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폴리머 강화 콘크리트(FRP)는 혁신적이고 경제적인 구조 수리 방법으로 간주됩니다.본 연구에서는 가혹한 환경에서 콘크리트의 보강효과를 연구하기 위해 대표적인 두 가지 재료인 탄소섬유강화폴리머(CFRP)와 유리섬유강화폴리머(GFRP)를 선정하였다.황산염 공격 및 관련 동결-해동 주기에 대한 FRP 함유 콘크리트의 저항성이 논의되었습니다.공액 침식 동안 콘크리트의 표면 및 내부 열화를 연구하기 위한 전자 현미경.황산나트륨 부식의 정도와 기전을 pH 값, SEM 전자현미경, EMF 에너지 스펙트럼으로 분석하였다.FRP로 구속된 콘크리트 기둥의 보강을 평가하기 위해 축 방향 압축 강도 시험이 사용되었으며 침식 결합 환경에서 FRP 유지의 다양한 방법에 대한 응력-변형 관계가 도출되었습니다.4개의 기존 예측 모델을 사용하여 실험 테스트 결과를 보정하기 위해 오류 분석을 수행했습니다.모든 관찰은 FRP 제한 콘크리트의 열화 과정이 복합 응력 하에서 복잡하고 역동적이라는 것을 나타냅니다.황산나트륨은 초기에 원시 형태의 콘크리트 강도를 증가시킵니다.그러나 후속 동결-해동 주기는 콘크리트 균열을 악화시킬 수 있으며 황산나트륨은 균열을 촉진하여 콘크리트의 강도를 더욱 감소시킵니다.FRP 구속 콘크리트의 수명주기를 설계하고 평가하는 데 중요한 응력-변형률 관계를 시뮬레이션하기 위해 정확한 수치 모델이 제안되었습니다.
FRP는 1970년대부터 연구되어 온 혁신적인 콘크리트 보강공법으로 경량, 고강도, 내식성, 내피로성, 시공성 등의 장점을 가지고 있다1,2,3.비용이 감소함에 따라 구조 강화에 가장 일반적으로 사용되는 FRP인 유리 섬유(GFRP), 탄소 섬유(CFRP), 현무암 섬유(BFRP) 및 아라미드 섬유(AFRP)와 같은 엔지니어링 응용 분야에서 점점 보편화되고 있습니다. .제안된 FRP 유지 방법은 콘크리트 성능을 향상시키고 조기 붕괴를 방지할 수 있습니다.그러나 기계공학의 다양한 외부 환경은 종종 FRP 제한 콘크리트의 내구성에 영향을 미쳐 강도가 저하되는 경우가 많습니다.
여러 연구자들이 단면 모양과 크기가 다른 콘크리트의 응력 및 변형률 변화를 연구했습니다.Yang et al.6은 최대 응력과 변형이 섬유 조직 두께의 성장과 양의 상관 관계가 있음을 발견했습니다.Wu et al.7은 극한 변형률과 하중을 예측하기 위해 다양한 섬유 유형을 사용하여 FRP 구속 콘크리트에 대한 응력-변형률 곡선을 얻었습니다.Lin et al.8은 원형, 정사각형, 직사각형 및 타원형 막대에 대한 FRP 응력-변형 모델도 크게 다르다는 것을 발견하고 폭과 모서리 반경의 비율을 매개변수로 사용하여 새로운 설계 지향 응력-변형 모델을 개발했습니다.Lam et al.9는 FRP의 불균일한 중첩과 곡률이 슬래브 인장 시험보다 FRP에서 더 적은 파단 변형률과 응력을 초래한다는 것을 관찰했습니다.또한 과학자들은 다양한 실제 설계 요구에 따라 부분 구속과 새로운 구속 방법을 연구했습니다.Wang et al.[10]은 3가지 제한된 모드에서 완전, 부분 및 비제한 콘크리트에 대해 축 압축 시험을 수행했습니다."응력-변형" 모델이 개발되었으며 부분적으로 닫힌 콘크리트에 대한 제한 효과 계수가 제공됩니다.Wuet al.11은 크기 효과를 고려한 FRP 구속 콘크리트의 응력-변형 의존성을 예측하는 방법을 개발했습니다.Moran et al.12은 FRP 나선형 스트립이 있는 구속된 콘크리트의 축 단조 압축 특성을 평가하고 응력-변형률 곡선을 도출했습니다.그러나 위의 연구에서는 주로 부분폐쇄 콘크리트와 완전폐쇄 콘크리트의 차이점을 살펴보았다.콘크리트 단면을 부분적으로 제한하는 FRP의 역할은 자세히 연구되지 않았습니다.
