Tin tức

Cảm ơn bạn đã ghé thăm nội dung sợi cabron sợi thủy tinh phân tán.Bạn đang sử dụng phiên bản trình duyệt có hỗ trợ CSS hạn chế.Để có trải nghiệm tốt nhất, chúng tôi khuyên bạn nên sử dụng trình duyệt cập nhật (hoặc tắt Chế độ tương thích trong Internet Explorer).Ngoài ra, để đảm bảo hỗ trợ liên tục, chúng tôi hiển thị trang web không có kiểu và JavaScript.
Bê tông cốt polyme (FRP) được coi là một phương pháp sửa chữa kết cấu sáng tạo và kinh tế.Trong nghiên cứu này, hai vật liệu điển hình [polyme gia cố sợi carbon (CFRP) và polyme gia cố sợi thủy tinh (GFRP)] đã được lựa chọn để nghiên cứu tác dụng gia cường của bê tông trong môi trường khắc nghiệt.Khả năng chống lại sự tấn công của sunfat và các chu kỳ đóng băng-tan băng liên quan của bê tông chứa FRP đã được thảo luận.Kính hiển vi điện tử để nghiên cứu bề mặt và sự xuống cấp bên trong của bê tông trong quá trình xói mòn liên hợp.Mức độ và cơ chế ăn mòn natri sulfat được phân tích bằng giá trị pH, kính hiển vi điện tử SEM và phổ năng lượng EMF.Các thí nghiệm cường độ nén dọc trục đã được sử dụng để đánh giá sự gia cố của các cột bê tông có cốt FRP, và các mối quan hệ ứng suất-biến dạng đã được suy ra đối với các phương pháp giữ FRP khác nhau trong môi trường kết hợp ăn mòn.Phân tích lỗi đã được thực hiện để hiệu chỉnh kết quả kiểm tra thử nghiệm bằng bốn mô hình dự đoán hiện có.Tất cả các quan sát chỉ ra rằng quá trình xuống cấp của bê tông hạn chế FRP là phức tạp và năng động dưới các ứng suất liên hợp.Natri sulfat ban đầu làm tăng cường độ của bê tông ở dạng thô.Tuy nhiên, các chu kỳ đóng băng-tan băng tiếp theo có thể làm trầm trọng thêm vết nứt bê tông và natri sulfat làm giảm thêm cường độ của bê tông bằng cách thúc đẩy vết nứt.Một mô hình số chính xác được đề xuất để mô phỏng mối quan hệ ứng suất-biến dạng, điều này rất quan trọng để thiết kế và đánh giá vòng đời của bê tông có cốt FRP.
Là phương pháp gia cố bê tông cải tiến được nghiên cứu từ những năm 1970, FRP có ưu điểm nhẹ, cường độ cao, chống ăn mòn, chống mỏi và thuận tiện trong thi công1,2,3.Khi chi phí giảm, nó trở nên phổ biến hơn trong các ứng dụng kỹ thuật như sợi thủy tinh (GFRP), sợi carbon (CFRP), sợi bazan (BFRP) và sợi aramid (AFRP), là những loại FRP được sử dụng phổ biến nhất để gia cố kết cấu4, 5 .Phương pháp lưu giữ FRP được đề xuất có thể cải thiện tính năng của bê tông và tránh sự sụp đổ sớm.Tuy nhiên, các môi trường bên ngoài khác nhau trong kỹ thuật cơ khí thường ảnh hưởng đến độ bền của bê tông giới hạn FRP, khiến cường độ của nó bị tổn hại.
Một số nhà nghiên cứu đã nghiên cứu sự thay đổi ứng suất và biến dạng trong bê tông với các hình dạng và kích thước mặt cắt ngang khác nhau.Dương và cộng sự.6 phát hiện ra rằng căng thẳng và căng thẳng cuối cùng có tương quan tích cực với sự tăng trưởng độ dày của mô sợi.Wu et al.7 đã thu được các đường cong ứng suất-biến dạng cho bê tông có FRP sử dụng các loại sợi khác nhau để dự đoán các biến dạng và tải trọng cuối cùng.Lin et al.8 đã phát hiện ra rằng các mô hình ứng suất-biến dạng FRP cho các thanh tròn, vuông, chữ nhật và hình elip cũng khác nhau rất nhiều và đã phát triển một mô hình ứng suất-biến dạng theo định hướng thiết kế mới sử dụng tỷ lệ chiều rộng và bán kính góc làm tham số.Lam et al.9 đã quan sát thấy rằng sự chồng chéo và độ cong không đồng đều của FRP dẫn đến biến dạng đứt gãy và ứng suất trong FRP ít hơn so với trong các thử nghiệm độ bền kéo của tấm.Ngoài ra, các nhà khoa học đã nghiên cứu các ràng buộc từng phần và các phương pháp ràng buộc mới theo các nhu cầu thiết kế trong thế giới thực khác nhau.Vương và cộng sự.[10] đã thực hiện các thí nghiệm nén dọc trục trên bê tông hoàn toàn, một phần và không hạn chế ở ba chế độ hạn chế.Một mô hình “ứng suất-biến dạng” đã được phát triển và các hệ số của hiệu ứng giới hạn đối với bê tông kín một phần được đưa ra.Vũ và cộng sự.11 đã phát triển một phương pháp dự đoán sự phụ thuộc ứng suất-biến dạng của bê tông có cốt FRP có tính đến các ảnh hưởng về kích thước.Moran et al.12 đã đánh giá các đặc tính nén đơn điệu dọc trục của bê tông bị bó buộc bằng các dải xoắn FRP và suy ra các đường cong ứng suất-biến dạng của nó.Tuy nhiên, nghiên cứu trên chủ yếu xem xét sự khác biệt giữa bê tông kín một phần và bê tông kín hoàn toàn.Vai trò của FRP hạn chế một phần tiết diện bê tông chưa được nghiên cứu chi tiết.
