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Le béton armé de polymères (PRF) est considéré comme une méthode innovante et économique de réparation structurelle.Dans cette étude, deux matériaux typiques [polymère renforcé de fibres de carbone (CFRP) et polymère renforcé de fibres de verre (GFRP)] ont été sélectionnés pour étudier l'effet de renforcement du béton dans des environnements difficiles.La résistance du béton contenant des FRP à l'attaque des sulfates et aux cycles de gel-dégel associés a été discutée.Microscopie électronique pour étudier la dégradation superficielle et interne du béton lors de l'érosion conjuguée.Le degré et le mécanisme de corrosion du sulfate de sodium ont été analysés par la valeur du pH, la microscopie électronique SEM et le spectre d'énergie EMF.Des essais de résistance à la compression axiale ont été utilisés pour évaluer le renforcement des colonnes en béton contraintes par des FRP, et des relations contrainte-déformation ont été dérivées pour diverses méthodes de rétention des FRP dans un environnement couplé érosif.Une analyse des erreurs a été effectuée pour calibrer les résultats des tests expérimentaux à l'aide de quatre modèles prédictifs existants.Toutes les observations indiquent que le processus de dégradation du béton à restriction de PRF est complexe et dynamique sous des contraintes conjuguées.Le sulfate de sodium augmente initialement la résistance du béton sous sa forme brute.Cependant, les cycles de gel-dégel ultérieurs peuvent exacerber la fissuration du béton, et le sulfate de sodium réduit davantage la résistance du béton en favorisant la fissuration.Un modèle numérique précis est proposé pour simuler la relation contrainte-déformation, qui est essentielle pour la conception et l'évaluation du cycle de vie du béton contraint par des PRF.
En tant que méthode innovante de renforcement du béton qui fait l'objet de recherches depuis les années 1970, le FRP présente les avantages d'un poids léger, d'une résistance élevée, d'une résistance à la corrosion, d'une résistance à la fatigue et d'une construction pratique1,2,3.À mesure que les coûts diminuent, il devient de plus en plus courant dans les applications d'ingénierie telles que la fibre de verre (GFRP), la fibre de carbone (CFRP), la fibre de basalte (BFRP) et la fibre d'aramide (AFRP), qui sont les FRP les plus couramment utilisés pour le renforcement structurel4, 5 La méthode de rétention FRP proposée peut améliorer les performances du béton et éviter un effondrement prématuré.Cependant, divers environnements externes en génie mécanique affectent souvent la durabilité du béton limité en FRP, ce qui compromet sa résistance.
Plusieurs chercheurs ont étudié les changements de contrainte et de déformation dans le béton avec différentes formes et tailles de section.Yang et al.6 ont constaté que la contrainte et la déformation ultimes étaient positivement corrélées à la croissance de l'épaisseur du tissu fibreux.Wu et al.7 ont obtenu des courbes contrainte-déformation pour le béton contraint en FRP en utilisant divers types de fibres pour prédire les contraintes et les charges ultimes.Lin et al.8 ont découvert que les modèles de contrainte-déformation FRP pour les barres rondes, carrées, rectangulaires et elliptiques diffèrent également considérablement, et ont développé un nouveau modèle de contrainte-déformation orienté conception en utilisant le rapport de la largeur et du rayon d'angle comme paramètres.Lam et al.9 ont observé que le chevauchement et la courbure non uniformes du FRP entraînaient moins de déformation et de contrainte de rupture dans le FRP que dans les essais de traction de dalle.De plus, les scientifiques ont étudié les contraintes partielles et de nouvelles méthodes de contraintes en fonction de différents besoins de conception réels.Wang et al.[10] ont effectué des essais de compression axiale sur du béton entièrement, partiellement et sans restriction dans trois modes limités.Un modèle "contrainte-déformation" a été développé et les coefficients de l'effet limite pour le béton partiellement fermé sont donnés.Wu et al.11 ont développé une méthode pour prédire la dépendance contrainte-déformation du béton contraint en PRF qui prend en compte les effets de taille.Moran et al.12 ont évalué les propriétés de compression axiale monotone du béton contraint avec des bandes hélicoïdales en PRF et ont dérivé ses courbes contrainte-déformation.Cependant, l'étude ci-dessus examine principalement la différence entre le béton partiellement fermé et le béton entièrement fermé.Le rôle des PRF limitant partiellement les sections de béton n'a pas été étudié en détail.