또한 다양한 조건에서 FRP 제한 콘크리트의 압축강도, 변형률 변화, 초기탄성계수, 변형경화계수 등의 성능을 평가하였다.Tijaniet al.13,14는 초기 손상 콘크리트에 대한 FRP 보수 실험에서 FRP 제한 콘크리트의 보수성은 손상이 증가함에 따라 감소함을 발견하였다.Ma et al.[15]는 FRP로 구속된 콘크리트 기둥에 대한 초기 손상의 영향을 연구했으며 손상 정도가 인장강도에 미치는 영향은 미미하지만 횡방향 및 종방향 변형에 상당한 영향을 미친다고 생각했다.그러나 Cao et al.초기 손상의 영향을 받는 FRP 구속 콘크리트의 응력-변형률 곡선 및 응력-변형률 포락선 16개를 관찰했습니다.초기 콘크리트 파괴에 대한 연구 외에도 열악한 환경 조건에서 FRP 제한 콘크리트의 내구성에 대한 연구도 수행되었습니다.이 과학자들은 열악한 조건에서 FRP 제한 콘크리트의 열화를 연구하고 손상 평가 기술을 사용하여 수명을 예측하는 열화 모델을 만들었습니다.Xieet al.17은 열수 환경에 FRP 구속 콘크리트를 배치하고 열수 조건이 FRP의 기계적 특성에 상당한 영향을 미쳐 압축 강도가 점진적으로 감소한다는 것을 발견했습니다.산성 환경에서 CFRP와 콘크리트 사이의 계면이 악화됩니다.담금 시간이 증가함에 따라 CFRP 층의 파괴 에너지 방출 속도가 크게 감소하여 궁극적으로 계면 샘플18,19,20의 파괴로 이어집니다.또한 일부 과학자들은 FRP 제한 콘크리트에 대한 동결 및 해동의 영향을 연구했습니다.Liu et al.21은 CFRP 철근이 상대 동적 계수, 압축 강도 및 응력-변형 비율을 기반으로 동결-해동 주기에서 우수한 내구성을 갖는다고 언급했습니다.또한 콘크리트의 기계적 물성 저하와 관련된 모델을 제시하였다.그러나 Peng et al.22은 온도 및 동결-해동 주기 데이터를 사용하여 CFRP 및 콘크리트 접착제의 수명을 계산했습니다.Guang et al.23은 콘크리트의 급속 동결 융해 시험을 수행하고 동결 융해 노출 시 손상층의 두께를 기반으로 한 동결 저항성을 평가하는 방법을 제안했습니다.Yazdaniet al.24는 콘크리트로의 염화물 이온 침투에 대한 FRP 층의 영향을 연구했습니다.결과는 FRP 층이 화학적으로 저항력이 있고 외부 염화물 이온으로부터 내부 콘크리트를 절연한다는 것을 보여줍니다.Liu et al.25는 황산염으로 부식된 FRP 콘크리트에 대한 박리 시험 조건을 시뮬레이션하고 슬립 모델을 만들고 FRP-콘크리트 인터페이스의 저하를 예측했습니다.Wang et al.26은 일축 압축 시험을 통해 FRP 구속 황산염 침식 콘크리트에 대한 응력-변형 모델을 확립했습니다.Zhou et al.[27] 소금의 동결-해동 주기가 결합되어 발생하는 제한되지 않은 콘크리트의 손상을 연구했으며 처음으로 고장 메커니즘을 설명하기 위해 물류 기능을 사용했습니다.이러한 연구는 FRP 제한 콘크리트의 내구성 평가에서 상당한 진전을 이루었습니다.그러나 대부분의 연구자들은 한 가지 불리한 조건에서 침식성 매체를 모델링하는 데 집중했습니다.콘크리트는 다양한 환경 조건으로 인한 관련 침식으로 인해 종종 손상됩니다.이러한 결합된 환경 조건은 FRP 제한 콘크리트의 성능을 심각하게 저하시킵니다.
황산화 및 동결-해동 주기는 콘크리트의 내구성에 영향을 미치는 두 가지 대표적인 중요한 매개변수입니다.FRP 국산화 기술은 콘크리트의 물성을 향상시킬 수 있습니다.공학 및 연구 분야에서 널리 사용되고 있지만 현재로서는 한계가 있습니다.추운 지역에서 황산염 부식에 대한 FRP 제한 콘크리트의 저항성에 대해 여러 연구가 집중되었습니다.황산나트륨과 동결-해동에 의한 완전 밀폐형, 반 밀폐형 및 개방형 콘크리트의 침식 과정, 특히 이 기사에서 설명하는 새로운 반 밀폐형 방법에 대해서는 더 자세한 연구가 필요합니다.콘크리트 기둥에 대한 보강 효과는 FRP 유지와 침식 순서를 교환하여 연구하였다.결합 침식으로 인한 샘플의 미시적 및 거시적 변화는 전자 현미경, pH 테스트, SEM 전자 현미경, EMF 에너지 스펙트럼 분석 및 일축 기계 테스트로 특성화되었습니다.또한, 이 연구는 단축 기계 시험에서 발생하는 응력-변형 관계를 지배하는 법칙에 대해 논의합니다.실험적으로 검증된 한계 응력 및 변형률 값은 기존의 4가지 한계 응력-변형률 모델을 사용하여 오차 분석을 통해 검증되었습니다.제안된 모델은 재료의 극한 변형률과 강도를 완전히 예측할 수 있으며 이는 향후 FRP 보강 실습에 유용합니다.마지막으로 FRP 콘크리트의 염동성 저항 개념의 개념적 기초 역할을 한다.
