أخبار

شكرًا لك على زيارة محتويات ألياف كابرون من الألياف الزجاجية المبعثرة.أنت تستخدم إصدار متصفح مع دعم محدود لـ CSS.للحصول على أفضل تجربة ، نوصي باستخدام مستعرض محدث (أو تعطيل وضع التوافق في Internet Explorer).بالإضافة إلى ذلك ، لضمان الدعم المستمر ، نعرض الموقع بدون أنماط وجافا سكريبت.
تعتبر الخرسانة المسلحة بالبوليمر (FRP) طريقة مبتكرة واقتصادية للإصلاح الإنشائي.في هذه الدراسة ، تم اختيار مادتين نموذجيتين (البوليمر المقوى بألياف الكربون (CFRP) والبوليمر المقوى بالألياف الزجاجية (GFRP)] لدراسة تأثير التسليح للخرسانة في البيئات القاسية.تمت مناقشة مقاومة الخرسانة المحتوية على FRP لهجوم الكبريتات ودورات التجميد-الذوبان ذات الصلة.المجهر الإلكتروني لدراسة التآكل السطحي والداخلي للخرسانة أثناء التآكل المترافق.تم تحليل درجة وآلية تآكل كبريتات الصوديوم من خلال قيمة الأس الهيدروجيني ، والمجهر الإلكتروني SEM ، وطيف الطاقة EMF.تم استخدام اختبارات قوة الانضغاط المحورية لتقييم تقوية الأعمدة الخرسانية المقيدة بـ FRP ، وتم اشتقاق علاقات الإجهاد والانفعال لطرق مختلفة للاحتفاظ بـ FRP في بيئة متآكلة مقترنة.تم إجراء تحليل الخطأ لمعايرة نتائج الاختبار التجريبي باستخدام أربعة نماذج تنبؤية موجودة.تشير جميع الملاحظات إلى أن عملية تدهور الخرسانة المقيدة بـ FRP معقدة وديناميكية تحت الضغوط المترافقة.تزيد كبريتات الصوديوم في البداية من قوة الخرسانة في شكلها الخام.ومع ذلك ، يمكن أن تؤدي دورات التجميد-الذوبان اللاحقة إلى تفاقم تكسير الخرسانة ، كما أن كبريتات الصوديوم تقلل من قوة الخرسانة عن طريق تعزيز التكسير.تم اقتراح نموذج رقمي دقيق لمحاكاة علاقة الإجهاد والانفعال ، وهو أمر بالغ الأهمية لتصميم وتقييم دورة حياة الخرسانة المقيدة FRP.
كطريقة مبتكرة لتقوية الخرسانة تم البحث عنها منذ السبعينيات ، تتمتع FRP بمزايا الوزن الخفيف والقوة العالية ومقاومة التآكل ومقاومة التعب والبناء المريح 1،2،3.مع انخفاض التكاليف ، أصبحت أكثر شيوعًا في التطبيقات الهندسية مثل الألياف الزجاجية (GFRP) وألياف الكربون (CFRP) وألياف البازلت (BFRP) وألياف الأراميد (AFRP) ، وهي أكثر أنواع الألياف الزجاجية استخدامًا للتعزيز الهيكلي 4 ، 5 يمكن أن تحسن طريقة الاحتفاظ FRP المقترحة أداء الخرسانة وتجنب الانهيار المبكر.ومع ذلك ، غالبًا ما تؤثر البيئات الخارجية المختلفة في الهندسة الميكانيكية على متانة الخرسانة المحدودة FRP ، مما يتسبب في تعرض قوتها للخطر.
درس العديد من الباحثين تغيرات الإجهاد والانفعال في الخرسانة بأشكال وأحجام مقطعية مختلفة.يانغ وآخرون.وجد 6 أن الإجهاد والإجهاد المطلق يرتبطان بشكل إيجابي بنمو سماكة الأنسجة الليفية.حصل Wu et al.7 على منحنيات الإجهاد والانفعال للخرسانة المقيدة بـ FRP باستخدام أنواع مختلفة من الألياف للتنبؤ بالسلالات والأحمال النهائية.وجد Lin وآخرون أن نماذج الإجهاد والانفعال FRP للقضبان المستديرة والمربعة والمستطيلة والبيضاوية تختلف أيضًا اختلافًا كبيرًا ، وطوروا نموذجًا جديدًا للضغط والانفعال موجهًا للتصميم باستخدام نسبة العرض ونصف قطر الزاوية كمعلمات.لاحظ لام وزملاؤه 9 أن التداخل والانحناء غير المنتظمين في FRP أدى إلى إجهاد وكسر أقل في FRP مقارنة باختبارات شد اللوح.بالإضافة إلى ذلك ، درس العلماء القيود الجزئية وطرق القيود الجديدة وفقًا لاحتياجات التصميم المختلفة في العالم الحقيقي.وانغ وآخرون.[10] تم إجراء اختبارات الضغط المحوري على الخرسانة بشكل كامل وجزئي وغير مقيد في ثلاثة أوضاع محدودة.تم تطوير نموذج "إجهاد - إجهاد" وتم إعطاء معاملات التأثير المحدود للخرسانة المغلقة جزئيًا.وو وآخرون.طور 11 طريقة للتنبؤ باعتماد الإجهاد والانفعال للخرسانة المقيدة بـ FRP والتي تأخذ في الاعتبار تأثيرات الحجم.قام Moran وزملاؤه 12 بتقييم خصائص الانضغاط الرتيبة المحورية للخرسانة المقيدة باستخدام شرائح حلزونية FRP واشتقوا منحنيات الإجهاد والانفعال.ومع ذلك ، فإن الدراسة أعلاه تفحص بشكل أساسي الفرق بين الخرسانة المغلقة جزئيًا والخرسانة المغلقة بالكامل.لم يتم دراسة دور FRPs التي تحد جزئيًا من أقسام الخرسانة بالتفصيل.
