متیل سلولز اتر روی بتن با عملکرد فوق العاده بالا در دمای اتاق پخت

چکیده: با تغییر محتوای اتر هیدروکسی پروپیل متیل سلولز (HPMC) در بتن با عملکرد فوق‌العاده با دمای معمولی (UHPC)، تأثیر اتر سلولز بر سیالیت، زمان گیرش، مقاومت فشاری و مقاومت خمشی UHPC مورد بررسی قرار گرفت. استحکام کششی محوری و ارزش کششی نهایی و نتایج مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. نتایج آزمایش نشان می دهد که: اضافه کردن بیش از 1.00٪ HPMC با ویسکوزیته پایین بر سیالیت UHPC تأثیر نمی گذارد، اما از دست دادن سیالیت در طول زمان را کاهش می دهد. و زمان گیرش را طولانی تر می کند و عملکرد ساخت و ساز را تا حد زیادی بهبود می بخشد. هنگامی که محتوای کمتر از 0.50٪ باشد، تأثیر آن بر مقاومت فشاری، مقاومت خمشی و مقاومت کششی محوری قابل توجه نیست، و هنگامی که محتوای بیش از 0.50٪ باشد، عملکرد مکانیکی آن بیش از 1/3 کاهش می یابد. با در نظر گرفتن عملکردهای مختلف، دوز توصیه شده HPMC 0.50٪ است.

کلمات کلیدی: بتن با عملکرد فوق العاده بالا؛ اتر سلولز؛ پخت با دمای معمولی؛ مقاومت فشاری؛ استحکام خمشی؛ استحکام کششی

0،پیشگفتار

با توسعه سریع صنعت ساخت و ساز چین، الزامات عملکرد بتن در مهندسی واقعی نیز افزایش یافته است و بتن با عملکرد فوق العاده بالا (UHPC) در پاسخ به تقاضا تولید شده است. نسبت بهینه ذرات با اندازه ذرات مختلف از نظر تئوری طراحی شده است و مخلوط با الیاف فولادی و عامل کاهنده آب با راندمان بالا، دارای خواص عالی مانند استحکام فشاری فوق العاده بالا، چقرمگی بالا، دوام مقاومت در برابر ضربه بالا و خود ترمیمی قوی است. توانایی ریز ترک ها عملکرد. تحقیقات فناوری خارجی در مورد UHPC نسبتاً بالغ است و در بسیاری از پروژه های عملی به کار گرفته شده است. در مقایسه با کشورهای خارجی، تحقیقات داخلی به اندازه کافی عمیق نیست. دونگ جیانمیائو و دیگران ترکیب فیبر را با افزودن انواع و مقادیر مختلف الیاف مورد مطالعه قرار دادند. مکانیسم تأثیر و قانون بتن؛ چن جینگ و همکاران تاثیر قطر الیاف فولادی بر عملکرد UHPC را با انتخاب الیاف فولادی با 4 قطر بررسی کرد. UHPC تنها تعداد کمی کاربرد مهندسی در چین دارد و هنوز در مرحله تحقیقات نظری است. عملکرد UHPC Superiority به یکی از جهت گیری های تحقیقاتی توسعه بتن تبدیل شده است، اما هنوز مشکلات زیادی برای حل وجود دارد. مانند الزامات بالا برای مواد خام، هزینه بالا، فرآیند آماده سازی پیچیده و غیره، محدود کردن توسعه فناوری تولید UHPC. از جمله، استفاده از بخار پرفشار، عمل آوری UHPC در دمای بالا می تواند خواص مکانیکی و دوام بالاتری را به دست آورد. با این حال، به دلیل فرآیند سخت پخت با بخار و نیازهای بالا برای تجهیزات تولید، استفاده از مواد را می توان فقط به محوطه های پیش ساخته محدود کرد و ساخت و ساز ریخته گری در محل را نمی توان انجام داد. بنابراین، اتخاذ روش پخت حرارتی در پروژه های واقعی مناسب نیست و لازم است تحقیقات عمیقی در مورد UHPC پخت با دمای معمولی انجام شود.