본 연구는 동결 융해 사이클과 함께 황산염 용액 부식을 사용하여 FRP 제한 콘크리트의 열화를 평가합니다.콘크리트 침식으로 인한 미시적 및 거시적 변화는 주사 전자 현미경, pH 테스트, EDS 에너지 분광법 및 일축 기계 테스트를 사용하여 입증되었습니다.또한, 축 압축 실험을 통해 접착 침식을 받은 FRP 구속 콘크리트의 기계적 특성 및 응력-변형률 변화를 조사하였다.
FRP Confined Concrete는 미가공 콘크리트, FRP 외부 포장재 및 에폭시 접착제로 구성됩니다.CFRP와 GRP의 두 가지 외부 단열재가 선택되었으며, 재료의 특성은 표 1에 나와 있습니다. 에폭시 수지 A와 B가 접착제로 사용되었습니다(혼합 비율은 부피 기준 2:1).쌀.도 1은 콘크리트 배합 재료의 시공 상세도를 도시한다.그림 1a에서 Swan PO 42.5 Portland 시멘트가 사용되었습니다.거친 골재는 그림과 같이 직경이 각각 5~10mm, 10~19mm인 현무암을 파쇄한 것이다.1b 및 c.그림 1g의 미세 충전재로 섬도 계수가 2.3인 천연 강모래를 사용했습니다.무수 황산나트륨 과립과 일정량의 물에서 황산나트륨 용액을 준비하십시오.
콘크리트 혼합물의 조성: a – 시멘트, b – 골재 5–10 mm, c – 골재 10–19 mm, d – 강 모래.
콘크리트의 설계 강도는 30MPa이며, 이는 40~100mm의 신선한 시멘트 콘크리트 침하를 초래합니다.콘크리트 배합비는 표 2와 같으며 굵은골재 5~10mm와 10~20mm의 비율은 3:7이다.환경과의 상호 작용 효과는 먼저 10% NaSO4 용액을 준비한 다음 용액을 동결-해동 사이클 챔버에 부어 모델링했습니다.
콘크리트 혼합물은 0.5m3의 강제 혼합기에서 준비되었고 전체 콘크리트 배치는 필요한 샘플을 쌓는 데 사용되었습니다.먼저 표 2에 따라 콘크리트 재료를 준비하고 시멘트, 모래, 굵은 골재를 3분간 미리 혼합한다.그런 다음 물을 고르게 분배하고 5분 동안 저어줍니다.다음으로, 콘크리트 샘플을 원통형 주형에 주조하고 진동 테이블(주형 직경 10cm, 높이 20cm)에서 압축했습니다.
28일 동안 경화시킨 후, 샘플을 FRP 재료로 감쌌다.본 연구에서는 철근콘크리트 기둥의 세 가지 방법인 완전밀폐형, 반구속형, 비구속형 등을 논의하였다.CFRP와 GFRP의 두 가지 유형이 제한된 재료에 사용됩니다.FRP 완전 밀폐형 FRP 콘크리트 쉘, 높이 20cm, 길이 39cm.FRP 결합 콘크리트의 상단과 하단은 에폭시로 밀봉되지 않았습니다.최근에 제안된 기밀 기술인 반밀폐 시험 과정을 설명하면 다음과 같다.
(2) 자를 사용하여 콘크리트 원통 표면에 선을 그려 FRP 스트립의 위치를 ​​결정하고 스트립 사이의 거리는 2.5cm입니다.그런 다음 FRP가 필요하지 않은 콘크리트 부분에 테이프를 감습니다.
(3) 콘크리트 표면을 사포로 매끄럽게 연마하고 알코올솜으로 닦은 후 에폭시로 코팅한다.그런 다음 유리 섬유 스트립을 콘크리트 표면에 수동으로 붙이고 틈을 눌러 유리 섬유가 콘크리트 표면에 완전히 접착되고 기포가 발생하지 않도록 합니다.마지막으로 자로 만든 표시에 따라 FRP 스트립을 위에서 아래로 콘크리트 표면에 붙입니다.
(4) 30분 후 콘크리트가 FRP에서 분리되었는지 확인한다.FRP가 미끄러지거나 튀어나오면 즉시 고쳐야 합니다.성형된 시편은 양생 강도를 보장하기 위해 7일 동안 양생해야 합니다.
(5) 양생 후 만능칼을 사용하여 콘크리트 표면에서 테이프를 제거하고 마지막으로 반밀폐형 FRP 콘크리트 기둥을 얻습니다.
다양한 제약 하에서의 결과는 그림에 나와 있습니다.2. 그림 2a는 완전 밀폐형 CFRP 콘크리트, 그림 2b는 반일반화 CFRP 콘크리트, 그림 2c는 완전 밀폐형 GFRP 콘크리트, 그림 2d는 반구속 CFRP 콘크리트를 나타낸다.
밀폐형 스타일: (a) 완전히 밀폐된 CFRP;(b) 반폐쇄 탄소 섬유;(c) 유리 섬유로 완전히 둘러싸임;(d) 반폐쇄 유리 섬유.
실린더의 침식 제어 성능에 대한 FRP 제약 조건 및 침식 시퀀스의 영향을 조사하도록 설계된 네 가지 주요 매개변수가 있습니다.표 3은 콘크리트 기둥 샘플 수를 보여줍니다.각 범주에 대한 샘플은 데이터 일관성을 유지하기 위해 3개의 동일한 상태 샘플로 구성되었습니다.이 문서의 모든 실험 결과에 대해 3개 샘플의 평균을 분석했습니다.
