Metyyliselluloosaeetteri huoneenlämmössä kovettuvalla erittäin suorituskykyisellä betonilla

Abstrakti: Muuttamalla hydroksipropyylimetyyliselluloosaeetterin (HPMC) pitoisuutta normaalilämpötilassa kovettuvassa ultra-high performance betonissa (UHPC) tutkittiin selluloosaeetterin vaikutusta UHPC:n juoksevuuteen, kovettumisaikaan, puristuslujuuteen ja taivutuslujuuteen. , aksiaalinen vetolujuus ja murtovetolujuus, ja tulokset analysoitiin. Testitulokset osoittavat, että: korkeintaan 1,00 %:n lisääminen alhaisen viskositeetin HPMC:tä ei vaikuta UHPC:n juoksevuuteen, mutta vähentää juoksevuuden menetystä ajan myötä. ja pidentää asettumisaikaa, mikä parantaa huomattavasti rakenteen suorituskykyä; kun pitoisuus on alle 0,50 %, vaikutus puristuslujuuteen, taivutuslujuuteen ja aksiaaliseen vetolujuuteen ei ole merkittävä, ja kun pitoisuus on yli 0,50 %, sen mekaaninen Suorituskyky heikkenee yli 1/3. Eri suorituskyky huomioiden HPMC:n suositeltu annos on 0,50 %.

Avainsanat: erittäin korkean suorituskyvyn betoni; selluloosaeetteri; normaali lämpötila kovetus; puristuslujuus; taivutuslujuus; vetolujuus

0、Esipuhe

Kiinan rakennusteollisuuden nopean kehityksen myötä myös varsinaisessa suunnittelussa betonin suorituskyvyn vaatimukset ovat kasvaneet ja kysyntään vastaamaan on valmistettu ultra-high performance -betoni (UHPC). Eri hiukkaskokojen optimaalinen osuus on teoreettisesti suunniteltu ja sekoitettuna teräskuituun ja tehokkaaseen vettä vähentävään aineeseen, sillä on erinomaisia ​​ominaisuuksia, kuten erittäin korkea puristuslujuus, korkea sitkeys, korkea iskunkeston kestävyys ja vahva itsekorjautuminen mikrohalkeamien kyky. Suorituskyky. Ulkomainen UHPC-teknologiatutkimus on suhteellisen kypsää ja sitä on sovellettu moniin käytännön projekteihin. Ulkomaihin verrattuna kotimainen tutkimus ei ole tarpeeksi syvällistä. Dong Jianmiao ja muut tutkivat kuitujen sisällyttämistä lisäämällä erityyppisiä ja määriä kuituja. Betonin vaikutusmekanismi ja laki; Chen Jing et ai. tutki teräskuidun halkaisijan vaikutusta UHPC:n suorituskykyyn valitsemalla teräskuituja, joilla on 4 halkaisijaa. UHPC:llä on vain pieni määrä suunnittelusovelluksia Kiinassa, ja se on vielä teoreettisen tutkimuksen vaiheessa. UHPC Superiorityn suorituskyvystä on tullut yksi konkreettisen kehittämisen tutkimussuunnista, mutta ratkaisematta on vielä monia ongelmia. Kuten korkeat raaka-ainevaatimukset, korkeat kustannukset, monimutkainen valmistusprosessi jne., jotka rajoittavat UHPC-tuotantoteknologian kehitystä. Niistä korkeapainehöyryn käyttö UHPC:n kovettamisen korkeassa lämpötilassa voi saada paremmat mekaaniset ominaisuudet ja kestävyyden. Hankalan höyrykovetusprosessin ja tuotantolaitteistoille asetettujen korkeiden vaatimusten vuoksi materiaalien levitys voidaan kuitenkin rajoittaa vain esivalmistuspihoille, eikä valurakentamista voida suorittaa. Siksi lämpökovetusmenetelmää ei sovi ottaa käyttöön varsinaisissa projekteissa, ja normaalilämpötilakovettuvasta UHPC:stä on tehtävä syvällinen tutkimus.

