Metil celulozni eter na sobnoj temperaturi stvrdnjava beton ultravisokih svojstava

Sažetak: Promjenom sadržaja hidroksipropil metilceluloznog etera (HPMC) u betonu ultravisokih svojstava (UHPC) koji otvrdnjava pri normalnoj temperaturi, proučavan je učinak celuloznog etera na fluidnost, vrijeme stvrdnjavanja, tlačnu čvrstoću i čvrstoću na savijanje UHPC. , aksijalne vlačne čvrstoće i granične vlačne vrijednosti, te su rezultati analizirani. Rezultati ispitivanja pokazuju da: dodavanje ne više od 1,00% HPMC niske viskoznosti ne utječe na fluidnost UHPC-a, ali smanjuje gubitak fluidnosti tijekom vremena. , i produžiti vrijeme stvrdnjavanja, uvelike poboljšavajući izvedbu konstrukcije; kada je sadržaj manji od 0,50%, utjecaj na čvrstoću na pritisak, čvrstoću na savijanje i aksijalnu vlačnu čvrstoću nije značajan, a kada je sadržaj veći od 0,50%, njegova mehanička izvedba se smanjuje za više od 1/3. S obzirom na različite performanse, preporučena doza HPMC-a je 0,50%.

Ključne riječi: beton ultra visokih performansi; celulozni eter; stvrdnjavanje na normalnoj temperaturi; čvrstoća na pritisak; čvrstoća na savijanje; vlačna čvrstoća

0、Predgovor

S brzim razvojem kineske građevinske industrije, zahtjevi za performansama betona u stvarnom inženjeringu također su porasli, a kao odgovor na potražnju proizveden je beton ultra visokih performansi (UHPC). Optimalan udio čestica s različitim veličinama čestica teoretski je osmišljen, a pomiješan s čeličnim vlaknima i visokoučinkovitim sredstvom za smanjenje vode, ima izvrsna svojstva kao što su ultra-visoka tlačna čvrstoća, visoka žilavost, visoka otpornost na udarce, izdržljivost i snažno samozacjeljivanje sposobnost mikropukotina. Performanse. Inozemna tehnološka istraživanja UHPC-a relativno su zrela i primijenjena su na mnoge praktične projekte. U usporedbi sa inozemstvom, domaća istraživanja nisu dovoljno duboka. Dong Jianmiao i drugi proučavali su ugradnju vlakana dodavanjem različitih vrsta i količina vlakana. Mehanizam utjecaja i zakonitost betona; Chen Jing i sur. proučavali su utjecaj promjera čeličnih vlakana na performanse UHPC-a odabirom čeličnih vlakana s 4 promjera. UHPC ima samo mali broj inženjerskih primjena u Kini i još uvijek je u fazi teorijskog istraživanja. Performanse UHPC Superiority postale su jedan od smjerova istraživanja konkretnog razvoja, ali još uvijek ima mnogo problema koje treba riješiti. Kao što su visoki zahtjevi za sirovine, visoka cijena, kompliciran proces pripreme itd., ograničavajući razvoj proizvodne tehnologije UHPC. Među njima, korištenje visokotlačne pare Stvrdnjavanje UHPC-a na visokoj temperaturi može postići bolja mehanička svojstva i izdržljivost. Međutim, zbog glomaznog procesa otvrdnjavanja vodenom parom i visokih zahtjeva za proizvodnu opremu, primjena materijala može se ograničiti samo na montažna dvorišta, a ne može se izvesti livena konstrukcija. Stoga nije prikladno usvojiti metodu termičkog stvrdnjavanja u stvarnim projektima, te je potrebno provesti dubinsko istraživanje o UHPC stvrdnjavanju na normalnoj temperaturi.