Ngoài ra, nghiên cứu đã đánh giá tính năng của bê tông hạn chế FRP về cường độ nén, sự thay đổi biến dạng, mô đun đàn hồi ban đầu và mô đun biến dạng cứng trong các điều kiện khác nhau.Tijani et al.13,14 thấy rằng khả năng sửa chữa của bê tông giới hạn FRP giảm khi hư hỏng tăng lên trong các thí nghiệm sửa chữa FRP trên bê tông hư hỏng ban đầu.Ma và cộng sự.[15] đã nghiên cứu ảnh hưởng của hư hỏng ban đầu đối với cột bê tông có cốt FRP và cho rằng ảnh hưởng của mức độ hư hỏng đến cường độ chịu kéo là không đáng kể, nhưng có ảnh hưởng đáng kể đến biến dạng ngang và biến dạng dọc.Tuy nhiên, Cao et al.16 quan sát được các đường cong ứng suất-biến dạng và các đường bao ứng suất-biến dạng của bê tông có cốt FRP bị ảnh hưởng bởi hư hỏng ban đầu.Ngoài các nghiên cứu về sự phá hoại ban đầu của bê tông, một số nghiên cứu cũng đã được tiến hành về độ bền của bê tông giới hạn FRP trong các điều kiện môi trường khắc nghiệt.Các nhà khoa học này đã nghiên cứu sự xuống cấp của bê tông hạn chế FRP trong các điều kiện khắc nghiệt và sử dụng các kỹ thuật đánh giá thiệt hại để tạo ra các mô hình xuống cấp nhằm dự đoán tuổi thọ sử dụng.Tạ và cộng sự.17 đặt bê tông cốt FRP trong môi trường thủy nhiệt và phát hiện ra rằng điều kiện thủy nhiệt ảnh hưởng đáng kể đến tính chất cơ học của FRP, dẫn đến cường độ nén của nó giảm dần.Trong môi trường axit-bazơ, giao diện giữa CFRP và bê tông xấu đi.Khi thời gian ngâm tăng lên, tốc độ giải phóng năng lượng phá hủy lớp CFRP giảm đáng kể, điều này cuối cùng dẫn đến sự phá hủy các mẫu giao thoa18,19,20.Ngoài ra, một số nhà khoa học cũng đã nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình đóng băng và tan băng đối với bê tông hạn chế FRP.Liu et al.21 lưu ý rằng thanh cốt thép CFRP có độ bền tốt trong các chu kỳ đóng băng-tan băng dựa trên mô đun động tương đối, cường độ nén và tỷ lệ ứng suất-biến dạng.Ngoài ra, một mô hình được đề xuất có liên quan đến sự suy giảm các tính chất cơ học của bê tông.Tuy nhiên, Peng et al.22 đã tính toán tuổi thọ của CFRP và chất kết dính bê tông bằng cách sử dụng nhiệt độ và dữ liệu chu kỳ đóng băng-tan băng.Quảng và cộng sự.23 đã tiến hành các thử nghiệm đóng băng-tan băng nhanh của bê tông và đề xuất một phương pháp đánh giá khả năng chống băng giá dựa trên độ dày của lớp bị hư hỏng khi tiếp xúc với băng giá-tan băng.Yazdani và cộng sự.24 đã nghiên cứu ảnh hưởng của lớp FRP đến sự xâm nhập của ion clorua vào bê tông.Kết quả cho thấy lớp FRP có khả năng kháng hóa chất và cách ly bê tông bên trong khỏi các ion clorua bên ngoài.Liu et al.25 đã mô phỏng các điều kiện thử nghiệm bong tróc đối với bê tông FRP bị ăn mòn sulfat, tạo ra một mô hình trượt và dự đoán sự xuống cấp của giao diện bê tông FRP.Vương và cộng sự.26 đã thiết lập một mô hình ứng suất-biến dạng cho bê tông bị ăn mòn sulphate có giới hạn FRP thông qua các thí nghiệm nén một trục.Châu và cộng sự.[27] đã nghiên cứu thiệt hại đối với bê tông không giới hạn gây ra bởi các chu kỳ đóng băng-tan băng kết hợp của muối và lần đầu tiên sử dụng chức năng logistic để mô tả cơ chế hư hỏng.Những nghiên cứu này đã đạt được tiến bộ đáng kể trong việc đánh giá độ bền của bê tông giới hạn FRP.Tuy nhiên, hầu hết các nhà nghiên cứu đã tập trung vào mô hình phương tiện ăn mòn trong một điều kiện không thuận lợi.Bê tông thường bị hư hỏng do xói mòn liên quan gây ra bởi các điều kiện môi trường khác nhau.Các điều kiện môi trường kết hợp này làm suy giảm nghiêm trọng tính năng của bê tông hạn chế FRP.
Chu kỳ sunfat và đóng băng - tan băng là hai thông số quan trọng điển hình ảnh hưởng đến độ bền của bê tông.Công nghệ nội địa hóa FRP có thể cải thiện tính chất của bê tông.Nó được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật và nghiên cứu, nhưng hiện tại nó có những hạn chế.Một số nghiên cứu đã tập trung vào khả năng chống ăn mòn sulfat của bê tông hạn chế FRP ở các vùng lạnh.Quá trình xói mòn bê tông hoàn toàn kín, nửa kín và hở bằng natri sulfat và đóng băng-tan băng đáng được nghiên cứu chi tiết hơn, đặc biệt là phương pháp nửa kín mới được mô tả trong bài viết này.Tác dụng gia cố trên cột bê tông cũng được nghiên cứu bằng cách hoán đổi thứ tự giữ và xói của FRP.Những thay đổi vi mô và vĩ mô trong mẫu do xói mòn liên kết được đặc trưng bởi kính hiển vi điện tử, thử nghiệm pH, kính hiển vi điện tử SEM, phân tích phổ năng lượng EMF và thử nghiệm cơ học đơn trục.Ngoài ra, nghiên cứu này thảo luận về các quy luật chi phối mối quan hệ ứng suất-biến dạng xảy ra trong thử nghiệm cơ học một trục.Các giá trị ứng suất và biến dạng giới hạn đã được xác minh bằng thực nghiệm đã được xác thực bằng phân tích lỗi sử dụng bốn mô hình ứng suất-biến dạng giới hạn hiện có.Mô hình đề xuất hoàn toàn có thể dự đoán biến dạng và cường độ cuối cùng của vật liệu, rất hữu ích cho việc thực hành gia cường FRP trong tương lai.Cuối cùng, nó đóng vai trò là cơ sở khái niệm cho khái niệm kháng sương muối của bê tông FRP.