Normaalissa lämpötilassa kovettuva UHPC on Kiinassa tutkimusvaiheessa, ja sen vesi-sideainesuhde on erittäin alhainen ja se on altis pinnan nopealle kuivumiselle rakennustyömaalla. Kuivumisilmiön parantamiseksi tehokkaasti sementtipohjaiset materiaalit lisäävät materiaaliin yleensä vettä pidättäviä sakeuttajia. Kemiallinen aine, joka estää materiaalien segregaatiota ja verenvuotoa, parantaa vedenpidätystä ja koheesiota, parantaa rakentamisen suorituskykyä ja parantaa myös tehokkaasti sementtipohjaisten materiaalien mekaanisia ominaisuuksia. Hydroksipropyylimetyyliselluloosaeetteri (HPMC) polymeerisakkeuttajana, joka voi tehokkaasti jakaa polymeerigeeliytyneen lietteen ja materiaalit sementtipohjaisissa materiaaleissa tasaisesti ja lietteen vapaasta vedestä tulee sitoutunutta vettä, joten sitä ei ole helppo hävittää lietettä ja parantaa betonin vedenpidätyskykyä. Selluloosaeetterin vaikutuksen vähentämiseksi UHPC:n juoksevuuteen testiin valittiin matalaviskositeettinen selluloosaeetteri.

Yhteenvetona voidaan todeta, että rakenteen suorituskyvyn parantamiseksi normaalissa lämpötilassa kovettuvan UHPC:n mekaanisten ominaisuuksien varmistamisen perusteella tässä artikkelissa tutkitaan matalaviskositeettisen selluloosaeetteripitoisuuden vaikutusta normaalilämpötilakovettumiseen selluloosaeetterin kemiallisten ominaisuuksien perusteella. ja sen vaikutusmekanismi UHPC-lietteessä. Sujuvuuden, hyytymisajan, puristuslujuuden, taivutuslujuuden, aksiaalisen vetolujuuden ja UHPC:n lopullisen vetolujuuden vaikutus sopivan selluloosaeetterin annoksen määrittämiseen.

1. Testisuunnitelma

1.1 Testaa raaka-aineet ja sekoitussuhde

Tämän testin raaka-aineet ovat:

1) Sementti: P·O 52,5 tavallinen portlandsementti, joka on valmistettu Liuzhoussa.

2) Lentotuhka: Liuzhoussa tuotettu lentotuhka.

3) Kuonajauhe: Liuzhoussa valmistettu S95-rakeistettu masuunikuonajauhe.

4) Piidioksidihöyry: puolisalattu piidioksidihöyry, harmaa jauhe, SiO2-pitoisuus≥92 %, ominaispinta-ala 23 m²/g.

5) Kvartsihiekka: 20-40 mesh (0,833-0,350 mm).

6) Veden vähennysaine: polykarboksylaattiveden vähennysaine, valkoinen jauhe, veden vähennysnopeus≥30 %.

7) Lateksijauhe: uudelleen dispergoituva lateksijauhe.

8) Kuitueetteri: hydroksipropyylimetyyliselluloosa METHOCEL, valmistettu Yhdysvalloissa, viskositeetti 400 MPa s.

9) Teräskuitu: suora kuparipinnoitettu mikrolankateräskuitu, halkaisijaφ on 0,22 mm, pituus 13 mm, vetolujuus 2 000 MPa.

Monien alkuvaiheen kokeellisten tutkimusten jälkeen voidaan todeta, että normaalilämpötilassa kovettuvan erittäin suorituskykyisen betonin perussekoitussuhde on sementti: lentotuhka: mineraalijauhe: piidioksidisavu: hiekka: vettä pelkistävä aine: lateksijauhe: vesi = 860:42:83:110:980:11:2:210, teräskuitutilavuuspitoisuus on 2 %. Lisää 0, 0,25 %, 0,50 %, 0,75 %, 1,00 % HPMC selluloosaeetteriä (HPMC) tähän perusseossuhteeseen. Tee vastaavasti vertailukokeet.

1.2 Testausmenetelmä

Punnitse kuivajauheraaka-aineet sekoitussuhteen mukaan ja aseta ne HJW-60 yksiakseliseen betonisekoittimeen. Käynnistä sekoitin tasaiseksi, lisää vesi ja sekoita 3 minuuttia, sammuta sekoitin, lisää punnittu teräskuitu ja käynnistä sekoitin uudelleen 2 minuuttia. Valmistettu UHPC-lieteeksi.