De plus, l'étude a évalué les performances du béton restreint en PRF en termes de résistance à la compression, de changement de déformation, de module d'élasticité initial et de module d'écrouissage dans diverses conditions.Tijani et al.13,14 ont constaté que la réparabilité du béton limité en FRP diminue avec l'augmentation des dommages dans les expériences de réparation en FRP sur du béton initialement endommagé.Ma et al.[15] ont étudié l'effet de l'endommagement initial sur les poteaux en béton contraints par des PRF et ont considéré que l'effet du degré d'endommagement sur la résistance à la traction était négligeable, mais avait un effet significatif sur les déformations latérales et longitudinales.Cependant, Cao et al.16 ont observé des courbes contrainte-déformation et des courbes enveloppe contrainte-déformation du béton contraint en PRF affecté par les dommages initiaux.En plus des études sur la rupture initiale du béton, certaines études ont également été menées sur la durabilité du béton limité en PRF dans des conditions environnementales difficiles.Ces scientifiques ont étudié la dégradation du béton à restriction FRP dans des conditions difficiles et ont utilisé des techniques d'évaluation des dommages pour créer des modèles de dégradation afin de prédire la durée de vie.Xie et al.17 ont placé le béton contraint par des FRP dans un environnement hydrothermal et ont constaté que les conditions hydrothermales affectaient de manière significative les propriétés mécaniques du FRP, entraînant une diminution progressive de sa résistance à la compression.Dans un environnement acide-base, l'interface entre le CFRP et le béton se détériore.À mesure que le temps d'immersion augmente, le taux de libération de l'énergie de destruction de la couche de CFRP diminue de manière significative, ce qui conduit finalement à la destruction des échantillons interfaciaux18,19,20.De plus, certains scientifiques ont également étudié les effets du gel et du dégel sur le béton limité en PRF.Liu et al.21 ont noté que les barres d'armature en PRFC ont une bonne durabilité sous les cycles de gel-dégel en fonction du module dynamique relatif, de la résistance à la compression et du rapport contrainte-déformation.De plus, un modèle est proposé qui est associé à la détérioration des propriétés mécaniques du béton.Cependant, Peng et al.22 ont calculé la durée de vie des CFRP et des adhésifs pour béton en utilisant les données de température et de cycle de gel-dégel.Guang et al.23 ont mené des essais rapides de gel-dégel du béton et ont proposé une méthode d'évaluation de la résistance au gel basée sur l'épaisseur de la couche endommagée sous exposition au gel-dégel.Yazdani et al.24 ont étudié l'effet des couches de PRF sur la pénétration des ions chlorure dans le béton.Les résultats montrent que la couche de FRP est chimiquement résistante et isole le béton intérieur des ions chlorure extérieurs.Liu et al.25 ont simulé les conditions d'essai de pelage pour le béton FRP corrodé par les sulfates, créé un modèle de glissement et prédit la dégradation de l'interface FRP-béton.Wang et al.26 ont établi un modèle contrainte-déformation pour le béton érodé au sulfate contraint par des PRF par des essais de compression uniaxiale.Zhou et al.[27] ont étudié les dommages au béton non confiné causés par des cycles combinés de gel-dégel du sel et ont utilisé pour la première fois une fonction logistique pour décrire le mécanisme de rupture.Ces études ont fait des progrès significatifs dans l'évaluation de la durabilité du béton limité en PRF.Cependant, la plupart des chercheurs se sont concentrés sur la modélisation des milieux érosifs sous une condition défavorable.Le béton est souvent endommagé en raison de l'érosion associée causée par diverses conditions environnementales.Ces conditions environnementales combinées dégradent gravement les performances du béton à restriction de PRF.
Les cycles de sulfatation et de gel-dégel sont deux paramètres typiques importants affectant la durabilité du béton.La technologie de localisation FRP peut améliorer les propriétés du béton.Il est largement utilisé dans l'ingénierie et la recherche, mais a actuellement ses limites.Plusieurs études se sont concentrées sur la résistance du béton à restriction de PRF à la corrosion sulfatée dans les régions froides.Le processus d'érosion du béton entièrement fermé, semi-fermé et ouvert par le sulfate de sodium et le gel-dégel mérite une étude plus détaillée, en particulier la nouvelle méthode semi-fermée décrite dans cet article.L'effet de renforcement sur les colonnes en béton a également été étudié en échangeant l'ordre de rétention et d'érosion des FRP.Les modifications microcosmiques et macroscopiques de l'échantillon causées par l'érosion des liaisons ont été caractérisées par un microscope électronique, un test de pH, un microscope électronique SEM, une analyse du spectre d'énergie EMF et un test mécanique uniaxial.En outre, cette étude traite des lois régissant la relation contrainte-déformation qui se produit dans les essais mécaniques uniaxiaux.Les valeurs de contrainte et de déformation limites vérifiées expérimentalement ont été validées par une analyse d'erreur à l'aide de quatre modèles de contrainte-déformation limite existants.Le modèle proposé peut entièrement prédire la déformation et la résistance ultimes du matériau, ce qui est utile pour les futures pratiques de renforcement en FRP.Enfin, il sert de base conceptuelle au concept de résistance au gel salin du béton FRP.
Cette étude évalue la détérioration du béton limité en FRP en utilisant la corrosion par solution de sulfate en combinaison avec des cycles de gel-dégel.Les changements microscopiques et macroscopiques causés par l'érosion du béton ont été démontrés à l'aide de la microscopie électronique à balayage, des tests de pH, de la spectroscopie d'énergie EDS et des tests mécaniques uniaxiaux.De plus, les propriétés mécaniques et les changements de contrainte-déformation du béton contraint par FRP soumis à l'érosion liée ont été étudiés à l'aide d'expériences de compression axiale.