Nghiên cứu này đánh giá sự xuống cấp của bê tông giới hạn FRP bằng cách sử dụng ăn mòn dung dịch sulfat kết hợp với chu kỳ đóng băng-tan băng.Những thay đổi vi mô và vĩ mô do xói mòn bê tông đã được chứng minh bằng kính hiển vi điện tử quét, kiểm tra độ pH, quang phổ năng lượng EDS và kiểm tra cơ học đơn trục.Ngoài ra, các tính chất cơ học và sự thay đổi ứng suất-biến dạng của bê tông có cốt FRP chịu xói mòn liên kết đã được nghiên cứu bằng thí nghiệm nén dọc trục.
FRP Confined Concrete bao gồm bê tông thô, vật liệu bọc bên ngoài FRP và chất kết dính epoxy.Hai vật liệu cách nhiệt bên ngoài đã được lựa chọn: CFRP và GRP, các đặc tính của vật liệu được thể hiện trong Bảng 1. Nhựa epoxy A và B được sử dụng làm chất kết dính (tỷ lệ pha trộn 2:1 theo thể tích).Cơm.1 minh họa chi tiết thi công vật liệu trộn bê tông.Trong Hình 1a, xi măng Portland Swan PO 42.5 đã được sử dụng.Cốt liệu thô là đá bazan nghiền nhỏ có đường kính lần lượt là 5-10 và 10-19 mm, như thể hiện trong hình.1b và c.Cát sông tự nhiên có mô đun độ mịn là 2,3 được sử dụng làm chất độn mịn trong Hình 1g.Chuẩn bị dung dịch natri sunfat từ các hạt natri sunfat khan và một lượng nước nhất định.
Thành phần của hỗn hợp bê tông: a – xi măng, b – cốt liệu 5–10 mm, c – cốt liệu 10–19 mm, d – cát sông.
Cường độ thiết kế của bê tông là 30 MPa, dẫn đến độ lún của bê tông xi măng tươi từ 40 đến 100 mm.Tỷ lệ trộn bê tông được thể hiện trong Bảng 2, và tỷ lệ cốt liệu thô 5-10 mm và 10-20 mm là 3:7.Tác động của sự tương tác với môi trường được mô hình hóa bằng cách chuẩn bị dung dịch NaSO4 10% trước tiên và sau đó đổ dung dịch vào buồng chu trình đóng băng-tan băng.
Hỗn hợp bê tông được chuẩn bị trong máy trộn cưỡng bức 0,5 m3 và toàn bộ mẻ bê tông được sử dụng để đặt các mẫu theo yêu cầu.Trước hết, các thành phần bê tông được chuẩn bị theo Bảng 2, và xi măng, cát và cốt liệu thô được trộn sẵn trong ba phút.Sau đó phân phối đều nước và khuấy trong 5 phút.Tiếp theo, mẫu bê tông được đổ vào khuôn hình trụ và đầm trên bàn rung (đường kính khuôn 10 cm, cao 20 cm).
Sau khi bảo dưỡng trong 28 ngày, các mẫu được bọc bằng vật liệu FRP.Nghiên cứu này thảo luận về ba phương pháp cho cột bê tông cốt thép, bao gồm hoàn toàn kín, bán hạn chế và không hạn chế.Hai loại, CFRP và GFRP, được sử dụng cho các vật liệu hạn chế.FRP Vỏ bê tông FRP kín hoàn toàn, cao 20 cm và dài 39 cm.Mặt trên và mặt dưới của bê tông gắn FRP không được trám kín bằng epoxy.Quy trình thử nghiệm bán kín như một công nghệ kín khí được đề xuất gần đây được mô tả như sau.
(2) Dùng thước kẻ một đường trên bề mặt trụ bê tông để xác định vị trí của các dải FRP, khoảng cách giữa các dải là 2,5 cm.Sau đó quấn băng xung quanh các khu vực bê tông không cần FRP.
(3) Bề mặt bê tông được đánh bóng nhẵn bằng giấy nhám, lau bằng cồn và phủ epoxy.Sau đó dán thủ công các dải sợi thủy tinh lên bề mặt bê tông và ép các khe hở để sợi thủy tinh bám hoàn toàn vào bề mặt bê tông, tránh tạo bọt khí.Cuối cùng, dán các dải FRP lên bề mặt bê tông từ trên xuống dưới theo các dấu đã đánh dấu bằng thước.
(4) Sau nửa giờ, kiểm tra xem bê tông đã tách khỏi FRP chưa.Nếu FRP bị trượt hoặc lòi ra ngoài, nó phải được sửa chữa ngay lập tức.Các mẫu đúc phải được bảo dưỡng trong 7 ngày để đảm bảo cường độ bảo dưỡng.
(5) Sau khi đóng rắn, sử dụng một con dao tiện ích để loại bỏ băng dính khỏi bề mặt bê tông, và cuối cùng thu được một cột bê tông FRP bán kín.
Các kết quả dưới các ràng buộc khác nhau được hiển thị trong hình.2. Hình 2a thể hiện bê tông CFRP kín hoàn toàn, Hình 2b thể hiện bê tông CFRP bán tổng quát, Hình 2c thể hiện bê tông GFRP kín hoàn toàn và Hình 2d thể hiện bê tông CFRP nửa kín.
Các kiểu kèm theo: (a) CFRP kèm theo hoàn toàn;(b) sợi carbon nửa kín;(c) được bọc hoàn toàn bằng sợi thủy tinh;(d) sợi thủy tinh nửa kín.