بالإضافة إلى ذلك ، قيمت الدراسة أداء الخرسانة المقيدة FRP من حيث مقاومة الانضغاط ، وتغير الانفعال ، والمعامل الأولي للمرونة ، ومعامل التصلب بالانفعال في ظل ظروف مختلفة.تيجاني وآخرونوجد 13،14 أن قابلية إصلاح الخرسانة المحدودة FRP تتناقص مع زيادة الضرر في تجارب إصلاح FRP على الخرسانة التالفة في البداية.ما وآخرون.[15] درس تأثير الضرر الأولي على الأعمدة الخرسانية المقيدة بـ FRP واعتبر أن تأثير درجة الضرر على مقاومة الشد كان ضئيلًا ، ولكن كان له تأثير كبير على التشوهات الجانبية والطولية.ومع ذلك ، كاو وآخرون.16 منحنيات الإجهاد والانفعال الملحوظة ومنحنيات غلاف الإجهاد والانفعال للخرسانة المقيدة بـ FRP المتأثرة بالتلف الأولي.بالإضافة إلى الدراسات حول فشل الخرسانة الأولي ، تم إجراء بعض الدراسات أيضًا حول متانة الخرسانة المحدودة FRP في ظل ظروف بيئية قاسية.درس هؤلاء العلماء تدهور الخرسانة المقيدة بـ FRP في ظل ظروف قاسية واستخدموا تقنيات تقييم الضرر لإنشاء نماذج تدهور للتنبؤ بعمر الخدمة.شي وآخرونوضع 17 الخرسانة المقيدة FRP في بيئة حرارية مائية ووجد أن الظروف المائية الحرارية أثرت بشكل كبير على الخواص الميكانيكية لـ FRP ، مما أدى إلى انخفاض تدريجي في قوتها الانضغاطية.في البيئة الحمضية القاعدية ، تتدهور الواجهة بين البلاستيك المقوى بألياف الكربون والخرسانة.مع زيادة وقت الغمر ، ينخفض ​​معدل إطلاق طاقة تدمير طبقة CFRP بشكل كبير ، مما يؤدي في النهاية إلى تدمير العينات البينية.بالإضافة إلى ذلك ، درس بعض العلماء أيضًا تأثيرات التجميد والذوبان على الخرسانة المحدودة FRP.لاحظ ليو وزملاؤه 21 أن حديد التسليح المصنوع من البلاستيك المقوى بألياف الكربون يتمتع بمتانة جيدة في ظل دورات التجميد والذوبان بناءً على المعامل الديناميكي النسبي وقوة الضغط ونسبة الإجهاد-الإجهاد.بالإضافة إلى ذلك ، تم اقتراح نموذج مرتبط بتدهور الخواص الميكانيكية للخرسانة.ومع ذلك ، قام بينج وزملاؤه 22 بحساب عمر البلاستيك المقوى بألياف الكربون (CFRP) والمواد اللاصقة للخرسانة باستخدام بيانات دورة درجة الحرارة وذوبان الجليد.غوانغ وآخرون.23 أجرى اختبارات ذوبان الجليد والتجميد السريع للخرسانة واقترح طريقة لتقييم مقاومة الصقيع بناءً على سمك الطبقة التالفة تحت التعرض للتجميد والذوبان.يزداني وآخروندرس 24 تأثير طبقات FRP على تغلغل أيونات الكلوريد في الخرسانة.أظهرت النتائج أن طبقة FRP مقاومة كيميائياً وتعزل الخرسانة الداخلية عن أيونات الكلوريد الخارجية.قام Liu وزملاؤه 25 بمحاكاة ظروف اختبار التقشير لخرسانة FRP المتآكلة بالكبريتات ، وإنشاء نموذج منزلق ، وتوقع تدهور واجهة FRP الخرسانية.وانغ وآخرون.أنشأ 26 نموذجًا إجهادًا - إجهاد للخرسانة المقيدة بالكبريتات المقيدة بـ FRP من خلال اختبارات الضغط أحادية المحور.تشو وآخرون.[27] درس الأضرار التي لحقت بالخرسانة غير المحصورة بسبب دورات الملح المجمدة والذوبان المجمدة ولأول مرة استخدم وظيفة لوجستية لوصف آلية الفشل.حققت هذه الدراسات تقدمًا كبيرًا في تقييم متانة الخرسانة المحدودة FRP.ومع ذلك ، فقد ركز معظم الباحثين على نمذجة الوسائط المتآكلة في ظل حالة واحدة غير مواتية.غالبًا ما تتضرر الخرسانة بسبب التآكل المصاحب الناتج عن الظروف البيئية المختلفة.تؤدي هذه الظروف البيئية المشتركة إلى تدهور شديد في أداء الخرسانة المقيدة بـ FRP.
تعتبر دورات الكبريت والذوبان التجميد معلمتين هامتين نموذجيتين تؤثران على متانة الخرسانة.يمكن لتقنية التعريب FRP تحسين خصائص الخرسانة.يستخدم على نطاق واسع في الهندسة والبحث ، ولكن له حاليًا حدوده.ركزت العديد من الدراسات على مقاومة الخرسانة المقيدة بـ FRP لتآكل الكبريتات في المناطق الباردة.تستحق عملية تآكل الخرسانة المغلقة وشبه المغلقة والمفتوحة بالكامل بواسطة كبريتات الصوديوم والذوبان المتجمد دراسة أكثر تفصيلاً ، خاصة الطريقة الجديدة شبه المغلقة الموضحة في هذه المقالة.تمت دراسة تأثير التعزيز على الأعمدة الخرسانية من خلال تبادل ترتيب احتباس FRP والتآكل.تميزت التغيرات الميكروسكوبية والعيانية في العينة الناتجة عن تآكل الرابطة بالمجهر الإلكتروني واختبار الأس الهيدروجيني والمجهر الإلكتروني SEM وتحليل طيف الطاقة EMF والاختبار الميكانيكي أحادي المحور.بالإضافة إلى ذلك ، تناقش هذه الدراسة القوانين التي تحكم العلاقة بين الإجهاد والانفعال التي تحدث في الاختبار الميكانيكي أحادي المحور.تم التحقق من صحة قيم الإجهاد والانفعال المحددين تجريبياً عن طريق تحليل الخطأ باستخدام أربعة نماذج إجهاد إجهاد حالية.يمكن للنموذج المقترح أن يتنبأ بشكل كامل بالإجهاد النهائي وقوة المادة ، وهو أمر مفيد لممارسة تقوية FRP المستقبلية.أخيرًا ، إنه بمثابة الأساس المفاهيمي لمفهوم مقاومة الصقيع والملح الخرساني FRP.
