Éther de méthylcellulose sur béton à ultra hautes performances durcissant à température ambiante

Abstrait: En modifiant la teneur en éther d'hydroxypropylméthylcellulose (HPMC) dans le béton à ultra haute performance (BFUP) durcissant à température normale, l'effet de l'éther de cellulose sur la fluidité, le temps de prise, la résistance à la compression et la résistance à la flexion du BUHP a été étudié. , la résistance à la traction axiale et la valeur de traction ultime, et les résultats ont été analysés. Les résultats des tests montrent que : l'ajout de 1,00 % maximum d'HPMC à faible viscosité n'affecte pas la fluidité du BFUP, mais réduit la perte de fluidité au fil du temps. , et prolongent le temps de prise, améliorant considérablement les performances de construction ; lorsque la teneur est inférieure à 0,50 %, l'impact sur la résistance à la compression, la résistance à la flexion et la résistance à la traction axiale n'est pas significatif, et une fois que la teneur est supérieure à 0,50 %, ses performances mécaniques sont réduites de plus de 1/3. Compte tenu de diverses performances, le dosage recommandé d'HPMC est de 0,50 %.

Mots clés : béton à ultra haute performance ; éther de cellulose; durcissement à température normale ; résistance à la compression ; résistance à la flexion ; résistance à la traction

0、Préface

Avec le développement rapide de l'industrie de la construction en Chine, les exigences en matière de performances du béton dans l'ingénierie réelle ont également augmenté, et du béton à ultra haute performance (BFUP) a été produit en réponse à la demande. La proportion optimale de particules de différentes tailles de particules est théoriquement conçue et mélangée à de la fibre d'acier et à un agent réducteur d'eau à haute efficacité, elle possède d'excellentes propriétés telles qu'une résistance à la compression ultra-élevée, une ténacité élevée, une durabilité élevée de résistance aux chocs et une forte auto-guérison. capacité de micro-fissures. Performance. La recherche technologique étrangère sur le BFUP est relativement mature et a été appliquée à de nombreux projets pratiques. Par rapport aux pays étrangers, la recherche nationale n’est pas assez approfondie. Dong Jianmiao et d'autres ont étudié l'incorporation des fibres en ajoutant différents types et quantités de fibres. Le mécanisme d'influence et la loi du béton ; Chen Jing et coll. a étudié l'influence du diamètre des fibres d'acier sur les performances du BFUP en sélectionnant des fibres d'acier de 4 diamètres. Le BFUP n'a qu'un petit nombre d'applications techniques en Chine et il en est encore au stade de la recherche théorique. La performance des BFUP Supériorité est devenue un des axes de recherche de développement concret, mais de nombreux problèmes restent encore à résoudre. Tels que des exigences élevées en matière de matières premières, un coût élevé, un processus de préparation compliqué, etc., limitant le développement de la technologie de production de BFUP. Parmi eux, l'utilisation de vapeur à haute pression. Le durcissement du BFUP à haute température peut lui permettre d'obtenir des propriétés mécaniques et une durabilité plus élevées. Cependant, en raison du processus fastidieux de durcissement à la vapeur et des exigences élevées en matière d'équipement de production, l'application des matériaux ne peut être limitée qu'aux chantiers de préfabrication et la construction coulée sur place ne peut pas être réalisée. Par conséquent, il n’est pas approprié d’adopter la méthode de durcissement thermique dans des projets réels et il est nécessaire de mener des recherches approfondies sur le durcissement à température normale du BFUP.

Le BFUP durcissant à température normale en est au stade de la recherche en Chine, et son rapport eau/liant est extrêmement faible et il est sujet à une déshydratation rapide en surface pendant la construction sur site. Afin d'améliorer efficacement le phénomène de déshydratation, les matériaux à base de ciment ajoutent généralement au matériau des épaississants retenant l'eau. Agent chimique pour empêcher la ségrégation et le saignement des matériaux, améliorer la rétention d'eau et la cohésion, améliorer les performances de construction et améliorer efficacement les propriétés mécaniques des matériaux à base de ciment. Éther d'hydroxypropylméthylcellulose (HPMC) en tant qu'épaississant polymère, qui peut répartir efficacement la boue gélifiée de polymère et les matériaux dans les matériaux à base de ciment de manière uniforme, et l'eau libre dans la boue deviendra de l'eau liée, de sorte qu'il n'est pas facile de la perdre Le coulis et améliorer les performances de rétention d'eau du béton. Afin de réduire l'impact de l'éther de cellulose sur la fluidité du BFUP, l'éther de cellulose à faible viscosité a été sélectionné pour l'essai.