Le béton confiné FRP se compose de béton brut, d'un matériau d'enveloppe extérieure FRP et d'un adhésif époxy.Deux matériaux d'isolation externe ont été sélectionnés : CFRP et GRP, les propriétés des matériaux sont présentées dans le tableau 1. Les résines époxy A et B ont été utilisées comme adhésifs (rapport de mélange 2:1 en volume).Riz.1 illustre les détails de la construction des matériaux de mélange de béton.Dans la figure 1a, le ciment Portland Swan PO 42.5 a été utilisé.Les agrégats grossiers sont de la pierre de basalte concassée d'un diamètre de 5-10 et 10-19 mm, respectivement, comme le montre la fig.1b et c.En tant que charge fine sur la Fig. 1g, on utilise du sable de rivière naturel avec un module de finesse de 2,3.Préparez une solution de sulfate de sodium à partir des granulés de sulfate de sodium anhydre et d'une certaine quantité d'eau.
La composition du mélange de béton: a - ciment, b - agrégat 5–10 mm, c - agrégat 10–19 mm, d - sable de rivière.
La résistance de calcul du béton est de 30 MPa, ce qui se traduit par un tassement du béton de ciment frais de 40 à 100 mm.Le rapport de mélange du béton est indiqué dans le tableau 2, et le rapport des granulats grossiers 5-10 mm et 10-20 mm est de 3:7.L'effet de l'interaction avec l'environnement a été modélisé en préparant d'abord une solution de NaSO4 à 10 %, puis en versant la solution dans une chambre à cycle de congélation-décongélation.
Les mélanges de béton ont été préparés dans un malaxeur forcé de 0,5 m3 et l'ensemble du lot de béton a été utilisé pour la pose des échantillons requis.Tout d'abord, les ingrédients du béton sont préparés selon le tableau 2, et le ciment, le sable et les granulats grossiers sont prémélangés pendant trois minutes.Ensuite, répartissez uniformément l'eau et remuez pendant 5 minutes.Ensuite, des échantillons de béton ont été coulés dans des moules cylindriques et compactés sur une table vibrante (moule diamètre 10 cm, hauteur 20 cm).
Après durcissement pendant 28 jours, les échantillons ont été emballés avec du matériau FRP.Cette étude traite de trois méthodes pour les poteaux en béton armé, y compris les colonnes entièrement fermées, semi-contraintes et sans restriction.Deux types, CFRP et GFRP, sont utilisés pour des matériaux limités.FRP Coque en béton FRP entièrement fermée, 20 cm de haut et 39 cm de long.Le haut et le bas du béton lié au FRP n'ont pas été scellés avec de l'époxy.Le processus de test semi-hermétique en tant que technologie hermétique récemment proposée est décrit comme suit.
(2) À l'aide d'une règle, tracez une ligne sur la surface cylindrique en béton pour déterminer la position des bandes de PRF, la distance entre les bandes est de 2,5 cm.Enroulez ensuite le ruban autour des zones en béton où le FRP n'est pas nécessaire.
(3) La surface en béton est polie avec du papier de verre, essuyée avec de la laine d'alcool et enduite d'époxy.Ensuite, collez manuellement les bandes de fibre de verre sur la surface du béton et pressez les espaces pour que la fibre de verre adhère complètement à la surface du béton et évite les bulles d'air.Enfin, collez les bandes de FRP sur la surface de béton de haut en bas, selon les marques faites avec une règle.
(4) Après une demi-heure, vérifiez si le béton s'est séparé du FRP.Si le FRP glisse ou dépasse, il doit être réparé immédiatement.Les spécimens moulés doivent être durcis pendant 7 jours pour assurer la résistance durcie.
(5) Après le durcissement, utilisez un couteau utilitaire pour retirer le ruban de la surface du béton et obtenez enfin une colonne en béton FRP semi-hermétique.
Les résultats sous diverses contraintes sont présentés dans la fig.2. La figure 2a montre un béton CFRP entièrement fermé, la figure 2b montre un béton CFRP semi-généralisé, la figure 2c montre un béton GFRP entièrement fermé et la figure 2d montre un béton CFRP semi-contraint.
Styles fermés : (a) CFRP entièrement fermé ;(b) fibre de carbone semi-fermée;(c) complètement enfermé dans de la fibre de verre ;(d) fibre de verre semi-fermée.
Quatre paramètres principaux sont conçus pour étudier l'effet des contraintes de FRP et des séquences d'érosion sur les performances de contrôle de l'érosion des cylindres.Le tableau 3 montre le nombre d'échantillons de colonnes en béton.Les échantillons pour chaque catégorie consistaient en trois échantillons de statut identiques pour assurer la cohérence des données.La moyenne de trois échantillons a été analysée pour tous les résultats expérimentaux dans cet article.
(1) Le matériau étanche à l'air est classé comme fibre de carbone ou fibre de verre.Une comparaison a été faite de l'effet de deux types de fibres sur le renforcement du béton.
