Methylcelluloseether auf bei Raumtemperatur aushärtendem Ultrahochleistungsbeton

Abstrakt: Durch Änderung des Gehalts an Hydroxypropylmethylcelluloseether (HPMC) in bei normaler Temperatur aushärtendem Ultrahochleistungsbeton (UHPC) wurde die Wirkung von Celluloseether auf die Fließfähigkeit, Abbindezeit, Druckfestigkeit und Biegefestigkeit von UHPC untersucht. , axiale Zugfestigkeit und Zugfestigkeitswert ermittelt und die Ergebnisse analysiert. Die Testergebnisse zeigen Folgendes: Die Zugabe von nicht mehr als 1,00 % niedrigviskosem HPMC hat keinen Einfluss auf die Fließfähigkeit von UHPC, verringert jedoch den Fließfähigkeitsverlust im Laufe der Zeit. und verlängern die Abbindezeit, wodurch die Bauleistung erheblich verbessert wird; Wenn der Gehalt weniger als 0,50 % beträgt, ist der Einfluss auf Druckfestigkeit, Biegefestigkeit und axiale Zugfestigkeit nicht signifikant, und wenn der Gehalt mehr als 0,50 % beträgt, wird seine mechanische Leistung um mehr als 1/3 reduziert. Unter Berücksichtigung verschiedener Leistungen beträgt die empfohlene HPMC-Dosierung 0,50 %.

Schlüsselwörter: Ultrahochleistungsbeton; Celluloseether; Aushärtung bei normaler Temperatur; Druckfestigkeit; Biegefestigkeit; Zugfestigkeit

0、Vorwort

Mit der rasanten Entwicklung der chinesischen Bauindustrie sind auch die Anforderungen an die Betonleistung im eigentlichen Ingenieurwesen gestiegen, und als Reaktion auf die Nachfrage wurde Ultrahochleistungsbeton (UHPC) hergestellt. Der optimale Anteil von Partikeln mit unterschiedlichen Partikelgrößen wird theoretisch entworfen und mit Stahlfasern und einem hocheffizienten Wasserreduktionsmittel gemischt, weist es hervorragende Eigenschaften wie ultrahohe Druckfestigkeit, hohe Zähigkeit, hohe Schlagfestigkeit, Haltbarkeit und starke Selbstheilung auf Fähigkeit von Mikrorissen. Leistung. Die ausländische Technologieforschung zu UHPC ist relativ ausgereift und wurde in vielen praktischen Projekten angewendet. Im Vergleich zum Ausland ist die inländische Forschung nicht tief genug. Dong Jianmiao und andere untersuchten die Einarbeitung von Fasern durch Zugabe verschiedener Arten und Mengen von Fasern. Der Einflussmechanismus und das Gesetz von Beton; Chen Jing et al. untersuchten den Einfluss des Stahlfaserdurchmessers auf die Leistung von UHPC durch Auswahl von Stahlfasern mit 4 Durchmessern. UHPC hat in China nur wenige technische Anwendungen und befindet sich noch im Stadium der theoretischen Forschung. Die Leistung von UHPC Superiority ist zu einer der Forschungsrichtungen der konkreten Entwicklung geworden, es sind jedoch noch viele Probleme zu lösen. Beispielsweise schränken hohe Anforderungen an Rohstoffe, hohe Kosten, komplizierte Herstellungsverfahren usw. die Entwicklung der UHPC-Produktionstechnologie ein. Unter anderem kann die Aushärtung von UHPC bei hoher Temperatur durch die Verwendung von Hochdruckdampf zu besseren mechanischen Eigenschaften und einer höheren Haltbarkeit führen. Aufgrund des umständlichen Dampfhärtungsprozesses und der hohen Anforderungen an die Produktionsausrüstung kann der Materialeinsatz jedoch nur auf Vorfertigungshöfe beschränkt werden und eine Ortbetonkonstruktion ist nicht möglich. Daher ist es nicht geeignet, die Methode der thermischen Härtung in tatsächlichen Projekten anzuwenden, und es ist notwendig, eingehende Untersuchungen zur Härtung von UHPC bei normaler Temperatur durchzuführen.