UHPC koji otvrdnjava na normalnoj temperaturi je u fazi istraživanja u Kini, a njegov omjer vode i veziva je izuzetno nizak i sklon je brzoj dehidraciji na površini tijekom izgradnje na licu mjesta. Kako bi se učinkovito poboljšao fenomen dehidracije, materijali na bazi cementa obično dodaju neke zgušnjivače koji zadržavaju vodu u materijal. Kemijsko sredstvo za sprječavanje segregacije i krvarenja materijala, povećanje zadržavanja vode i kohezije, poboljšanje izvedbe konstrukcije i učinkovito poboljšanje mehaničkih svojstava materijala na bazi cementa. Hidroksipropil metil celulozni eter (HPMC) kao polimerni zgušnjivač, koji može učinkovito ravnomjerno rasporediti polimerno želiranu kašu i materijale u materijalima na bazi cementa, a slobodna voda u kaši postat će vezana voda, tako da je nije lako izgubiti iz kašu i poboljšati učinak betona na zadržavanje vode. Kako bi se smanjio utjecaj celuloznog etera na fluidnost UHPC-a, za ispitivanje je odabran celulozni eter niske viskoznosti.

Ukratko, kako bi se poboljšala konstrukcijska izvedba na temelju osiguravanja mehaničkih svojstava UHPC-a stvrdnjavanja na normalnoj temperaturi, ovaj rad proučava učinak sadržaja celuloznog etera niske viskoznosti na stvrdnjavanje na normalnoj temperaturi na temelju kemijskih svojstava celuloznog etera. i njegov mehanizam djelovanja u UHPC suspenziji. Utjecaj fluidnosti, vremena koagulacije, čvrstoće na pritisak, čvrstoće na savijanje, aksijalne vlačne čvrstoće i krajnje vlačne vrijednosti UHPC za određivanje odgovarajuće doze celuloznog etera.

1. Plan testiranja

1.1 Testirajte sirovine i omjer mješavine

Sirovine za ovaj test su:

1) Cement: P·O 52,5 obični portland cement proizveden u Liuzhou.

2) Leteći pepeo: leteći pepeo proizveden u Liuzhou.

3) Troska u prahu: S95 granulirana troska u prahu iz visokih peći proizvedena u Liuzhou.

4) Silicij dioksid: polušifrirani silicij dioksid, sivi prah, sadržaj SiO2≥92%, specifične površine 23 m²/g.

5) Kvarcni pijesak: 20~40 mesh (0,833~0,350 mm).

6) Reduktor vode: polikarboksilatni reduktor vode, bijeli prah, brzina redukcije vode≥30%.

7) Lateks prah: redisperzibilni lateks prah.

8) Vlakno eter: hidroksipropil metilceluloza METHOCEL proizvedeno u Sjedinjenim Državama, viskoznost 400 MPa s.

9) Čelično vlakno: ravno čelično vlakno presvučeno bakrom, promjerφ je 0,22 mm, duljina je 13 mm, vlačna čvrstoća je 2 000 MPa.

Nakon brojnih eksperimentalnih istraživanja u ranoj fazi, može se utvrditi da je osnovni omjer mješavine betona ultravisokih svojstava koji se suši na normalnoj temperaturi cement: leteći pepeo: mineralni prah: silika: pijesak: sredstvo za redukciju vode: lateks prah: voda = 860: 42: 83: 110:980:11:2:210, volumenski udio čeličnih vlakana je 2%. Dodajte 0, 0,25%, 0,50%, 0,75%, 1,00% sadržaja HPMC celuloznog etera (HPMC) ovom osnovnom omjeru miješanja. Postavite usporedne pokuse.

1.2 Metoda ispitivanja

Izvažite suhe praškaste sirovine prema omjeru miješanja i stavite ih u HJW-60 jednovodoravnu miješalicu za beton s jednom osovinom. Uključite mikser dok se smjesa ne ujednači, dodajte vodu i miješajte 3 minute, isključite mikser, dodajte izvagana čelična vlakna i ponovno pokrenite mikser na 2 minute. Napravljeno u UHPC gnojnicu.

