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O concreto reforçado com polímero (PRF) é considerado um método inovador e econômico de reparo estrutural.Neste estudo, dois materiais típicos [polímero reforçado com fibra de carbono (CFRP) e polímero reforçado com fibra de vidro (GFRP)] foram selecionados para estudar o efeito de reforço do concreto em ambientes agressivos.A resistência do concreto contendo FRP ao ataque por sulfato e aos ciclos de congelamento e degelo relacionados tem sido discutida.Microscopia eletrônica para estudar a degradação superficial e interna do concreto durante a erosão conjugada.O grau e o mecanismo de corrosão do sulfato de sódio foram analisados ​​por valor de pH, microscopia eletrônica SEM e espectro de energia EMF.Testes de resistência à compressão axial têm sido usados ​​para avaliar o reforço de pilares de concreto restritos por FRP, e relações tensão-deformação foram derivadas para vários métodos de retenção de FRP em um ambiente erosivo acoplado.A análise de erro foi realizada para calibrar os resultados dos testes experimentais usando quatro modelos preditivos existentes.Todas as observações indicam que o processo de degradação do concreto restrito por FRP é complexo e dinâmico sob tensões conjugadas.O sulfato de sódio inicialmente aumenta a resistência do concreto em sua forma bruta.No entanto, os ciclos subsequentes de congelamento e degelo podem exacerbar a fissuração do concreto, e o sulfato de sódio reduz ainda mais a resistência do concreto ao promover a fissuração.Um modelo numérico preciso é proposto para simular a relação tensão-deformação, que é crítica para projetar e avaliar o ciclo de vida do concreto FRP.
Como um método inovador de reforço de concreto que tem sido pesquisado desde a década de 1970, o FRP tem as vantagens de peso leve, alta resistência, resistência à corrosão, resistência à fadiga e construção conveniente1,2,3.À medida que os custos diminuem, está se tornando mais comum em aplicações de engenharia, como fibra de vidro (GFRP), fibra de carbono (CFRP), fibra de basalto (BFRP) e fibra de aramida (AFRP), que são os FRP mais comumente usados ​​para reforço estrutural4, 5 O método de retenção FRP proposto pode melhorar o desempenho do concreto e evitar o colapso prematuro.No entanto, vários ambientes externos na engenharia mecânica geralmente afetam a durabilidade do concreto limitado por FRP, fazendo com que sua resistência seja comprometida.
Vários pesquisadores estudaram mudanças de tensão e deformação em concreto com diferentes formas e tamanhos de seção transversal.Yang e outros.6 constataram que o estresse final e a deformação correlacionavam-se positivamente com o crescimento da espessura do tecido fibroso.Wu et al.7 obtiveram curvas tensão-deformação para concreto FRP restrito usando vários tipos de fibra para prever deformações e cargas finais.Lin et al.8 descobriram que os modelos de tensão-deformação de FRP para barras redondas, quadradas, retangulares e elípticas também diferem muito e desenvolveram um novo modelo de tensão-deformação orientado ao design usando a proporção de largura e raio de canto como parâmetros.Lam et al.9 observaram que a sobreposição e a curvatura não uniformes do FRP resultaram em menos deformação e tensão de fratura no FRP do que nos ensaios de tração da laje.Além disso, os cientistas estudaram restrições parciais e novos métodos de restrição de acordo com diferentes necessidades de design do mundo real.Wang et ai.[10] realizaram ensaios de compressão axial em concreto total, parcial e irrestrito em três modos limitados.Um modelo de “tensão-deformação” foi desenvolvido e os coeficientes do efeito limitante para concreto parcialmente fechado são dados.Wu e outros.11 desenvolveram um método para prever a dependência tensão-deformação do concreto FRP que leva em consideração os efeitos de tamanho.Moran et al.12 avaliaram as propriedades de compressão axial monotônica de concreto constrangido com tiras helicoidais de FRP e derivaram suas curvas tensão-deformação.No entanto, o estudo acima examina principalmente a diferença entre concreto parcialmente fechado e concreto totalmente fechado.O papel dos FRPs limitando parcialmente as seções de concreto não foi estudado em detalhes.
