ אלקטרוני סורק (SEM) המצויד בספקטרומטר פיזור אנרגיה (EDS).
בדוק חזותית את משטח המדגם עם מיקרוסקופ אלקטרוני ובחר הגדלה של 400X.מידת הנזק פני השטח בבטון GRP חצי סגור וללא מפרקים במחזורי הקפאה-הפשרה וחשיפה לסולפטים היא גבוהה למדי, בעוד שבבטון סגור לחלוטין היא זניחה.הקטגוריה הראשונה מתייחסת להתרחשות של שחיקה של בטון זורם חופשי על ידי נתרן סולפט ומ-0 עד 100 מחזורי הקפאה-הפשרה, כפי שמוצג באיור 4א.דגימות בטון ללא חשיפה לכפור בעלות משטח חלק ללא תכונות גלויות.לאחר 50 שחיקות, בלוק העיסה על פני השטח התקלף חלקית, וחשף את הקליפה הלבנה של העיסה.לאחר 100 שחיקות, קליפות התמיסות נפלו לחלוטין במהלך בדיקה ויזואלית של משטח הבטון.תצפית מיקרוסקופית הראתה כי פני השטח של הבטון השחוק 0 בהקפאה-הפשרה היו חלקים וצבר המשטח והטיט היו באותו מישור.משטח לא אחיד ומחוספס נצפה על משטח בטון שנשחק ב-50 מחזורי הקפאה-הפשרה.ניתן להסביר זאת בכך שחלק מהטיט נהרס וכמות קטנה של גבישים גרגירים לבנים נצמדת למשטח המורכב בעיקר מגבישים, טיט וגבישים לבנים.לאחר 100 מחזורי הקפאה-הפשרה, הופיע שטח גדול של גבישים לבנים על פני הבטון, בעוד שהאגרגט הגס הכהה נחשף לסביבה החיצונית.נכון להיום, משטח הבטון חשוף ברובו אגרגט וגבישים לבנים.
מורפולוגיה של עמוד בטון שחיקתי בהקפאה-הפשרה: (א) עמוד בטון בלתי מוגבל;(ב) בטון מזוין סיבי פחמן סגור למחצה;(ג) בטון חצי סגור GRP;(ד) בטון CFRP סגור לחלוטין;(ה) בטון חצי סגור בטון GRP.
הקטגוריה השנייה היא קורוזיה של עמודי בטון CFRP ו-GRP חצי הרמטיים תחת מחזורי הקפאה-הפשרה וחשיפה לסולפטים, כפי שמוצג באיור 4b, ג.בדיקה חזותית (הגדלה פי 1) הראתה כי אבקה לבנה נוצרה בהדרגה על פני השכבה הסיבית, אשר ירדה במהירות עם עלייה במספר מחזורי הקפאה-הפשרה.שחיקת פני השטח הבלתי מוגבלת של בטון FRP חצי הרמטי הפכה בולטת יותר ככל שמספר מחזורי ההקפאה-הפשרה גדל.התופעה הנראית לעין של "נפיחות" (המשטח הפתוח של הפתרון של עמוד הבטון נמצא על סף קריסה).עם זאת, תופעת הקילוף מעכבת חלקית על ידי ציפוי סיבי הפחמן הסמוך).תחת המיקרוסקופ, סיבי פחמן סינתטיים מופיעים כחוטים לבנים על רקע שחור בהגדלה של פי 400.בשל צורתם העגולה של הסיבים והחשיפה לאור לא אחיד, הם נראים לבנים, אך צרורות סיבי הפחמן עצמם שחורים.פיברגלס בתחילה הוא דמוי חוט לבן, אך במגע עם הדבק הוא הופך שקוף ומצב הבטון בתוך הפיברגלס נראה בבירור.הפיברגלס לבן בוהק והקלסר צהבהב.שניהם בצבע בהיר מאוד, כך שצבע הדבק יסתיר את גדילי הפיברגלס, ויעניק למראה הכללי גוון צהבהב.סיבי הפחמן והזכוכית מוגנים מפני נזק על ידי שרף אפוקסי חיצוני.ככל שמספר התקפות ההקפאה-הפשרה גדל, יותר חללים וכמה גבישים לבנים נראו על פני השטח.ככל שמחזור הקפאת הסולפט מתגבר, הקלסר הופך דק יותר בהדרגה, הצבע הצהבהב נעלם והסיבים הופכים נראים לעין.
