Metil celulozni eter na sobnoj temperaturi očvršćava beton ultra visokih performansi

sažetak: Promjenom sadržaja hidroksipropil metilceluloznog etera (HPMC) u betonu ultra-visokih performansi (UHPC) koji očvršćava na normalnoj temperaturi, proučavan je utjecaj celuloznog etera na fluidnost, vrijeme vezivanja, tlačnu čvrstoću i čvrstoću na savijanje UHPC. , aksijalna vlačna čvrstoća i granična vlačna vrijednost, a rezultati su analizirani. Rezultati ispitivanja pokazuju da: dodavanje ne više od 1,00% HPMC niskog viskoziteta ne utiče na fluidnost UHPC, ali smanjuje gubitak fluidnosti tokom vremena. i produžavaju vrijeme vezivanja, uvelike poboljšavajući performanse konstrukcije; kada je sadržaj manji od 0,50%, utjecaj na tlačnu čvrstoću, čvrstoću na savijanje i aksijalnu vlačnu čvrstoću nije značajan, a kada je sadržaj veći od 0,50%, njegove mehaničke performanse se smanjuju za više od 1/3. S obzirom na različite performanse, preporučena doza HPMC je 0,50%.

Ključne riječi: beton ultra visokih performansi; celulozni eter; stvrdnjavanje na normalnoj temperaturi; tlačna čvrstoća; čvrstoća na savijanje; zatezna čvrstoća

0、Predgovor

Sa brzim razvojem kineske građevinske industrije, zahtjevi za performansama betona u stvarnom inženjeringu su također porasli, a beton ultra visokih performansi (UHPC) je proizveden kao odgovor na potražnju. Optimalni udio čestica s različitim veličinama čestica je teoretski dizajniran i pomiješan sa čeličnim vlaknima i visokoefikasnim sredstvom za redukciju vode, ima izvrsna svojstva kao što su ultra-visoka tlačna čvrstoća, visoka žilavost, visoka otpornost na udar, izdržljivost i snažno samoizlječenje sposobnost mikropukotina. Performanse. Strana tehnološka istraživanja o UHPC su relativno zrela i primijenjena su na mnoge praktične projekte. U poređenju sa inostranstvom, domaća istraživanja nisu dovoljno duboka. Dong Jianmiao i drugi proučavali su inkorporaciju vlakana dodajući različite vrste i količine vlakana. Mehanizam uticaja i zakon betona; Chen Jing et al. proučavao je uticaj prečnika čeličnih vlakana na performanse UHPC odabirom čeličnih vlakana sa 4 prečnika. UHPC ima samo mali broj inženjerskih aplikacija u Kini, a još je u fazi teorijskog istraživanja. Učinak UHPC Superioriteta postao je jedan od istraživačkih pravaca konkretnog razvoja, ali ima još mnogo problema koje treba riješiti. Kao što su visoki zahtjevi za sirovinama, visoka cijena, komplikovan proces pripreme, itd., ograničavajući razvoj tehnologije proizvodnje UHPC. Među njima, korištenje pare pod visokim pritiskom. Očvršćavanje UHPC na visokoj temperaturi može učiniti da dobije veća mehanička svojstva i izdržljivost. Međutim, zbog glomaznog procesa parnog sušenja i visokih zahtjeva za proizvodnom opremom, primjena materijala može biti ograničena samo na montažna dvorišta, a izgradnja na licu mjesta ne može se izvoditi. Stoga nije prikladno usvojiti metodu termičkog očvršćavanja u stvarnim projektima, te je potrebno provesti dubinsko istraživanje UHPC očvršćavanja na normalnoj temperaturi.

UHPC koji se stvrdnjava pri normalnoj temperaturi je u fazi istraživanja u Kini, a njegov omjer vode i veziva je izuzetno nizak i sklon je brzoj dehidraciji na površini tokom izgradnje na licu mjesta. Kako bi se efektivno poboljšao fenomen dehidracije, materijali na bazi cementa obično dodaju malo zgušnjivača koji zadržavaju vodu u materijal. Hemijski agens za sprečavanje segregacije i krvarenja materijala, poboljšava zadržavanje vode i koheziju, poboljšava performanse konstrukcije, a takođe efikasno poboljšava mehanička svojstva materijala na bazi cementa. Hidroksipropil metil celulozni eter (HPMC) kao zgušnjivač polimera, koji može efikasno distribuirati polimerni gelirani rastvor i materijale u materijalima na bazi cementa ravnomerno, a slobodna voda u suspenziji će postati vezana voda, tako da je nije lako izgubiti iz kašu i poboljšati performanse zadržavanja vode u betonu. Kako bi se smanjio uticaj celuloznog etra na fluidnost UHPC, za ispitivanje je odabran etar celuloze niske viskoznosti.