Além disso, o estudo avaliou o desempenho do concreto restrito por FRP em termos de resistência à compressão, mudança de deformação, módulo de elasticidade inicial e módulo de encruamento sob várias condições.Tijani et al.13,14 descobriram que a reparabilidade do concreto limitado por FRP diminui com o aumento do dano em experimentos de reparo de FRP em concreto inicialmente danificado.Ma et al.[15] estudaram o efeito do dano inicial em pilares de concreto reforçado com FRP e consideraram que o efeito do grau de dano na resistência à tração foi insignificante, mas teve um efeito significativo nas deformações laterais e longitudinais.No entanto, Cao et al.16 observaram curvas tensão-deformação e curvas envelope tensão-deformação de concreto FRP afetado por dano inicial.Além dos estudos sobre a falha inicial do concreto, alguns estudos também foram conduzidos sobre a durabilidade do concreto limitado por FRP sob condições ambientais adversas.Esses cientistas estudaram a degradação do concreto com restrição de FRP sob condições adversas e usaram técnicas de avaliação de danos para criar modelos de degradação para prever a vida útil.Xie et al.17 colocaram concreto reforçado com FRP em um ambiente hidrotérmico e descobriram que as condições hidrotérmicas afetaram significativamente as propriedades mecânicas do FRP, resultando em uma diminuição gradual em sua resistência à compressão.Em um ambiente ácido-base, a interface entre CFRP e concreto se deteriora.À medida que o tempo de imersão aumenta, a taxa de liberação da energia de destruição da camada de CFRP diminui significativamente, o que acaba levando à destruição das amostras interfaciais18,19,20.Além disso, alguns cientistas também estudaram os efeitos do congelamento e descongelamento no concreto limitado por FRP.Liu et al.21 observaram que o vergalhão CFRP tem boa durabilidade sob ciclos de congelamento e degelo com base no módulo dinâmico relativo, resistência à compressão e relação tensão-deformação.Além disso, é proposto um modelo que está associado à deterioração das propriedades mecânicas do concreto.No entanto, Peng et al.22 calcularam a vida útil de CFRP e adesivos de concreto usando dados de temperatura e ciclo de congelamento e degelo.Guang e outros.23 conduziram testes rápidos de congelamento e degelo de concreto e propuseram um método para avaliar a resistência ao gelo com base na espessura da camada danificada sob exposição ao congelamento e degelo.Yazdani et ai.24 estudaram o efeito de camadas de FRP na penetração de íons cloreto no concreto.Os resultados mostram que a camada de FRP é quimicamente resistente e isola o concreto interno dos íons cloreto externos.Liu et al.25 simularam condições de teste de descascamento para concreto FRP corroído por sulfato, criaram um modelo de deslizamento e previram a degradação da interface FRP-concreto.Wang et ai.26 estabeleceram um modelo tensão-deformação para concreto erodido por sulfato com restrição de FRP por meio de ensaios de compressão uniaxial.Zhou et ai.[27] estudaram danos ao concreto não confinado causados ​​por ciclos combinados de congelamento e degelo de sal e pela primeira vez usaram uma função logística para descrever o mecanismo de falha.Esses estudos fizeram progressos significativos na avaliação da durabilidade do concreto limitado por FRP.No entanto, a maioria dos pesquisadores se concentrou em modelar meios erosivos sob uma condição desfavorável.O concreto é frequentemente danificado devido à erosão associada causada por várias condições ambientais.Essas condições ambientais combinadas degradam severamente o desempenho do concreto com restrição de FRP.
Os ciclos de sulfatação e congelamento-descongelamento são dois parâmetros típicos importantes que afetam a durabilidade do concreto.A tecnologia de localização FRP pode melhorar as propriedades do concreto.É amplamente utilizado em engenharia e pesquisa, mas atualmente tem suas limitações.Vários estudos têm focado na resistência do concreto com restrição de FRP à corrosão por sulfato em regiões frias.O processo de erosão de concretos totalmente fechados, semi-fechados e abertos por sulfato de sódio e congelamento-degelo merece um estudo mais detalhado, especialmente o novo método semi-fechado descrito neste artigo.O efeito da armadura em pilares de concreto também foi estudado trocando a ordem de retenção e erosão do FRP.Alterações microcósmicas e macroscópicas na amostra causadas pela erosão da ligação foram caracterizadas por microscopia eletrônica, teste de pH, microscopia eletrônica SEM, análise de espectro de energia EMF e teste mecânico uniaxial.Além disso, este estudo discute as leis que regem a relação tensão-deformação que ocorre em ensaios mecânicos uniaxiais.Os valores de tensão limite e deformação verificados experimentalmente foram validados por análise de erro usando quatro modelos de tensão-deformação limite existentes.O modelo proposto pode prever totalmente a deformação e a resistência do material, o que é útil para futuras práticas de reforço de FRP.Finalmente, serve como base conceitual para o conceito de resistência ao gelo do sal do concreto FRP.
Este estudo avalia a deterioração do concreto FRP-limitado usando solução de sulfato de corrosão em combinação com ciclos de gelo-degelo.Alterações microscópicas e macroscópicas causadas pela erosão do concreto foram demonstradas usando microscopia eletrônica de varredura, testes de pH, espectroscopia de energia EDS e testes mecânicos uniaxiais.Além disso, as propriedades mecânicas e as alterações tensão-deformação do concreto FRP submetido à erosão aderente foram investigadas usando experimentos de compressão axial.