(2) Les méthodes de confinement des colonnes en béton sont divisées en trois types : totalement limitées, semi-limitées et illimitées.La résistance à l'érosion des colonnes en béton semi-fermées a été comparée à deux autres variétés.
(3) Les conditions d'érosion sont des cycles de gel-dégel plus une solution de sulfate, et le nombre de cycles de gel-dégel est de 0, 50 et 100 fois, respectivement.L'effet de l'érosion couplée sur des poteaux en béton contraints par des PRF a été étudié.
(4) Les éprouvettes sont divisées en trois groupes.Le premier groupe est l'emballage FRP puis la corrosion, le deuxième groupe est la corrosion d'abord puis l'emballage, et le troisième groupe est la corrosion d'abord puis l'emballage puis la corrosion.
La procédure expérimentale utilise une machine d'essai universelle, une machine d'essai de traction, une unité de cycle de congélation-décongélation (type CDR-Z), un microscope électronique, un pH-mètre, une jauge de contrainte, un dispositif de déplacement, un microscope électronique SEM et un Analyseur de spectre d'énergie EDS dans cette étude.L'échantillon est une colonne en béton de 10 cm de haut et 20 cm de diamètre.Le béton a durci dans les 28 jours suivant le coulage et le compactage, comme le montre la figure 3a.Tous les échantillons ont été démoulés après coulage et conservés pendant 28 jours à 18-22°C et 95% d'humidité relative, puis certains échantillons ont été enveloppés de fibre de verre.
Méthodes d'essai : (a) équipement pour maintenir une température et une humidité constantes ;(b) une machine à cycle de congélation-décongélation ;(c) machine d'essai universelle ;(d) testeur de pH ;(e) observation microscopique.
L'expérience de gel-dégel utilise la méthode de gel flash comme le montre la figure 3b.Selon GB/T 50082-2009 « Normes de durabilité pour le béton conventionnel », les échantillons de béton ont été complètement immergés dans une solution de sulfate de sodium à 10 % à 15-20 °C pendant 4 jours avant congélation et décongélation.Après cela, l'attaque des sulfates commence et se termine simultanément avec le cycle de congélation-décongélation.La durée du cycle de congélation-décongélation est de 2 à 4 heures et la durée de décongélation ne doit pas être inférieure à 1/4 de la durée du cycle.La température à cœur de l'échantillon doit être maintenue dans la plage de (-18±2) à (5±2) °С.Le passage de la congélation à la décongélation ne devrait pas prendre plus de dix minutes.Trois échantillons cylindriques identiques de chaque catégorie ont été utilisés pour étudier la perte de poids et le changement de pH de la solution sur 25 cycles de congélation-décongélation, comme le montre la figure 3d.Après tous les 25 cycles de congélation-décongélation, les échantillons ont été retirés et les surfaces nettoyées avant de déterminer leur poids frais (Wd).Toutes les expériences ont été réalisées en triple exemplaire des échantillons et les valeurs moyennes ont été utilisées pour discuter des résultats des tests.Les formules de perte de masse et de résistance de l'échantillon sont déterminées comme suit :
Dans la formule, ΔWd est la perte de poids (%) de l'échantillon après tous les 25 cycles de gel-dégel, W0 est le poids moyen de l'échantillon de béton avant le cycle de gel-dégel (kg), Wd est le poids moyen du béton.poids de l'échantillon après 25 cycles de congélation-décongélation (kg).
Le coefficient de dégradation de la résistance de l'échantillon est caractérisé par Kd, et la formule de calcul est la suivante :
Dans la formule, ΔKd est le taux de perte de résistance (%) de l'échantillon tous les 50 cycles de gel-dégel, f0 est la résistance moyenne de l'échantillon de béton avant le cycle de gel-dégel (MPa), fd est la résistance moyenne de l'échantillon de béton pendant 50 cycles de gel-dégel (MPa).
Sur la fig.3c montre une machine d'essai de compression pour éprouvettes en béton.Conformément à la « Norme pour les méthodes d'essai des propriétés physiques et mécaniques du béton » (GBT50081-2019), une méthode d'essai des colonnes en béton pour la résistance à la compression est définie.Le taux de chargement dans le test de compression est de 0,5 MPa/s, et un chargement continu et séquentiel est utilisé tout au long du test.La relation charge-déplacement de chaque éprouvette a été enregistrée lors des essais mécaniques.Des jauges de contrainte ont été fixées aux surfaces extérieures des couches de béton et de FRP des éprouvettes pour mesurer les déformations axiales et horizontales.La cellule de déformation est utilisée dans les essais mécaniques pour enregistrer le changement de déformation de l'échantillon lors d'un essai de compression.