UHPC پخت با دمای معمولی در مرحله تحقیقاتی در چین است و نسبت آب به اتصال دهنده آن بسیار کم است و در طول ساخت و ساز در محل مستعد کم آبی سریع روی سطح است. به منظور بهبود موثر پدیده کم آبی، مواد مبتنی بر سیمان معمولاً مقداری غلیظ کننده نگهدارنده آب به مواد اضافه می کنند. عامل شیمیایی برای جلوگیری از جداسازی و خونریزی مواد، افزایش احتباس آب و انسجام، بهبود عملکرد ساخت و ساز، و همچنین به طور موثر بهبود خواص مکانیکی مواد مبتنی بر سیمان. هیدروکسی پروپیل متیل سلولز اتر (HPMC) به عنوان یک ضخیم کننده پلیمر، که می تواند به طور موثر دوغاب ژل شده پلیمری و مواد را در مواد مبتنی بر سیمان به طور یکنواخت توزیع کند و آب آزاد موجود در دوغاب به آب متصل تبدیل شود، به طوری که از دست دادن آن آسان نیست. دوغاب و بهبود عملکرد نگهداری آب بتن. به منظور کاهش تاثیر اتر سلولز بر سیالیت UHPC، اتر سلولز با ویسکوزیته پایین برای آزمایش انتخاب شد.

به طور خلاصه، به منظور بهبود عملکرد ساخت و ساز بر اساس حصول اطمینان از خواص مکانیکی UHPC پخت با دمای معمولی، این مقاله تأثیر محتوای اتر سلولز با ویسکوزیته پایین را بر روی پخت در دمای معمولی بر اساس خواص شیمیایی اتر سلولز بررسی می‌کند. و مکانیسم اثر آن در دوغاب UHPC. تأثیر سیالیت، زمان انعقاد، مقاومت فشاری، مقاومت خمشی، مقاومت کششی محوری و ارزش کششی نهایی UHPC برای تعیین دوز مناسب اتر سلولز.

1. طرح تست

1.1 مواد خام و نسبت مخلوط را آزمایش کنید

مواد اولیه این آزمایش عبارتند از:

1) سیمان: پ·O 52.5 سیمان پرتلند معمولی تولید شده در لیوژو.

2) خاکستر بادی: خاکستر بادی تولید شده در لیوژو.

3) پودر سرباره: پودر سرباره کوره بلند دانه بندی S95 تولید شده در لیوژو.

4) دوده سیلیس: دوده سیلیس نیمه رمزگذاری شده، پودر خاکستری، محتوای SiO2≥92٪، سطح ویژه 23 متر²/g.

5) ماسه کوارتز: مش 20~40 (0.833~0.350 میلی متر).

6) کاهش دهنده آب: کاهش دهنده آب پلی کربوکسیلات، پودر سفید، میزان کاهش آب≥30 درصد

7) پودر لاتکس: پودر لاتکس قابل پخش مجدد.

8) فیبر اتر: هیدروکسی پروپیل متیل سلولز METHOCEL تولید شده در ایالات متحده، ویسکوزیته 400 MPa s.

9) الیاف فولادی: فیبر فولادی ریز سیم با روکش مس مستقیم، قطرφ 0.22 میلی متر، طول 13 میلی متر، استحکام کششی 2000 مگاپاسکال است..

پس از تحقیقات تجربی فراوان در مراحل اولیه، می توان مشخص کرد که نسبت اختلاط پایه بتن با عملکرد فوق العاده عمل آوری با دمای معمولی سیمان: خاکستر بادی: پودر معدنی: دوده سیلیس: ماسه: عامل کاهنده آب: پودر لاتکس: آب = 860: 42: 83: 110:980:11:2:210، محتوای حجمی فیبر فولادی 2٪ است. 0، 0.25٪، 0.50٪، 0.75٪، 1.00٪ محتوای HPMC اتر سلولز (HPMC) را به این نسبت ترکیبی اولیه اضافه کنید. آزمایش های مقایسه ای را به ترتیب انجام دهید.

1.2 روش تست

مواد خام پودر خشک را با توجه به نسبت اختلاط وزن کرده و در میکسر بتن اجباری تک محور افقی HJW-60 قرار دهید. همزن را شروع کنید تا یکدست شود، آب را اضافه کنید و 3 دقیقه هم بزنید، همزن را خاموش کنید، الیاف استیل وزن شده را اضافه کنید و همزن را دوباره به مدت 2 دقیقه روشن کنید. ساخته شده در دوغاب UHPC.