O concreto confinado FRP consiste em concreto bruto, material de revestimento externo FRP e adesivo epóxi.Dois materiais de isolamento externo foram selecionados: CFRP e GRP, as propriedades dos materiais são mostradas na Tabela 1. As resinas epóxi A e B foram usadas como adesivos (relação de mistura 2:1 por volume).Arroz.1 ilustra os detalhes da construção de materiais de mistura de concreto.Na Figura 1a, foi utilizado o cimento Portland Swan PO 42.5.Os agregados grosseiros são pedras de basalto trituradas com um diâmetro de 5-10 e 10-19 mm, respectivamente, conforme mostrado na fig.1b e c.Como um enchimento fino na Fig. 1g usou areia de rio natural com um módulo de finura de 2,3.Prepare uma solução de sulfato de sódio dos grânulos de sulfato de sódio anidro e uma certa quantidade de água.
A composição da mistura de concreto: a – cimento, b – agregado 5–10 mm, c – agregado 10–19 mm, d – areia de rio.
A resistência de projeto do concreto é de 30 MPa, o que resulta em um recalque do concreto de cimento fresco de 40 a 100 mm.A proporção de mistura de concreto é mostrada na Tabela 2, e a proporção de agregado graúdo 5-10 mm e 10-20 mm é 3:7.O efeito da interação com o ambiente foi modelado primeiro preparando uma solução de NaSO4 a 10% e depois despejando a solução em uma câmara de ciclo de congelamento e descongelamento.
As misturas de concreto foram preparadas em um misturador forçado de 0,5 m3 e todo o lote de concreto foi usado para colocar as amostras necessárias.Em primeiro lugar, os ingredientes do concreto são preparados de acordo com a Tabela 2, e o cimento, a areia e o agregado graúdo são pré-misturados por três minutos.Em seguida, distribua uniformemente a água e mexa por 5 minutos.Em seguida, amostras de concreto foram lançadas em moldes cilíndricos e compactadas em uma mesa vibratória (diâmetro do molde 10 cm, altura 20 cm).
Após 28 dias de cura, as amostras foram envolvidas com material FRP.Este estudo discute três métodos para pilares de concreto armado, incluindo totalmente fechado, semi-constringido e irrestrito.Dois tipos, CFRP e GFRP, são usados ​​para materiais limitados.FRP Concha de concreto FRP totalmente fechada, com 20 cm de altura e 39 cm de comprimento.A parte superior e inferior do concreto FRP não foram selados com epóxi.O processo de teste semi-hermético como uma tecnologia hermética proposta recentemente é descrito a seguir.
(2) Usando uma régua, desenhe uma linha na superfície cilíndrica de concreto para determinar a posição das tiras de FRP, a distância entre as tiras é de 2,5 cm.Em seguida, enrole a fita ao redor das áreas de concreto onde o FRP não é necessário.
(3) A superfície de concreto é polida com lixa, limpa com lã de álcool e revestida com epóxi.Em seguida, cole manualmente as tiras de fibra de vidro na superfície de concreto e pressione as folgas para que a fibra de vidro fique totalmente aderida à superfície de concreto e evite bolhas de ar.Por fim, cole as tiras de FRP na superfície de concreto de cima para baixo, de acordo com as marcas feitas com uma régua.
(4) Após meia hora, verifique se o concreto se separou do FRP.Se o FRP estiver escorregando ou saindo, deve ser consertado imediatamente.As amostras moldadas devem ser curadas por 7 dias para garantir a resistência curada.
(5) Após a cura, use uma faca para remover a fita da superfície de concreto e, finalmente, obtenha uma coluna de concreto FRP semi-hermética.
Os resultados sob várias restrições são mostrados na fig.2. A Figura 2a mostra um concreto CFRP totalmente fechado, a Figura 2b mostra um concreto CFRP semi-generalizado, a Figura 2c mostra um concreto GFRP totalmente fechado e a Figura 2d mostra um concreto CFRP semi-constringido.
Estilos fechados: (a) CFRP totalmente fechado;(b) fibra de carbono semifechada;(c) totalmente envolto em fibra de vidro;(d) fibra de vidro semifechada.
Existem quatro parâmetros principais que são projetados para investigar o efeito das restrições de FRP e sequências de erosão no desempenho do controle de erosão dos cilindros.A Tabela 3 mostra o número de amostras de pilares de concreto.As amostras para cada categoria consistiam em três amostras de status idênticas para manter os dados consistentes.A média de três amostras foi analisada para todos os resultados experimentais neste artigo.
(1) O material hermético é classificado como fibra de carbono ou fibra de vidro.Foi feita uma comparação do efeito de dois tipos de fibras na armadura do concreto.
(2) Os métodos de contenção de pilares de concreto são divididos em três tipos: totalmente limitados, semilimitados e ilimitados.A resistência à erosão de pilares de concreto semifechados foi comparada com duas outras variedades.