UHPC, das bei normaler Temperatur aushärtet, befindet sich in China im Forschungsstadium, sein Wasser-zu-Bindemittel-Verhältnis ist extrem niedrig und es neigt während des Baus vor Ort zu einer schnellen Austrocknung der Oberfläche. Um das Austrocknungsphänomen wirksam zu verbessern, werden dem Material auf Zementbasis in der Regel einige wasserspeichernde Verdickungsmittel zugesetzt. Chemisches Mittel zur Verhinderung der Entmischung und des Ausblutens von Materialien, zur Verbesserung der Wasserretention und Kohäsion, zur Verbesserung der Bauleistung und auch zur wirksamen Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Materialien auf Zementbasis. Hydroxypropylmethylcelluloseether (HPMC) als Polymerverdickungsmittel, das die polymergelierte Aufschlämmung und die Materialien in zementbasierten Materialien effektiv und gleichmäßig verteilen kann, und das freie Wasser in der Aufschlämmung wird zu gebundenem Wasser, so dass es nicht leicht verloren geht die Aufschlämmung und verbessern die Wasserrückhalteleistung von Beton. Um den Einfluss von Celluloseether auf die Fließfähigkeit von UHPC zu verringern, wurde für den Test niedrigviskoser Celluloseether ausgewählt.

Zusammenfassend wird in diesem Artikel die Auswirkung des Gehalts an niedrigviskosem Celluloseether auf die Aushärtung bei normaler Temperatur anhand der chemischen Eigenschaften von Celluloseether untersucht, um die Bauleistung auf der Grundlage der Sicherstellung der mechanischen Eigenschaften von UHPC bei normaler Temperaturaushärtung zu verbessern und sein Wirkungsmechanismus in UHPC-Aufschlämmung. Der Einfluss von Fließfähigkeit, Koagulationszeit, Druckfestigkeit, Biegefestigkeit, axialer Zugfestigkeit und Zugfestigkeitswert von UHPC zur Bestimmung der geeigneten Dosierung von Celluloseether.

1. Testplan

1.1 Rohstoffe und Mischungsverhältnis testen

Die Rohstoffe für diesen Test sind:

1) Zement: P·O 52,5 gewöhnlicher Portlandzement, hergestellt in Liuzhou.

2) Flugasche: In Liuzhou produzierte Flugasche.

3) Schlackenpulver: S95-Granulat-Hochofenschlackenpulver, hergestellt in Liuzhou.

4) Silica-Rauch: halbverschlüsselter Silica-Rauch, graues Pulver, SiO2-Gehalt≥92 %, spezifische Oberfläche 23 m²/G.

5) Quarzsand: 20–40 Mesh (0,833–0,350 mm).

6) Wasserreduzierer: Polycarboxylat-Wasserreduzierer, weißes Pulver, Wasserreduzierungsrate≥30 %.

7) Latexpulver: redispergierbares Latexpulver.

8) Faserether: Hydroxypropylmethylcellulose METHOCEL, hergestellt in den USA, Viskosität 400 MPa s.

9) Stahlfaser: gerade verkupferte Mikrodraht-Stahlfaser, Durchmesserφ beträgt 0,22 mm, die Länge beträgt 13 mm, die Zugfestigkeit beträgt 2.000 MPa.

Nach vielen experimentellen Untersuchungen im Frühstadium kann festgestellt werden, dass das Grundmischungsverhältnis von bei normaler Temperatur aushärtendem Ultrahochleistungsbeton Zement: Flugasche: Mineralpulver: Silicastaub: Sand: Wasserreduzierungsmittel: Latexpulver ist: Wasser = 860: 42: 83: 110:980:11:2:210, der Stahlfaservolumengehalt beträgt 2 %. Fügen Sie zu diesem Grundmischungsverhältnis 0, 0,25 %, 0,50 %, 0,75 %, 1,00 % HPMC oder Celluloseether (HPMC) hinzu. Führen Sie jeweils Vergleichsexperimente durch.

1.2 Testmethode

Wiegen Sie die trockenen Pulverrohstoffe entsprechend dem Mischungsverhältnis ab und geben Sie sie in den Ein-Horizontalwellen-Zwangsbetonmischer HJW-60. Starten Sie den Mixer, bis eine gleichmäßige Masse entsteht, fügen Sie Wasser hinzu und mischen Sie 3 Minuten lang. Schalten Sie den Mixer aus, fügen Sie die abgewogenen Stahlfasern hinzu und starten Sie den Mixer erneut für 2 Minuten. Zu UHPC-Schlamm verarbeitet.