(1) 기밀 재료는 탄소 섬유 또는 유리 섬유로 분류됩니다.두 종류의 섬유가 콘크리트 보강에 미치는 영향을 비교했습니다.
(2) 콘크리트 기둥 격납 방법은 완전 제한, 반 제한 및 무제한의 세 가지 유형으로 나뉩니다.반폐쇄 콘크리트 기둥의 내식성을 다른 두 종류와 비교했습니다.
(3) 침식 조건은 동결-해동 주기 + 황산염 용액이며, 동결-해동 주기는 각각 0회, 50회 및 100회이다.FRP 구속 콘크리트 기둥에 대한 결합 침식의 영향이 연구되었습니다.
(4) 시험편을 3군으로 나눈다.첫 번째 그룹은 FRP 랩핑 후 부식이고, 두 번째 그룹은 먼저 부식 후 랩핑이며, 세 번째 그룹은 먼저 부식 후 랩핑 후 부식입니다.
실험절차는 만능시험기, 인장시험기, 동결-해동 사이클 장치(CDR-Z type), 전자현미경, pH meter, strain gauge, 변위장치, SEM 전자현미경, 이 연구에서 EDS 에너지 스펙트럼 분석기.샘플은 높이 10cm, 직경 20cm의 콘크리트 기둥입니다.콘크리트는 그림 3a와 같이 붓고 다진 후 28일 이내에 양생되었습니다.모든 샘플은 주조 후 탈형되어 18-22°C 및 95% 상대 습도에서 28일 동안 보관된 후 일부 샘플은 유리 섬유로 포장되었습니다.
시험 방법: (a) 일정한 온도와 습도를 유지하기 위한 장비;(b) 동결-해동 사이클 기계;(c) 만능 시험기;(d) pH 시험기;(e) 현미경 관찰.
동결-해동 실험은 그림 3b와 같이 급속 동결 방법을 사용합니다.GB/T 50082-2009 "기존 콘크리트의 내구성 표준"에 따르면 콘크리트 샘플을 동결 및 해동하기 전에 4일 동안 15-20°C에서 10% 황산나트륨 용액에 완전히 담급니다.그 후, 황산염 공격은 동결-해동 주기와 동시에 시작되고 종료됩니다.동결-해동 사이클 시간은 2~4시간이며, 해동 시간은 사이클 시간의 1/4 이상이어야 합니다.샘플 코어 온도는 (-18±2) ~ (5±2) °С 범위 내에서 유지되어야 합니다.냉동에서 해동으로 전환하는 데 걸리는 시간은 10분을 넘지 않아야 합니다.그림 3d와 같이 각 범주의 3개의 원통형 동일한 샘플을 사용하여 25회 동결-해동 주기 동안 용액의 중량 손실 및 pH 변화를 연구했습니다.25회 동결-해동 주기마다 샘플을 제거하고 표면을 세척한 후 새로운 중량(Wd)을 결정했습니다.모든 실험은 샘플의 3배로 수행되었으며 평균값은 테스트 결과를 논의하는 데 사용되었습니다.샘플의 질량 손실 및 강도에 대한 공식은 다음과 같이 결정됩니다.
공식에서 ΔWd는 매 25회 동결-해동 주기 후 시료의 중량 손실(%)이고, W0는 동결-해동 주기 전 콘크리트 시료의 평균 중량(kg)이며, Wd는 평균 콘크리트 중량입니다.25회 동결-해동 주기 후 샘플 중량(kg).
시편의 강도열화계수는 Kd로 표시되며 계산식은 다음과 같다.
식에서 ΔKd는 동결융해 사이클 50회마다 시료의 강도손실률(%), f0는 동결융해 주기 전 콘크리트 시료의 평균강도(MPa), fd는 다음의 평균강도이다. 50 MPa(동결-해동 주기)에 대한 콘크리트 샘플.
무화과.3c는 콘크리트 시편용 압축 시험기를 보여준다."콘크리트의 물리적 및 기계적 특성에 대한 테스트 방법에 대한 표준"(GBT50081-2019)에 따라 압축 강도에 대한 콘크리트 기둥 테스트 방법이 정의됩니다.압축 시험의 하중 속도는 0.5MPa/s이며 시험 전반에 걸쳐 연속적이고 순차적인 하중이 사용됩니다.기계적 시험 중에 각 시편에 대한 하중-변위 관계를 기록했습니다.콘크리트 외면과 시편의 FRP층에 스트레인게이지를 부착하여 축방향 및 수평방향 변형률을 측정하였다.스트레인 셀은 기계적 테스트에서 압축 테스트 중 시편 변형의 변화를 기록하는 데 사용됩니다.
