Ether methylcelulózy na ultra-vysokohodnotném betonu vytvrzujícím při pokojové teplotě

Abstraktní: Změnou obsahu éteru hydroxypropylmethylcelulózy (HPMC) v ultra-vysokohodnotném betonu (UHPC) vytvrzovaném za normální teploty byl studován vliv éteru celulózy na tekutost, dobu tuhnutí, pevnost v tlaku a pevnost v ohybu UHPC. axiální pevnost v tahu a mez pevnosti v tahu a výsledky byly analyzovány. Výsledky testu ukazují, že: přidání ne více než 1,00 % HPMC s nízkou viskozitou neovlivňuje tekutost UHPC, ale snižuje ztrátu tekutosti v průběhu času. a prodlužují dobu tuhnutí, což výrazně zlepšuje výkon konstrukce; pokud je obsah menší než 0,50 %, není vliv na pevnost v tlaku, ohybu a osové pevnosti v tahu významný, a jakmile je obsah větší než 0,50 %, jeho mechanické vlastnosti se sníží o více než 1/3. Vzhledem k různým výkonům je doporučené dávkování HPMC 0,50 %.

klíčová slova: vysoce výkonný beton; ether celulózy; vytvrzování při normální teplotě; pevnost v tlaku; pevnost v ohybu; pevnost v tahu

0、Předmluva

S rychlým rozvojem čínského stavebního průmyslu se také zvýšily požadavky na výkon betonu ve skutečném strojírenství a jako odpověď na poptávku byl vyroben ultra vysoce výkonný beton (UHPC). Optimální podíl částic s různou velikostí částic je teoreticky navržen a smíchán s ocelovým vláknem a vysoce účinným činidlem snižujícím vodu má vynikající vlastnosti, jako je ultra vysoká pevnost v tlaku, vysoká houževnatost, vysoká odolnost proti nárazům a silné samoléčení schopnost mikrotrhlin. Výkon. Zahraniční technologický výzkum UHPC je poměrně vyspělý a byl aplikován na mnoho praktických projektů. V porovnání se zahraničím není domácí výzkum dostatečně hluboký. Dong Jianmiao a další studovali začlenění vláken přidáním různých typů a množství vláken. Mechanismus vlivu a zákon betonu; Chen Jing a kol. studoval vliv průměru ocelového vlákna na výkon UHPC výběrem ocelových vláken se 4 průměry. UHPC má v Číně jen malý počet inženýrských aplikací a je stále ve fázi teoretického výzkumu. Výkon UHPC Superiority se stal jedním z výzkumných směrů vývoje betonu, ale stále zbývá vyřešit mnoho problémů. Jako jsou vysoké požadavky na suroviny, vysoká cena, komplikovaný proces přípravy atd., omezující rozvoj technologie výroby UHPC. Mezi nimi je použití vysokotlaké páry. Vytvrzování UHPC při vysoké teplotě může zajistit vyšší mechanické vlastnosti a trvanlivost. Vzhledem k těžkopádnému procesu vytvrzování párou a vysokým požadavkům na výrobní zařízení však může být aplikace materiálů omezena pouze na prefabrikační dvory a nelze provádět litou konstrukci na místě. Proto není vhodné přejímat metodu tepelného vytvrzování ve skutečných projektech a je nutné provést hloubkový výzkum vytvrzování UHPC za normální teploty.

Vytvrzovací UHPC při normální teplotě je v Číně ve fázi výzkumu a jeho poměr vody k pojivu je extrémně nízký a je náchylný k rychlé dehydrataci na povrchu během stavby na místě. Aby se účinně zlepšil jev dehydratace, materiály na bázi cementu obvykle přidávají do materiálu nějaká zahušťovadla zadržující vodu. Chemické činidlo pro zamezení segregace a krvácení materiálů, zvýšení zadržování vody a soudržnosti, zlepšení konstrukčního výkonu a také účinné zlepšení mechanických vlastností materiálů na bázi cementu. ether hydroxypropylmethylcelulózy (HPMC) jako zahušťovadlo polymeru, které může efektivně distribuovat polymerní gelovou kaši a materiály v materiálech na bázi cementu rovnoměrně a volná voda v kaši se stane vázanou vodou, takže není snadné ji ztratit. Aby se snížil vliv éteru celulózy na tekutost UHPC, byl pro test vybrán éter celulózy s nízkou viskozitou.