(3) As condições de erosão são ciclos de congelamento e degelo mais solução de sulfato, e o número de ciclos de congelamento e degelo é 0, 50 e 100 vezes, respectivamente.O efeito da erosão acoplada em pilares de concreto reforçados com FRP foi estudado.
(4) As peças de teste são divididas em três grupos.O primeiro grupo é o envolvimento de FRP e depois a corrosão, o segundo grupo é primeiro a corrosão e depois o envolvimento e o terceiro grupo é a corrosão primeiro e depois o envolvimento e depois a corrosão.
O procedimento experimental utiliza uma máquina de teste universal, uma máquina de teste de tração, uma unidade de ciclo de congelamento e descongelamento (tipo CDR-Z), um microscópio eletrônico, um medidor de pH, um extensômetro, um dispositivo de deslocamento, um microscópio eletrônico SEM e um analisador de espectro de energia EDS neste estudo.A amostra é uma coluna de concreto com 10 cm de altura e 20 cm de diâmetro.O concreto foi curado em 28 dias após a concretagem e compactação, conforme mostra a Figura 3a.Todas as amostras foram desmoldadas após a fundição e mantidas por 28 dias a 18-22°C e 95% de umidade relativa, e então algumas amostras foram envolvidas com fibra de vidro.
Métodos de ensaio: (a) equipamento para manter temperatura e umidade constantes;(b) uma máquina de ciclo de congelamento e descongelamento;(c) máquina de teste universal;(d) testador de pH;(e) observação microscópica.
O experimento de congelamento e descongelamento usa o método de congelamento instantâneo, conforme mostrado na Figura 3b.De acordo com GB/T 50082-2009 “Padrões de durabilidade para concreto convencional”, as amostras de concreto foram completamente imersas em solução de sulfato de sódio a 10% a 15-20°C por 4 dias antes do congelamento e descongelamento.Depois disso, o ataque de sulfato começa e termina simultaneamente com o ciclo de congelamento e degelo.O tempo do ciclo de congelamento e descongelamento é de 2 a 4 horas, e o tempo de degelo não deve ser inferior a 1/4 do tempo do ciclo.A temperatura central da amostra deve ser mantida na faixa de (-18±2) a (5±2) °С.A transição de congelado para descongelado não deve demorar mais de dez minutos.Três amostras cilíndricas idênticas de cada categoria foram usadas para estudar a perda de peso e mudança de pH da solução ao longo de 25 ciclos de congelamento-descongelamento, conforme mostrado na Fig. 3d.Após cada 25 ciclos de congelamento-descongelamento, as amostras foram removidas e as superfícies limpas antes de determinar seu peso fresco (Wd).Todos os experimentos foram realizados em triplicata das amostras, e os valores médios foram usados ​​para discutir os resultados dos testes.As fórmulas para a perda de massa e resistência da amostra são determinadas da seguinte forma:
Na fórmula, ΔWd é a perda de peso (%) da amostra após cada 25 ciclos de congelamento e degelo, W0 é o peso médio da amostra de concreto antes do ciclo de congelamento e degelo (kg), Wd é o peso médio do concreto.peso da amostra após 25 ciclos de congelamento-descongelamento (kg).
O coeficiente de degradação de resistência da amostra é caracterizado por Kd, e a fórmula de cálculo é a seguinte:
Na fórmula, ΔKd é a taxa de perda de resistência (%) da amostra após cada 50 ciclos de congelamento e degelo, f0 é a resistência média da amostra de concreto antes do ciclo de congelamento e degelo (MPa), fd é a resistência média de a amostra de concreto por 50 ciclos de congelamento-descongelamento (MPa).
Na fig.3c mostra uma máquina de ensaio de compressão para corpos de prova de concreto.De acordo com a “Norma para Métodos de Teste para as Propriedades Físicas e Mecânicas do Concreto” (GBT50081-2019), é definido um método para testar pilares de concreto quanto à resistência à compressão.A taxa de carregamento no teste de compressão é de 0,5 MPa/s, e o carregamento contínuo e sequencial é usado durante todo o teste.A relação carga-deslocamento para cada amostra foi registrada durante o teste mecânico.Strain gauges foram anexados às superfícies externas das camadas de concreto e FRP dos espécimes para medir deformações axiais e horizontais.A célula de deformação é usada em testes mecânicos para registrar a alteração na deformação da amostra durante um teste de compressão.