Ukratko, u cilju poboljšanja performansi konstrukcije na osnovu osiguravanja mehaničkih svojstava UHPC očvršćavanja pri normalnoj temperaturi, ovaj rad proučava utjecaj sadržaja celuloznog etra niske viskoznosti na očvršćavanje pri normalnoj temperaturi na osnovu kemijskih svojstava celuloznog etra. i njegov mehanizam djelovanja u UHPC suspenziji. Utjecaj fluidnosti, vremena koagulacije, tlačne čvrstoće, čvrstoće na savijanje, aksijalne vlačne čvrstoće i krajnje vlačne vrijednosti UHPC za određivanje odgovarajuće doze celuloznog etra.

1. Plan testiranja

1.1 Testirajte sirovine i omjer miješanja

Sirovine za ovaj test su:

1) Cement: P·O 52.5 obični portland cement proizveden u Liuzhouu.

2) Leteći pepeo: Leteći pepeo proizveden u Liuzhouu.

3) Šljaka u prahu: S95 granulirani prah šljake visoke peći proizveden u Liuzhouu.

4) Dim silicijevog dioksida: polušifrovana silika dima, sivi prah, sadržaj SiO2≥92%, specifična površina 23 m²/g.

5) Kvarcni pijesak: 20~40 mesh (0,833~0,350 mm).

6) Reduktor vode: polikarboksilatni reduktor vode, bijeli prah, brzina redukcije vode≥30%.

7) Lateks prah: redisperzibilni lateks prah.

8) Eter vlakana: hidroksipropil metilceluloza METHOCEL proizveden u Sjedinjenim Državama, viskozitet 400 MPa s.

9) Čelična vlakna: ravno bakreno čelično vlakno od mikrožica, prečnikaφ je 0,22 mm, dužina 13 mm, vlačna čvrstoća 2 000 MPa.

Nakon mnogo eksperimentalnih istraživanja u ranoj fazi, može se utvrditi da je osnovni omjer mješavine betona ultra-visokih performansi koji se stvrdnjava na normalnim temperaturama cement: leteći pepeo: mineralni prah: silicijum dima: pijesak: sredstvo za redukciju vode: prah lateksa: voda = 860: 42: 83: 110:980:11:2:210, zapreminski sadržaj čeličnih vlakana je 2%. Dodajte 0, 0,25%, 0,50%, 0,75%, 1,00% HPMC sadržaja celuloznog etra (HPMC) ovom osnovnom omjeru miješanja. Postavite uporedne eksperimente.

1.2 Metoda ispitivanja

Izvagajte suhe praškaste sirovine prema omjeru miješanja i stavite ih u jednohorizontalnu miješalicu za beton HJW-60. Pokrenite mikser dok se ne ujednači, dodajte vodu i miksajte 3 minuta, isključite mikser, dodajte izmereno čelično vlakno i ponovo pokrenite mikser na 2 minuta. Proizvedeno u UHPC suspenziju.

Ispitne stavke uključuju fluidnost, vrijeme vezivanja, čvrstoću na pritisak, čvrstoću na savijanje, aksijalnu vlačnu čvrstoću i graničnu vlačnu vrijednost. Test fluidnosti je određen prema JC/T986-2018 “Materijali za fugiranje na bazi cementa”. Test vremena vezivanja je prema GB /T 1346—2011 “Metoda ispitivanja potrošnje vode i vremena vezivanja standardne konzistencije cementa”. Ispitivanje čvrstoće na savijanje određuje se prema GB/T50081-2002 “Standard za metode ispitivanja mehaničkih svojstava običnog betona”. Ispitivanje tlačne čvrstoće, aksijalne vlačne čvrstoće i Ispitivanje granične vlačne vrijednosti određuje se prema DLT5150-2001 “Pravila za ispitivanje hidrauličkog betona”.

2. Rezultati testa

2.1 Likvidnost

Rezultati testa fluidnosti pokazuju uticaj sadržaja HPMC na gubitak UHPC fluidnosti tokom vremena. Uočeno je iz test fenomena da nakon što se kaša bez celuloznog etra ravnomjerno promiješa, površina je sklona dehidraciji i stvaranju kore, a tečnost se brzo gubi. , a obradivost se pogoršala. Nakon dodavanja celuloznog etra, nije bilo ljuštenja na površini, gubitak fluidnosti tokom vremena bio je mali, a obradivost je ostala dobra. Unutar opsega ispitivanja, minimalni gubitak fluidnosti bio je 5 mm za 60 minuta. Analiza podataka testa pokazuje da, Količina niskoviskoznog celuloznog etra ima mali uticaj na početnu fluidnost UHPC, ali ima veći uticaj na gubitak fluidnosti tokom vremena. Kada se ne dodaje celulozni etar, gubitak fluidnosti UHPC je 15 mm; Sa povećanjem HPMC, gubitak fluidnosti maltera se smanjuje; kada je doza 0,75%, gubitak fluidnosti UHPC je najmanji s vremenom, što iznosi 5mm; nakon toga, sa povećanjem HPMC-a, gubitak fluidnosti UHPC s vremenom je gotovo nepromijenjen.