הקטגוריה השלישית היא קורוזיה של בטון CFRP ו-GRP סגורים לחלוטין תחת מחזורי הקפאה-הפשרה וחשיפה לסולפטים, כפי שמוצג באיור 4d, ה.שוב, התוצאות שנצפו דומות לאלו של הסוג השני של קטע מוגבל של עמוד הבטון.
השווה את התופעות שנצפו לאחר יישום שלוש שיטות הבלימה שתוארו לעיל.הרקמות הסיביות בבטון FRP מבודד לחלוטין נשארות יציבות ככל שמספר מחזורי ההקפאה-הפשרה עולה.מצד שני, שכבת הטבעת ההדבקה דקה יותר על פני השטח.שרפי אפוקסי מגיבים לרוב עם יוני מימן פעילים בחומצה גופרתית פתוחה וכמעט לא מגיבים עם סולפטים28.לפיכך, ניתן לשקול ששחיקה משנה בעיקר את תכונות שכבת הדבק כתוצאה ממחזורי הקפאה-הפשרה, ובכך משנה את אפקט החיזוק של FRP.למשטח הבטון של בטון חצי הרמטי FRP יש את אותה תופעת שחיקה כמו למשטח הבטון הבלתי מוגבל.שכבת ה-FRP שלו מתאימה לשכבת ה-FRP של בטון סגור לחלוטין, והנזק אינו ברור.עם זאת, בבטון GRP אטום למחצה, מתרחשים סדקים שחיקה נרחבים במקום שבו רצועות הסיבים מצטלבות עם הבטון החשוף.שחיקת משטחי בטון חשופים הופכת חמורה יותר ככל שמספר מחזורי ההקפאה-הפשרה עולה.
הפנים של בטון FRP סגור לחלוטין, סגור למחצה וללא הגבלה הראו הבדלים משמעותיים כאשר היו נתונים למחזורי הקפאה-הפשרה וחשיפה לתמיסות סולפט.הדגימה נחתכה לרוחב והחתך נצפה באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים בהגדלה של פי 400.על איור.5 מציג תמונות מיקרוסקופיות במרחק של 5 מ"מ, 10 מ"מ ו-15 מ"מ מהגבול בין בטון לטיט, בהתאמה.נצפה שכאשר תמיסת נתרן סולפט משולבת עם הקפאה-הפשרה, נזקי הבטון מתפרקים בהדרגה מהמשטח אל הפנים.מכיוון שתנאי השחיקה הפנימיים של CFRP ובטון מוגבל GFRP זהים, סעיף זה אינו משווה בין שני חומרי הבלימה.
תצפית מיקרוסקופית בחלק הפנימי של קטע הבטון של העמוד: (א) מוגבל לחלוטין על ידי פיברגלס;(ב) סגור למחצה בפיברגלס;(ג) ללא הגבלה.
שחיקה פנימית של בטון סגור לחלוטין של FRP מוצגת באיור.5א.סדקים נראים ב-5 מ"מ, פני השטח חלקים יחסית, אין התגבשות.המשטח חלק, ללא גבישים, עובי 10 עד 15 מ"מ.שחיקה פנימית של בטון חצי הרמטי FRP מוצגת באיור.5 ב. סדקים וגבישים לבנים נראים ב-5 מ"מ ו-10 מ"מ, והמשטח חלק ב-15 מ"מ.איור 5c מציג קטעים של עמודי FRP מבטון שבהם נמצאו סדקים ב-5, 10 ו-15 מ"מ.כמה גבישים לבנים בסדקים הפכו נדירים יותר ככל שהסדקים נעו מהחלק החיצוני של הבטון לפנים.עמודי בטון אינסופיים הראו את השחיקה הגדולה ביותר, ואחריהם עמודי בטון FRP מוגבלים למחצה.לנתרן סולפט הייתה השפעה מועטה על החלק הפנימי של דגימות בטון FRP סגורות במלואן מעל 100 מחזורי הקפאה-הפשרה.זה מצביע על כך שהגורם העיקרי לשחיקה של בטון FRP מוגבל לחלוטין הוא שחיקת הקפאה-הפשרה על פני תקופה של זמן.התבוננות בחתך הראתה שהחתך מיד לפני ההקפאה וההפשרה היה חלק וללא אגרגטים.כשהבטון קופא ומפשיר, סדקים נראים, הדבר נכון לגבי אגרגט, והגבישים הגרגירים הלבנים מכוסים בצפיפות בסדקים.מחקרים27 הראו שכאשר בטון מונח בתמיסת נתרן סולפט, נתרן סולפט יחדור לתוך הבטון, שחלקו ישקעו כגבישי נתרן סולפט, וחלקם יגיבו עם מלט.גבישי נתרן גופרתי ומוצרי תגובה נראים כמו גרגירים לבנים.