Có bốn tham số chính được thiết kế để nghiên cứu ảnh hưởng của các ràng buộc FRP và trình tự xói mòn đối với hiệu suất kiểm soát xói mòn của xi lanh.Bảng 3 cho thấy số lượng mẫu cột bê tông.Các mẫu cho mỗi danh mục bao gồm ba mẫu trạng thái giống hệt nhau để giữ cho dữ liệu nhất quán.Giá trị trung bình của ba mẫu được phân tích cho tất cả các kết quả thực nghiệm trong bài viết này.
(1) Vật liệu kín khí được phân loại là sợi carbon hoặc sợi thủy tinh.Một so sánh được thực hiện về ảnh hưởng của hai loại sợi đối với cốt thép bê tông.
(2) Phương pháp ngăn chặn cột bê tông được chia thành ba loại: hoàn toàn hạn chế, bán hạn chế và không giới hạn.Khả năng chống xói mòn của cột bê tông nửa kín được so sánh với hai loại cột khác.
(3) Các điều kiện xói mòn là các chu kỳ đóng băng-tan băng cộng với dung dịch sunfat và số chu kỳ đóng băng-tan băng lần lượt là 0, 50 và 100 lần.Ảnh hưởng của sự ăn mòn liên kết đối với các cột bê tông có cốt FRP đã được nghiên cứu.
(4) Các mẫu thử được chia thành ba nhóm.Nhóm thứ nhất là bọc FRP rồi mới ăn mòn, nhóm thứ hai là ăn mòn trước rồi mới bọc, và nhóm thứ ba là ăn mòn trước rồi bọc sau đó mới ăn mòn.
Quy trình thí nghiệm sử dụng máy kiểm tra vạn năng, máy kiểm tra độ bền kéo, thiết bị chu trình đóng băng-tan băng (loại CDR-Z), kính hiển vi điện tử, máy đo pH, máy đo biến dạng, thiết bị dịch chuyển, kính hiển vi điện tử SEM và một Máy phân tích phổ năng lượng EDS trong nghiên cứu này.Mẫu là một cột bê tông cao 10 cm, đường kính 20 cm.Bê tông được bảo dưỡng trong vòng 28 ngày sau khi đổ và đầm nén, như trong Hình 3a.Tất cả các mẫu được tháo khuôn sau khi đúc và giữ trong 28 ngày ở nhiệt độ 18-22°C và độ ẩm tương đối 95%, sau đó một số mẫu được bọc bằng sợi thủy tinh.
Phương pháp kiểm tra: (a) thiết bị duy trì nhiệt độ và độ ẩm không đổi;(b) một máy chu kỳ đóng băng-tan băng;(c) máy thử vạn năng;(d) Máy thử độ pH;(e) quan sát bằng kính hiển vi.
Thí nghiệm đóng băng-tan băng sử dụng phương pháp đóng băng nhanh như trong Hình 3b.Theo GB/T 50082-2009 “Tiêu chuẩn độ bền cho bê tông thông thường”, các mẫu bê tông được ngâm hoàn toàn trong dung dịch natri sunfat 10% ở 15-20°C trong 4 ngày trước khi đóng băng và tan băng.Sau đó, cuộc tấn công sunfat bắt đầu và kết thúc đồng thời với chu kỳ đóng băng-tan băng.Thời gian chu kỳ đóng băng-rã đông là từ 2 đến 4 giờ và thời gian rã đông không được ít hơn 1/4 thời gian chu kỳ.Nhiệt độ lõi mẫu phải được duy trì trong phạm vi từ (-18±2) đến (5±2) °С.Quá trình chuyển đổi từ đông lạnh sang rã đông sẽ mất không quá mười phút.Ba mẫu hình trụ giống hệt nhau của mỗi loại đã được sử dụng để nghiên cứu sự giảm cân và thay đổi độ pH của dung dịch trong 25 chu kỳ đóng băng-tan băng, như trong Hình 3d.Cứ sau 25 chu kỳ đóng băng-tan băng, các mẫu được lấy ra và làm sạch bề mặt trước khi xác định trọng lượng tươi (Wd) của chúng.Tất cả các thí nghiệm được thực hiện ba lần trên các mẫu và các giá trị trung bình được sử dụng để thảo luận về kết quả thử nghiệm.Công thức tính hao hụt khối lượng và độ bền của mẫu được xác định như sau:
Trong công thức, ΔWd là khối lượng hao hụt (%) của mẫu sau mỗi 25 chu kỳ đóng băng - tan băng, W0 là khối lượng trung bình của mẫu bê tông trước chu kỳ đóng băng - tan băng (kg), Wd là khối lượng bê tông trung bình.khối lượng mẫu sau 25 chu kỳ đông-rã đông (kg).
Hệ số suy giảm cường độ của mẫu được đặc trưng bởi Kd và công thức tính toán như sau:
Trong công thức, ΔKd là tỷ lệ hao hụt cường độ (%) của mẫu sau mỗi 50 chu kỳ đóng băng - tan băng, f0 là cường độ trung bình của mẫu bê tông trước chu kỳ đóng băng - tan băng (MPa), fd là cường độ trung bình của mẫu bê tông trong 50 chu kỳ đóng băng-tan băng (MPa).
Trên hình.Hình 3c thể hiện máy thử nén mẫu bê tông.Theo “Tiêu chuẩn về phương pháp thử nghiệm tính chất cơ lý của bê tông” (GBT50081-2019), một phương pháp thử nghiệm cường độ nén của cột bê tông được xác định.Tốc độ tải trong thử nghiệm nén là 0,5 MPa/s và tải liên tục và tuần tự được sử dụng trong suốt quá trình thử nghiệm.Mối quan hệ tải trọng-chuyển vị cho từng mẫu được ghi lại trong quá trình thử nghiệm cơ học.Máy đo biến dạng được gắn vào bề mặt bên ngoài của lớp bê tông và FRP của mẫu thử để đo biến dạng dọc trục và ngang.Tế bào biến dạng được sử dụng trong thử nghiệm cơ học để ghi lại sự thay đổi của biến dạng mẫu trong quá trình thử nghiệm nén.