PoslijeHPMCje pomešan sa UHPC, utiče na reološka svojstva UHPC sa dva aspekta: jedan je da se nezavisni mikro-mjehurići dovode u proces mešanja, zbog čega agregat i elektrofilterski pepeo i drugi materijali formiraju „efekat kugle“, što povećava obradivost Istovremeno, velika količina cementnog materijala može obaviti agregat, tako da agregat može biti ravnomjerno "obušen" u suspenziji i može se slobodno kretati, trenje između agregata se smanjuje, a fluidnost se povećava; drugi je povećanje UHPC. Kohezivna sila smanjuje fluidnost. Budući da test koristi HPMC niske viskoznosti, prvi aspekt je jednak drugom aspektu, a početna fluidnost se ne mijenja mnogo, ali se gubitak fluidnosti tokom vremena može smanjiti. Prema analizi rezultata ispitivanja, može se znati da dodavanje odgovarajuće količine HPMC u UHPC može uvelike poboljšati performanse konstrukcije UHPC.

2.2 Podešavanje vremena

Iz trenda promjene vremena stvrdnjavanja UHPC na koje utiče količina HPMC, može se vidjeti da HPMC igra usporavajuću ulogu u UHPC. Što je veća količina, to je očigledniji efekat usporavanja. Kada je količina 0,50%, vrijeme vezivanja maltera je 55 min. U poređenju sa kontrolnom grupom (40 min) povećana je za 37,5%, a povećanje još uvijek nije očito. Kada je doza bila 1,00%, vrijeme vezivanja morta bilo je 100 min, što je za 150% više nego u kontrolnoj grupi (40 min).

Karakteristike molekularne strukture celuloznog etera utiču na njegovo usporavanje. Osnovna molekularna struktura celuloznog etera, odnosno anhidroglukozni prsten, može reagirati s kalcijevim ionima i formirati molekularna jedinjenja šećera i kalcija, smanjujući period indukcije reakcije hidratacije cementnog klinkera. Koncentracija kalcijevih jona je niska, sprečavajući dalje taloženje Ca(OH)2, smanjuje brzinu reakcije hidratacije cementa, odgađajući time vezivanje cementa.

2.3 Čvrstoća na pritisak

Iz odnosa između tlačne čvrstoće uzoraka UHPC za 7 dana i 28 dana i sadržaja HMPC, može se jasno vidjeti da dodavanje HPMC postupno povećava pad tlačne čvrstoće UHPC. 0,25% HPMC, tlačna čvrstoća UHPC blago opada, a omjer tlačne čvrstoće je 96%. Dodavanje 0,50% HPMC nema očigledan učinak na omjer tlačne čvrstoće UHPC. Nastavite da dodajete HPMC u okviru opsega upotrebe, UHPC's Čvrstoća na pritisak se značajno smanjila. Kada se sadržaj HPMC povećao na 1,00%, omjer tlačne čvrstoće je pao na 66%, a gubitak čvrstoće je bio ozbiljan. Prema analizi podataka, prikladnije je dodati 0,50% HPMC, a gubitak tlačne čvrstoće je mali

HPMC ima određeni efekat uvlačenja vazduha. Dodavanje HPMC-a će uzrokovati određenu količinu mikromehurića u UHPC, što će smanjiti nasipnu gustinu svježe pomiješanog UHPC. Nakon što se kaša stvrdne, poroznost će se postepeno povećavati, a kompaktnost će se također smanjiti, posebno sadržaj HPMC. Više. Osim toga, s povećanjem količine uvedene HPMC, još uvijek postoji mnogo fleksibilnih polimera u porama UHPC, koji ne mogu igrati važnu ulogu u dobroj krutosti i tlačnoj potpori kada je matrica cementnog kompozita komprimirana. Stoga, dodavanje HPMC-a uvelike smanjuje tlačnu čvrstoću UHPC-a.

2.4 Čvrstoća na savijanje

Iz odnosa između čvrstoće na savijanje uzoraka UHPC na 7 dana i 28 dana i sadržaja HMPC, može se vidjeti da su krive promjene čvrstoće na savijanje i tlačne čvrstoće slične, a promjena čvrstoće na savijanje između 0 i 0,50% HMPC-a nije isto. Kako se dodavanje HPMC nastavilo, čvrstoća na savijanje UHPC uzoraka se značajno smanjila.