Testikohteet sisältävät juoksevuuden, kovettumisajan, puristuslujuuden, taivutuslujuuden, aksiaalisen vetolujuuden ja murtovetolujuuden. Sujuvuustesti määritetään JC/T986-2018 "Sementtipohjaiset injektointimateriaalit" mukaisesti. Kovettumisaikatesti on GB /T 1346:n mukainen—2011 "Sementin vakiosakeuden vedenkulutuksen ja asettumisajan testausmenetelmä". Taivutuslujuustesti määritetään GB/T50081-2002 "Tavallisen betonin mekaanisten ominaisuuksien testausmenetelmien standardi" mukaisesti. Puristuslujuustesti, aksiaalinen vetolujuus ja murtovetolujuustesti määritetään DLT5150-2001 "Hydrauliset betonitestisäännöt" mukaisesti.

2. Testitulokset

2.1 Likviditeetti

Sujuvuustestitulokset osoittavat HPMC-sisällön vaikutuksen UHPC-juoksevuuteen ajan myötä. Testiilmiöstä havaitaan, että selluloosaeetterittömän lietteen tasaisen sekoituksen jälkeen pinta on alttiina kuivumiselle ja kuoriutumiselle ja juoksevuus menetetään nopeasti. , ja työskentelykyky heikkeni. Selluloosaeetterin lisäyksen jälkeen pinnalla ei ollut kuoriutumista, juoksevuuden menetys ajan myötä oli vähäistä ja työstettävyys säilyi hyvänä. Testialueella juoksevuuden minimihäviö oli 5 mm 60 minuutissa. Testitietojen analyysi osoittaa, että alhaisen viskositeetin omaavan selluloosaeetterin määrällä on vähän vaikutusta UHPC:n alkuperäiseen juoksevuuteen, mutta sillä on suurempi vaikutus juoksevuuden menettämiseen ajan myötä. Kun selluloosaeetteriä ei lisätä, UHPC:n juoksevuushäviö on 15 mm; HPMC:n kasvaessa laastin juoksevuushäviö vähenee; kun annos on 0,75 %, UHPC:n juoksevuushäviö on pienin ajan myötä, mikä on 5 mm; sen jälkeen HPMC:n kasvaessa UHPC:n juoksevuushäviö ajan myötä Lähes ennallaan.

JälkeenHPMCsekoitetaan UHPC:n kanssa, se vaikuttaa UHPC:n reologisiin ominaisuuksiin kahdesta näkökulmasta: toinen on se, että sekoitusprosessiin tuodaan itsenäisiä mikrokuplia, jolloin kiviaines ja lentotuhka ja muut materiaalit muodostavat "palloilmiön", mikä lisää työstettävyys Samaan aikaan suuri määrä sementtimäistä materiaalia voi kääriä kiviaineksen niin, että kiviaines voidaan tasaisesti "suspendoitua" lietteeseen ja liikkua vapaasti, kitka kiviainesten välillä vähenee ja juoksevuus lisääntyy; toinen on lisätä UHPC:tä. Koheesiovoima vähentää juoksevuutta. Koska testissä käytetään alhaisen viskositeetin HPMC:tä, ensimmäinen näkökohta on sama kuin toinen aspekti, ja alkuperäinen juoksevuus ei muutu paljon, mutta juoksevuuden menetystä ajan myötä voidaan vähentää. Testitulosten analyysin perusteella voidaan tietää, että sopivan määrän HPMC:tä lisääminen UHPC:hen voi parantaa UHPC:n rakennesuorituskykyä huomattavasti.

2.2 Asetusaika

HPMC:n määrän vaikutuksesta UHPC:n kovettumisajan muutostrendistä voidaan nähdä, että HPMC:llä on UHPC:ssä hidastava rooli. Mitä suurempi määrä on, sitä ilmeisempi hidastava vaikutus on. Kun määrä on 0,50 %, laastin kovettumisaika on 55 min. Verrattuna kontrolliryhmään (40 min) se kasvoi 37,5 %, eikä nousu ollut vieläkään selvä. Kun annostus oli 1,00 %, laastin kovettumisaika oli 100 min, mikä oli 150 % korkeampi kuin kontrolliryhmän (40 min).