Cứ sau 25 chu kỳ đóng băng-tan băng, một mẫu dung dịch đóng băng-tan băng được lấy ra và đặt vào thùng chứa.Trên hình.Hình 3d cho thấy phép thử độ pH của dung dịch mẫu trong vật chứa.Kiểm tra bằng kính hiển vi bề mặt và mặt cắt ngang của mẫu trong điều kiện đóng băng-tan băng được thể hiện trong Hình 3d.Trạng thái bề mặt của các mẫu khác nhau sau 50 và 100 chu kỳ đóng băng-tan băng trong dung dịch sulfat được quan sát dưới kính hiển vi.Kính hiển vi sử dụng độ phóng đại 400 lần.Khi quan sát bề mặt của mẫu, chủ yếu quan sát thấy sự ăn mòn của lớp FRP và lớp bê tông bên ngoài.Quan sát mặt cắt ngang của mẫu cơ bản chọn điều kiện xói ở khoảng cách 5, 10 và 15 mm so với lớp ngoài cùng.Sự hình thành các sản phẩm sunfat và chu kỳ đóng băng-tan băng cần thử nghiệm thêm.Do đó, bề mặt đã sửa đổi của các mẫu được chọn đã được kiểm tra bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) được trang bị máy quang phổ tán sắc năng lượng (EDS).
Kiểm tra trực quan bề mặt mẫu bằng kính hiển vi điện tử và chọn độ phóng đại 400X.Mức độ hư hỏng bề mặt trong bê tông GRP nửa kín và không có mối nối trong các chu kỳ đóng băng-tan băng và tiếp xúc với sunfat là khá cao, trong khi ở bê tông kín hoàn toàn thì không đáng kể.Loại đầu tiên đề cập đến sự xuất hiện xói mòn của bê tông chảy tự do bởi natri sulfat và từ 0 đến 100 chu kỳ đóng băng-tan băng, như trong Hình 4a.Các mẫu bê tông không tiếp xúc với sương giá có bề mặt nhẵn không có các đặc điểm có thể nhìn thấy được.Sau 50 lần bào, khối cùi trên bề mặt bong ra một phần, để lộ lớp vỏ cùi màu trắng.Sau 100 lần xói mòn, lớp vỏ của dung dịch rơi ra hoàn toàn khi kiểm tra trực quan bề mặt bê tông.Quan sát bằng kính hiển vi cho thấy bề mặt của bê tông bị xói mòn đóng băng 0 nhẵn và bề mặt cốt liệu và vữa nằm trong cùng một mặt phẳng.Một bề mặt gồ ghề, không bằng phẳng đã được quan sát thấy trên bề mặt bê tông bị xói mòn bởi 50 chu kỳ đóng băng-tan băng.Điều này có thể được giải thích là do một số lớp vữa bị phá hủy và một lượng nhỏ tinh thể dạng hạt màu trắng bám trên bề mặt, thành phần chủ yếu là cốt liệu, vữa và tinh thể màu trắng.Sau 100 chu kỳ đóng băng-tan băng, một vùng lớn các tinh thể màu trắng xuất hiện trên bề mặt bê tông, trong khi cốt liệu thô sẫm màu tiếp xúc với môi trường bên ngoài.Hiện nay, bề mặt bê tông chủ yếu lộ cốt liệu và các tinh thể màu trắng.
Hình thái của cột bê tông đóng băng xói mòn: (a) cột bê tông không bị hạn chế;(b) bê tông cốt sợi carbon nửa kín;(c) Bê tông nửa kín GRP;(d) bê tông CFRP kín hoàn toàn;(e) Bê tông nửa kín GRP bê tông.
Loại thứ hai là sự ăn mòn của các cột bê tông CFRP và GRP bán kín trong các chu kỳ đóng băng-tan băng và tiếp xúc với sunfat, như trong Hình 4b, c.Kiểm tra trực quan (độ phóng đại 1 lần) cho thấy một loại bột trắng dần dần hình thành trên bề mặt của lớp sợi, lớp bột này nhanh chóng rơi ra khi số chu kỳ đóng băng-tan băng tăng lên.Xói mòn bề mặt không hạn chế của bê tông FRP bán kín trở nên rõ rệt hơn khi số chu kỳ đóng băng-tan băng tăng lên.Hiện tượng “đầy hơi” có thể nhìn thấy (bề mặt hở dung dịch của cột bê tông đang trên bờ vực sụp đổ).Tuy nhiên, hiện tượng bong tróc bị cản trở một phần bởi lớp phủ sợi carbon liền kề).Dưới kính hiển vi, các sợi carbon tổng hợp xuất hiện dưới dạng các sợi màu trắng trên nền đen ở độ phóng đại 400 lần.Do hình dạng tròn của các sợi và tiếp xúc với ánh sáng không đồng đều, chúng có màu trắng, nhưng bản thân các bó sợi carbon lại có màu đen.Sợi thủy tinh ban đầu giống như sợi chỉ màu trắng, nhưng khi tiếp xúc với chất kết dính, nó trở nên trong suốt và có thể nhìn thấy rõ trạng thái của bê tông bên trong sợi thủy tinh.Sợi thủy tinh có màu trắng sáng và chất kết dính có màu hơi vàng.Cả hai đều có màu rất nhạt nên màu của keo sẽ che đi các sợi thủy tinh, khiến tổng thể có màu vàng nhạt.Các sợi carbon và thủy tinh được bảo vệ khỏi hư hại bằng nhựa epoxy bên ngoài.Khi số lượng các cuộc tấn công đóng băng tăng lên, nhiều khoảng trống hơn và một vài tinh thể màu trắng xuất hiện trên bề mặt.Khi chu kỳ đóng băng sulfat tăng lên, chất kết dính dần trở nên mỏng hơn, màu hơi vàng biến mất và các sợi trở nên rõ ràng.
Loại thứ ba là sự ăn mòn của bê tông CFRP và GRP được bao bọc hoàn toàn trong các chu kỳ đóng băng-tan băng và tiếp xúc với sunfat, như trong Hình 4d, e.Một lần nữa, các kết quả quan sát được tương tự như đối với loại tiết diện giới hạn thứ hai của cột bê tông.