تقيم هذه الدراسة تدهور الخرسانة المحدودة FRP باستخدام تآكل محلول الكبريتات بالاشتراك مع دورات التجميد والذوبان.تم إثبات التغيرات المجهرية والعيانية الناتجة عن تآكل الخرسانة باستخدام الفحص المجهري الإلكتروني ، واختبار الأس الهيدروجيني ، والتحليل الطيفي للطاقة EDS ، والاختبار الميكانيكي أحادي المحور.بالإضافة إلى ذلك ، تم فحص الخواص الميكانيكية وتغيرات الإجهاد والانفعال للخرسانة المقيدة بـ FRP المعرضة للتآكل المترابط باستخدام تجارب الانضغاط المحوري.
تتكون الخرسانة المحصورة FRP من الخرسانة الخام ومواد التغليف الخارجية FRP والمواد اللاصقة الإبوكسية.تم اختيار مادتين عازلة خارجيتين: CFRP و GRP ، وخصائص المواد موضحة في الجدول 1. تم استخدام راتنجات الايبوكسي A و B كمادة لاصقة (نسبة الخلط 2: 1 من حيث الحجم).أرز.1 يوضح تفاصيل بناء مواد خلط الخرسانة.في الشكل 1 أ ، تم استخدام الأسمنت البورتلاندي Swan PO 42.5.الركام الخشن عبارة عن حجر البازلت المسحوق بقطر 5-10 و 10-19 ملم على التوالي ، كما هو موضح في الشكل.1 ب و ج.كمادة حشو دقيقة في الشكل 1 جم ، استخدم رمال نهرية طبيعية بمعامل صفاء يبلغ 2.3.تحضير محلول من كبريتات الصوديوم من حبيبات كبريتات الصوديوم اللامائية وكمية معينة من الماء.
تركيبة الخليط الخرساني: أ - الأسمنت ، ب - الركام 5-10 مم ، ج - الركام 10-19 مم ، د - الرمل النهري.
تبلغ قوة التصميم للخرسانة 30 ميجا باسكال ، مما ينتج عنه تسوية خرسانية أسمنتية جديدة من 40 إلى 100 ملم.نسبة الخلط الخرساني موضحة في الجدول 2 ، ونسبة الركام الخشن 5-10 مم و 10-20 مم هي 3: 7.تم نمذجة تأثير التفاعل مع البيئة من خلال تحضير محلول NaSO4 بنسبة 10٪ أولاً ثم صب المحلول في غرفة دورة التجميد-الذوبان.
تم تحضير الخلطات الخرسانية في خلاط قسري سعة 0.5 م 3 وتم استخدام دفعة الخرسانة بأكملها لوضع العينات المطلوبة.بادئ ذي بدء ، يتم تحضير المكونات الخرسانية وفقًا للجدول 2 ، ويتم خلط الأسمنت والرمل والركام الخشن مسبقًا لمدة ثلاث دقائق.ثم وزع الماء بالتساوي وحركه لمدة 5 دقائق.بعد ذلك ، تم صب عينات الخرسانة في قوالب أسطوانية وضغطها على طاولة اهتزازية (قطر القالب 10 سم ، ارتفاع 20 سم).
بعد المعالجة لمدة 28 يومًا ، تم لف العينات بمادة FRP.تناقش هذه الدراسة ثلاث طرق للأعمدة الخرسانية المسلحة ، بما في ذلك المغلقة بالكامل وشبه المقيدة وغير المقيدة.يتم استخدام نوعين ، CFRP و GFRP ، لمواد محدودة.FRP هيكل خرساني FRP مغلق بالكامل ، ارتفاع 20 سم وطول 39 سم.لم يتم ختم الجزء العلوي والسفلي من الخرسانة المرتبطة بـ FRP بالإيبوكسي.يتم وصف عملية الاختبار شبه المحكم كتقنية محكمة الإغلاق المقترحة مؤخرًا على النحو التالي.
(2) باستخدام مسطرة ، ارسم خطًا على السطح الأسطواني الخرساني لتحديد موضع شرائح FRP ، المسافة بين الشرائط 2.5 سم.ثم لف الشريط حول المناطق الخرسانية حيث لا تحتاج إلى FRP.
(3) السطح الخرساني مصقول أملس بورق الصنفرة ، يمسح بصوف الكحول ، ومغطى بالإيبوكسي.ثم قم بلصق شرائط الألياف الزجاجية يدويًا على سطح الخرسانة واضغط على الفجوات بحيث تكون الألياف الزجاجية ملتصقة تمامًا بالسطح الخرساني وتتجنب فقاعات الهواء.أخيرًا ، قم بلصق شرائط FRP على السطح الخرساني من أعلى إلى أسفل ، وفقًا للعلامات المصنوعة باستخدام المسطرة.
(4) بعد نصف ساعة ، تحقق مما إذا كانت الخرسانة قد انفصلت عن FRP.إذا كان FRP ينزلق أو يخرج ، فيجب إصلاحه على الفور.يجب معالجة العينات المصبوبة لمدة 7 أيام لضمان قوة المعالجة.
(5) بعد المعالجة ، استخدم سكين فائدة لإزالة الشريط من سطح الخرسانة ، وأخيراً احصل على عمود خرساني FRP شبه محكم.
النتائج تحت قيود مختلفة موضحة في الشكل.2. يوضح الشكل 2 أ خرسانة مغلقة بالكامل من البلاستيك المقوى بألياف الكربون ، ويظهر الشكل 2 ب خرسانة شبه معممة من البلاستيك المقوى بألياف الكربون ، ويوضح الشكل 2 ج خرسانة GFRP المغلقة بالكامل ، ويظهر الشكل 2 د خرسانة شبه مقيدة بألياف الكربون المقوى بألياف الكربون.
الأنماط المغلقة: (أ) المغلفة بالكامل بألياف الكربون المقوى بألياف الكربون ؛(ب) ألياف الكربون شبه المغلقة ؛(ج) مغلق بالكامل في الألياف الزجاجية ؛(د) الألياف الزجاجية شبه المغلقة.
هناك أربعة معلمات رئيسية تم تصميمها للتحقق من تأثير قيود FRP وتسلسلات التآكل على أداء التحكم في تآكل الأسطوانات.يوضح الجدول 3 عدد عينات العمود الخرساني.تتألف عينات كل فئة من ثلاث عينات حالة متطابقة للحفاظ على اتساق البيانات.تم تحليل متوسط ​​ثلاث عينات لجميع النتائج التجريبية في هذه المقالة.