Selluloosaeetterin molekyylirakenteen ominaisuudet vaikuttavat sen hidastavaan vaikutukseen. Selluloosaeetterin perusmolekyylirakenne, toisin sanoen anhydroglukoosirengasrakenne, voi reagoida kalsiumionien kanssa muodostaen sokeri-kalsiummolekyyliyhdisteitä, mikä vähentää sementtiklinkkerin hydraatioreaktion induktiojaksoa. Kalsiumionien pitoisuus on alhainen, mikä estää kalsium-ionien saostumisen. Ca(OH)2, mikä vähentää sementin hydratoitumisreaktion nopeutta, mikä hidastaa sementin kovettumista.

2.3 Puristuslujuus

UHPC-näytteiden puristuslujuuden 7 ja 28 päivän kohdalla ja HMPC-pitoisuuden välisestä suhteesta voidaan selvästi nähdä, että HPMC:n lisääminen lisää vähitellen UHPC:n puristuslujuuden laskua. 0,25 % HPMC, UHPC:n puristuslujuus laskee hieman ja puristuslujuussuhde on 96 %. 0,50 % HPMC:n lisäämisellä ei ole selvää vaikutusta UHPC:n puristuslujuussuhteeseen. Jatka HPMC:n lisäämistä käyttöalueeseen, UHPC's Puristuslujuus laski merkittävästi. Kun HPMC-pitoisuus nousi 1,00 prosenttiin, puristuslujuussuhde putosi 66 prosenttiin ja lujuushäviö oli vakava. Tietojen analyysin mukaan on tarkoituksenmukaisempaa lisätä 0,50 % HPMC:tä ja puristuslujuuden menetys on pieni

HPMC:llä on tietty ilmaa kuljettava vaikutus. HPMC:n lisääminen aiheuttaa tietyn määrän mikrokuplia UHPC:ssä, mikä pienentää juuri sekoitetun UHPC:n bulkkitiheyttä. Lietteen kovettumisen jälkeen huokoisuus kasvaa vähitellen ja myös tiiviys vähenee, erityisesti HPMC-pitoisuus. Korkeampi. Lisäksi lisätyn HPMC:n määrän kasvaessa UHPC:n huokosissa on edelleen monia joustavia polymeerejä, joilla ei voi olla tärkeää roolia hyvän jäykkyyden ja puristustuen kannalta, kun sementtimäisen komposiitin matriisia puristetaan. .Siksi HPMC:n lisääminen vähentää huomattavasti UHPC:n puristuslujuutta.

2.4 Taivutuslujuus

UHPC-näytteiden taivutuslujuuden 7 päivän ja 28 päivän kohdalla ja HMPC-pitoisuuden välisestä suhteesta voidaan nähdä, että taivutuslujuuden ja puristuslujuuden muutoskäyrät ovat samanlaiset ja taivutuslujuuden muutos välillä 0 - 0,50 %. HMPC ei ole sama. Kun HPMC:n lisääminen jatkui, UHPC-näytteiden taivutuslujuus pieneni merkittävästi.

HPMC:n vaikutus UHPC:n taivutuslujuuteen on pääasiassa kolmessa aspektissa: selluloosaeetterillä on hidastavia ja ilmaa kuljettavia vaikutuksia, jotka vähentävät UHPC:n taivutuslujuutta; ja kolmas näkökohta on selluloosaeetterin tuottama joustava polymeeri. Näytteen jäykkyyden vähentäminen hidastaa hieman näytteen taivutuslujuuden laskua. Näiden kolmen näkökohdan samanaikainen olemassaolo vähentää UHPC-näytteen puristuslujuutta ja myös taivutuslujuutta.