FRP מגביל לחלוטין סדקי בטון בשחיקה מצומדת, אך הקטע חלק ללא התגבשות.מצד שני, חלקי בטון סגורים למחצה ובלתי מוגבלים של FRP פיתחו סדקים והתגבשות פנימיים תחת שחיקה מצומדת.על פי תיאור התמונה ומחקרים קודמים29, תהליך השחיקה המשותף של בטון FRP בלתי מוגבל וחצי מוגבל מחולק לשני שלבים.השלב הראשון של פיצוח בטון קשור להתרחבות והתכווצות במהלך הקפאה-הפשרה.כאשר סולפט חודר לבטון ונראה לעין, הסולפט המקביל ממלא סדקים הנוצרים מהתכווצות מתגובות הקפאה-הפשרה והידרציה.לכן, לסולפט יש אפקט מגן מיוחד על בטון בשלב מוקדם והוא יכול לשפר את התכונות המכניות של הבטון במידה מסוימת.השלב השני של התקפת הסולפט נמשך, חודר לסדקים או חללים ומגיב עם המלט ליצירת אלום.כתוצאה מכך, הסדק גדל בגודלו וגורם לנזק.במהלך תקופה זו, תגובות ההתרחבות וההתכווצות הקשורות בהקפאה והפשרה יחמירו את הנזק הפנימי לבטון, וכתוצאה מכך יפחיתו את כושר הנשיאה.
על איור.6 מציג את השינויים ב-pH של תמיסות הספגה בטון עבור שלוש שיטות מוגבלות המנוטרות לאחר 0, 25, 50, 75 ו-100 מחזורי הקפאה-הפשרה.מרגמות בטון FRP בלתי מוגבלות וסגורות למחצה הראו את עליית ה-pH המהירה ביותר מ-0 ל-25 מחזורי הקפאה-הפשרה.ערכי ה-pH שלהם עלו מ-7.5 ל-11.5 ו-11.4, בהתאמה.ככל שמספר מחזורי הקפאה-הפשרה גדל, עליית ה-pH הואטה בהדרגה לאחר 25-100 מחזורי הקפאה-הפשרה.ערכי ה-pH שלהם עלו מ-11.5 ו-11.4 ל-12.4 ו-11.84, בהתאמה.מכיוון שבטון ה-FRP המלוכד במלואו מכסה את שכבת ה-FRP, קשה לתמיסת נתרן סולפט לחדור.יחד עם זאת, קשה להרכב המלט לחדור לפתרונות חיצוניים.לפיכך, ה-pH עלה בהדרגה מ-7.5 ל-8.0 בין 0 ל-100 מחזורי הקפאה-הפשרה.הסיבה לשינוי ב-pH מנותחת כדלקמן.הסיליקט בבטון מתחבר עם יוני מימן במים ויוצר חומצה סיליקית, וה-OH- שנותר מעלה את ה-pH של התמיסה הרוויה.השינוי ב-pH היה בולט יותר בין 0-25 מחזורי הקפאה-הפשרה ופחות בולט בין 25-100 מחזורי הקפאה-הפשרה30.עם זאת, נמצא כאן שה-pH המשיך לעלות לאחר 25-100 מחזורי הקפאה-הפשרה.זה יכול להיות מוסבר על ידי העובדה כי נתרן סולפט מגיב כימית עם פנים הבטון, משנה את ה-pH של התמיסה.ניתוח ההרכב הכימי מראה שבטון מגיב עם נתרן גופרתי בצורה הבאה.
נוסחאות (3) ו-(4) מראות כי נתרן גופרתי וסידן הידרוקסיד בצמנט יוצרים גבס (סידן גופרתי), וסידן גופרתי מגיב עוד יותר עם קלציום מטאלומינאט במלט ליצירת גבישי אלום.תגובה (4) מלווה ביצירת OH- בסיסי, מה שמוביל לעלייה ב-pH.כמו כן, מכיוון שהתגובה הזו היא הפיכה, ה-pH עולה בזמן מסוים ומשתנה לאט.