25회 동결-해동 주기마다 동결-해동 용액 샘플을 제거하여 용기에 넣었습니다.무화과.3d는 용기에 담긴 샘플 용액의 pH 테스트를 보여줍니다.동결 해동 조건 하에서 샘플의 표면 및 단면의 현미경 검사가 그림 3d에 나와 있습니다.황산 용액에서 50회 및 100회 동결-해동 사이클 후 다양한 샘플의 표면 상태를 현미경으로 관찰하였다.현미경은 400x 배율을 사용합니다.시료의 표면을 관찰하면 FRP층과 콘크리트 외층의 침식이 주로 관찰된다.샘플의 단면 관찰은 기본적으로 외층에서 5, 10, 15 mm 거리에서 침식 조건을 선택합니다.황산염 제품의 형성 및 동결-해동 주기는 추가 테스트가 필요합니다.따라서, 에너지 분산 분광계(EDS)가 장착된 주사전자현미경(SEM)을 사용하여 선택된 샘플의 개질된 표면을 조사하였다.
전자 현미경으로 샘플 표면을 육안으로 검사하고 400X 배율을 선택합니다.동결-해동 주기 및 황산염에 노출된 반밀폐 및 이음새가 없는 GRP 콘크리트의 표면 손상 정도는 상당히 높은 반면 완전 밀폐 콘크리트에서는 무시할 수 있습니다.첫 번째 범주는 그림 4a와 같이 황산나트륨과 0~100회 동결-해동 주기에 의한 자유 유동 콘크리트의 침식 발생을 나타냅니다.서리 노출이 없는 콘크리트 샘플은 눈에 보이는 특징 없이 매끄러운 표면을 가지고 있습니다.50회 침식 후 표면의 펄프 블록이 부분적으로 벗겨져 펄프의 흰색 껍질이 노출되었습니다.100회 침식 후 콘크리트 표면을 육안으로 검사하는 동안 용액의 껍질이 완전히 떨어졌습니다.현미경 관찰 결과 0동 동결 융해 침식 콘크리트의 표면은 매끄럽고 표면 골재와 모르타르는 동일한 평면에 있었다.50회 동결-해동 주기로 침식된 콘크리트 표면에서 고르지 않고 거친 표면이 관찰되었습니다.이는 모르타르의 일부가 파괴되고 표면에 소량의 백색 입상 결정이 부착된 것으로 설명할 수 있는데, 주로 골재, 모르타르 및 백색 결정으로 구성되어 있다.100회의 동결-해동 사이클 후, 콘크리트 표면에 넓은 면적의 백색 결정이 나타난 반면, 어두운 굵은 골재는 외부 환경에 노출되었다.현재 콘크리트 표면은 대부분 골재와 백색 결정체가 노출되어 있다.
침식성 동결-해동 콘크리트 기둥의 형태: (a) 무제한 콘크리트 기둥;(b) 반폐쇄형 탄소 섬유 강화 콘크리트;(c) GRP 반폐쇄 콘크리트;(d) 완전히 밀폐된 CFRP 콘크리트;(e) GRP 콘크리트 반폐쇄 콘크리트.
두 번째 범주는 그림 4b, c와 같이 동결-해동 주기 및 황산염에 노출된 반밀폐형 CFRP 및 GRP 콘크리트 기둥의 부식입니다.육안 검사(배율 1배)에서 섬유층 표면에 흰색 분말이 서서히 형성되었고 동결-해동 횟수가 증가함에 따라 빠르게 떨어졌습니다.반밀폐형 FRP 콘크리트의 무제한 표면 침식은 동결-해동 주기가 증가함에 따라 더욱 두드러졌습니다.눈에 보이는 "팽만감" 현상(콘크리트 기둥 솔루션의 열린 표면이 붕괴 직전임).그러나 박리 현상은 인접한 탄소 섬유 코팅에 의해 부분적으로 방해됩니다.현미경 아래에서 합성 탄소 섬유는 400x 배율에서 검정색 배경에 흰색 실로 나타납니다.섬유의 둥근 모양과 불균일한 빛에 노출되어 흰색으로 보이지만 탄소 섬유 다발 자체는 검은색입니다.유리 섬유는 처음에는 흰색 실 모양이지만 접착제와 접촉하면 투명해지며 유리 섬유 내부의 콘크리트 상태가 명확하게 보입니다.유리 섬유는 밝은 흰색이고 바인더는 노란색입니다.둘 다 색상이 매우 옅기 때문에 접착제의 색상이 유리 섬유 가닥을 가려서 전체 모양이 노란 색조를 띱니다.탄소 및 유리 섬유는 외부 에폭시 수지에 의해 손상되지 않도록 보호됩니다.동결-해동 공격 횟수가 증가함에 따라 더 많은 공극과 몇 개의 백색 결정이 표면에 표시되었습니다.황산염 동결 주기가 증가함에 따라 바인더가 점차 얇아지고 황색이 사라지고 섬유가 보입니다.
세 번째 범주는 그림 4d, e와 같이 동결-해동 주기 및 황산염에 노출된 완전 밀폐형 CFRP 및 GRP 콘크리트의 부식입니다.다시, 관찰된 결과는 콘크리트 기둥의 구속된 단면의 두 번째 유형에 대한 결과와 유사합니다.