So sánh các hiện tượng quan sát được sau khi áp dụng ba phương pháp ngăn chặn được mô tả ở trên.Các mô sợi trong bê tông FRP cách nhiệt hoàn toàn vẫn ổn định khi số chu kỳ đóng băng-tan băng tăng lên.Mặt khác, lớp vòng kết dính mỏng hơn trên bề mặt.Nhựa epoxy chủ yếu phản ứng với các ion hydro hoạt động trong axit sunfuric vòng hở và hầu như không phản ứng với sunfat28.Như vậy, có thể coi xói mòn chủ yếu làm thay đổi tính chất của lớp kết dính do chu kỳ đóng băng-tan băng, do đó làm thay đổi tác dụng gia cường của FRP.Bề mặt bê tông nửa kín FRP có hiện tượng ăn mòn tương tự như bề mặt bê tông không hạn chế.Lớp FRP của nó tương ứng với lớp FRP của bê tông được bao bọc hoàn toàn và thiệt hại là không rõ ràng.Tuy nhiên, trong bê tông GRP nửa kín, các vết nứt xói mòn lan rộng xảy ra ở nơi các dải sợi giao nhau với bê tông lộ thiên.Xói mòn bề mặt bê tông lộ thiên trở nên nghiêm trọng hơn khi số chu kỳ đóng băng-tan băng tăng lên.
Phần bên trong của bê tông FRP kín hoàn toàn, nửa kín và không hạn chế cho thấy sự khác biệt đáng kể khi trải qua chu kỳ đóng băng-tan băng và tiếp xúc với dung dịch sulfat.Mẫu được cắt ngang và quan sát mặt cắt ngang bằng kính hiển vi điện tử ở độ phóng đại 400 lần.Trên hình.Hình 5 hiển thị hình ảnh hiển vi ở khoảng cách lần lượt là 5 mm, 10 mm và 15 mm so với ranh giới giữa bê tông và vữa.Người ta đã quan sát thấy rằng khi dung dịch natri sunfat được kết hợp với quá trình đóng băng-tan băng, hư hỏng bê tông sẽ dần dần bị phá vỡ từ bề mặt vào bên trong.Bởi vì các điều kiện xói mòn bên trong của bê tông hạn chế CFRP và GFRP là như nhau, phần này không so sánh hai vật liệu ngăn chặn.
Quan sát bằng kính hiển vi bên trong phần bê tông của cột: (a) bị giới hạn hoàn toàn bởi sợi thủy tinh;(b) nửa kín bằng sợi thủy tinh;(c) không giới hạn.
Xói mòn bên trong của bê tông bọc hoàn toàn FRP được thể hiện trong hình.5a.Các vết nứt có thể nhìn thấy ở mức 5 mm, bề mặt tương đối nhẵn, không có sự kết tinh.Bề mặt nhẵn, không có tinh thể, dày từ 10 đến 15 mm.Xói mòn bên trong của bê tông bán kín FRP được thể hiện trong hình.5 B. Có thể nhìn thấy các vết nứt và tinh thể trắng ở kích thước 5 mm và 10 mm, và bề mặt nhẵn ở 15 mm.Hình 5c cho thấy các phần của cột FRP bê tông có các vết nứt ở kích thước 5, 10 và 15 mm.Một vài tinh thể màu trắng trong các vết nứt ngày càng hiếm khi các vết nứt di chuyển từ bên ngoài bê tông vào bên trong.Các cột bê tông vô tận bị xói mòn nhiều nhất, tiếp theo là các cột bê tông FRP bán hạn chế.Natri sulfat ít ảnh hưởng đến phần bên trong của các mẫu bê tông FRP được bao kín hoàn toàn trong hơn 100 chu kỳ đóng băng-tan băng.Điều này chỉ ra rằng nguyên nhân chính gây ra xói mòn của bê tông FRP bị hạn chế hoàn toàn là do xói mòn đóng băng-tan băng trong một khoảng thời gian.Quan sát mặt cắt ngang cho thấy mặt cắt ngay trước khi đóng băng và tan băng trơn tru và không có kết tụ.Khi bê tông đóng băng và tan băng, các vết nứt có thể nhìn thấy được, điều này cũng đúng đối với cốt liệu và các tinh thể dạng hạt màu trắng được bao phủ dày đặc bởi các vết nứt.Các nghiên cứu27 đã chỉ ra rằng khi bê tông được cho vào dung dịch natri sunfat, natri sunfat sẽ thấm vào bê tông, một số sẽ kết tủa dưới dạng tinh thể natri sunfat và một số sẽ phản ứng với xi măng.Các tinh thể natri sunfat và các sản phẩm phản ứng trông giống như các hạt màu trắng.
FRP hạn chế triệt để vết nứt bê tông trong xói liên hợp mà mặt cắt nhẵn không bị kết tinh.Mặt khác, các phần bê tông bán kín và không bị hạn chế FRP đã phát triển các vết nứt bên trong và kết tinh dưới xói mòn liên hợp.Theo mô tả của hình ảnh và các nghiên cứu trước đây29, quá trình ăn mòn mối nối của bê tông FRP không hạn chế và bán hạn chế được chia thành hai giai đoạn.Giai đoạn đầu tiên của vết nứt bê tông có liên quan đến sự giãn nở và co lại trong quá trình đóng băng-tan băng.Khi sunfat thấm vào bê tông và trở nên hữu hình, sunfat tương ứng sẽ lấp đầy các vết nứt do co ngót từ các phản ứng đóng băng-tan băng và hydrat hóa.Do đó, sunfat có tác dụng bảo vệ đặc biệt đối với bê tông ở giai đoạn đầu và có thể cải thiện các tính chất cơ học của bê tông ở một mức độ nhất định.Giai đoạn thứ hai của quá trình tấn công sunfat tiếp tục, thâm nhập vào các vết nứt hoặc khoảng trống và phản ứng với xi măng để tạo thành phèn.Kết quả là, vết nứt phát triển về kích thước và gây ra thiệt hại.Trong thời gian này, các phản ứng giãn nở và co lại kết hợp với quá trình đóng băng và tan băng sẽ làm trầm trọng thêm các hư hỏng bên trong bê tông, dẫn đến giảm khả năng chịu lực.