A cada 25 ciclos de congelamento-descongelamento, uma amostra da solução de congelamento-descongelamento era retirada e colocada em um recipiente.Na fig.3d mostra um teste de pH de uma solução de amostra em um recipiente.O exame microscópico da superfície e seção transversal da amostra sob condições de congelamento-descongelamento é mostrado na Fig. 3d.O estado da superfície de várias amostras após 50 e 100 ciclos de congelamento e descongelamento em solução de sulfato foi observado ao microscópio.O microscópio usa ampliação de 400x.Ao observar a superfície da amostra, observa-se principalmente a erosão da camada de FRP e da camada externa de concreto.A observação da seção transversal da amostra basicamente seleciona as condições de erosão a uma distância de 5, 10 e 15 mm da camada externa.A formação de produtos de sulfato e ciclos de congelamento-descongelamento requer mais testes.Portanto, a superfície modificada das amostras selecionadas foi examinada usando um microscópio eletrônico de varredura (SEM) equipado com um espectrômetro dispersivo de energia (EDS).
Inspecione visualmente a superfície da amostra com um microscópio eletrônico e selecione a ampliação de 400X.O grau de dano superficial em concreto PRFV semifechado e sem juntas sob ciclos de congelamento e degelo e exposição a sulfatos é bastante alto, enquanto em concreto totalmente fechado é insignificante.A primeira categoria refere-se à ocorrência de erosão do concreto de escoamento livre por sulfato de sódio e de 0 a 100 ciclos de gelo-degelo, conforme Figura 4a.As amostras de concreto sem exposição ao gelo têm uma superfície lisa sem características visíveis.Após 50 erosões, o bloco de polpa na superfície se desprendeu parcialmente, expondo a casca branca da polpa.Após 100 erosões, as cascas das soluções caíram completamente durante uma inspeção visual da superfície do concreto.A observação microscópica mostrou que a superfície do concreto erodido por congelamento-descongelamento era lisa e o agregado da superfície e a argamassa estavam no mesmo plano.Uma superfície irregular e áspera foi observada em uma superfície de concreto erodida por 50 ciclos de congelamento e degelo.Isso pode ser explicado pelo fato de que parte da argamassa é destruída e uma pequena quantidade de cristais granulares brancos adere à superfície, que é composta principalmente por agregado, argamassa e cristais brancos.Após 100 ciclos de congelamento e degelo, uma grande área de cristais brancos apareceu na superfície do concreto, enquanto o agregado graúdo escuro ficou exposto ao meio externo.Atualmente, a superfície de concreto é principalmente agregado exposto e cristais brancos.
Morfologia de um pilar erosivo de concreto congelado: (a) pilar de concreto sem restrições;(b) concreto semifechado reforçado com fibra de carbono;(c) Concreto semifechado de GRP;(d) concreto CFRP totalmente fechado;(e) Concreto semi-fechado de concreto GRP.
A segunda categoria é a corrosão de colunas semi-herméticas de CFRP e GRP sob ciclos de congelamento e degelo e exposição a sulfatos, conforme mostrado na Fig. 4b, c.A inspeção visual (aumento de 1x) mostrou que um pó branco se formou gradualmente na superfície da camada fibrosa, que caiu rapidamente com o aumento do número de ciclos de congelamento e degelo.A erosão irrestrita da superfície do concreto FRP semi-hermético tornou-se mais pronunciada à medida que o número de ciclos de congelamento-descongelamento aumentou.O fenômeno visível de “inchaço” (a superfície aberta da solução da coluna de concreto está à beira do colapso).No entanto, o fenômeno de descamação é parcialmente dificultado pelo revestimento de fibra de carbono adjacente).Sob o microscópio, as fibras sintéticas de carbono aparecem como fios brancos em um fundo preto com ampliação de 400x.Devido à forma arredondada das fibras e à exposição à luz irregular, elas parecem brancas, mas os próprios feixes de fibra de carbono são pretos.A fibra de vidro é inicialmente branca como um fio, mas ao entrar em contato com o adesivo torna-se transparente e o estado do concreto dentro da fibra de vidro é claramente visível.A fibra de vidro é branca brilhante e o fichário é amarelado.Ambos são de cor bem clara, então a cor da cola vai esconder os fios de fibra de vidro, dando um tom amarelado ao visual geral.As fibras de carbono e vidro são protegidas contra danos por uma resina epóxi externa.À medida que o número de ataques de congelamento e degelo aumentou, mais vazios e alguns cristais brancos tornaram-se visíveis na superfície.À medida que o ciclo de congelamento do sulfato aumenta, o aglutinante torna-se gradualmente mais fino, a cor amarelada desaparece e as fibras tornam-se visíveis.
A terceira categoria é a corrosão do concreto CFRP e GRP totalmente fechado sob ciclos de congelamento e degelo e exposição a sulfatos, conforme mostrado na Fig. 4d, e.Novamente, os resultados observados são semelhantes aos do segundo tipo de seção restrita do pilar de concreto.