موارد آزمایش شامل سیالیت، زمان گیرش، استحکام فشاری، مقاومت خمشی، مقاومت کششی محوری و ارزش کششی نهایی است. تست سیالیت مطابق با JC/T986-2018 "مواد تزریق بر پایه سیمان" تعیین می شود. تست زمان تنظیم مطابق با GB /T 1346 است-2011 "روش تست آب مصرفی و زمان گیرش استاندارد سیمان". آزمایش مقاومت خمشی بر اساس GB/T50081-2002 «استاندارد روش‌های آزمایش خواص مکانیکی بتن معمولی» تعیین می‌شود. تست مقاومت فشاری، مقاومت کششی محوری و آزمایش ارزش کششی نهایی مطابق با DLT5150-2001 "مقررات آزمایش بتن هیدرولیک" تعیین می شود.

2. نتایج آزمایش

2.1 نقدینگی

نتایج تست سیالیت تأثیر محتوای HPMC را بر از دست دادن سیالیت UHPC در طول زمان نشان می‌دهد. از پدیده آزمایش مشاهده می شود که پس از همزدن یکنواخت دوغاب بدون اتر سلولز، سطح مستعد کم آبی و پوسته شدن است و سیالیت آن به سرعت از بین می رود. ، و کارایی بدتر شد. پس از افزودن اتر سلولز، هیچ پوسته ای روی سطح وجود نداشت، از دست دادن سیالیت در طول زمان کم بود و کارایی خوب باقی ماند. در محدوده آزمایش، حداقل از دست دادن سیالیت 5 میلی متر در 60 دقیقه بود. تجزیه و تحلیل داده‌های آزمایش نشان می‌دهد که مقدار اتر سلولزی با ویسکوزیته پایین تأثیر کمی بر سیالیت اولیه UHPC دارد، اما تأثیر بیشتری بر از دست دادن سیالیت در طول زمان دارد. هنگامی که اتر سلولزی اضافه نمی شود، از دست دادن سیالیت UHPC 15 میلی متر است. با افزایش HPMC، از دست دادن سیالیت ملات کاهش می یابد. هنگامی که دوز 0.75٪ است، از دست دادن سیالیت UHPC با گذشت زمان کوچکترین است، که 5 میلی متر است. پس از آن، با افزایش HPMC، از دست دادن سیالیت UHPC با گذشت زمان تقریباً بدون تغییر است.

بعد ازHPMCبا UHPC مخلوط می‌شود، از دو جنبه بر خواص رئولوژیکی UHPC تأثیر می‌گذارد: یکی این که میکرو حباب‌های مستقل وارد فرآیند هم زدن می‌شوند، که باعث می‌شود سنگدانه و خاکستر بادی و مواد دیگر یک «اثر توپ» را تشکیل دهند که باعث افزایش قابلیت کار در همان زمان، مقدار زیادی از مواد سیمانی می تواند سنگدانه را بپیچد، به طوری که سنگدانه می تواند به طور یکنواخت در دوغاب "معلق" شود و بتواند آزادانه حرکت کند، اصطکاک بین سنگدانه ها کاهش می یابد و سیالیت افزایش می یابد. دوم افزایش UHPC است. نیروی منسجم سیالیت را کاهش می دهد. از آنجایی که در آزمایش از HPMC با ویسکوزیته پایین استفاده می شود، جنبه اول برابر با جنبه دوم است و سیالیت اولیه تغییر چندانی نمی کند، اما از دست دادن سیالیت در طول زمان می تواند کاهش یابد. با توجه به تجزیه و تحلیل نتایج آزمایش، می توان دانست که افزودن مقدار مناسب HPMC به UHPC می تواند عملکرد ساخت UHPC را تا حد زیادی بهبود بخشد.

2.2 تنظیم زمان

از روند تغییر زمان گیرش UHPC تحت تأثیر میزان HPMC، می توان دریافت که HPMC نقش کندکننده را در UHPC بازی می کند. هر چه مقدار آن بیشتر باشد، اثر کند کنندگی آشکارتر است. هنگامی که مقدار 0.50٪ باشد، زمان گیرش ملات 55 دقیقه است. در مقایسه با گروه کنترل (40 دقیقه)، 37.5 درصد افزایش یافت و این افزایش هنوز مشهود نبود. زمانی که دوز 1.00 درصد بود، زمان گیرش ملات 100 دقیقه بود که 150 درصد بیشتر از گروه کنترل (40 دقیقه) بود.