(1) تصنف المواد محكمة الإغلاق على أنها من ألياف الكربون أو الألياف الزجاجية.تم إجراء مقارنة بين تأثير نوعين من الألياف على تقوية الخرسانة.
(2) تنقسم طرق احتواء العمود الخرساني إلى ثلاثة أنواع: محدودة بالكامل وشبه محدودة وغير محدودة.تمت مقارنة مقاومة الأعمدة الخرسانية شبه المغلقة للتآكل مع نوعين آخرين.
(3) ظروف التآكل هي دورات ذوبان التجميد بالإضافة إلى محلول الكبريتات ، وعدد دورات ذوبان التجميد هو 0 و 50 و 100 مرة على التوالي.تمت دراسة تأثير التآكل المزدوج على الأعمدة الخرسانية المقيدة بـ FRP.
(4) قطع الاختبار مقسمة إلى ثلاث مجموعات.المجموعة الأولى عبارة عن غلاف FRP ثم التآكل ، المجموعة الثانية هي التآكل أولاً ثم التغليف ، والمجموعة الثالثة هي التآكل أولاً ثم التغليف ثم التآكل.
يستخدم الإجراء التجريبي آلة اختبار عالمية ، وآلة اختبار الشد ، ووحدة دورة التجميد والذوبان (نوع CDR-Z) ، ومجهر إلكتروني ، ومقياس الأس الهيدروجيني ، ومقياس الإجهاد ، وجهاز الإزاحة ، ومجهر إلكتروني SEM ، و محلل طيف الطاقة EDS في هذه الدراسة.العينة عبارة عن عمود خرساني ارتفاعه 10 سم وقطره 20 سم.تمت معالجة الخرسانة في غضون 28 يومًا بعد صبها وضغطها ، كما هو موضح في الشكل 3 أ.تم تفكيك جميع العينات بعد الصب وحفظها لمدة 28 يومًا عند درجة حرارة 18-22 درجة مئوية ورطوبة نسبية 95٪ ، ثم تم تغليف بعض العينات بالفيبرجلاس.
طرق الاختبار: (أ) معدات الحفاظ على ثبات درجة الحرارة والرطوبة ؛(ب) آلة دورة التجميد-الذوبان ؛(ج) آلة الاختبار الشاملة ؛(د) جهاز اختبار الأس الهيدروجيني ؛(هـ) الملاحظة المجهرية.
تستخدم تجربة تجميد الذوبان طريقة تجميد الفلاش كما هو موضح في الشكل 3 ب.وفقًا لـ GB / T 50082-2009 "معايير المتانة للخرسانة التقليدية" ، تم غمر عينات الخرسانة تمامًا في 10٪ من محلول كبريتات الصوديوم عند 15-20 درجة مئوية لمدة 4 أيام قبل التجميد والذوبان.بعد ذلك ، يبدأ هجوم الكبريتات وينتهي بالتزامن مع دورة تجميد الذوبان.مدة دورة التجميد-الذوبان هي من 2 إلى 4 ساعات ، ويجب ألا يقل وقت التذويب عن 1/4 من وقت الدورة.يجب الحفاظ على درجة حرارة العينة الأساسية في النطاق من (-18 ± 2) إلى (5 ± 2) درجة مئوية.يجب ألا يستغرق الانتقال من التجميد إلى إذابة الثلج أكثر من عشر دقائق.تم استخدام ثلاث عينات متطابقة أسطوانية من كل فئة لدراسة فقدان الوزن وتغير الرقم الهيدروجيني للمحلول على مدار 25 دورة تجميد - إذابة الجليد ، كما هو موضح في الشكل 3 D.بعد كل 25 دورة تجميد-تذويب ، تمت إزالة العينات وتنظيف الأسطح قبل تحديد وزنها الطازج (Wd).أجريت جميع التجارب على ثلاث نسخ من العينات ، واستخدمت القيم المتوسطة لمناقشة نتائج الاختبار.يتم تحديد الصيغ الخاصة بفقدان الكتلة وقوة العينة على النحو التالي:
في الصيغة ، ΔWd هو فقدان الوزن (٪) للعينة بعد كل 25 دورة تجميد-ذوبان ، W0 هو متوسط ​​وزن عينة الخرسانة قبل دورة تجميد الذوبان (كجم) ، Wd هو متوسط ​​وزن الخرسانة.وزن العينة بعد 25 دورة تجميد - إذابة (كجم).
يتميز معامل انحلال القوة للعينة بـ Kd ، وتكون صيغة الحساب كما يلي:
في الصيغة ، ΔKd هو معدل فقدان القوة (٪) للعينة بعد كل 50 دورة تجميد-إذابة ، f0 هو متوسط ​​قوة عينة الخرسانة قبل دورة تجميد الذوبان (MPa) ، fd هو متوسط ​​قوة عينة الخرسانة لمدة 50 دورة تجميد - إذابة (MPa).
على التين.يظهر 3c آلة اختبار ضغط لعينات الخرسانة.وفقًا لـ "معيار طرق الاختبار للخصائص الفيزيائية والميكانيكية للخرسانة" (GBT50081-2019) ، تم تحديد طريقة لاختبار قوة الانضغاط في الأعمدة الخرسانية.يبلغ معدل التحميل في اختبار الضغط 0.5 ميجا باسكال / ثانية ، ويتم استخدام التحميل المستمر والمتسلسل طوال الاختبار.تم تسجيل علاقة الحمل والإزاحة لكل عينة أثناء الاختبار الميكانيكي.تم إرفاق مقاييس الإجهاد بالأسطح الخارجية للخرسانة وطبقات FRP للعينات لقياس السلالات المحورية والأفقية.تُستخدم خلية الإجهاد في الاختبار الميكانيكي لتسجيل التغيير في إجهاد العينة أثناء اختبار الضغط.