Zu den Prüfpunkten gehören Fließfähigkeit, Abbindezeit, Druckfestigkeit, Biegefestigkeit, axiale Zugfestigkeit und Endzugwert. Der Fließfähigkeitstest wird gemäß JC/T986-2018 „Cement-based Grouting Materials“ bestimmt. Der Abbindezeittest erfolgt gemäß GB/T 1346—2011 „Zement-Standardkonsistenz-Wasserverbrauchs- und Abbindezeit-Testmethode“. Der Biegefestigkeitstest wird gemäß GB/T50081-2002 „Standard for Test Methods of Mechanical Properties of Ordinary Concrete“ bestimmt. Druckfestigkeitstest, axiale Zugfestigkeit und der ultimative Zugwerttest werden gemäß DLT5150-2001 „Hydraulic Concrete Test Regulations“ bestimmt.

2. Testergebnisse

2.1 Liquidität

Die Ergebnisse des Fließfähigkeitstests zeigen den Einfluss des HPMC-Gehalts auf den Verlust der UHPC-Fließfähigkeit im Laufe der Zeit. Aus dem Testphänomen geht hervor, dass die Oberfläche nach gleichmäßigem Rühren der Aufschlämmung ohne Celluloseether zur Austrocknung und Krustenbildung neigt und die Fließfähigkeit schnell verloren geht. und die Verarbeitbarkeit verschlechterte sich. Nach der Zugabe von Celluloseether kam es zu keiner Hautbildung auf der Oberfläche, der Flüssigkeitsverlust im Laufe der Zeit war gering und die Verarbeitbarkeit blieb gut. Innerhalb des Testbereichs betrug der minimale Flüssigkeitsverlust 5 mm in 60 Minuten. Die Analyse der Testdaten zeigt, dass die Menge an niedrigviskosem Celluloseether kaum einen Einfluss auf die anfängliche Fließfähigkeit von UHPC hat, jedoch einen größeren Einfluss auf den Fließfähigkeitsverlust im Laufe der Zeit hat. Wenn kein Celluloseether zugesetzt wird, beträgt der Fließfähigkeitsverlust von UHPC 15 mm; Mit zunehmendem HPMC nimmt der Fließfähigkeitsverlust des Mörtels ab; Bei einer Dosierung von 0,75 % ist der Fließfähigkeitsverlust von UHPC mit der Zeit am geringsten, nämlich 5 mm; Danach blieb mit der Zunahme von HPMC der Fließfähigkeitsverlust von UHPC mit der Zeit nahezu unverändert.

NachHPMCWenn es mit UHPC gemischt wird, beeinflusst es die rheologischen Eigenschaften von UHPC unter zwei Aspekten: Zum einen werden unabhängige Mikroblasen in den Rührprozess eingebracht, wodurch das Aggregat, die Flugasche und andere Materialien einen „Kugeleffekt“ bilden, der die erhöht Verarbeitbarkeit Gleichzeitig kann eine große Menge zementhaltiges Material das Aggregat umhüllen, so dass das Aggregat gleichmäßig in der Aufschlämmung „suspendiert“ werden kann und sich frei bewegen kann, die Reibung zwischen den Aggregaten verringert und die Fließfähigkeit erhöht wird; Die zweite besteht darin, den UHPC zu erhöhen. Die Kohäsionskraft verringert die Fließfähigkeit. Da für den Test niederviskoses HPMC verwendet wird, entspricht der erste Aspekt dem zweiten Aspekt und die anfängliche Fließfähigkeit ändert sich nicht wesentlich, der Fließfähigkeitsverlust im Laufe der Zeit kann jedoch verringert werden. Aus der Analyse der Testergebnisse geht hervor, dass die Zugabe einer angemessenen Menge HPMC zu UHPC die Konstruktionsleistung von UHPC erheblich verbessern kann.

2.2 Uhrzeit einstellen

Aus dem Änderungstrend der Abbindezeit von UHPC, der von der Menge an HPMC abhängt, ist ersichtlich, dass HPMC bei UHPC eine verzögernde Rolle spielt. Je größer die Menge ist, desto deutlicher ist die verzögernde Wirkung. Bei einer Menge von 0,50 % beträgt die Abbindezeit des Mörtels 55 Minuten. Im Vergleich zur Kontrollgruppe (40 Minuten) stieg sie um 37,5 %, und der Anstieg war immer noch nicht offensichtlich. Bei einer Dosierung von 1,00 % betrug die Abbindezeit des Mörtels 100 min und war damit 150 % höher als bei der Kontrollgruppe (40 min).