Tous les 25 cycles de congélation-décongélation, un échantillon de la solution de congélation-décongélation a été prélevé et placé dans un récipient.Sur la fig.3d montre un test de pH d'une solution d'échantillon dans un récipient.L'examen microscopique de la surface et de la section transversale de l'échantillon dans des conditions de gel-dégel est illustré à la Fig. 3d.L'état de surface de divers échantillons après 50 et 100 cycles de congélation-décongélation en solution de sulfate a été observé au microscope.Le microscope utilise un grossissement de 400x.Lors de l'observation de la surface de l'échantillon, l'érosion de la couche de PRF et de la couche externe de béton est principalement observée.L'observation de la section transversale de l'échantillon sélectionne essentiellement les conditions d'érosion à une distance de 5, 10 et 15 mm de la couche externe.La formation de produits sulfatés et les cycles de congélation-décongélation nécessitent des tests supplémentaires.Par conséquent, la surface modifiée des échantillons sélectionnés a été examinée à l'aide d'un microscope électronique à balayage (SEM) équipé d'un spectromètre à dispersion d'énergie (EDS).
Inspectez visuellement la surface de l'échantillon avec un microscope électronique et sélectionnez un grossissement de 400X.Le degré d'endommagement de la surface dans le béton GRP semi-fermé et sans joint sous les cycles de gel-dégel et l'exposition aux sulfates est assez élevé, tandis que dans le béton entièrement fermé, il est négligeable.La première catégorie fait référence à l'occurrence de l'érosion du béton à écoulement libre par le sulfate de sodium et de 0 à 100 cycles de gel-dégel, comme le montre la Fig. 4a.Les échantillons de béton sans exposition au gel ont une surface lisse sans caractéristiques visibles.Après 50 érosions, le bloc de pulpe en surface s'est partiellement décollé, exposant la coque blanche de la pulpe.Après 100 érosions, les coquilles des solutions sont complètement tombées lors d'une inspection visuelle de la surface du béton.L'observation microscopique a montré que la surface du béton érodé par le gel-dégel 0 était lisse et que l'agrégat de surface et le mortier étaient dans le même plan.Une surface irrégulière et rugueuse a été observée sur une surface de béton érodée par 50 cycles de gel-dégel.Cela peut s'expliquer par le fait qu'une partie du mortier est détruite et qu'une petite quantité de cristaux granuleux blancs adhère à la surface, qui est principalement composée d'agrégats, de mortier et de cristaux blancs.Après 100 cycles de gel-dégel, une grande surface de cristaux blancs est apparue à la surface du béton, tandis que l'agrégat grossier foncé était exposé à l'environnement extérieur.Actuellement, la surface du béton est principalement constituée d'agrégats exposés et de cristaux blancs.
Morphologie d'une colonne en béton gel-dégel érosive : (a) colonne en béton sans restriction ;(b) béton semi-fermé renforcé de fibres de carbone ;(c) Béton semi-fermé en PRV ;(d) béton PRFC entièrement fermé ;(e) Béton semi-fermé en PRV.
La deuxième catégorie est la corrosion des colonnes en béton semi-hermétiques CFRP et GRP sous les cycles de gel-dégel et l'exposition aux sulfates, comme le montre la Fig. 4b, c.L'inspection visuelle (grossissement 1x) a montré qu'une poudre blanche s'est formée progressivement à la surface de la couche fibreuse, qui est rapidement tombée avec une augmentation du nombre de cycles de congélation-décongélation.L'érosion de surface illimitée du béton FRP semi-hermétique est devenue plus prononcée à mesure que le nombre de cycles de gel-dégel augmentait.Le phénomène visible de "ballonnement" (la surface ouverte de la solution de la colonne en béton est sur le point de s'effondrer).Cependant, le phénomène de pelage est partiellement gêné par le revêtement en fibre de carbone adjacent).Au microscope, les fibres de carbone synthétiques apparaissent sous forme de fils blancs sur fond noir à un grossissement de 400x.En raison de la forme ronde des fibres et de l'exposition à une lumière inégale, elles apparaissent blanches, mais les faisceaux de fibres de carbone eux-mêmes sont noirs.La fibre de verre est initialement filiforme blanche, mais au contact de l'adhésif, elle devient transparente et l'état du béton à l'intérieur de la fibre de verre est clairement visible.La fibre de verre est blanc brillant et le liant est jaunâtre.Les deux sont de couleur très claire, de sorte que la couleur de la colle masquera les brins de fibre de verre, donnant à l'ensemble une teinte jaunâtre.Les fibres de carbone et de verre sont protégées des dommages par une résine époxy externe.Au fur et à mesure que le nombre d'attaques de gel-dégel augmentait, davantage de vides et quelques cristaux blancs devinrent visibles à la surface.Au fur et à mesure que le cycle de congélation des sulfates augmente, le liant s'amincit progressivement, la couleur jaunâtre disparaît et les fibres deviennent visibles.
La troisième catégorie est la corrosion du béton CFRP et GRP entièrement fermé sous les cycles de gel-dégel et l'exposition aux sulfates, comme le montre la Fig. 4d, e.Encore une fois, les résultats observés sont similaires à ceux du deuxième type de section contrainte de la colonne en béton.