En résumé, afin d'améliorer les performances de la construction en garantissant les propriétés mécaniques du BFUP durcissant à température normale, cet article étudie l'effet de la teneur en éther de cellulose à faible viscosité sur le durcissement à température normale en fonction des propriétés chimiques de l'éther de cellulose. et son mécanisme d'action dans le coulis de BFUP. L'influence de la fluidité, du temps de coagulation, de la résistance à la compression, de la résistance à la flexion, de la résistance à la traction axiale et de la valeur ultime de traction du BFUP pour déterminer le dosage approprié d'éther de cellulose.

1. Plan de tests

1.1 Tester les matières premières et le rapport de mélange

Les matières premières pour ce test sont :

1) Ciment : P·O 52,5 ciment Portland ordinaire produit à Liuzhou.

2) Cendres volantes : Cendres volantes produites à Liuzhou.

3) Poudre de laitier : poudre de laitier de haut fourneau granulée S95 produite à Liuzhou.

4) Fumée de silice : fumée de silice semi-cryptée, poudre grise, teneur en SiO2≥92%, surface spécifique 23 m²/g.

5) Sable de quartz : 20~40 mesh (0,833~0,350 mm).

6) Réducteur d'eau : réducteur d'eau polycarboxylate, poudre blanche, taux de réduction d'eau≥30%.

7) Poudre de latex : poudre de latex redispersable.

8) Fibre éther : hydroxypropylméthylcellulose METHOCEL produite aux Etats-Unis, viscosité 400 MPa.s.

9) Fibre d'acier : fibre d'acier microfilaire cuivrée droite, diamètreφ est de 0,22 mm, la longueur est de 13 mm, la résistance à la traction est de 2 000 MPa.

Après de nombreuses recherches expérimentales au début, il peut être déterminé que le rapport de mélange de base du béton à ultra haute performance durcissant à température normale est le ciment : cendres volantes : poudre minérale : fumée de silice : sable : agent réducteur d'eau : poudre de latex : eau = 860 : 42 : 83 : 110:980:11:2:210, la teneur en volume de fibres d'acier est de 2 %. Ajouter 0, 0,25 %, 0,50 %, 0,75 %, 1,00 % de HPMC de teneur en éther de cellulose (HPMC) sur ce rapport de mélange de base. Mettre en place des expériences comparatives respectivement.

1.2 Méthode d'essai

Pesez les matières premières en poudre sèche en fonction du rapport de mélange et placez-les dans le malaxeur à béton forcé à arbre unique HJW-60. Démarrez le mélangeur jusqu'à homogénéité, ajoutez de l'eau et mélangez pendant 3 minutes, éteignez le mélangeur, ajoutez la fibre d'acier pesée et redémarrez le mélangeur pendant 2 minutes. Transformé en coulis de BFUP.

Les éléments de test comprennent la fluidité, le temps de prise, la résistance à la compression, la résistance à la flexion, la résistance à la traction axiale et la valeur de traction ultime. Le test de fluidité est déterminé selon JC/T986-2018 « Matériaux de coulis à base de ciment ». Le test de temps de prise est conforme à GB /T 1346—2011 «Méthode d'essai de consommation d'eau et de temps de prise de consistance standard pour le ciment». L'essai de résistance à la flexion est déterminé selon la norme GB/T50081-2002 « Standard pour les méthodes d'essai des propriétés mécaniques du béton ordinaire ». Test de résistance à la compression, résistance à la traction axiale et test de valeur de traction ultime est déterminé conformément au DLT5150-2001 « Règlement sur les tests de béton hydraulique ».

2. Résultats des tests

2.1 Liquidité

Les résultats des tests de fluidité montrent l'influence de la teneur en HPMC sur la perte de fluidité du BFUP au cours du temps. Le phénomène de test montre qu'une fois la suspension sans éther de cellulose agitée uniformément, la surface est sujette à la déshydratation et à la formation de croûtes, et la fluidité est rapidement perdue. , et la maniabilité s'est détériorée. Après ajout d'éther de cellulose, il n'y avait pas de peau sur la surface, la perte de fluidité au fil du temps était faible et l'ouvrabilité restait bonne. Dans la plage de test, la perte minimale de fluidité était de 5 mm en 60 minutes. L'analyse des données d'essai montre que : La quantité d'éther de cellulose à faible viscosité a peu d'effet sur la fluidité initiale du BFUP, mais a un impact plus important sur la perte de fluidité au fil du temps. Lorsqu'aucun éther de cellulose n'est ajouté, la perte de fluidité du BFUP est de 15 mm ; Avec l'augmentation du HPMC, la perte de fluidité du mortier diminue ; lorsque le dosage est de 0,75%, la perte de fluidité du BFUP est la plus faible avec le temps, soit 5 mm ; après cela, avec l'augmentation du HPMC, la perte de fluidité du BFUP avec le temps est presque inchangée.