Die molekularen Struktureigenschaften von Celluloseether beeinflussen seine retardierende Wirkung. Die grundlegende Molekülstruktur in Celluloseether, d. h. die Anhydroglucose-Ringstruktur, kann mit Calciumionen reagieren, um molekulare Zucker-Calcium-Verbindungen zu bilden, wodurch die Induktionsperiode der Hydratationsreaktion des Zementklinkers verkürzt wird. Die Konzentration an Calciumionen ist niedrig und verhindert eine weitere Ausfällung von Ca(OH)2 verringert die Geschwindigkeit der Zementhydratationsreaktion und verzögert dadurch das Abbinden des Zements.

2.3 Druckfestigkeit

Aus dem Zusammenhang zwischen der Druckfestigkeit von UHPC-Proben nach 7 Tagen und 28 Tagen und dem HMPC-Gehalt lässt sich deutlich erkennen, dass die Zugabe von HPMC den Rückgang der Druckfestigkeit von UHPC allmählich verstärkt. 0,25 % HPMC, die Druckfestigkeit von UHPC nimmt leicht ab und das Druckfestigkeitsverhältnis beträgt 96 %. Die Zugabe von 0,50 % HPMC hat keinen offensichtlichen Einfluss auf das Druckfestigkeitsverhältnis von UHPC. Fügen Sie weiterhin HPMC im Anwendungsbereich hinzu, UHPC's Die Druckfestigkeit nahm deutlich ab. Als der HPMC-Gehalt auf 1,00 % anstieg, sank das Druckfestigkeitsverhältnis auf 66 % und der Festigkeitsverlust war schwerwiegend. Der Datenanalyse zufolge ist es angemessener, 0,50 % HPMC hinzuzufügen, und der Verlust der Druckfestigkeit ist gering

HPMC hat eine gewisse luftporenbildende Wirkung. Die Zugabe von HPMC führt zu einer gewissen Menge an Mikroblasen im UHPC, wodurch die Schüttdichte von frisch gemischtem UHPC verringert wird. Nach dem Aushärten der Aufschlämmung nimmt die Porosität allmählich zu und auch die Kompaktheit nimmt ab, insbesondere der HPMC-Gehalt. Höher. Darüber hinaus befinden sich mit zunehmender Menge an eingebrachtem HPMC immer noch viele flexible Polymere in den Poren von UHPC, die beim Komprimieren der Matrix des zementären Verbundwerkstoffs keine wichtige Rolle für eine gute Steifigkeit und Druckunterstützung spielen können. Daher verringert die Zugabe von HPMC die Druckfestigkeit von UHPC erheblich.

2.4 Biegefestigkeit

Aus der Beziehung zwischen der Biegefestigkeit von UHPC-Proben nach 7 Tagen und 28 Tagen und dem HMPC-Gehalt ist ersichtlich, dass die Änderungskurven der Biegefestigkeit und der Druckfestigkeit ähnlich sind und die Änderung der Biegefestigkeit zwischen 0 und 0,50 % liegt. von HMPC ist nicht dasselbe. Mit fortgesetzter Zugabe von HPMC nahm die Biegefestigkeit der UHPC-Proben deutlich ab.

Die Wirkung von HPMC auf die Biegefestigkeit von UHPC besteht hauptsächlich in drei Aspekten: Celluloseether hat verzögernde und luftporenbildende Wirkungen, die die Biegefestigkeit von UHPC verringern; und der dritte Aspekt ist das flexible Polymer, das aus Celluloseether hergestellt wird. Eine Verringerung der Steifigkeit der Probe verlangsamt die Abnahme der Biegefestigkeit der Probe geringfügig. Das gleichzeitige Vorliegen dieser drei Aspekte verringert die Druckfestigkeit der UHPC-Probe und verringert auch die Biegefestigkeit.