Trên hình.Hình 6 cho thấy sự thay đổi độ pH của dung dịch ngâm tẩm bê tông đối với ba phương pháp hạn chế được theo dõi sau 0, 25, 50, 75 và 100 chu kỳ đóng băng-tan băng.Vữa bê tông FRP nửa kín và không hạn chế cho thấy độ pH tăng nhanh nhất từ ​​​​0 đến 25 chu kỳ đóng băng-tan băng.Giá trị pH của chúng lần lượt tăng từ 7,5 lên 11,5 và 11,4.Khi số chu kỳ đóng băng-tan băng tăng lên, độ pH tăng dần chậm lại sau 25-100 chu kỳ đóng băng-tan băng.Giá trị pH của chúng tăng lần lượt từ 11,5 và 11,4 lên 12,4 và 11,84.Do bê tông FRP liên kết hoàn toàn bao phủ lớp FRP nên dung dịch natri sunfat khó thẩm thấu.Đồng thời, thành phần xi măng khó thẩm thấu vào dung dịch bên ngoài.Do đó, độ pH tăng dần từ 7,5 lên 8,0 giữa 0 và 100 chu kỳ đóng băng-tan băng.Lý do thay đổi độ pH được phân tích như sau.Silicat trong bê tông kết hợp với các ion hydro trong nước để tạo thành axit silicic và OH- còn lại làm tăng độ pH của dung dịch bão hòa.Sự thay đổi về độ pH rõ rệt hơn giữa 0-25 chu kỳ đóng băng-tan băng và ít rõ rệt hơn giữa 25-100 chu kỳ đóng băng-tan băng30.Tuy nhiên, người ta nhận thấy ở đây độ pH tiếp tục tăng sau 25-100 chu kỳ đóng băng-tan băng.Điều này có thể được giải thích là do natri sulfat phản ứng hóa học với phần bên trong bê tông, làm thay đổi độ pH của dung dịch.Phân tích thành phần hóa học cho thấy bê tông phản ứng với natri sunfat theo cách sau.
Công thức (3) và (4) cho thấy natri sunfat và canxi hydroxit trong xi măng tạo thành thạch cao (canxi sunfat) và canxi sunfat tiếp tục phản ứng với canxi metaaluminat trong xi măng để tạo thành tinh thể phèn.Phản ứng (4) đi kèm với sự hình thành bazơ OH-, dẫn đến tăng pH.Ngoài ra, vì phản ứng này có thể đảo ngược nên độ pH tăng lên tại một thời điểm nhất định và thay đổi chậm.
Trên hình.Hình 7a cho thấy sự giảm trọng lượng của bê tông GRP kín hoàn toàn, nửa kín và lồng vào nhau trong các chu kỳ đóng băng-tan băng trong dung dịch sunfat.Sự thay đổi hao hụt khối lượng rõ ràng nhất là bê tông không bị hạn chế.Bê tông không bị hạn chế mất khoảng 3,2% khối lượng sau 50 lần tấn công đóng băng-tan băng và khoảng 3,85% sau 100 lần tấn công đóng băng-tan băng.Kết quả cho thấy ảnh hưởng của xói mòn liên hợp đến chất lượng của bê tông chảy tự do giảm khi số chu kỳ đóng băng-tan băng tăng lên.Tuy nhiên, khi quan sát bề mặt của mẫu, người ta thấy rằng sự mất mát của vữa sau 100 chu kỳ đóng băng và tan băng lớn hơn sau 50 chu kỳ đóng băng.Kết hợp với các nghiên cứu trong phần trước, có thể đưa ra giả thuyết rằng sự xâm nhập của sunfat vào bê tông dẫn đến sự mất mát khối lượng chậm lại.Trong khi đó, phèn và thạch cao được tạo ra bên trong cũng dẫn đến giảm trọng lượng chậm hơn, như đã dự đoán bởi các phương trình hóa học (3) và (4).
Thay đổi trọng lượng: (a) mối quan hệ giữa thay đổi trọng lượng và số chu kỳ đóng băng-tan băng;(b) mối quan hệ giữa sự thay đổi khối lượng và giá trị pH.
Sự thay đổi về hao hụt trọng lượng của bê tông bán kín FRP trước hết giảm sau đó tăng lên.Sau 50 chu kỳ đóng băng-tan băng, tỷ lệ hao hụt khối lượng của bê tông sợi thủy tinh bán kín là khoảng 1,3%.Giảm cân sau 100 chu kỳ là 0,8%.Vì vậy, có thể kết luận rằng natri sulfat thấm vào bê tông chảy tự do.Ngoài ra, quan sát bề mặt của mẫu thử cũng cho thấy các dải sợi có thể chống bong tróc vữa ở khu vực hở, do đó làm giảm hao hụt trọng lượng.
Sự thay đổi về tổn thất khối lượng của bê tông FRP kín hoàn toàn khác với hai loại đầu tiên.Khối lượng không mất, nhưng thêm.Sau 50 lần xói mòn do băng giá, khối lượng tăng khoảng 0,08%.Sau 100 lần, khối lượng của nó tăng thêm khoảng 0,428%.Vì bê tông được đổ hoàn toàn nên lớp vữa trên bề mặt bê tông sẽ không bong ra và ít có khả năng làm giảm chất lượng.Mặt khác, sự xâm nhập của nước và sunfat từ bề mặt có hàm lượng cao vào bên trong bê tông có hàm lượng thấp cũng giúp cải thiện chất lượng của bê tông.