كل 25 دورة تجميد-تذويب ، تمت إزالة عينة من محلول ذوبان الجليد ووضعها في وعاء.على التين.يوضح الشكل ثلاثي الأبعاد اختبار الأس الهيدروجيني لمحلول عينة في حاوية.يظهر الفحص المجهري للسطح والمقطع العرضي للعينة في ظل ظروف التجميد والذوبان في الشكل ثلاثي الأبعاد.لوحظت حالة سطح العينات المختلفة بعد 50 و 100 دورة ذوبان الجليد في محلول الكبريتات تحت المجهر.يستخدم المجهر تكبير 400x.عند مراقبة سطح العينة ، يلاحظ بشكل أساسي تآكل طبقة FRP والطبقة الخارجية من الخرسانة.تحدد مراقبة المقطع العرضي للعينة ظروف التآكل بشكل أساسي على مسافة 5 و 10 و 15 ملم من الطبقة الخارجية.يتطلب تكوين منتجات الكبريتات ودورات تجميد الذوبان مزيدًا من الاختبارات.لذلك ، تم فحص السطح المعدل للعينات المختارة باستخدام مجهر مسح إلكتروني (SEM) مزود بمطياف مشتت للطاقة (EDS).
افحص بصريًا سطح العينة بالمجهر الإلكتروني وحدد تكبير 400X.درجة الضرر السطحي في خرسانة GRP شبه المغلقة وغير الموصلة تحت دورات التجميد والذوبان والتعرض للكبريتات عالية جدًا ، بينما في الخرسانة المغلقة بالكامل لا يكاد يذكر.تشير الفئة الأولى إلى حدوث تآكل للخرسانة التي تتدفق بحرية بواسطة كبريتات الصوديوم ومن 0 إلى 100 دورة ذوبان الجليد ، كما هو موضح في الشكل 4 أ.العينات الخرسانية بدون التعرض للصقيع لها سطح أملس بدون ميزات مرئية.بعد 50 تآكلًا ، تقشر كتلة اللب الموجودة على السطح جزئيًا ، مما أدى إلى تعريض القشرة البيضاء لللب.بعد 100 تآكل ، سقطت قذائف المحاليل تمامًا أثناء الفحص البصري لسطح الخرسانة.أظهرت الملاحظة المجهرية أن سطح الخرسانة المتآكلة 0 بالتجميد والذوبان كان أملسًا وأن الركام السطحي والملاط كانا في نفس المستوى.لوحظ سطح خشن غير مستوٍ على سطح خرساني تآكل بمقدار 50 دورة تجميد-ذوبان.يمكن تفسير ذلك من خلال حقيقة أن بعض الملاط قد تم تدميره وأن كمية صغيرة من البلورات الحبيبية البيضاء تلتصق بالسطح ، والتي تتكون أساسًا من بلورات مجمعة وملاط وبلورات بيضاء.بعد 100 دورة تجميد - إذابة ، ظهرت مساحة كبيرة من البلورات البيضاء على سطح الخرسانة ، بينما تعرض الركام الخشن الداكن للبيئة الخارجية.في الوقت الحالي ، يتعرض سطح الخرسانة في الغالب للركام المكشوف والبلورات البيضاء.
مورفولوجيا عمود خرساني تآكل تجميد ذوبان الجليد: (أ) عمود خرساني غير مقيد ؛(ب) الخرسانة المسلحة شبه المغلقة بألياف الكربون ؛(ج) الخرسانة شبه المغلقة GRP ؛(د) الخرسانة المصنوعة من البوليمر المقوى بألياف الكربون (CFRP) المغلقة بالكامل ؛(هـ) الخرسانة شبه المغلقة من الخرسانة المسلحة بالألياف الزجاجية GRP.
الفئة الثانية هي تآكل أعمدة الخرسانة CFRP و GRP شبه المحكم تحت دورات التجميد والذوبان والتعرض للكبريتات ، كما هو موضح في الشكل 4 ب ، ج.أظهر الفحص البصري (تكبير 1x) أن مسحوقًا أبيض يتشكل تدريجيًا على سطح الطبقة الليفية ، والتي سرعان ما تتساقط مع زيادة عدد دورات ذوبان التجميد.أصبح تآكل السطح غير المقيد لخرسانة FRP شبه المحكم أكثر وضوحًا مع زيادة عدد دورات ذوبان التجميد.ظاهرة "الانتفاخ" المرئية (السطح المفتوح لمحلول العمود الخرساني على وشك الانهيار).ومع ذلك ، يتم إعاقة ظاهرة التقشير جزئيًا بواسطة طلاء ألياف الكربون المجاور).تحت المجهر ، تظهر ألياف الكربون الاصطناعية كخيوط بيضاء على خلفية سوداء بتكبير 400x.نظرًا للشكل الدائري للألياف والتعرض للضوء غير المتساوي ، فإنها تظهر بيضاء ، لكن حزم ألياف الكربون نفسها سوداء.تكون الألياف الزجاجية في البداية شبيهة بالخيط الأبيض ، ولكن عند ملامستها للمادة اللاصقة تصبح شفافة وتكون حالة الخرسانة داخل الألياف الزجاجية مرئية بوضوح.الألياف الزجاجية بيضاء ناصعة والموثق مصفر.كلاهما فاتح جدًا في اللون ، لذا فإن لون الغراء سيخفي خيوط الألياف الزجاجية ، مما يعطي المظهر العام لونًا مصفرًا.تتم حماية ألياف الكربون والزجاج من التلف بواسطة راتنجات الايبوكسي الخارجية.مع زيادة عدد هجمات ذوبان الجليد ، أصبح المزيد من الفراغات وعدد قليل من البلورات البيضاء مرئية على السطح.مع زيادة دورة تجميد الكبريتات ، يصبح الرابط أرق تدريجياً ، ويختفي اللون المصفر وتصبح الألياف مرئية.
الفئة الثالثة هي تآكل الخرسانة المصنوعة من البلاستيك المقوى بألياف الكربون (CFRP) و (GRP) المغلقة بالكامل تحت دورات تجميد الذوبان والتعرض للكبريتات ، كما هو موضح في الشكل 4 د ، هـ.مرة أخرى ، النتائج التي تمت ملاحظتها مماثلة لتلك الخاصة بالنوع الثاني من المقطع المقيد من العمود الخرساني.