위에서 설명한 세 가지 봉쇄 방법을 적용한 후 관찰된 현상을 비교하십시오.완전히 단열된 FRP 콘크리트의 섬유 조직은 동결-해동 주기가 증가함에 따라 안정적으로 유지됩니다.반면 접착 링 층은 표면에서 더 얇습니다.에폭시 수지는 대부분 개방 고리 황산에서 활성 수소 이온과 반응하고 황산염과는 거의 반응하지 않습니다28.따라서 침식은 주로 동결-해동 주기의 결과로 접착층의 특성을 변화시켜 FRP의 보강 효과를 변화시킨다고 볼 수 있다.FRP 반밀폐 콘크리트의 콘크리트 표면은 자유 콘크리트 표면과 동일한 침식 현상을 갖는다.그것의 FRP 층은 완전 밀폐 콘크리트의 FRP 층에 해당하며 손상이 분명하지 않습니다.그러나 반밀봉 GRP 콘크리트에서는 섬유 스트립이 노출 콘크리트와 교차하는 부분에서 광범위한 침식 균열이 발생합니다.노출 콘크리트 표면의 침식은 동결-해동 주기가 증가함에 따라 더욱 심해집니다.
완전 밀폐형, 반 밀폐형 및 비제한 FRP 콘크리트의 내부는 동결-해동 주기와 황산염 용액에 노출되었을 때 상당한 차이를 보였습니다.샘플을 횡방향으로 절단하고 전자현미경을 사용하여 400x 배율로 단면을 관찰하였다.무화과.5는 콘크리트와 모르타르의 경계면에서 각각 5mm, 10mm, 15mm 지점의 현미경 사진이다.황산나트륨 용액이 동결 융해와 결합되면 콘크리트 손상이 표면에서 내부로 점진적으로 분해되는 것으로 관찰되었습니다.CFRP와 GFRP 구속 콘크리트의 내부 침식 조건은 동일하기 때문에 이 섹션에서는 두 격납재를 비교하지 않습니다.
기둥의 콘크리트 단면 내부의 현미경 관찰: (a) 유리 섬유로 완전히 제한됨;(b) 유리 섬유로 반폐쇄;(c) 무제한.
FRP 완전 밀폐 콘크리트의 내부 침식은 Fig.5a.5mm에서 균열이 보이고 표면이 비교적 매끄럽고 결정화가 없습니다.표면은 매끄러우며 결정이 없고 두께는 10~15mm이다.FRP 반밀폐 콘크리트의 내부 침식은 Fig.5 B. 5mm와 10mm에서 크랙과 백색 결정이 보이고 15mm에서 표면이 매끄럽다.그림 5c는 5, 10 및 15mm에서 균열이 발견된 콘크리트 FRP 기둥의 단면을 보여줍니다.균열이 콘크리트 외부에서 내부로 이동함에 따라 균열에 있는 몇 개의 백색 결정이 점차 희박해졌습니다.끝이 없는 콘크리트 기둥이 가장 많은 침식을 보였고, 반구속 FRP 콘크리트 기둥이 그 뒤를 이었다.황산나트륨은 100번의 동결-해동 주기 동안 완전히 밀폐된 FRP 콘크리트 샘플의 내부에 거의 영향을 미치지 않았습니다.이는 완전 구속 FRP 콘크리트 침식의 주요 원인이 일정 기간 동안의 동결 융해 침식과 관련이 있음을 나타냅니다.단면을 관찰한 결과, 동결 및 해동 직전의 단면은 평활하고 응집물이 없었다.콘크리트가 얼었다 녹으면서 균열이 보이고, 골재도 마찬가지이며, 백색 입상의 결정이 균열로 빽빽하게 덮여 있다.연구27에 따르면 콘크리트를 황산나트륨 용액에 넣으면 황산나트륨이 콘크리트에 침투하여 일부는 황산나트륨 결정으로 침전되고 일부는 시멘트와 반응합니다.황산나트륨 결정 및 반응 생성물은 흰색 과립처럼 보입니다.
FRP는 복합 침식에서 콘크리트 균열을 완벽하게 제한하지만 단면이 결정화되지 않고 부드럽습니다.반면에 FRP 반폐쇄 및 비제한 콘크리트 단면은 복합 침식 하에서 내부 균열 및 결정화가 발생했습니다.이미지의 설명과 이전 연구29에 따르면 비제한 및 반제한 FRP 콘크리트의 접합부 침식 과정은 두 단계로 나뉩니다.콘크리트 균열의 첫 번째 단계는 동결-해동 동안 팽창 및 수축과 관련됩니다.황산염이 콘크리트에 침투하여 가시화되면 해당 황산염은 동결 융해 및 수화 반응으로 인한 수축으로 생성된 균열을 채웁니다.따라서 황산염은 초기 단계에서 콘크리트에 대한 특별한 보호 효과가 있으며 콘크리트의 기계적 특성을 어느 정도 향상시킬 수 있습니다.황산염 공격의 두 번째 단계는 균열이나 공극을 관통하고 시멘트와 반응하여 명반을 형성하면서 계속됩니다.결과적으로 균열이 커지고 손상이 발생합니다.이 시간 동안 동결 및 해동과 관련된 팽창 및 수축 반응은 콘크리트의 내부 손상을 악화시켜 지지력을 감소시킵니다.