ویژگی های ساختار مولکولی اتر سلولز بر اثر کند کنندگی آن تأثیر می گذارد. ساختار مولکولی اساسی در اتر سلولز، یعنی ساختار حلقه آنهیدروگلوکز، می‌تواند با یون‌های کلسیم واکنش داده و ترکیبات مولکولی قند-کلسیم را تشکیل دهد و دوره القای واکنش هیدراتاسیون کلینکر سیمان را کاهش دهد. غلظت یون‌های کلسیم کم است و از رسوب بیشتر جلوگیری می‌کند. Ca(OH)2، سرعت واکنش هیدراتاسیون سیمان را کاهش می دهد و در نتیجه گیرش سیمان را به تاخیر می اندازد.

2.3 مقاومت فشاری

از رابطه بین مقاومت فشاری نمونه های UHPC در 7 روز و 28 روز و محتوای HMPC، به وضوح می توان دریافت که افزودن HPMC به تدریج کاهش مقاومت فشاری UHPC را افزایش می دهد. 0.25٪ HPMC، مقاومت فشاری UHPC کمی کاهش می یابد و نسبت مقاومت فشاری 96٪ است. افزودن 0.50% HPMC هیچ تاثیر آشکاری بر نسبت مقاومت فشاری UHPC ندارد. به اضافه کردن HPMC در محدوده استفاده، UHPC ادامه دهید'مقاومت فشاری به طور قابل توجهی کاهش یافت. هنگامی که محتوای HPMC به 1.00٪ افزایش یافت، نسبت مقاومت فشاری به 66٪ کاهش یافت و افت مقاومت جدی بود. با توجه به تجزیه و تحلیل داده ها، افزودن 0.50٪ HPMC مناسب تر است و از دست دادن مقاومت فشاری کم است.

HPMC یک اثر جذب کننده هوا دارد. افزودن HPMC باعث ایجاد مقدار معینی میکروحباب در UHPC می شود که چگالی ظاهری UHPC تازه مخلوط شده را کاهش می دهد. پس از سخت شدن دوغاب، تخلخل به تدریج افزایش می یابد و فشردگی نیز کاهش می یابد، به خصوص محتوای HPMC. بالاتر. علاوه بر این، با افزایش مقدار HPMC معرفی شده، هنوز پلیمرهای انعطاف پذیر زیادی در منافذ UHPC وجود دارد که نمی توانند نقش مهمی در استحکام خوب و پشتیبانی فشاری هنگام فشرده شدن ماتریس کامپوزیت سیمانی ایفا کنند. بنابراین افزودن HPMC مقاومت فشاری UHPC را تا حد زیادی کاهش می دهد.

2.4 استحکام خمشی

از رابطه بین مقاومت خمشی نمونه‌های UHPC در 7 روز و 28 روز و محتوای HMPC، می‌توان دریافت که منحنی‌های تغییر مقاومت خمشی و مقاومت فشاری مشابه و تغییر مقاومت خمشی بین 0 تا 0.50 درصد است. HMPC یکسان نیست. با ادامه افزودن HPMC، مقاومت خمشی نمونه های UHPC به طور قابل توجهی کاهش یافت.

اثر HPMC بر استحکام خمشی UHPC عمدتاً از سه جنبه است: اتر سلولز دارای اثرات کند کنندگی و جذب هوا است که باعث کاهش مقاومت خمشی UHPC می شود. و سومین جنبه پلیمر منعطف تولید شده توسط اتر سلولز است که کاهش سفتی نمونه باعث کاهش اندکی استحکام خمشی نمونه می شود. وجود همزمان این سه جنبه باعث کاهش مقاومت فشاری نمونه UHPC و همچنین کاهش مقاومت خمشی می شود.