قارن بين الظواهر التي لوحظت بعد تطبيق طرق الاحتواء الثلاث الموصوفة أعلاه.تظل الأنسجة الليفية في الخرسانة المعزولة بالكامل من FRP مستقرة مع زيادة عدد دورات التجميد والذوبان.من ناحية أخرى ، تكون طبقة الحلقة اللاصقة أرق على السطح.تتفاعل راتنجات الإيبوكسي في الغالب مع أيونات الهيدروجين النشطة في حمض الكبريتيك مفتوح الحلقة ولا تتفاعل مع الكبريتات.وبالتالي ، يمكن اعتبار أن التآكل يغير بشكل أساسي خصائص الطبقة اللاصقة نتيجة لدورات تجميد الذوبان ، وبالتالي تغيير تأثير التعزيز لـ FRP.السطح الخرساني للخرسانة شبه المحكم FRP له نفس ظاهرة التآكل مثل سطح الخرسانة غير المقيد.تتوافق طبقة FRP الخاصة بها مع طبقة FRP من الخرسانة المغلقة بالكامل ، والضرر غير واضح.ومع ذلك ، في الخرسانة شبه محكمة الغلق ، تحدث شقوق تآكل واسعة حيث تتقاطع شرائط الألياف مع الخرسانة المكشوفة.يصبح تآكل الأسطح الخرسانية المكشوفة أكثر حدة مع زيادة عدد دورات التجميد والذوبان.
أظهرت الأجزاء الداخلية لخرسانة FRP المغلقة بالكامل وشبه المغلقة وغير المقيدة اختلافات كبيرة عند تعرضها لدورات التجميد والذوبان والتعرض لمحاليل الكبريتات.تم قطع العينة بشكل عرضي ولوحظ المقطع العرضي باستخدام مجهر إلكتروني بتكبير 400x.على التين.يوضح الشكل 5 صورًا مجهرية على مسافة 5 مم و 10 مم و 15 مم من الحد الفاصل بين الخرسانة والملاط ، على التوالي.لقد لوحظ أنه عندما يتم دمج محلول كبريتات الصوديوم مع تجميد الذوبان ، فإن تلف الخرسانة يتكسر تدريجياً من السطح إلى الداخل.نظرًا لأن ظروف التآكل الداخلي للخرسانة المقيدة بألياف الكربون والبلاستيك المقوى بألياف الكربون هي نفسها ، فإن هذا القسم لا يقارن بين مادتي الاحتواء.
المراقبة المجهرية للجزء الداخلي من القسم الخرساني من العمود: (أ) محدودة تمامًا بالألياف الزجاجية ؛(ب) شبه مغلقة بألياف زجاجية ؛(ج) غير محدود.
يظهر التآكل الداخلي للخرسانة المغلقة بالكامل FRP في الشكل.5 أ.تظهر الشقوق عند 5 مم ، والسطح أملس نسبيًا ، ولا يوجد تبلور.السطح أملس ، بدون بلورات ، بسمك 10 إلى 15 مم.يظهر التآكل الداخلي للخرسانة شبه المحكم FRP في الشكل.5 ب. تظهر الشقوق والبلورات البيضاء عند 5 مم و 10 مم ، والسطح أملس عند 15 مم.يوضح الشكل 5 ج أقسامًا من أعمدة FRP الخرسانية حيث تم العثور على تشققات عند 5 و 10 و 15 ملم.أصبح عدد قليل من البلورات البيضاء في الشقوق أكثر ندرة بشكل تدريجي حيث انتقلت الشقوق من خارج الخرسانة إلى الداخل.أظهرت الأعمدة الخرسانية التي لا نهاية لها أكبر قدر من التعرية ، تليها أعمدة خرسانية شبه مقيدة FRP.كان لكبريتات الصوديوم تأثير ضئيل على الجزء الداخلي لعينات الخرسانة FRP المغلقة بالكامل على مدى 100 دورة تجميد-تذويب.يشير هذا إلى أن السبب الرئيسي لتآكل خرسانة FRP المقيدة بالكامل يرتبط بتآكل التجمد والذوبان على مدى فترة من الزمن.أظهرت مراقبة المقطع العرضي أن المقطع الذي يسبق التجميد والذوبان مباشرة كان سلسًا وخاليًا من الركام.عندما تتجمد الخرسانة وتذوب ، تظهر التشققات ، وينطبق الشيء نفسه على الركام ، ويتم تغطية البلورات الحبيبية البيضاء بكثافة بالشقوق.أظهرت الدراسات 27 أنه عند وضع الخرسانة في محلول كبريتات الصوديوم ، فإن كبريتات الصوديوم سوف تخترق الخرسانة ، وبعضها سوف يترسب على شكل بلورات كبريتات الصوديوم ، ويتفاعل البعض مع الأسمنت.تبدو بلورات كبريتات الصوديوم ومنتجات التفاعل مثل الحبيبات البيضاء.
يحد FRP تمامًا من الشقوق الخرسانية في التآكل المترافق ، لكن المقطع سلس بدون تبلور.من ناحية أخرى ، طورت أقسام الخرسانة شبه المغلقة وغير المقيدة FRP شقوقًا داخلية وتبلورًا تحت التآكل المترافق.وفقًا لوصف الصورة والدراسات السابقة ، تنقسم عملية التآكل المشترك لخرسانة FRP غير المقيدة وشبه المقيدة إلى مرحلتين.ترتبط المرحلة الأولى من تكسير الخرسانة بالتمدد والانكماش أثناء تجميد الذوبان.عندما تخترق الكبريتات الخرسانة وتصبح مرئية ، تملأ الكبريتات المقابلة الشقوق الناتجة عن الانكماش من تفاعلات الذوبان والتجميد.لذلك ، فإن الكبريتات لها تأثير وقائي خاص على الخرسانة في مرحلة مبكرة ويمكن أن تحسن الخواص الميكانيكية للخرسانة إلى حد معين.تستمر المرحلة الثانية من هجوم الكبريتات ، حيث تخترق الشقوق أو الفراغات وتتفاعل مع الأسمنت لتشكيل الشب.نتيجة لذلك ، ينمو حجم الكراك ويسبب الضرر.خلال هذا الوقت ، ستؤدي تفاعلات التمدد والانكماش المرتبطة بالتجميد والذوبان إلى تفاقم الضرر الداخلي للخرسانة ، مما يؤدي إلى تقليل قدرة التحمل.