על איור.7a מציג את הירידה במשקל של בטון GRP סגור לחלוטין, סגור למחצה ומשולב במהלך מחזורי הקפאה-הפשרה בתמיסת סולפט.השינוי הברור ביותר באובדן המוני הוא בטון בלתי מוגבל.בטון בלתי מוגבל איבד כ-3.2% מהמסה שלו לאחר 50 התקפות הקפאה-הפשרה וכ-3.85% לאחר 100 התקפות הקפאה-הפשרה.התוצאות מראות כי ההשפעה של שחיקה מצומדת על איכות הבטון בזרימה חופשית פוחתת ככל שמספר מחזורי ההקפאה-הפשרה עולה.עם זאת, בעת התבוננות על פני הדגימה, נמצא כי אובדן הטיט לאחר 100 מחזורי הקפאה-הפשרה היה גדול יותר מאשר לאחר 50 מחזורי הקפאה-הפשרה.בשילוב עם המחקרים בסעיף הקודם, ניתן לשער שחדירת סולפטים לבטון מובילה להאטה באובדן המסה.בינתיים, אלום וגבס שנוצרו באופן פנימי מביאים גם הם לירידה איטית יותר במשקל, כפי שנחזה על ידי משוואות כימיות (3) ו-(4).
שינוי משקל: (א) קשר בין שינוי משקל ומספר מחזורי הקפאה-הפשרה;(ב) קשר בין שינוי מסה וערך pH.
השינוי בירידה במשקל של בטון חצי הרמטי FRP יורד תחילה ולאחר מכן עולה.לאחר 50 מחזורי הקפאה-הפשרה, אובדן המסה של בטון פיברגלס חצי הרמטי הוא כ-1.3%.ירידה במשקל לאחר 100 מחזורים הייתה 0.8%.לכן, ניתן להסיק כי נתרן סולפט חודר לתוך בטון זורם חופשי.בנוסף, תצפית על פני השטח של חתיכת הבדיקה הראתה גם שרצועות הסיבים יכולות להתנגד לקילוף טיט בשטח פתוח, ובכך להפחית את הירידה במשקל.
השינוי באובדן המסה של בטון FRP סגור לחלוטין שונה מהשניים הראשונים.המסה לא מפסידה, אלא מוסיפה.לאחר 50 שחיקות כפור-הפשרה, המסה עלתה בכ-0.08%.לאחר פי 100, מסתו עלתה בכ-0.428%.מכיוון שהבטון נוצק לחלוטין, המרגמה על פני הבטון לא תרד ולא סביר שתגרום לאובדן איכות.מצד שני, חדירת מים וסולפטים ממשטח התוכן הגבוה אל פנים הבטון הנמוך משפרת גם את איכות הבטון.
מספר מחקרים נערכו בעבר על הקשר בין pH ואובדן מסה בבטון מוגבל FRP בתנאים שחיקה.רוב המחקר דן בעיקר בקשר בין אובדן מסה, מודול אלסטי ואובדן חוזק.על איור.7b מציג את הקשר בין pH בטון לאובדן מסה תחת שלושה אילוצים.מודל חיזוי מוצע לניבוי אובדן מסת בטון באמצעות שלוש שיטות שמירה בערכי pH שונים.כפי שניתן לראות באיור 7b, מקדם פירסון גבוה, מה שמעיד על כך שאכן יש מתאם בין pH לאובדן מסה.ערכי ריבוע r לבטון בלתי מוגבל, מוגבל למחצה ומוגבל לחלוטין היו 0.86, 0.75 ו-0.96, בהתאמה.זה מצביע על כך ששינוי ה-pH וירידה במשקל של בטון מבודד מלא הם ליניאריים יחסית בתנאי סולפט והן בתנאי הקפאה-הפשרה.בבטון בלתי מוגבל ובטון FRP חצי הרמטי, ה-pH עולה בהדרגה ככל שהצמנט מגיב עם התמיסה המימית.כתוצאה מכך, משטח הבטון נהרס בהדרגה, מה שמוביל לחוסר משקל.מצד שני, ה-pH של בטון סגור לחלוטין משתנה מעט מכיוון ששכבת FRP מאטה את התגובה הכימית של המלט עם תמיסת המים.לפיכך, עבור בטון סגור לחלוטין, אין שחיקת פני השטח נראית לעין, אך הוא יעלה במשקל עקב רוויה עקב ספיגת תמיסות סולפט.