2.5 Aksiaalinen vetolujuus ja lopullinen vetolujuus

UHPC-näytteiden vetolujuuden suhde 7 d ja 28 d:n ja HMPC-pitoisuuden välillä. HPMC-pitoisuuden kasvaessa UHPC-näytteiden vetolujuus muuttui ensin vähän ja laski sitten nopeasti. Vetolujuuskäyrä osoittaa, että kun HPMC-pitoisuus näytteessä saavuttaa 0,50 %, UHPC-näytteen aksiaalinen vetolujuusarvo on 12,2 MPa ja vetolujuussuhde on 103 %. Näytteen HPMC-pitoisuuden lisääntyessä edelleen, aksiaalinen vetolujuusarvo alkoi laskea jyrkästi. Kun näytteen HPMC-pitoisuus oli 0,75 % ja 1,00 %, vetolujuussuhteet olivat vastaavasti 94 % ja 78 %, mikä oli pienempi kuin UHPC:n aksiaalinen vetolujuus ilman HPMC:tä.

UHPC-näytteiden 7 päivän ja 28 päivän lopullisten vetolujuusarvojen ja HMPC-pitoisuuden välisestä suhteesta voidaan nähdä, että lopulliset vetolujuusarvot ovat lähes muuttumattomia selluloosaeetterin lisääntyessä alussa ja kun selluloosaeetteri saavuttaa 0,50 % ja alkoi sitten laskea nopeasti.

Lisätyn HPMC-määrän vaikutus UHPC-näytteiden aksiaaliseen vetolujuuteen ja murtovetolujuuteen osoittaa trendin, joka pysyy lähes muuttumattomana ja sitten laskee. Pääsyynä on se, että HPMC voidaan muodostaa suoraan hydratoituneiden sementtihiukkasten väliin. Vedenpitävä polymeeritiivistekalvokerros toimii tiivistyksenä, jolloin UHPC:hen varastoituu tietty määrä vettä, joka tarjoaa tarvittavan veden jatkuvaan hydraation kehittymiseen. sementtiä, mikä parantaa sementin lujuutta. HPMC:n lisääminen parantaa UHPC:n koheesio antaa lietteelle joustavuutta, mikä saa UHPC:n mukautumaan täysin perusmateriaalin kutistumiseen ja muodonmuutokseen ja parantaa hieman UHPC:n vetolujuutta. Kuitenkin, kun HPMC-pitoisuus ylittää kriittisen arvon, mukana kulkeutunut ilma vaikuttaa näytteen lujuuteen. Haitalliset vaikutukset nousivat vähitellen johtavaan rooliin, ja näytteen aksiaalinen vetolujuus ja lopullinen vetolujuus alkoivat laskea.

3. Johtopäätös

1) HPMC voi merkittävästi parantaa normaalissa lämpötilassa kovettuvan UHPC:n toimintakykyä, pidentää sen koagulaatioaikaa ja vähentää juuri sekoitetun UHPC:n juoksevuushäviötä ajan myötä.

2) HPMC:n lisääminen aiheuttaa tietyn määrän pieniä kuplia lietteen sekoitusprosessin aikana. Jos määrä on liian suuri, kuplat kerääntyvät liikaa ja muodostavat suurempia kuplia. Liete on erittäin koossapysyvää, eivätkä kuplat voi vuotaa yli ja repeytyä. Kovetetun UHPC:n huokoset pienenevät; lisäksi HPMC:n tuottama joustava polymeeri ei voi tarjota jäykkää tukea, kun se on paineen alaisena, ja puristus- ja taivutuslujuudet pienenevät suuresti.

3) HPMC:n lisääminen tekee UHPC:stä muovia ja joustavaa. UHPC-näytteiden aksiaalinen vetolujuus ja murtovetolujuus eivät juuri muutu HPMC-pitoisuuden kasvaessa, mutta kun HPMC-pitoisuus ylittää tietyn arvon, aksiaalinen vetolujuus ja murtolujuusarvot pienenevät huomattavasti.

4) Valmistettaessa normaalilämpötilassa kovettuvaa UHPC:tä HPMC:n annostusta tulee valvoa tiukasti. Kun annostus on 0,50 %, normaalissa lämpötilassa kovettuvan UHPC:n toimintakyvyn ja mekaanisten ominaisuuksien välinen suhde voidaan koordinoida hyvin.