2,5 Axiale Zugfestigkeit und Zugfestigkeitswert

Der Zusammenhang zwischen der Zugfestigkeit von UHPC-Proben nach 7 Tagen und 28 Tagen und dem HMPC-Gehalt. Mit der Erhöhung des HPMC-Gehalts veränderte sich die Zugfestigkeit von UHPC-Proben zunächst wenig und nahm dann rasch ab. Die Zugfestigkeitskurve zeigt, dass, wenn der HPMC-Gehalt in der Probe 0,50 % erreicht, der axiale Zugfestigkeitswert der UHPC-Probe 12,2 MPa beträgt und das Zugfestigkeitsverhältnis 103 % beträgt. Mit der weiteren Erhöhung des HPMC-Gehalts der Probe begann der axiale Wert der zentralen Zugfestigkeit stark abzufallen. Wenn der HPMC-Gehalt der Probe 0,75 % und 1,00 % betrug, betrugen die Zugfestigkeitsverhältnisse 94 % bzw. 78 %, was niedriger war als die axiale Zugfestigkeit von UHPC ohne HPMC.

Aus der Beziehung zwischen den Zugfestigkeitswerten von UHPC-Proben nach 7 Tagen und 28 Tagen und dem HMPC-Gehalt ist ersichtlich, dass die Zugfestigkeitswerte mit zunehmendem Celluloseethergehalt zu Beginn und mit zunehmendem Gehalt an fast unverändert bleiben Celluloseether erreicht 0,50 % und beginnt dann schnell abzufallen.

Die Auswirkung der Zugabemenge von HPMC auf die axiale Zugfestigkeit und den Endzugwert von UHPC-Proben zeigt einen Trend, der nahezu unverändert bleibt und dann abnimmt. Der Hauptgrund dafür ist, dass HPMC direkt zwischen hydratisierten Zementpartikeln gebildet werden kann. Eine Schicht aus wasserdichtem Polymer-Dichtungsfilm spielt die Rolle der Versiegelung, sodass eine bestimmte Menge Wasser im UHPC gespeichert wird, das das notwendige Wasser für die kontinuierliche Entwicklung einer weiteren Hydratation bereitstellt von Zement, wodurch die Festigkeit des Zements verbessert wird. Die Zugabe von HPMC verbessert die Kohäsion von UHPC und verleiht der Aufschlämmung Flexibilität, wodurch sich UHPC vollständig an die Schrumpfung und Verformung des Grundmaterials anpasst und die Zugfestigkeit von UHPC leicht verbessert. Wenn der HPMC-Gehalt jedoch den kritischen Wert überschreitet, beeinträchtigt die eingeschlossene Luft die Festigkeit der Probe. Die nachteiligen Auswirkungen spielten nach und nach eine führende Rolle und die axiale Zugfestigkeit und der Zugfestigkeitswert der Probe begannen abzunehmen.

3. Fazit

1) HPMC kann die Arbeitsleistung von bei normaler Temperatur aushärtendem UHPC erheblich verbessern, seine Koagulationszeit verlängern und den Fließfähigkeitsverlust von frisch gemischtem UHPC im Laufe der Zeit verringern.

2) Durch die Zugabe von HPMC entsteht während des Rührvorgangs der Aufschlämmung eine gewisse Menge winziger Bläschen. Wenn die Menge zu groß ist, sammeln sich die Blasen zu stark an und es bilden sich größere Blasen. Die Aufschlämmung ist sehr kohäsiv und die Blasen können nicht überlaufen und platzen. Die Poren des ausgehärteten UHPC verkleinern sich; Darüber hinaus kann das von HPMC hergestellte flexible Polymer unter Druck keinen starren Halt bieten und die Druck- und Biegefestigkeit sind stark reduziert.

3) Der Zusatz von HPMC macht UHPC plastisch und flexibel. Die axiale Zugfestigkeit und der Endzugwert von UHPC-Proben ändern sich mit zunehmendem HPMC-Gehalt kaum. Wenn der HPMC-Gehalt jedoch einen bestimmten Wert überschreitet, werden die axiale Zugfestigkeit und der Endzugwert stark reduziert.

4) Bei der Herstellung von UHPC, das bei normaler Temperatur aushärtet, sollte die Dosierung von HPMC streng kontrolliert werden. Wenn die Dosierung 0,50 % beträgt, kann das Verhältnis zwischen der Arbeitsleistung und den mechanischen Eigenschaften von UHPC bei normaler Temperaturhärtung gut koordiniert werden.