Comparer les phénomènes observés après application des trois méthodes de confinement décrites ci-dessus.Les tissus fibreux du béton FRP entièrement isolé restent stables à mesure que le nombre de cycles de gel-dégel augmente.D'autre part, la couche d'anneau adhésif est plus fine en surface.Les résines époxy réagissent principalement avec les ions hydrogène actifs dans l'acide sulfurique à cycle ouvert et réagissent à peine avec les sulfates28.Ainsi, on peut considérer que l'érosion modifie principalement les propriétés de la couche adhésive à la suite des cycles de gel-dégel, modifiant ainsi l'effet de renforcement du FRP.La surface en béton du béton semi-hermétique FRP présente le même phénomène d'érosion que la surface en béton sans restriction.Sa couche de FRP correspond à la couche de FRP du béton entièrement fermé et les dommages ne sont pas évidents.Cependant, dans le béton GRP semi-scellé, des fissures d'érosion étendues se produisent là où les bandes de fibres se croisent avec le béton exposé.L'érosion des surfaces de béton exposées s'aggrave à mesure que le nombre de cycles de gel-dégel augmente.
Les intérieurs de béton FRP entièrement fermé, semi-fermé et sans restriction ont montré des différences significatives lorsqu'ils étaient soumis à des cycles de gel-dégel et à une exposition à des solutions de sulfate.L'échantillon a été coupé transversalement et la section transversale a été observée à l'aide d'un microscope électronique à un grossissement de 400x.Sur la fig.5 montre des images microscopiques à une distance de 5 mm, 10 mm et 15 mm de la limite entre le béton et le mortier, respectivement.Il a été observé que lorsque la solution de sulfate de sodium est combinée au gel-dégel, les dommages au béton sont progressivement décomposés de la surface vers l'intérieur.Étant donné que les conditions d'érosion interne du béton CFRP et du béton contraint GFRP sont les mêmes, cette section ne compare pas les deux matériaux de confinement.
Observation microscopique de l'intérieur de la section en béton de la colonne : (a) complètement limitée par de la fibre de verre ;(b) semi-fermé avec de la fibre de verre ;(c) illimité.
L'érosion interne du béton entièrement fermé en PRF est illustrée à la fig.5a.Des fissures sont visibles à 5 mm, la surface est relativement lisse, il n'y a pas de cristallisation.La surface est lisse, sans cristaux, de 10 à 15 mm d'épaisseur.L'érosion interne du béton semi-hermétique FRP est illustrée à la fig.5 B. Des fissures et des cristaux blancs sont visibles à 5 mm et 10 mm, et la surface est lisse à 15 mm.La figure 5c montre des sections de colonnes en béton PRF où des fissures ont été trouvées à 5, 10 et 15 mm.Quelques cristaux blancs dans les fissures sont devenus progressivement plus rares au fur et à mesure que les fissures se déplaçaient de l'extérieur du béton vers l'intérieur.Les colonnes en béton sans fin ont montré le plus d'érosion, suivies des colonnes en béton FRP semi-contraint.Le sulfate de sodium a eu peu d'effet sur l'intérieur d'échantillons de béton FRP entièrement fermés sur 100 cycles de gel-dégel.Cela indique que la principale cause d'érosion du béton FRP entièrement contraint est l'érosion par le gel-dégel sur une période de temps.L'observation de la section transversale a montré que la section immédiatement avant le gel et le dégel était lisse et exempte d'agrégats.Au fur et à mesure que le béton gèle et dégèle, des fissures sont visibles, il en va de même pour les granulats, et les cristaux granuleux blancs sont densément recouverts de fissures.Des études27 ont montré que lorsque le béton est placé dans une solution de sulfate de sodium, le sulfate de sodium pénètre dans le béton, dont certains précipitent sous forme de cristaux de sulfate de sodium, et certains réagissent avec le ciment.Les cristaux de sulfate de sodium et les produits de réaction ressemblent à des granulés blancs.
Le FRP limite complètement les fissures du béton en érosion conjuguée, mais la section est lisse sans cristallisation.D'autre part, les sections de béton semi-fermées et non restreintes en PRF ont développé des fissures internes et une cristallisation sous l'érosion conjuguée.Selon la description de l'image et des études antérieures29, le processus d'érosion des joints du béton PRF non restreint et semi-restreint est divisé en deux étapes.La première étape de la fissuration du béton est associée à l'expansion et à la contraction pendant le gel-dégel.Lorsque le sulfate pénètre dans le béton et devient visible, le sulfate correspondant remplit les fissures créées par le retrait dû aux réactions de gel-dégel et d'hydratation.Par conséquent, le sulfate a un effet protecteur particulier sur le béton à un stade précoce et peut améliorer les propriétés mécaniques du béton dans une certaine mesure.La deuxième étape de l'attaque des sulfates se poursuit, pénétrant les fissures ou les vides et réagissant avec le ciment pour former de l'alun.En conséquence, la fissure grossit et cause des dommages.Pendant ce temps, les réactions de dilatation et de contraction associées au gel et au dégel aggravent les dommages internes au béton, entraînant une réduction de la capacité portante.