על איור.8 מציג את התוצאות של סריקת SEM של דגימות חרוטות בהקפאה-הפשרה של נתרן סולפט.מיקרוסקופיה אלקטרונית בדקה דגימות שנאספו מגושים שנלקחו מהשכבה החיצונית של עמודי הבטון.איור 8a הוא תמונת מיקרוסקופ אלקטרוני סורק של בטון לא סגור לפני שחיקה.יצוין כי ישנם חורים רבים על פני הדגימה, המשפיעים על חוזק עמוד הבטון עצמו לפני הפשרת הכפור.על איור.8b מציגה תמונת מיקרוסקופ אלקטרונים של דגימת בטון FRP מבודדת לחלוטין לאחר 100 מחזורי הקפאה-הפשרה.עלולים להתגלות סדקים בדגימה עקב הקפאה והפשרה.עם זאת, פני השטח חלקים יחסית ואין עליו גבישים.לכן, סדקים לא ממולאים גלויים יותר.על איור.8c מציגה דוגמה של בטון GRP חצי הרמטי לאחר 100 מחזורי שחיקת כפור.ברור שהסדקים התרחבו ונוצרו גרגרים בין הסדקים.חלק מהחלקיקים הללו מתחברים לסדקים.סריקת SEM של דוגמה של עמודת בטון בלתי מוגבלת מוצגת באיור 8d, תופעה העולה בקנה אחד עם הגבלה למחצה.כדי להבהיר יותר את הרכב החלקיקים, החלקיקים בסדקים הוגדלו עוד יותר ונותחו באמצעות ספקטרוסקופיה של EDS.חלקיקים מגיעים בעצם בשלוש צורות שונות.לפי ניתוח ספקטרום האנרגיה, הסוג הראשון, כפי שמוצג באיור 9a, הוא גביש בלוק רגיל, המורכב בעיקר מ-O, S, Ca ואלמנטים אחרים.על ידי שילוב הנוסחאות הקודמות (3) ו-(4), ניתן לקבוע כי המרכיב העיקרי של החומר הוא גבס (סידן גופרתי).השני מוצג באיור 9b;על פי ניתוח ספקטרום האנרגיה, זהו עצם לא-כיווני עגול, ומרכיביו העיקריים הם O, Al, S ו-Ca.מתכוני שילוב מראים שהחומר מורכב בעיקר מאלום.הבלוק השלישי המוצג באיור 9c, הוא בלוק לא סדיר, שנקבע על ידי ניתוח ספקטרום אנרגיה, המורכב בעיקר מרכיבים O, Na ו-S. התברר כי מדובר בעיקר בגבישי נתרן גופרתי.מיקרוסקופיה אלקטרונית סורקת הראתה שרוב החללים היו מלאים בגבישי נתרן סולפט, כפי שמוצג באיור 9c, יחד עם כמויות קטנות של גבס ואלום.
תמונות מיקרוסקופיות אלקטרוניות של דגימות לפני ואחרי קורוזיה: (א) בטון פתוח לפני קורוזיה;(ב) לאחר קורוזיה, הפיברגלס אטום לחלוטין;(ג) לאחר קורוזיה של בטון חצי סגור GRP;(ד) לאחר קורוזיה של בטון פתוח.
הניתוח מאפשר לנו להסיק את המסקנות הבאות.תמונות מיקרוסקופ האלקטרונים של שלוש הדגימות היו כולן בגודל 1k× ובתמונות נמצאו ונצפו סדקים ומוצרי שחיקה.לבטון בלתי מוגבל יש את הסדקים הרחבים ביותר ומכיל גרגירים רבים.בטון חצי לחץ FRP נחות מבטון ללא לחץ מבחינת רוחב הסדק וספירת החלקיקים.לבטון FRP סגור לחלוטין יש את רוחב הסדק הקטן ביותר וללא חלקיקים לאחר שחיקת הקפאה-הפשרה.כל זה מצביע על כך שבטון FRP סגור לחלוטין הוא הכי פחות רגיש לשחיקה מהקפאה והפשרה.תהליכים כימיים בתוך עמודי בטון FRP חצי סגורים ופתוחים מובילים להיווצרות אלום וגבס, וחדירת סולפט משפיעה על נקבוביות.בעוד שמחזורי הקפאה-הפשרה הם הגורם העיקרי לסדיקת בטון, סולפטים ומוצריהם ממלאים חלק מהסדקים והנקבוביות מלכתחילה.עם זאת, ככל שכמות השחיקה וזמן השחיקה גדלים, הסדקים ממשיכים להתרחב ונפח האלום הנוצר עולה, וכתוצאה מכך נוצרים סדקי שחול.בסופו של דבר, הקפאה-הפשרה וחשיפה לסולפט יפחיתו את חוזק העמוד.