Compare os fenômenos observados após a aplicação dos três métodos de contenção descritos acima.Os tecidos fibrosos no concreto FRP totalmente isolado permanecem estáveis ​​à medida que o número de ciclos de congelamento-descongelamento aumenta.Por outro lado, a camada de anel adesivo é mais fina na superfície.As resinas epóxi reagem principalmente com íons de hidrogênio ativos em ácido sulfúrico de anel aberto e dificilmente reagem com sulfatos28.Assim, pode-se considerar que a erosão altera principalmente as propriedades da camada adesiva como resultado dos ciclos de congelamento e degelo, alterando assim o efeito de reforço do FRP.A superfície de concreto do concreto semi-hermético FRP tem o mesmo fenômeno de erosão que a superfície de concreto sem restrições.Sua camada FRP corresponde à camada FRP de concreto totalmente fechado e o dano não é óbvio.No entanto, em concreto GRP semi-selado, extensas fissuras de erosão ocorrem onde as faixas de fibra se cruzam com o concreto exposto.A erosão das superfícies de concreto expostas torna-se mais severa à medida que aumenta o número de ciclos de congelamento e degelo.
Os interiores de concreto FRP totalmente fechado, semi-fechado e irrestrito mostraram diferenças significativas quando submetidos a ciclos de congelamento e degelo e exposição a soluções de sulfato.A amostra foi cortada transversalmente e a seção transversal foi observada usando um microscópio eletrônico com ampliação de 400x.Na fig.5 mostra imagens microscópicas a uma distância de 5 mm, 10 mm e 15 mm do limite entre o concreto e a argamassa, respectivamente.Observou-se que quando a solução de sulfato de sódio é combinada com congelamento-descongelamento, os danos ao concreto são progressivamente quebrados da superfície para o interior.Como as condições de erosão interna do concreto reforçado com CFRP e GFRP são as mesmas, esta seção não compara os dois materiais de contenção.
Observação microscópica do interior da seção de concreto do pilar: (a) completamente limitado por fibra de vidro;(b) semifechadas com fibra de vidro;(c) ilimitado.
A erosão interna do concreto FRP totalmente fechado é mostrada na fig.5a.As rachaduras são visíveis a 5 mm, a superfície é relativamente lisa, não há cristalização.A superfície é lisa, sem cristais, de 10 a 15 mm de espessura.A erosão interna do concreto semi-hermético FRP é mostrada na fig.5 B. Rachaduras e cristais brancos são visíveis em 5mm e 10mm, e a superfície é lisa em 15mm.A Figura 5c mostra seções de pilares de concreto FRP onde foram encontradas fissuras de 5, 10 e 15 mm.Alguns cristais brancos nas rachaduras tornaram-se progressivamente mais raros à medida que as rachaduras se moviam de fora para dentro do concreto.Os pilares de concreto sem fim apresentaram a maior erosão, seguidos pelos pilares de concreto FRP semi-constringidos.O sulfato de sódio teve pouco efeito no interior de amostras de concreto FRP totalmente fechadas em 100 ciclos de congelamento e descongelamento.Isso indica que a principal causa da erosão do concreto FRP totalmente constrangido está associada à erosão por congelamento e degelo durante um período de tempo.A observação da seção transversal mostrou que a seção imediatamente anterior ao congelamento e descongelamento era lisa e livre de agregados.À medida que o concreto congela e descongela, as rachaduras são visíveis, o mesmo vale para o agregado, e os cristais granulares brancos são densamente cobertos por rachaduras.Estudos27 demonstraram que, quando o concreto é colocado em uma solução de sulfato de sódio, o sulfato de sódio penetra no concreto, alguns dos quais precipitam como cristais de sulfato de sódio e alguns reagem com o cimento.Cristais de sulfato de sódio e produtos de reação parecem grânulos brancos.
O FRP limita completamente as fissuras do concreto na erosão conjugada, mas a seção é lisa sem cristalização.Por outro lado, as seções de concreto semifechadas e irrestritas de FRP desenvolveram fissuras internas e cristalização sob erosão conjugada.De acordo com a descrição da imagem e estudos anteriores29, o processo de erosão conjunta do concreto FRP irrestrito e semirestrito é dividido em duas etapas.O primeiro estágio da fissuração do concreto está associado à expansão e contração durante o congelamento-degelo.Quando o sulfato penetra no concreto e se torna visível, o sulfato correspondente preenche as fissuras criadas pelo encolhimento das reações de congelamento e degelo e hidratação.Portanto, o sulfato tem um efeito protetor especial no concreto em um estágio inicial e pode melhorar as propriedades mecânicas do concreto até certo ponto.O segundo estágio do ataque por sulfato continua, penetrando nas rachaduras ou vazios e reagindo com o cimento para formar o alume.Como resultado, a rachadura aumenta de tamanho e causa danos.Durante este tempo, as reações de expansão e contração associadas ao congelamento e descongelamento irão exacerbar os danos internos ao concreto, resultando em uma redução na capacidade de carga.