무화과.도 6은 0, 25, 50, 75 및 100회 동결-해동 주기 후에 모니터링된 3가지 제한된 방법에 대한 콘크리트 함침 용액의 pH 변화를 보여준다.제한이 없고 반폐쇄된 FRP 콘크리트 모르타르는 0에서 25 동결-해동 주기까지 가장 빠른 pH 상승을 보여주었습니다.그들의 pH 값은 각각 7.5에서 11.5 및 11.4로 증가했습니다.동결-해동 주기가 증가함에 따라 pH 상승은 25-100회 동결-해동 주기 후에 점차 느려졌다.그들의 pH 값은 각각 11.5와 11.4에서 12.4와 11.84로 증가했습니다.완전히 결합된 FRP 콘크리트는 FRP 층을 덮기 때문에 황산나트륨 용액이 침투하기 어렵습니다.동시에, 시멘트 조성물이 외부 용액에 침투하는 것은 어렵다.따라서, pH는 0에서 100회 동결-해동 주기 사이에서 7.5에서 8.0으로 점진적으로 증가했습니다.pH 변화의 원인은 다음과 같이 분석된다.콘크리트의 규산염은 물속의 수소이온과 결합하여 규산을 형성하고, 남은 OH-는 포화용액의 pH를 높인다.pH의 변화는 0-25회 동결-해동 주기 사이에서 더 두드러졌고 25-100회 동결-해동 주기 사이에서 덜 두드러졌습니다30.그러나 여기에서 pH는 25-100회 동결-해동 주기 후에도 계속 증가하는 것으로 나타났습니다.이는 황산나트륨이 콘크리트 내부와 화학적으로 반응하여 용액의 pH를 변화시킨다는 사실로 설명할 수 있습니다.화학 조성을 분석한 결과 콘크리트는 다음과 같은 방식으로 황산나트륨과 반응하는 것으로 나타났습니다.
공식 (3)과 (4)는 시멘트의 황산나트륨과 수산화칼슘이 석고(황산칼슘)를 형성하고 황산칼슘이 시멘트의 칼슘 메타알루미네이트와 추가로 반응하여 명반 결정을 형성함을 보여줍니다.반응 (4)는 pH를 증가시키는 염기성 OH-의 형성을 수반한다.또한 이 반응은 가역적이기 때문에 pH는 일정시간에 상승하여 천천히 변화한다.
무화과.그림 7a는 황산염 용액에서 동결-해동 주기 동안 완전 밀폐형, 반밀폐형 및 연동 GRP 콘크리트의 중량 손실을 보여줍니다.질량 손실의 가장 분명한 변화는 무제한 콘크리트입니다.제한되지 않은 콘크리트는 50회의 동결-해동 공격 후에 약 3.2%의 질량이 손실되었고 100회의 동결-해동 공격 후에 약 3.85%가 손실되었습니다.결과는 자유 유동 콘크리트의 품질에 대한 복합 침식의 영향이 동결-해동 주기의 수가 증가함에 따라 감소한다는 것을 보여줍니다.그러나 샘플의 표면을 관찰한 결과, 동결-해동 사이클 50회보다 동결-해동 사이클 100회 후 모르타르 손실이 더 큰 것으로 나타났습니다.이전 섹션의 연구와 결합하여 황산염이 콘크리트에 침투하면 질량 손실이 느려진다는 가설을 세울 수 있습니다.한편, 내부적으로 생성된 백반 및 석고는 화학식 (3) 및 (4)에 의해 예측된 바와 같이 더 느린 중량 손실을 초래합니다.
무게 변화: (a) 무게 변화와 동결-해동 주기 사이의 관계;(b) 질량 변화와 pH 값 사이의 관계.
FRP 반밀폐 콘크리트의 중량감소량 변화는 먼저 감소하다가 증가한다.50회 동결-해동 주기 후, 반밀폐 유리 섬유 콘크리트의 질량 손실은 약 1.3%입니다.100주기 후 중량 손실은 0.8%였습니다.따라서 황산나트륨이 자유 유동 콘크리트에 침투한다고 결론지을 수 있습니다.또한, 시험편의 표면을 관찰한 결과, 섬유 스트립이 열린 공간에서 모르타르 박리에 저항하여 중량 손실을 줄일 수 있음을 보여주었습니다.
완전히 밀폐된 FRP 콘크리트의 질량 손실 변화는 처음 두 가지와 다릅니다.질량은 잃지 않고 추가합니다.50번의 동결-해동 침식 후 질량은 약 0.08% 증가했습니다.100회 후에는 질량이 약 0.428% 증가했습니다.콘크리트가 완전히 타설되기 때문에 콘크리트 표면의 모르타르가 벗겨지지 않고 품질 저하가 발생하지 않습니다.한편, 고함량 표면에서 저함량 콘크리트 내부로 물과 황산염이 침투하면 콘크리트의 품질도 향상됩니다.