على التين.يوضح الشكل 6 تغيرات الأس الهيدروجيني لحلول تشريب الخرسانة لثلاث طرق محدودة يتم مراقبتها بعد 0 ، 25 ، 50 ، 75 ، و 100 دورة تجميد-ذوبان.أظهرت الملاط الخرساني FRP غير المقيد وشبه المغلق أسرع ارتفاع في درجة الحموضة من 0 إلى 25 دورة تجميد-ذوبان.زادت قيم الأس الهيدروجيني من 7.5 إلى 11.5 و 11.4 على التوالي.مع زيادة عدد دورات ذوبان التجميد ، تباطأ ارتفاع الأس الهيدروجيني تدريجيًا بعد 25-100 دورة ذوبان الجليد.زادت قيم الأس الهيدروجيني من 11.5 و 11.4 إلى 12.4 و 11.84 على التوالي.نظرًا لأن الخرسانة FRP المترابطة بالكامل تغطي طبقة FRP ، فمن الصعب على محلول كبريتات الصوديوم اختراقها.في الوقت نفسه ، يصعب على تركيبة الأسمنت اختراق الحلول الخارجية.وبالتالي ، زاد الرقم الهيدروجيني تدريجيًا من 7.5 إلى 8.0 بين 0 و 100 دورة تجميد-إذابة.يتم تحليل سبب التغيير في الرقم الهيدروجيني على النحو التالي.تتحد السيليكات في الخرسانة مع أيونات الهيدروجين في الماء لتكوين حمض السيليك ، بينما يرفع OH المتبقي الرقم الهيدروجيني للمحلول المشبع.كان التغيير في الرقم الهيدروجيني أكثر وضوحًا بين 0-25 دورة تجميد-إذابة وأقل وضوحًا بين 25-100 دورة تجميد-ذوبان.ومع ذلك ، فقد وجد هنا أن الأس الهيدروجيني استمر في الزيادة بعد 25-100 دورة تجميد-ذوبان.يمكن تفسير ذلك من خلال حقيقة أن كبريتات الصوديوم تتفاعل كيميائيًا مع الجزء الداخلي من الخرسانة ، مما يؤدي إلى تغيير الرقم الهيدروجيني للمحلول.يوضح تحليل التركيب الكيميائي أن الخرسانة تتفاعل مع كبريتات الصوديوم بالطريقة التالية.
تظهر الصيغتان (3) و (4) أن كبريتات الصوديوم وهيدروكسيد الكالسيوم في الأسمنت على شكل جبس (كبريتات الكالسيوم) ، وكبريتات الكالسيوم تتفاعل مع ميتالومين الكالسيوم في الأسمنت لتكوين بلورات الشب.التفاعل (4) مصحوب بتكوين OH الأساسي ، مما يؤدي إلى زيادة الرقم الهيدروجيني.أيضًا ، نظرًا لأن هذا التفاعل قابل للانعكاس ، فإن الأس الهيدروجيني يرتفع في وقت معين ويتغير ببطء.
على التين.يوضح الشكل 7 أ فقدان الوزن لخرسانة GRP المغلقة بالكامل وشبه المغلقة والمتشابكة أثناء دورات التجميد والذوبان في محلول الكبريتات.التغيير الأكثر وضوحًا في خسارة الكتلة هو الخرسانة غير المقيدة.فقدت الخرسانة غير المقيدة حوالي 3.2٪ من كتلتها بعد 50 هجمة تجميد ذوبان الجليد وحوالي 3.85٪ بعد 100 هجوم تجميد ذوبان الجليد.أظهرت النتائج أن تأثير التآكل المترافق على جودة الخرسانة ذات التدفق الحر ينخفض ​​مع زيادة عدد دورات التجميد والذوبان.ومع ذلك ، عند مراقبة سطح العينة ، وجد أن فقد الملاط بعد 100 دورة تجميد-ذوبان كان أكبر مما حدث بعد 50 دورة تجميد-ذوبان.بالاقتران مع الدراسات في القسم السابق ، يمكن الافتراض أن تغلغل الكبريتات في الخرسانة يؤدي إلى تباطؤ فقدان الكتلة.وفي الوقت نفسه ، يؤدي إنتاج الشب والجبس داخليًا أيضًا إلى فقدان الوزن بشكل أبطأ ، كما هو متوقع بواسطة المعادلتين الكيميائيتين (3) و (4).
تغيير الوزن: (أ) العلاقة بين تغير الوزن وعدد دورات ذوبان التجميد ؛(ب) العلاقة بين التغير الشامل وقيمة الأس الهيدروجيني.
إن التغير في فقدان الوزن للخرسانة شبه المحكم FRP يتناقص أولاً ثم يزداد.بعد 50 دورة تجميد-إذابة ، يكون فقدان كتلة الخرسانة المصنوعة من الألياف الزجاجية شبه المحكم حوالي 1.3٪.كان فقدان الوزن بعد 100 دورة بنسبة 0.8٪.لذلك ، يمكن استنتاج أن كبريتات الصوديوم تخترق الخرسانة التي تتدفق بحرية.بالإضافة إلى ذلك ، أظهرت مراقبة سطح قطعة الاختبار أيضًا أن شرائح الألياف يمكن أن تقاوم تقشير الملاط في منطقة مفتوحة ، وبالتالي تقليل فقدان الوزن.
يختلف التغيير في فقد الكتلة لخرسانة FRP المغلقة تمامًا عن الأولين.الكتلة لا تخسر ، بل تضيف.بعد 50 تآكلًا في ذوبان الجليد ، زادت الكتلة بنحو 0.08٪.بعد 100 مرة زادت كتلته بنحو 0.428٪.نظرًا لأن الخرسانة يتم صبها بالكامل ، فإن الملاط الموجود على سطح الخرسانة لن ينفجر ومن غير المحتمل أن يؤدي إلى فقدان الجودة.من ناحية أخرى ، فإن تغلغل الماء والكبريتات من سطح المحتوى العالي إلى داخل الخرسانة منخفضة المحتوى يحسن أيضًا جودة الخرسانة.