Sur la fig.6 montre les changements de pH des solutions d'imprégnation du béton pour trois méthodes limitées contrôlées après 0, 25, 50, 75 et 100 cycles de gel-dégel.Les mortiers de béton FRP sans restriction et semi-fermés ont montré l'augmentation de pH la plus rapide de 0 à 25 cycles de gel-dégel.Leurs valeurs de pH sont passées de 7,5 à 11,5 et 11,4, respectivement.Au fur et à mesure que le nombre de cycles de congélation-décongélation augmentait, l'augmentation du pH ralentissait graduellement après 25 à 100 cycles de congélation-décongélation.Leurs valeurs de pH sont passées de 11,5 et 11,4 à 12,4 et 11,84, respectivement.Étant donné que le béton FRP entièrement collé recouvre la couche de FRP, il est difficile pour la solution de sulfate de sodium de pénétrer.Dans le même temps, il est difficile pour la composition de ciment de pénétrer dans les solutions externes.Ainsi, le pH a progressivement augmenté de 7,5 à 8,0 entre 0 et 100 cycles de gel-dégel.La raison du changement de pH est analysée comme suit.Le silicate dans le béton se combine avec les ions hydrogène dans l'eau pour former de l'acide silicique, et l'OH- restant augmente le pH de la solution saturée.Le changement de pH était plus prononcé entre 0 et 25 cycles de congélation-décongélation et moins prononcé entre 25 et 100 cycles de congélation-décongélation30.Cependant, il a été constaté ici que le pH continuait d'augmenter après 25 à 100 cycles de congélation-décongélation.Cela peut s'expliquer par le fait que le sulfate de sodium réagit chimiquement avec l'intérieur du béton, modifiant le pH de la solution.L'analyse de la composition chimique montre que le béton réagit avec le sulfate de sodium de la manière suivante.
Les formules (3) et (4) montrent que le sulfate de sodium et l'hydroxyde de calcium dans le ciment forment du gypse (sulfate de calcium) et que le sulfate de calcium réagit en outre avec le métaaluminate de calcium dans le ciment pour former des cristaux d'alun.La réaction (4) s'accompagne de la formation de OH- basique, ce qui conduit à une augmentation du pH.De plus, comme cette réaction est réversible, le pH monte à un certain moment et change lentement.
Sur la fig.7a montre la perte de poids du béton GRP entièrement fermé, semi-fermé et verrouillé pendant les cycles de gel-dégel dans une solution de sulfate.Le changement le plus évident dans la perte de masse est le béton sans restriction.Le béton sans restriction a perdu environ 3,2 % de sa masse après 50 attaques de gel-dégel et environ 3,85 % après 100 attaques de gel-dégel.Les résultats montrent que l'effet de l'érosion conjuguée sur la qualité du béton coulant diminue à mesure que le nombre de cycles de gel-dégel augmente.Cependant, lors de l'observation de la surface de l'échantillon, il a été constaté que la perte de mortier après 100 cycles de gel-dégel était plus importante qu'après 50 cycles de gel-dégel.Combiné avec les études de la section précédente, on peut émettre l'hypothèse que la pénétration des sulfates dans le béton entraîne un ralentissement de la perte de masse.Pendant ce temps, l'alun et le gypse générés en interne entraînent également une perte de poids plus lente, comme le prédisent les équations chimiques (3) et (4).
Changement de poids : (a) relation entre le changement de poids et le nombre de cycles de congélation-décongélation ;(b) relation entre le changement de masse et la valeur du pH.
La variation de la perte de poids du béton semi-hermétique FRP diminue d'abord puis augmente.Après 50 cycles de gel-dégel, la perte de masse du béton de fibre de verre semi-hermétique est d'environ 1,3 %.La perte de poids après 100 cycles était de 0,8 %.Par conséquent, on peut conclure que le sulfate de sodium pénètre dans le béton à écoulement libre.De plus, l'observation de la surface de l'éprouvette a également montré que les bandes de fibres pouvaient résister au pelage du mortier dans une zone ouverte, réduisant ainsi la perte de poids.
Le changement de perte de masse du béton FRP entièrement fermé est différent des deux premiers.La masse ne perd pas, mais s'ajoute.Après 50 érosions gel-dégel, la masse a augmenté d'environ 0,08 %.Après 100 fois, sa masse a augmenté d'environ 0,428 %.Étant donné que le béton est complètement coulé, le mortier à la surface du béton ne se détachera pas et il est peu probable qu'il entraîne une perte de qualité.D'autre part, la pénétration de l'eau et des sulfates de la surface à haute teneur à l'intérieur du béton à faible teneur améliore également la qualité du béton.