Na fig.6 mostra as mudanças de pH de soluções de impregnação de concreto para três métodos limitados monitorados após 0, 25, 50, 75 e 100 ciclos de congelamento-descongelamento.As argamassas de concreto FRP sem restrições e semifechadas apresentaram o aumento mais rápido do pH de 0 a 25 ciclos de congelamento e descongelamento.Seus valores de pH aumentaram de 7,5 para 11,5 e 11,4, respectivamente.À medida que o número de ciclos de congelamento-descongelamento aumentou, o aumento do pH diminuiu gradualmente após 25-100 ciclos de congelamento-descongelamento.Seus valores de pH aumentaram de 11,5 e 11,4 para 12,4 e 11,84, respectivamente.Como o concreto de FRP totalmente ligado cobre a camada de FRP, é difícil para a solução de sulfato de sódio penetrar.Ao mesmo tempo, é difícil para a composição do cimento penetrar em soluções externas.Assim, o pH aumentou gradativamente de 7,5 para 8,0 entre 0 e 100 ciclos de congelamento e descongelamento.A razão para a mudança no pH é analisada a seguir.O silicato no concreto se combina com os íons de hidrogênio na água para formar o ácido silícico, e o OH- restante aumenta o pH da solução saturada.A mudança no pH foi mais pronunciada entre 0-25 ciclos de congelamento-descongelamento e menos pronunciada entre 25-100 ciclos de congelamento-descongelamento30.No entanto, verificou-se aqui que o pH continuou a aumentar após 25-100 ciclos de congelamento-descongelamento.Isso pode ser explicado pelo fato do sulfato de sódio reagir quimicamente com o interior do concreto, alterando o pH da solução.A análise da composição química mostra que o concreto reage com o sulfato de sódio da seguinte maneira.
As fórmulas (3) e (4) mostram que o sulfato de sódio e o hidróxido de cálcio no cimento formam gesso (sulfato de cálcio) e o sulfato de cálcio reage ainda com o metaaluminato de cálcio no cimento para formar cristais de alúmen.A reação (4) é acompanhada pela formação de OH- básico, que leva a um aumento do pH.Além disso, como essa reação é reversível, o pH aumenta em um determinado momento e muda lentamente.
Na fig.7a mostra a perda de peso de concreto GRP totalmente fechado, semi-fechado e intertravado durante os ciclos de congelamento e degelo em solução de sulfato.A mudança mais óbvia na perda de massa é o concreto irrestrito.O concreto irrestrito perdeu cerca de 3,2% de sua massa após 50 ataques de congelamento e degelo e cerca de 3,85% após 100 ataques de congelamento e degelo.Os resultados mostram que o efeito da erosão conjugada na qualidade do concreto de fluxo livre diminui à medida que o número de ciclos de congelamento-degelo aumenta.No entanto, ao observar a superfície da amostra, verificou-se que a perda de argamassa após 100 ciclos de congelamento e degelo foi maior do que após 50 ciclos de congelamento e degelo.Combinado com os estudos da seção anterior, pode-se levantar a hipótese de que a penetração de sulfatos no concreto leva a uma desaceleração na perda de massa.Enquanto isso, alume e gesso gerados internamente também resultam em perda de peso mais lenta, conforme previsto pelas equações químicas (3) e (4).
Mudança de peso: (a) relação entre mudança de peso e número de ciclos de congelamento e descongelamento;(b) relação entre variação de massa e valor de pH.
A mudança na perda de peso do concreto semi-hermético FRP primeiro diminui e depois aumenta.Após 50 ciclos de congelamento e degelo, a perda de massa do concreto de fibra de vidro semi-hermético é de cerca de 1,3%.A perda de peso após 100 ciclos foi de 0,8%.Portanto, pode-se concluir que o sulfato de sódio penetra no concreto de fluxo livre.Além disso, a observação da superfície do corpo de prova também mostrou que as tiras de fibra poderiam resistir ao descascamento da argamassa em uma área aberta, reduzindo assim a perda de peso.
A mudança na perda de massa do concreto FRP totalmente fechado é diferente das duas primeiras.A massa não perde, mas acrescenta.Após 50 erosões de gelo e degelo, a massa aumentou cerca de 0,08%.Após 100 vezes, sua massa aumentou cerca de 0,428%.Uma vez que o concreto é completamente derramado, a argamassa na superfície do concreto não sairá e é improvável que resulte em perda de qualidade.Por outro lado, a penetração de água e sulfatos da superfície de alto teor para o interior do concreto de baixo teor também melhora a qualidade do concreto.