AprèsHPMCest mélangé avec du BFUP, cela affecte les propriétés rhéologiques du BFUP sous deux aspects : l'un est que des microbulles indépendantes sont introduites dans le processus d'agitation, ce qui fait que les granulats et les cendres volantes et autres matériaux forment un « effet boule », ce qui augmente la maniabilité Dans le même temps, une grande quantité de matériau cimentaire peut envelopper l'agrégat, de sorte que l'agrégat puisse être uniformément « suspendu » dans la boue et puisse se déplacer librement, le frottement entre les agrégats est réduit et la fluidité est augmentée ; la seconde est d'augmenter le BFUP. La force de cohésion réduit la fluidité. Étant donné que le test utilise du HPMC à faible viscosité, le premier aspect est égal au deuxième aspect et la fluidité initiale ne change pas beaucoup, mais la perte de fluidité au fil du temps peut être réduite. D'après l'analyse des résultats des tests, on peut savoir que l'ajout d'une quantité appropriée de HPMC au BFUP peut grandement améliorer les performances de construction du BFUP.

2.2 Temps de prise

De la tendance à l'évolution du temps de prise du BFUP affectée par la quantité d'HPMC, on peut voir que l'HPMC joue un rôle retardateur dans le BFUP. Plus la quantité est importante, plus l’effet retardateur est évident. Lorsque la quantité est de 0,50%, le temps de prise du mortier est de 55min. Par rapport au groupe témoin (40 minutes), elle a augmenté de 37,5 %, et l’augmentation n’était toujours pas évidente. Lorsque le dosage était de 1,00 %, le temps de prise du mortier était de 100 min, soit 150 % supérieur à celui du groupe témoin (40 min).

Les caractéristiques de la structure moléculaire de l’éther de cellulose affectent son effet retardateur. La structure moléculaire fondamentale de l'éther de cellulose, c'est-à-dire la structure cyclique de l'anhydroglucose, peut réagir avec les ions calcium pour former des composés moléculaires sucre-calcium, réduisant ainsi la période d'induction de la réaction d'hydratation du clinker de ciment. La concentration en ions calcium est faible, empêchant ainsi une précipitation supplémentaire de Ca(OH)2, réduisant la vitesse de réaction d'hydratation du ciment, retardant ainsi la prise du ciment.

2.3 Résistance à la compression

De la relation entre la résistance à la compression des échantillons de BFUP à 7 jours et 28 jours et la teneur en HMPC, il ressort clairement que l'ajout de HPMC augmente progressivement la baisse de la résistance à la compression des BFUP. 0,25 % HPMC, la résistance à la compression du BFUP diminue légèrement et le taux de résistance à la compression est de 96 %. L'ajout de 0,50 % de HPMC n'a aucun effet évident sur le rapport de résistance à la compression du BFUP. Continuer à ajouter HPMC dans le champ d'utilisation, BFUP's La résistance à la compression a diminué de manière significative. Lorsque la teneur en HPMC augmentait jusqu'à 1,00 %, le taux de résistance à la compression tombait à 66 % et la perte de résistance était importante. Selon l'analyse des données, il est plus approprié d'ajouter 0,50 % de HPMC et la perte de résistance à la compression est faible.

HPMC a un certain effet entraîneur d’air. L'ajout de HPMC provoquera une certaine quantité de microbulles dans le BFUP, ce qui réduira la densité apparente du BFUP fraîchement mélangé. Une fois la suspension durcie, la porosité augmentera progressivement et la compacité diminuera également, notamment la teneur en HPMC. Plus haut. De plus, avec l'augmentation de la quantité d'HPMC introduite, il reste encore de nombreux polymères flexibles dans les pores du BFUP, qui ne peuvent pas jouer un rôle important dans une bonne rigidité et un bon support en compression lorsque la matrice du composite cimentaire est comprimée. Par conséquent, l’ajout de HPMC réduit considérablement la résistance à la compression du BFUP.

2.4 Résistance à la flexion

De la relation entre la résistance à la flexion des échantillons de BFUP à 7 jours et 28 jours et la teneur en HMPC, on peut constater que les courbes d'évolution de la résistance à la flexion et de la résistance à la compression sont similaires, et l'évolution de la résistance à la flexion entre 0 et 0,50 % du HMPC n’est pas le même. À mesure que l’ajout de HPMC se poursuivait, la résistance à la flexion des échantillons de BFUP diminuait considérablement.