Stručně řečeno, za účelem zlepšení konstrukčních vlastností na základě zajištění mechanických vlastností UHPC vytvrzovaného při normální teplotě tato práce studuje vliv obsahu éteru celulózy s nízkou viskozitou na vytvrzování při normální teplotě na základě chemických vlastností éteru celulózy. a mechanismus jeho působení v suspenzi UHPC. Vliv tekutosti, doby koagulace, pevnosti v tlaku, pevnosti v ohybu, pevnosti v axiálním tahu a hodnoty meze pevnosti v tahu UHPC pro stanovení vhodného dávkování éteru celulózy.

1. Testovací plán

1.1 Testování surovin a poměru směsi

Suroviny pro tento test jsou:

1) Cement: P·O 52,5 obyčejný portlandský cement vyrobený v Liuzhou.

2) Popílek: Popílek vyrobený v Liuzhou.

3) Struskový prášek: S95 granulovaný prášek z vysokopecní strusky vyráběný v Liuzhou.

4) Křemičitý úlet: pološifrovaný křemičitý úlet, šedý prášek, obsah SiO2≥92 %, měrný povrch 23 m²/G.

5) Křemenný písek: 20~40 mesh (0,833~0,350 mm).

6) Reduktor vody: polykarboxylátový reduktor vody, bílý prášek, rychlost snižování vody≥30 %.

7) Latexový prášek: redispergovatelný latexový prášek.

8) Ether vlákna: hydroxypropylmethylcelulóza METHOCEL vyráběný ve Spojených státech, viskozita 400 MPa s.

9) Ocelové vlákno: rovné poměděné ocelové vlákno z mikrodrátu, průměrφ je 0,22 mm, délka je 13 mm, pevnost v tahu je 2 000 MPa.

Po mnoha experimentálních výzkumech v rané fázi lze určit, že základní směsný poměr ultra-vysokohodnotného betonu vytvrzovaného při normální teplotě je cement: popílek: minerální prášek: křemičitý úlet: písek: činidlo snižující vodu: latexový prášek: voda = 860:42:83:110:980:11:2:210, objemový obsah ocelových vláken je 2 %. Přidejte 0, 0,25 %, 0,50 %, 0,75 %, 1,00 % HPMC obsahu etheru celulózy (HPMC) k tomuto základnímu poměru směsi Proveďte příslušné srovnávací experimenty.

1.2 Zkušební metoda

Suché práškové suroviny navažte podle mísícího poměru a vložte je do jednohorizontální šachtové míchačky betonu HJW-60. Spusťte mixér do stejnoměrnosti, přidejte vodu a míchejte 3 minuty, vypněte mixér, přidejte odvážené ocelové vlákno a znovu mixér na 2 minuty zapněte. Vyrobeno do suspenze UHPC.

Testované položky zahrnují tekutost, dobu tuhnutí, pevnost v tlaku, pevnost v ohybu, axiální pevnost v tahu a mez pevnosti v tahu. Zkouška tekutosti je stanovena podle JC/T986-2018 „Injektážní materiály na bázi cementu“. Test doby tuhnutí je podle GB /T 1346—2011 „Zkušební metoda pro standardní konzistenci vody pro cement a dobu tuhnutí“. Zkouška pevnosti v ohybu je stanovena podle GB/T50081-2002 „Standard pro zkušební metody mechanických vlastností běžného betonu“. Zkouška pevnosti v tlaku, axiální pevnosti v tahu a Zkouška meze pevnosti v tahu je stanovena podle DLT5150-2001 „Hydraulic Concrete Test Regulations“.

2. Výsledky testu

2.1 Likvidita

Výsledky testu tekutosti ukazují vliv obsahu HPMC na ztrátu tekutosti UHPC v průběhu času. Z testovacího jevu je pozorováno, že po rovnoměrném promíchání suspenze bez etheru celulózy je povrch náchylný k dehydrataci a tvorbě krust a rychle se ztrácí tekutost. a zpracovatelnost se zhoršila. Po přidání etheru celulózy se na povrchu neobjevila žádná slupka, ztráta tekutosti v průběhu času byla malá a zpracovatelnost zůstala dobrá. V rámci testovacího rozsahu byla minimální ztráta tekutosti 5 mm za 60 minut. Analýza dat testu ukazuje, že: Množství etheru celulózy s nízkou viskozitou má malý vliv na počáteční tekutost UHPC, ale má větší vliv na ztrátu tekutosti v průběhu času. Když není přidán žádný ether celulózy, ztráta tekutosti UHPC je 15 mm; S nárůstem HPMC klesá ztráta tekutosti malty; když je dávkování 0,75 %, ztráta tekutosti UHPC je nejmenší s časem, což je 5 mm; poté, se zvýšením HPMC, ztráta tekutosti UHPC s časem Téměř nezměněná.