2.5 استحکام کششی محوری و ارزش کششی نهایی

رابطه بین استحکام کششی نمونه‌های UHPC در ۷ روز و ۲۸ روز و محتوای HMPC. با افزایش محتوای HPMC، مقاومت کششی نمونه های UHPC ابتدا کمی تغییر کرد و سپس به سرعت کاهش یافت. منحنی مقاومت کششی نشان می دهد که وقتی محتوای HPMC در نمونه به 0.50٪ می رسد، مقدار مقاومت کششی محوری نمونه UHPC 12.2MPa و نسبت استحکام کششی 103٪ است. با افزایش بیشتر محتوای HPMC نمونه، مقدار مقاومت کششی مرکزی محوری شروع به کاهش شدید کرد. هنگامی که محتوای HPMC نمونه 0.75٪ و 1.00٪ بود، نسبت استحکام کششی به ترتیب 94٪ و 78٪ بود که کمتر از مقاومت کششی محوری UHPC بدون HPMC بود.

از رابطه بین مقادیر کششی نهایی نمونه های UHPC در 7 روز و 28 روز و محتوای HMPC، می توان دریافت که مقادیر کششی نهایی با افزایش اتر سلولز در ابتدا و زمانی که محتوای اتر سلولز به 0.50 درصد می رسد و سپس به سرعت شروع به کاهش می کند.

اثر مقدار اضافه HPMC بر استحکام کششی محوری و ارزش کششی نهایی نمونه‌های UHPC روند تقریباً بدون تغییر و سپس کاهشی را نشان می‌دهد. دلیل اصلی این است که HPMC می تواند مستقیماً بین ذرات سیمان هیدراته تشکیل شود. یک لایه از فیلم آب بندی پلیمری ضد آب نقش آب بندی را ایفا می کند، به طوری که مقدار معینی آب در UHPC ذخیره می شود که آب لازم را برای توسعه مداوم هیدراتاسیون بیشتر فراهم می کند. سیمان، در نتیجه استحکام سیمان را بهبود می بخشد. افزودن HPMC باعث بهبود انسجام UHPC به دوغاب انعطاف پذیری می شود که باعث می شود UHPC به طور کامل با انقباض و تغییر شکل مواد پایه سازگار شود و استحکام کششی UHPC را اندکی بهبود بخشد. با این حال، زمانی که محتوای HPMC از مقدار بحرانی فراتر رود، هوای وارد شده بر استحکام نمونه تأثیر می‌گذارد. اثرات نامطلوب به تدریج نقش اصلی را ایفا کرد و مقاومت کششی محوری و ارزش کششی نهایی نمونه شروع به کاهش کرد.

3. نتیجه گیری

1) HPMC می تواند به طور قابل توجهی عملکرد کاری UHPC پخت با دمای معمولی را بهبود بخشد، زمان انعقاد آن را طولانی کند و از دست دادن سیالیت UHPC تازه مخلوط شده در طول زمان را کاهش دهد.

2) افزودن HPMC مقدار معینی از حباب های ریز را در طول فرآیند هم زدن دوغاب ایجاد می کند. اگر مقدار خیلی زیاد باشد، حباب ها بیش از حد جمع می شوند و حباب های بزرگ تری تشکیل می دهند. دوغاب بسیار منسجم است و حباب ها نمی توانند سرریز و پاره شوند. منافذ UHPC سخت شده کاهش می یابد. علاوه بر این، پلیمر منعطف تولید شده توسط HPMC نمی تواند پشتیبانی سفت و سختی را در زمانی که تحت فشار است ارائه دهد و مقاومت فشاری و خمشی به شدت کاهش می یابد.

3) اضافه شدن HPMC باعث می شود UHPC پلاستیک و انعطاف پذیر باشد. استحکام کششی محوری و ارزش کششی نهایی نمونه‌های UHPC به سختی با افزایش محتوای HPMC تغییر می‌کند، اما زمانی که محتوای HPMC از مقدار معینی فراتر رود، استحکام کششی محوری و مقادیر کششی نهایی تا حد زیادی کاهش می‌یابد.

4) هنگام تهیه UHPC پخت با دمای معمولی، دوز HPMC باید به شدت کنترل شود. هنگامی که دوز 0.50٪ است، رابطه بین عملکرد کاری و خواص مکانیکی UHPC پخت با دمای معمولی می تواند به خوبی هماهنگ شود.