L'effet de l'HPMC sur la résistance à la flexion des BFUP se présente principalement sous trois aspects : l'éther de cellulose a des effets retardateurs et entraîneurs d'air, qui réduisent la résistance à la flexion des BFUP ; et le troisième aspect est le polymère flexible produit par l'éther de cellulose. La réduction de la rigidité de l'échantillon ralentit légèrement la diminution de la résistance à la flexion de l'échantillon. L’existence simultanée de ces trois aspects réduit la résistance à la compression de l’éprouvette BFUP et réduit également la résistance à la flexion.

2.5 Résistance à la traction axiale et valeur ultime de traction

La relation entre la résistance à la traction des éprouvettes de BFUP à 7 jours et 28 jours et la teneur en HMPC. Avec l’augmentation de la teneur en HPMC, la résistance à la traction des éprouvettes de BFUP a d’abord peu changé puis a diminué rapidement. La courbe de résistance à la traction montre que lorsque la teneur en HPMC dans l'éprouvette atteint 0,50 %, la valeur de résistance à la traction axiale de l'éprouvette BFUP est de 12,2 MPa et le rapport de résistance à la traction est de 103 %. Avec l'augmentation supplémentaire de la teneur en HPMC de l'échantillon, la valeur axiale de la résistance à la traction centrale a commencé à chuter fortement. Lorsque la teneur en HPMC de l'éprouvette était de 0,75 % et 1,00 %, les rapports de résistance à la traction étaient respectivement de 94 % et 78 %, ce qui était inférieur à la résistance à la traction axiale du BFUP sans HPMC.

De la relation entre les valeurs ultimes de traction des échantillons de BFUP à 7 jours et 28 jours et la teneur en HMPC, on constate que les valeurs ultimes de traction restent quasiment inchangées avec l'augmentation de l'éther de cellulose au début, et lorsque la teneur en l'éther de cellulose atteint 0,50 % puis commence à baisser rapidement.

L'effet de la quantité ajoutée de HPMC sur la résistance à la traction axiale et la valeur de traction ultime des éprouvettes de BFUP montre une tendance à rester presque inchangée puis à diminuer. La raison principale est que le HPMC peut être directement formé entre les particules de ciment hydratées. Une couche de film d'étanchéité polymère imperméable joue le rôle d'étanchéité, de sorte qu'une certaine quantité d'eau est stockée dans le BFUP, qui fournit l'eau nécessaire au développement continu d'une hydratation ultérieure. de ciment, améliorant ainsi la résistance du ciment. L'ajout de HPMC améliore la cohésion du BFUP confère au coulis une certaine flexibilité, ce qui permet au BFUP de s'adapter pleinement au retrait et à la déformation du matériau de base, et améliore légèrement la résistance à la traction du BFUP. Cependant, lorsque la teneur en HPMC dépasse la valeur critique, l'air entraîné affecte la résistance de l'échantillon. Les effets indésirables ont progressivement joué un rôle majeur et la résistance à la traction axiale et la valeur de traction ultime de l'éprouvette ont commencé à diminuer.

3. Conclusion

1) Le HPMC peut améliorer considérablement les performances de travail du BFUP durcissant à température normale, prolonger son temps de coagulation et réduire la perte de fluidité du BFUP fraîchement mélangé au fil du temps.

2) L'ajout de HPMC introduit une certaine quantité de minuscules bulles lors du processus d'agitation de la bouillie. Si la quantité est trop importante, les bulles s’accumuleront trop et formeront des bulles plus grosses. La bouillie est très cohésive et les bulles ne peuvent pas déborder ni se rompre. Les pores du BFUP durci diminuent ; de plus, le polymère flexible produit par HPMC ne peut pas fournir un support rigide lorsqu'il est sous pression, et les résistances à la compression et à la flexion sont considérablement réduites.

3) L'ajout de HPMC rend le BFUP plastique et flexible. La résistance à la traction axiale et la valeur de traction ultime des éprouvettes BUHP changent à peine avec l'augmentation de la teneur en HPMC, mais lorsque la teneur en HPMC dépasse une certaine valeur, la résistance à la traction axiale et les valeurs de traction ultime sont considérablement réduites.

4) Lors de la préparation de BFUP durcissant à température normale, le dosage de HPMC doit être strictement contrôlé. Lorsque le dosage est de 0,50 %, la relation entre les performances de travail et les propriétés mécaniques du BFUP durcissant à température normale peut être bien coordonnée.