PoHPMCje smíchán s UHPC, ovlivňuje reologické vlastnosti UHPC ze dvou hledisek: jedním je to, že do procesu míchání jsou přiváděny nezávislé mikrobubliny, což způsobuje, že kamenivo a popílek a další materiály vytvářejí „kuličkový efekt“, který zvyšuje zpracovatelnost Velké množství cementového materiálu může zároveň obalit kamenivo, takže kamenivo může být rovnoměrně „zavěšeno“ v kaši a může se volně pohybovat, snižuje se tření mezi kamenivem a zvyšuje se tekutost; druhým je zvýšení UHPC. Kohezní síla snižuje tekutost. Protože test používá HPMC s nízkou viskozitou, první aspekt se rovná druhému aspektu a počáteční tekutost se příliš nemění, ale ztrátu tekutosti v průběhu času lze snížit. Podle analýzy výsledků testů může být známo, že přidání vhodného množství HPMC k UHPC může výrazně zlepšit konstrukční vlastnosti UHPC.

2.2 Čas nastavení

Z trendu změny doby tuhnutí UHPC ovlivněného množstvím HPMC lze vidět, že HPMC hraje v UHPC zpomalující roli. Čím větší je množství, tím je zpomalovací účinek zjevnější. Při množství 0,50% je doba tuhnutí malty 55min. Ve srovnání s kontrolní skupinou (40 min) došlo k nárůstu o 37,5 %, přičemž nárůst stále nebyl patrný. Když bylo dávkování 1,00 %, doba tuhnutí malty byla 100 minut, což bylo o 150 % více než u kontrolní skupiny (40 minut).

Charakteristiky molekulární struktury etheru celulózy ovlivňují jeho retardační účinek. Základní molekulární struktura v etheru celulózy, tj. anhydroglukózová kruhová struktura, může reagovat s vápenatými ionty za vzniku molekulárních sloučenin cukru a vápníku, čímž se zkracuje indukční perioda reakce hydratace cementového slínku Koncentrace iontů vápníku je nízká, což zabraňuje dalšímu srážení Ca(OH)2, snižuje rychlost hydratační reakce cementu, čímž zpomaluje tuhnutí cementu.

2.3 Pevnost v tlaku

Ze vztahu mezi pevností v tlaku vzorků UHPC po 7 dnech a 28 dnech a obsahem HMPC lze jasně vidět, že přidání HPMC postupně zvyšuje pokles pevnosti v tlaku UHPC. 0,25 % HPMC, pevnost v tlaku UHPC mírně klesá a poměr pevnosti v tlaku je 96 %. Přidání 0,50 % HPMC nemá žádný zjevný vliv na poměr pevnosti v tlaku UHPC. Pokračujte v přidávání HPMC v rámci rozsahu použití, UHPC's Pevnost v tlaku se výrazně snížila. Když se obsah HPMC zvýšil na 1,00 %, poměr pevnosti v tlaku klesl na 66 % a ztráta pevnosti byla vážná. Podle analýzy dat je vhodnější přidat 0,50 % HPMC a ztráta pevnosti v tlaku je malá

HPMC má určitý provzdušňovací účinek. Přídavek HPMC způsobí v UHPC určité množství mikrobublin, které sníží objemovou hmotnost čerstvě namíchaného UHPC. Po vytvrzení kaše se postupně zvýší pórovitost a sníží se i kompaktnost, zejména obsah HPMC. Vyšší. Navíc se zvyšujícím se množstvím zaváděné HPMC je v pórech UHPC stále mnoho flexibilních polymerů, které nemohou hrát důležitou roli v dobré tuhosti a kompresní podpoře, když je matrice cementového kompozitu stlačena. Proto přidání HPMC značně snižuje pevnost UHPC v tlaku.

2.4 Pevnost v ohybu

Ze vztahu mezi pevností v ohybu vzorků UHPC po 7 dnech a 28 dnech a obsahem HMPC lze vidět, že křivky změny pevnosti v ohybu a pevnosti v tlaku jsou podobné a změna pevnosti v ohybu mezi 0 a 0,50 % HMPC není totéž. Jak pokračovalo přidávání HPMC, pevnost v ohybu UHPC vzorků se významně snížila.