Efekat HPMC-a na čvrstoću na savijanje UHPC uglavnom je u tri aspekta: celulozni etar ima efekte usporavanja i uvlačenja vazduha, što smanjuje čvrstoću UHPC na savijanje; a treći aspekt je fleksibilni polimer proizveden od celuloznog etra. Smanjenje krutosti uzorka blago usporava smanjenje čvrstoće uzorka na savijanje. Istovremeno postojanje ova tri aspekta smanjuje tlačnu čvrstoću UHPC uzorka i također smanjuje čvrstoću na savijanje.

2.5 Aksijalna vlačna čvrstoća i krajnja vlačna vrijednost

Odnos između vlačne čvrstoće UHPC uzoraka na 7 d i 28 d i sadržaja HMPC. S povećanjem sadržaja HPMC, vlačna čvrstoća uzoraka UHPC najprije se malo mijenjala, a zatim brzo opadala. Krivulja vlačne čvrstoće pokazuje da kada sadržaj HPMC u uzorku dosegne 0,50%, vrijednost aksijalne vlačne čvrstoće UHPC uzorka iznosi 12,2 MPa, a omjer vlačne čvrstoće je 103%. S daljnjim povećanjem sadržaja HPMC u uzorku, aksijalna vrijednost središnje vlačne čvrstoće počela je naglo opadati. Kada je sadržaj HPMC u uzorku bio 0,75% i 1,00%, omjeri vlačne čvrstoće bili su 94% odnosno 78%, što je bilo niže od aksijalne vlačne čvrstoće UHPC bez HPMC.

Iz odnosa između graničnih vlačnih vrijednosti uzoraka UHPC na 7 dana i 28 dana i sadržaja HMPC, može se vidjeti da su granične vlačne vrijednosti gotovo nepromijenjene s povećanjem celuloznog etra na početku, a kada je sadržaj HMPC-a gotovo nepromijenjen. celulozni eter dostiže 0,50 % i tada je počeo naglo da opada.

Učinak dodane količine HPMC-a na aksijalnu vlačnu čvrstoću i konačnu vlačnu vrijednost UHPC uzoraka pokazuje trend zadržavanja gotovo nepromijenjenog, a zatim opadanja. Glavni razlog je to što se HPMC može direktno formirati između hidratiziranih čestica cementa. Sloj vodootpornog polimernog zaptivnog filma igra ulogu brtvljenja, tako da se određena količina vode pohranjuje u UHPC, što osigurava vodu potrebnu za kontinuirani razvoj daljnje hidratacije cementa, čime se poboljšava čvrstoća cementa. Dodavanje HPMC poboljšava kohezivnost UHPC suspenzije daje fleksibilnost, što čini da se UHPC u potpunosti prilagođava skupljanju i deformaciji osnovnog materijala, i blago poboljšava vlačnu čvrstoću UHPC. Međutim, kada sadržaj HPMC prelazi kritičnu vrijednost, uvučeni zrak utječe na čvrstoću uzorka. Štetni učinci postupno su igrali vodeću ulogu, a aksijalna vlačna čvrstoća i granična vlačna vrijednost uzorka počele su opadati.

3. Zaključak

1) HPMC može značajno poboljšati radne performanse UHPC koji se očvršćava na normalnoj temperaturi, produžiti vrijeme koagulacije i smanjiti gubitak fluidnosti svježe pomiješanog UHPC tokom vremena.

2) Dodavanje HPMC-a unosi određenu količinu sitnih mjehurića tokom procesa miješanja suspenzije. Ako je količina prevelika, mjehurići će se skupiti previše i formirati veće mjehuriće. Kaša je vrlo kohezivna, a mjehurići se ne mogu preliti i puknuti. Pore ​​očvrslog UHPC se smanjuju; osim toga, fleksibilni polimer proizveden od strane HPMC-a ne može pružiti krutu potporu kada je pod pritiskom, a čvrstoća na pritisak i savijanje je znatno smanjena.

3) Dodatak HPMC-a čini UHPC plastičnim i fleksibilnim. Aksijalna vlačna čvrstoća i krajnja vlačna vrijednost uzoraka UHPC jedva se mijenjaju s povećanjem sadržaja HPMC, ali kada sadržaj HPMC prelazi određenu vrijednost, aksijalna vlačna čvrstoća i krajnje vlačne vrijednosti se uvelike smanjuju.

4) Prilikom pripreme UHPC koji se stvrdnjava na normalnoj temperaturi, dozu HPMC treba strogo kontrolirati. Kada je doza 0,50%, odnos između radnih performansi i mehaničkih svojstava UHPC koji se stvrdnjava na normalnoj temperaturi može biti dobro koordiniran.