침식 조건에서 FRP 제한 콘크리트의 pH와 질량 손실 사이의 관계에 대한 여러 연구가 이전에 수행되었습니다.대부분의 연구는 주로 질량 손실, 탄성 계수 및 강도 손실 간의 관계를 논의합니다.무화과.7b는 세 가지 제약 조건 하에서 콘크리트 pH와 질량 손실 사이의 관계를 보여줍니다.서로 다른 pH 값에서 세 가지 유지 방법을 사용하여 콘크리트 질량 손실을 예측하는 예측 모델을 제안합니다.그림 7b에서 볼 수 있듯이 Pearson 계수는 높으며 이는 실제로 pH와 질량 손실 사이에 상관관계가 있음을 나타냅니다.비구속, 반구속, 완전구속 콘크리트의 r제곱값은 각각 0.86, 0.75, 0.96이었다.이는 완전히 단열된 콘크리트의 pH 변화 및 중량 손실이 황산염 및 동결-해동 조건 모두에서 상대적으로 선형임을 나타냅니다.비구속 콘크리트 및 반밀폐형 FRP 콘크리트에서는 시멘트가 수용액과 반응함에 따라 pH가 점차 증가합니다.결과적으로 콘크리트 표면이 점차 파괴되어 무중력 상태가 됩니다.반면에 완전히 밀폐된 콘크리트의 pH는 FRP 층이 시멘트와 수용액의 화학 반응을 늦추기 때문에 거의 변하지 않습니다.따라서 완전히 밀폐된 콘크리트의 경우 눈에 보이는 표면 침식은 없지만 황산염 용액의 흡수로 인한 포화로 인해 중량이 증가합니다.
무화과.도 8은 황산나트륨 동결-해동으로 에칭된 샘플의 SEM 스캔 결과를 보여준다.전자현미경은 콘크리트 기둥의 외층에서 채취한 블록에서 채취한 샘플을 검사했습니다.그림 8a는 침식 전 밀폐되지 않은 콘크리트의 주사 전자 현미경 이미지입니다.동결 해동 전에 콘크리트 기둥 자체의 강도에 영향을 미치는 샘플 표면에 많은 구멍이 있음을 알 수 있습니다.무화과.도 8b는 100회 동결-해동 사이클 후 완전히 단열된 FRP 콘크리트 샘플의 전자 현미경 이미지를 보여준다.동결 및 해동으로 인한 샘플의 균열이 감지될 수 있습니다.그러나 표면은 비교적 매끄럽고 결정이 없습니다.따라서 채워지지 않은 균열이 더 잘 보입니다.무화과.8c는 100번의 동결 침식 주기 후 반밀폐 GRP 콘크리트의 샘플을 보여줍니다.균열이 넓어지고 균열 사이에 알갱이가 형성되었음을 알 수 있습니다.이러한 입자 중 일부는 균열에 붙습니다.제한되지 않은 콘크리트 기둥 샘플의 SEM 스캔은 반 제한과 일치하는 현상인 그림 8d에 나와 있습니다.입자의 조성을 더 밝히기 위해 균열의 입자를 더 확대하고 EDS 분광법을 사용하여 분석했습니다.입자는 기본적으로 세 가지 다른 모양으로 나타납니다.에너지 스펙트럼 분석에 따르면 첫 번째 유형은 그림 9a와 같이 주로 O, S, Ca 및 기타 원소로 구성된 규칙적인 블록 결정입니다.앞의 식 (3)과 (4)를 조합하면 재료의 주성분이 석고(황산칼슘)임을 알 수 있다.두 번째는 그림 9b에 나와 있습니다.에너지 스펙트럼 분석에 따르면 침상 무방향성 물체이며 주요 성분은 O, Al, S 및 Ca입니다.조합 레시피는 재료가 주로 명반으로 구성되어 있음을 보여줍니다.그림 9c에 표시된 세 번째 블록은 에너지 스펙트럼 분석에 의해 결정된 불규칙한 블록으로 주로 성분 O, Na 및 S로 구성됩니다. 이들은 주로 황산나트륨 결정임이 밝혀졌습니다.주사전자현미경은 그림 9c와 같이 대부분의 공극이 소량의 석고 및 명반과 함께 황산나트륨 결정으로 채워져 있음을 보여주었다.
부식 전후 샘플의 전자현미경 이미지: (a) 부식 전 콘크리트 개방;(b) 부식 후 유리 섬유가 완전히 밀봉됩니다.(c) GRP 반폐쇄 콘크리트의 부식 후;(d) 열린 콘크리트의 부식 후.
분석을 통해 다음과 같은 결론을 내릴 수 있습니다.3개 샘플의 전자현미경 이미지는 모두 1k×였으며 이미지에서 크랙 및 침식 생성물이 발견되어 관찰되었다.제한되지 않은 콘크리트는 가장 넓은 균열을 가지며 많은 입자를 포함합니다.FRP 반압 콘크리트는 균열 폭과 입자 수 측면에서 무압 콘크리트보다 열등합니다.완전히 밀폐된 FRP 콘크리트는 균열 폭이 가장 작고 동결 융해 침식 후 입자가 없습니다.이 모든 것은 완전히 밀폐된 FRP 콘크리트가 동결 및 해동으로 인한 침식에 가장 취약하다는 것을 나타냅니다.반폐쇄형 및 개방형 FRP 콘크리트 기둥 내부의 화학 공정은 명반과 석고를 형성하고 황산염 침투는 다공성에 영향을 미칩니다.동결-해동 주기가 콘크리트 균열의 주요 원인인 반면, 황산염과 그 제품은 처음부터 일부 균열과 공극을 채웁니다.그러나 침식의 양과 시간이 증가함에 따라 균열이 계속 확장되고 형성된 명반의 부피가 증가하여 압출 균열이 발생합니다.궁극적으로 동결-해동 및 황산염 노출은 컬럼의 강도를 감소시킵니다.