Účinek HPMC na pevnost v ohybu UHPC je především ve třech aspektech: éter celulózy má retardační a provzdušňovací účinky, které snižují pevnost v ohybu UHPC; a třetím aspektem je pružný polymer vyrobený éterem celulózy. Snížení tuhosti vzorku mírně zpomalí pokles pevnosti v ohybu vzorku. Současná existence těchto tří aspektů snižuje pevnost v tlaku UHPC vzorku a také snižuje pevnost v ohybu.

2.5 Axiální pevnost v tahu a mez pevnosti v tahu

Vztah mezi pevností v tahu vzorků UHPC při 7 d a 28 d a obsahem HMPC. S nárůstem obsahu HPMC se pevnost v tahu UHPC vzorků nejprve změnila málo a poté rychle klesla. Křivka pevnosti v tahu ukazuje, že když obsah HPMC ve vzorku dosáhne 0,50 %, je hodnota axiální pevnosti v tahu UHPC vzorku 12,2 MPa a poměr pevnosti v tahu je 103 %. S dalším zvyšováním obsahu HPMC ve vzorku začala axiální hodnota středové pevnosti v tahu prudce klesat. Když byl obsah HPMC ve vzorku 0,75 % a 1,00 %, poměry pevnosti v tahu byly 94 % a 78 %, v daném pořadí, které byly nižší než axiální pevnost v tahu UHPC bez HPMC.

Ze vztahu mezi hodnotami meze pevnosti v tahu vzorků UHPC po 7 dnech a 28 dnech a obsahem HMPC lze vidět, že hodnoty meze pevnosti v tahu se s nárůstem éteru celulózy na začátku téměř nemění, a když obsah éter celulózy dosáhl 0,50 % a poté začal rychle klesat.

Vliv přidaného množství HPMC na axiální pevnost v tahu a mez pevnosti v tahu UHPC vzorků ukazuje trend téměř nezměněný a poté klesající. Hlavním důvodem je to, že HPMC lze přímo vytvářet mezi hydratovanými částicemi cementu Roli těsnění hraje vrstva vodotěsné polymerové těsnicí fólie, takže v UHPC je uloženo určité množství vody, která poskytuje potřebnou vodu pro kontinuální vývoj další hydratace cementu, čímž se zlepšuje pevnost cementu. Přídavek HPMC zlepšuje soudržnost UHPC dodává kaši pružnost, díky níž se UHPC plně přizpůsobí smršťování a deformaci základního materiálu a mírně zlepšuje pevnost UHPC v tahu. Když však obsah HPMC překročí kritickou hodnotu, unášený vzduch ovlivní pevnost vzorku. Nežádoucí vlivy postupně hrály hlavní roli a axiální pevnost v tahu a mez pevnosti v tahu vzorku začaly klesat.

3. Závěr

1) HPMC může výrazně zlepšit pracovní výkon UHPC vytvrzovaného při normální teplotě, prodloužit jeho koagulační dobu a snížit ztrátu tekutosti čerstvě namíchaného UHPC v průběhu času.

2) Přidání HPMC zavádí určité množství drobných bublinek během procesu míchání suspenze. Pokud je množství příliš velké, bubliny se příliš shromáždí a vytvoří větší bubliny. Kaše je vysoce soudržná a bubliny nemohou přetékat a prasknout. Póry vytvrzeného UHPC se zmenšují; navíc pružný polymer vyrobený HPMC nemůže poskytnout tuhou podporu, když je pod tlakem, a pevnost v tlaku a ohybu je značně snížena.

3) Přidání HPMC dělá UHPC plast a flexibilní. Axiální pevnost v tahu a mez pevnosti v tahu UHPC vzorků se s nárůstem obsahu HPMC téměř nemění, ale když obsah HPMC překročí určitou hodnotu, hodnoty axiální pevnosti v tahu a meze pevnosti v tahu se značně sníží.

4) Při přípravě vytvrzovacího UHPC za normální teploty by mělo být dávkování HPMC přísně kontrolováno. Když je dávkování 0,50 %, vztah mezi pracovním výkonem a mechanickými vlastnostmi UHPC vytvrzovaného při normální teplotě může být dobře koordinován.