سبق إجراء العديد من الدراسات حول العلاقة بين الأس الهيدروجيني وفقدان الكتلة في الخرسانة المقيدة بـ FRP في ظل ظروف التآكل.تناقش معظم الأبحاث بشكل أساسي العلاقة بين فقدان الكتلة ومعامل المرونة وفقدان القوة.على التين.يوضح الشكل 7 ب العلاقة بين الأس الهيدروجيني للخرسانة وفقدان الكتلة تحت ثلاثة قيود.تم اقتراح نموذج تنبؤي للتنبؤ بفقدان كتلة الخرسانة باستخدام ثلاث طرق للاحتفاظ بقيم مختلفة للأس الهيدروجيني.كما يتضح من الشكل 7 ب ، فإن معامل بيرسون مرتفع ، مما يشير إلى وجود علاقة بين الأس الهيدروجيني وفقدان الكتلة.كانت قيم التربيعية للخرسانة غير المقيدة وشبه المقيدة والمقيدة بالكامل 0.86 و 0.75 و 0.96 على التوالي.يشير هذا إلى أن تغير الأس الهيدروجيني وفقدان الوزن للخرسانة المعزولة بالكامل يكون خطيًا نسبيًا تحت ظروف الكبريتات وذوبان الجليد.في الخرسانة غير المقيدة وخرسانة FRP شبه المحكم ، يزداد الأس الهيدروجيني تدريجياً عندما يتفاعل الأسمنت مع المحلول المائي.نتيجة لذلك ، يتم تدمير السطح الخرساني تدريجيًا ، مما يؤدي إلى انعدام الوزن.من ناحية أخرى ، يتغير الأس الهيدروجيني للخرسانة المغلقة بالكامل قليلاً لأن طبقة FRP تبطئ التفاعل الكيميائي للأسمنت مع محلول الماء.وبالتالي ، بالنسبة للخرسانة المغلقة بالكامل ، لا يوجد تآكل واضح في السطح ، ولكنها ستكتسب وزناً بسبب التشبع بسبب امتصاص محاليل الكبريتات.
على التين.يوضح الشكل 8 نتائج مسح SEM للعينات المحفورة باستخدام ذوبان تجميد كبريتات الصوديوم.فحص المجهر الإلكتروني عينات تم جمعها من كتل مأخوذة من الطبقة الخارجية للأعمدة الخرسانية.الشكل 8 أ عبارة عن صورة بالمجهر الإلكتروني الماسح للخرسانة غير المغلقة قبل التآكل.ويلاحظ وجود العديد من الثقوب على سطح العينة ، والتي تؤثر على قوة العمود الخرساني نفسه قبل إذابة الصقيع.على التين.يُظهر الشكل 8 ب صورة بالمجهر الإلكتروني لعينة خرسانية معزولة بالكامل من FRP بعد 100 دورة تجميد وذوبان الجليد.قد يتم الكشف عن تشققات في العينة بسبب التجميد والذوبان.ومع ذلك ، فإن السطح أملس نسبيًا ولا توجد بلورات عليه.لذلك ، تكون الشقوق غير المملوءة أكثر وضوحا.على التين.يوضح الشكل 8 ج عينة من خرسانة GRP شبه المحكم بعد 100 دورة تآكل صقيع.ومن الواضح أن الشقوق اتسعت وتشكلت الحبوب بين الشقوق.بعض هذه الجسيمات تلتصق بالشقوق.يظهر مسح SEM لعينة من عمود خرساني غير مقيد في الشكل 8 د ، وهي ظاهرة تتوافق مع شبه التقييد.لتوضيح تكوين الجسيمات ، تم تكبير الجسيمات الموجودة في الشقوق وتحليلها باستخدام التحليل الطيفي EDS.تأتي الجسيمات بشكل أساسي في ثلاثة أشكال مختلفة.وفقًا لتحليل طيف الطاقة ، فإن النوع الأول ، كما هو موضح في الشكل 9 أ ، عبارة عن بلورات بلورية عادية ، تتكون أساسًا من O و S و Ca وعناصر أخرى.من خلال الجمع بين الصيغتين السابقتين (3) و (4) ، يمكن تحديد أن المكون الرئيسي للمادة هو الجبس (كبريتات الكالسيوم).يظهر الثاني في الشكل 9 ب ؛وفقًا لتحليل طيف الطاقة ، فهو كائن غير اتجاهي حاد ، ومكوناته الرئيسية هي O و Al و S و Ca.توضح الوصفات المختلطة أن المادة تتكون أساسًا من الشب.الكتلة الثالثة الموضحة في الشكل 9 ج ، عبارة عن كتلة غير منتظمة ، تم تحديدها من خلال تحليل طيف الطاقة ، وتتكون بشكل أساسي من المكونات O و Na و S. واتضح أن هذه هي بلورات كبريتات الصوديوم بشكل أساسي.أظهر الفحص المجهري الإلكتروني أن معظم الفراغات كانت مليئة ببلورات كبريتات الصوديوم ، كما هو موضح في الشكل 9 ج ، جنبًا إلى جنب مع كميات صغيرة من الجبس والشب.
الصور المجهرية الإلكترونية للعينات قبل التآكل وبعده: (أ) الخرسانة المفتوحة قبل التآكل ؛(ب) بعد التآكل ، تكون الألياف الزجاجية محكمة الغلق تمامًا ؛(ج) بعد تآكل الخرسانة شبه المغلقة المصنوعة من البلاستيك المقوى بالألياف الزجاجية ؛(د) بعد تآكل الخرسانة المفتوحة.
يسمح لنا التحليل باستخلاص الاستنتاجات التالية.كانت صور المجهر الإلكتروني للعينات الثلاث كلها 1 كيلو × وتم العثور على تشققات ونواتج تآكل وملاحظة في الصور.تحتوي الخرسانة غير المقيدة على أكبر شقوق وتحتوي على العديد من الحبوب.الخرسانة شبه المضغوطة FRP هي أدنى من الخرسانة غير المضغوطة من حيث عرض الشق وعدد الجسيمات.تتميز خرسانة FRP المغلقة بالكامل بأصغر عرض للتصدع ولا توجد جزيئات بعد تآكل التجميد والذوبان.كل هذا يشير إلى أن خرسانة FRP المغلقة بالكامل هي الأقل عرضة للتآكل من التجمد والذوبان.تؤدي العمليات الكيميائية داخل الأعمدة الخرسانية شبه المغلقة والمفتوحة FRP إلى تكوين الشب والجبس ، ويؤثر اختراق الكبريتات على المسامية.في حين أن دورات تجميد الذوبان هي السبب الرئيسي لتكسير الخرسانة ، فإن الكبريتات ومنتجاتها تملأ بعض الشقوق والمسام في المقام الأول.ومع ذلك ، مع زيادة مقدار ووقت التآكل ، تستمر الشقوق في التوسع ويزداد حجم الشبة المتكونة ، مما يؤدي إلى تشققات البثق.في النهاية ، سيقلل التعرض للتجميد والذوبان والكبريتات من قوة العمود.