Vários estudos foram conduzidos anteriormente sobre a relação entre pH e perda de massa em concretos com restrição de FRP sob condições erosivas.A maioria das pesquisas discute principalmente a relação entre perda de massa, módulo de elasticidade e perda de resistência.Na fig.7b mostra a relação entre o pH do concreto e a perda de massa sob três restrições.Um modelo preditivo é proposto para prever a perda de massa do concreto usando três métodos de retenção em diferentes valores de pH.Como pode ser visto na Figura 7b, o coeficiente de Pearson é alto, indicando que existe de fato uma correlação entre pH e perda de massa.Os valores de r-quadrado para concreto irrestrito, semi-restrito e totalmente restrito foram 0,86, 0,75 e 0,96, respectivamente.Isso indica que a mudança de pH e a perda de peso do concreto totalmente isolado são relativamente lineares nas condições de sulfato e congelamento-descongelamento.Em concreto irrestrito e concreto FRP semi-hermético, o pH aumenta gradualmente à medida que o cimento reage com a solução aquosa.Como resultado, a superfície de concreto é gradualmente destruída, o que leva à ausência de peso.Por outro lado, o pH do concreto totalmente fechado muda pouco porque a camada de FRP retarda a reação química do cimento com a solução aquosa.Assim, para um concreto totalmente fechado, não há erosão superficial visível, mas ganhará peso devido à saturação devido à absorção de soluções de sulfato.
Na fig.8 mostra os resultados de uma varredura SEM de amostras gravadas com congelamento-descongelamento de sulfato de sódio.A microscopia eletrônica examinou amostras coletadas de blocos retirados da camada externa de pilares de concreto.A Figura 8a é uma imagem de microscópio eletrônico de varredura de concreto não fechado antes da erosão.Nota-se que existem muitos furos na superfície da amostra, que afetam a resistência da própria coluna de concreto antes do degelo.Na fig.8b mostra uma imagem de microscópio eletrônico de uma amostra de concreto FRP totalmente isolada após 100 ciclos de congelamento-descongelamento.Rachaduras na amostra devido ao congelamento e descongelamento podem ser detectadas.No entanto, a superfície é relativamente lisa e não há cristais nela.Portanto, rachaduras não preenchidas são mais visíveis.Na fig.8c mostra uma amostra de concreto GRP semi-hermético após 100 ciclos de erosão por congelamento.É claro que as rachaduras se alargaram e grãos se formaram entre as rachaduras.Algumas dessas partículas se ligam a rachaduras.Uma varredura SEM de uma amostra de uma coluna de concreto sem restrições é mostrada na Figura 8d, um fenômeno consistente com a semi-restrição.Para elucidar ainda mais a composição das partículas, as partículas nas rachaduras foram ampliadas e analisadas usando espectroscopia EDS.Partículas basicamente vêm em três formas diferentes.De acordo com a análise do espectro de energia, o primeiro tipo, conforme mostrado na Figura 9a, é um cristal de bloco regular, composto principalmente por O, S, Ca e outros elementos.Combinando as fórmulas anteriores (3) e (4), pode-se determinar que o principal componente do material é o gesso (sulfato de cálcio).A segunda é mostrada na Figura 9b;de acordo com a análise do espectro de energia, é um objeto acicular não direcional, e seus componentes principais são O, Al, S e Ca.As receitas de combinação mostram que o material consiste principalmente em alume.O terceiro bloco mostrado na Fig. 9c é um bloco irregular, determinado por análise de espectro de energia, consistindo principalmente de componentes O, Na e S. Descobriu-se que estes são principalmente cristais de sulfato de sódio.A microscopia eletrônica de varredura mostrou que a maioria dos vazios estava preenchida com cristais de sulfato de sódio, conforme mostrado na Figura 9c, juntamente com pequenas quantidades de gesso e alúmen.
Imagens de microscopia eletrônica de amostras antes e depois da corrosão: (a) concreto aberto antes da corrosão;(b) após a corrosão, a fibra de vidro fica completamente selada;(c) após a corrosão do concreto semifechado de GRP;(d) após a corrosão do concreto aberto.
A análise permite-nos tirar as seguintes conclusões.As imagens do microscópio eletrônico das três amostras foram todas de 1k× e rachaduras e produtos de erosão foram encontrados e observados nas imagens.O concreto irrestrito tem as fissuras mais largas e contém muitos grãos.O concreto semi-pressurizado FRP é inferior ao concreto sem pressão em termos de largura de fissura e contagem de partículas.O concreto FRP totalmente fechado tem a menor largura de fissura e nenhuma partícula após a erosão por congelamento e degelo.Tudo isso indica que o concreto FRP totalmente fechado é o menos suscetível à erosão por congelamento e degelo.Processos químicos dentro de colunas de concreto FRP semi-fechadas e abertas levam à formação de alúmen e gesso, e a penetração de sulfato afeta a porosidade.Embora os ciclos de congelamento e degelo sejam a principal causa de rachaduras no concreto, os sulfatos e seus produtos preenchem algumas das rachaduras e poros em primeiro lugar.No entanto, à medida que a quantidade e o tempo de erosão aumentam, as trincas continuam a se expandir e o volume de alúmen formado aumenta, resultando em trincas de extrusão.Por fim, o congelamento-descongelamento e a exposição ao sulfato reduzirão a resistência da coluna.