Một số nghiên cứu trước đây đã được thực hiện về mối quan hệ giữa độ pH và tổn thất khối lượng trong bê tông hạn chế FRP trong điều kiện ăn mòn.Hầu hết các nghiên cứu chủ yếu thảo luận về mối quan hệ giữa tổn thất khối lượng, mô đun đàn hồi và tổn thất cường độ.Trên hình.Hình 7b cho thấy mối quan hệ giữa độ pH của bê tông và tổn thất khối lượng dưới ba ràng buộc.Một mô hình dự đoán được đề xuất để dự đoán tổn thất khối lượng bê tông bằng cách sử dụng ba phương pháp lưu giữ ở các giá trị pH khác nhau.Như có thể thấy trong Hình 7b, hệ số Pearson cao, cho thấy rằng thực sự có mối tương quan giữa độ pH và sự mất mát khối lượng.Các giá trị r-squared cho bê tông không hạn chế, bán hạn chế và hạn chế hoàn toàn lần lượt là 0,86, 0,75 và 0,96.Điều này chỉ ra rằng sự thay đổi pH và giảm trọng lượng của bê tông cách nhiệt hoàn toàn là tương đối tuyến tính trong cả điều kiện sunfat và đóng băng-tan băng.Trong bê tông không giới hạn và bê tông FRP bán kín, độ pH tăng dần khi xi măng phản ứng với dung dịch nước.Kết quả là bề mặt bê tông bị phá hủy dần, dẫn đến tình trạng không trọng lượng.Mặt khác, độ pH của bê tông kín hoàn toàn ít thay đổi do lớp FRP làm chậm phản ứng hóa học của xi măng với dung dịch nước.Do đó, đối với bê tông được bao bọc hoàn toàn, không có hiện tượng xói mòn bề mặt có thể nhìn thấy được, nhưng nó sẽ tăng trọng lượng do bão hòa do hấp thụ các dung dịch sunfat.
Trên hình.Hình 8 cho thấy kết quả quét SEM của các mẫu được ăn mòn bằng natri sulfat đóng băng-tan băng.Kính hiển vi điện tử kiểm tra các mẫu được thu thập từ các khối lấy từ lớp ngoài của cột bê tông.Hình 8a là hình ảnh hiển vi điện tử quét của bê tông không được che chắn trước khi bị xói mòn.Cần lưu ý rằng có nhiều lỗ trên bề mặt mẫu, ảnh hưởng đến cường độ của cột bê tông trước khi tan băng.Trên hình.Hình 8b cho thấy hình ảnh hiển vi điện tử của một mẫu bê tông FRP được cách nhiệt hoàn toàn sau 100 chu kỳ đóng băng-tan băng.Có thể phát hiện các vết nứt trên mẫu do đóng băng và tan băng.Tuy nhiên, bề mặt tương đối nhẵn và không có tinh thể trên đó.Do đó, các vết nứt không được lấp đầy có thể nhìn thấy rõ hơn.Trên hình.Hình 8c cho thấy một mẫu bê tông GRP bán kín sau 100 chu kỳ xói mòn băng giá.Rõ ràng là các vết nứt mở rộng và các hạt hình thành giữa các vết nứt.Một số hạt này tự gắn vào các vết nứt.Quét SEM của một mẫu cột bê tông không bị hạn chế được thể hiện trong Hình 8d, một hiện tượng phù hợp với bán hạn chế.Để làm sáng tỏ thêm thành phần của các hạt, các hạt trong các vết nứt được phóng đại thêm và phân tích bằng phương pháp quang phổ EDS.Các hạt về cơ bản có ba hình dạng khác nhau.Theo phân tích phổ năng lượng, loại thứ nhất, như trong Hình 9a, là một tinh thể khối thông thường, chủ yếu bao gồm O, S, Ca và các nguyên tố khác.Bằng cách kết hợp các công thức trước đó (3) và (4), có thể xác định rằng thành phần chính của vật liệu là thạch cao (canxi sunfat).Cái thứ hai được thể hiện trong Hình 9b;theo phân tích phổ năng lượng, nó là một vật thể hình kim không định hướng và các thành phần chính của nó là O, Al, S và Ca.Công thức phối hợp cho thấy nguyên liệu chủ yếu gồm phèn chua.Khối thứ ba được hiển thị trong Hình 9c, là một khối không đều, được xác định bằng phân tích phổ năng lượng, chủ yếu bao gồm các thành phần O, Na và S. Hóa ra đây chủ yếu là các tinh thể natri sunfat.Kính hiển vi điện tử quét cho thấy hầu hết các khoảng trống đều chứa đầy tinh thể natri sulfat, như thể hiện trong Hình 9c, cùng với một lượng nhỏ thạch cao và phèn chua.
Ảnh hiển vi điện tử của các mẫu trước và sau khi ăn mòn: (a) bê tông hở trước khi ăn mòn;(b) sau khi ăn mòn, sợi thủy tinh được bịt kín hoàn toàn;(c) sau khi bê tông nửa kín GRP bị ăn mòn;(d) sau khi bê tông bị ăn mòn.
Việc phân tích cho phép chúng tôi rút ra những kết luận sau đây.Hình ảnh kính hiển vi điện tử của ba mẫu đều là 1k× và các vết nứt và sản phẩm xói mòn đã được tìm thấy và quan sát thấy trong hình ảnh.Bê tông không hạn chế có vết nứt rộng nhất và chứa nhiều hạt.Bê tông bán áp lực FRP kém hơn bê tông không chịu áp lực về bề rộng vết nứt và số lượng hạt.Bê tông FRP kín hoàn toàn có chiều rộng vết nứt nhỏ nhất và không có hạt sau khi xói mòn đóng băng-tan băng.Tất cả những điều này chỉ ra rằng bê tông FRP kín hoàn toàn ít bị xói mòn nhất do đóng băng và tan băng.Các quá trình hóa học bên trong cột bê tông FRP nửa kín và hở dẫn đến sự hình thành phèn và thạch cao, và sự xâm nhập của sulfat ảnh hưởng đến độ xốp.Trong khi các chu kỳ đóng băng-tan băng là nguyên nhân chính gây nứt bê tông, sunfat và các sản phẩm của chúng lấp đầy một số vết nứt và lỗ rỗng ngay từ đầu.Tuy nhiên, khi số lượng và thời gian xói mòn tăng lên, các vết nứt tiếp tục mở rộng và khối lượng phèn hình thành tăng lên, dẫn đến các vết nứt đùn.Cuối cùng, việc tiếp xúc với sunfat và đóng băng sẽ làm giảm độ bền của cột.