Plusieurs études ont déjà été menées sur la relation entre le pH et la perte de masse dans le béton à restriction de FRP dans des conditions érosives.La plupart des recherches traitent principalement de la relation entre la perte de masse, le module d'élasticité et la perte de résistance.Sur la fig.7b montre la relation entre le pH du béton et la perte de masse sous trois contraintes.Un modèle prédictif est proposé pour prédire la perte de masse du béton en utilisant trois méthodes de rétention à différentes valeurs de pH.Comme on peut le voir sur la figure 7b, le coefficient de Pearson est élevé, indiquant qu'il existe bien une corrélation entre le pH et la perte de masse.Les valeurs r au carré pour le béton non restreint, semi-restreint et entièrement restreint étaient respectivement de 0,86, 0,75 et 0,96.Cela indique que le changement de pH et la perte de poids du béton entièrement isolé sont relativement linéaires dans les conditions de sulfate et de gel-dégel.Dans le béton sans restriction et le béton FRP semi-hermétique, le pH augmente progressivement au fur et à mesure que le ciment réagit avec la solution aqueuse.En conséquence, la surface en béton est progressivement détruite, ce qui conduit à l'apesanteur.D'autre part, le pH du béton entièrement fermé change peu car la couche de PRF ralentit la réaction chimique du ciment avec la solution aqueuse.Ainsi, pour un béton entièrement fermé, il n'y a pas d'érosion de surface visible, mais il prendra du poids en raison de la saturation due à l'absorption des solutions de sulfate.
Sur la fig.8 montre les résultats d'un balayage SEM d'échantillons gravés avec du sulfate de sodium gel-dégel.La microscopie électronique a examiné des échantillons prélevés sur des blocs prélevés sur la couche externe de colonnes en béton.La figure 8a est une image au microscope électronique à balayage d'un béton non fermé avant érosion.Il est à noter qu'il existe de nombreux trous à la surface de l'échantillon, ce qui affecte la résistance de la colonne de béton elle-même avant le gel-dégel.Sur la fig.8b montre une image au microscope électronique d'un échantillon de béton FRP entièrement isolé après 100 cycles de gel-dégel.Des fissures dans l'échantillon dues au gel et au dégel peuvent être détectées.Cependant, la surface est relativement lisse et il n'y a pas de cristaux dessus.Par conséquent, les fissures non remplies sont plus visibles.Sur la fig.8c montre un échantillon de béton GRP semi-hermétique après 100 cycles d'érosion par le gel.Il est clair que les fissures se sont élargies et que des grains se sont formés entre les fissures.Certaines de ces particules s'attachent aux fissures.Un balayage SEM d'un échantillon d'une colonne en béton sans restriction est illustré à la figure 8d, un phénomène compatible avec la semi-restriction.Pour élucider davantage la composition des particules, les particules dans les fissures ont été encore agrandies et analysées à l'aide de la spectroscopie EDS.Les particules se présentent essentiellement sous trois formes différentes.Selon l'analyse du spectre d'énergie, le premier type, comme le montre la figure 9a, est un cristal bloc régulier, principalement composé d'O, S, Ca et d'autres éléments.En combinant les formules précédentes (3) et (4), on peut déterminer que le composant principal du matériau est le gypse (sulfate de calcium).Le second est représenté sur la figure 9b ;selon l'analyse du spectre d'énergie, il s'agit d'un objet aciculaire non directionnel et ses principaux composants sont O, Al, S et Ca.Les recettes combinées montrent que le matériau est principalement constitué d'alun.Le troisième bloc représenté sur la figure 9c est un bloc irrégulier, déterminé par analyse du spectre d'énergie, principalement constitué de composants O, Na et S. Il s'est avéré qu'il s'agit principalement de cristaux de sulfate de sodium.La microscopie électronique à balayage a montré que la plupart des vides étaient remplis de cristaux de sulfate de sodium, comme le montre la figure 9c, ainsi que de petites quantités de gypse et d'alun.
Images au microscope électronique d'échantillons avant et après corrosion : (a) béton ouvert avant corrosion ;(b) après corrosion, la fibre de verre est complètement scellée;(c) après corrosion du béton semi-fermé en PRV ;(d) après corrosion du béton ouvert.
L'analyse nous permet de tirer les conclusions suivantes.Les images au microscope électronique des trois échantillons étaient toutes de 1k× et des fissures et des produits d'érosion ont été trouvés et observés dans les images.Le béton sans restriction a les fissures les plus larges et contient de nombreux grains.Le béton à semi-pression FRP est inférieur au béton sans pression en termes de largeur de fissure et de nombre de particules.Le béton FRP entièrement fermé a la plus petite largeur de fissure et aucune particule après l'érosion par le gel-dégel.Tout cela indique que le béton FRP entièrement fermé est le moins sensible à l'érosion due au gel et au dégel.Les processus chimiques à l'intérieur des colonnes de béton FRP semi-fermées et ouvertes conduisent à la formation d'alun et de gypse, et la pénétration des sulfates affecte la porosité.Alors que les cycles de gel-dégel sont la principale cause de fissuration du béton, les sulfates et leurs produits remplissent certaines des fissures et des pores en premier lieu.Cependant, à mesure que la quantité et la durée de l'érosion augmentent, les fissures continuent de se dilater et le volume d'alun formé augmente, entraînant des fissures d'extrusion.En fin de compte, le gel-dégel et l'exposition aux sulfates réduiront la résistance de la colonne.