Stavke ispitivanja uključuju fluidnost, vrijeme stvrdnjavanja, čvrstoću na pritisak, čvrstoću na savijanje, aksijalnu vlačnu čvrstoću i krajnju vlačnu vrijednost. Ispitivanje fluidnosti određeno je prema JC/T986-2018 „Materijali za injektiranje na bazi cementa”. Ispitivanje vremena stvrdnjavanja je prema GB /T 1346—2011. “Metoda ispitivanja potrošnje vode standardne konzistencije cementa i vremena stvrdnjavanja”. Ispitivanje čvrstoće na savijanje određeno je prema GB/T50081-2002 “Standard za metode ispitivanja mehaničkih svojstava običnog betona”. Ispitivanje tlačne čvrstoće, aksijalne vlačne čvrstoće i Ispitivanje krajnje vlačne vrijednosti utvrđuje se u skladu s DLT5150-2001 „Pravila za hidraulično ispitivanje betona“.

2. Rezultati ispitivanja

2.1 Likvidnost

Rezultati ispitivanja fluidnosti pokazuju utjecaj HPMC sadržaja na gubitak UHPC fluidnosti tijekom vremena. Iz fenomena ispitivanja uočeno je da nakon ravnomjernog miješanja kaše bez celuloznog etera, površina je sklona dehidraciji i stvaranju kore, a fluidnost se brzo gubi. , a obradivost se pogoršala. Nakon dodavanja celuloznog etera, nije bilo ljuštenja na površini, gubitak fluidnosti tijekom vremena bio je mali, a obradivost je ostala dobra. Unutar ispitnog raspona, minimalni gubitak fluidnosti bio je 5 mm u 60 minuta. Analiza testnih podataka pokazuje da količina nisko viskoznog celuloznog etera ima mali učinak na početnu fluidnost UHPC-a, ali ima veći utjecaj na gubitak fluidnosti tijekom vremena. Kada se ne dodaje celulozni eter, gubitak fluidnosti UHPC-a je 15 mm; S povećanjem HPMC smanjuje se gubitak fluidnosti morta; kada je doza 0,75%, gubitak fluidnosti UHPC-a je najmanji s vremenom, što je 5 mm; nakon toga, s povećanjem HPMC-a, gubitak fluidnosti UHPC-a s vremenom je gotovo nepromijenjen.

NakonHPMCpomiješan s UHPC-om, utječe na reološka svojstva UHPC-a iz dva aspekta: jedan je taj da se neovisni mikro-mjehurići dovode u proces miješanja, što čini da agregat i leteći pepeo i drugi materijali tvore „učinak lopte“, što povećava obradivost Istovremeno, velika količina cementnog materijala može omotati agregat, tako da agregat može ravnomjerno “visjeti” u kaši, te se može slobodno kretati, smanjuje se trenje između agregata, a povećava fluidnost; drugi je povećati UHPC. Kohezijska sila smanjuje fluidnost. Budući da se u testu koristi HPMC niske viskoznosti, prvi aspekt je jednak drugom aspektu, a početna fluidnost se ne mijenja mnogo, ali se gubitak fluidnosti tijekom vremena može smanjiti. Prema analizi rezultata ispitivanja, može se znati da dodavanje odgovarajuće količine HPMC-a UHPC-u može uvelike poboljšati konstrukcijske performanse UHPC-a.

2.2 Vrijeme stvrdnjavanja

Iz trenda promjene vremena stvrdnjavanja UHPC-a na koje utječe količina HPMC-a, može se vidjeti da HPMC igra usporavajuću ulogu u UHPC-u. Što je količina veća, to je učinak usporavanja očitiji. Kada je količina 0,50%, vrijeme vezivanja morta je 55min. U usporedbi s kontrolnom skupinom (40 min) porasla je za 37,5%, a povećanje još uvijek nije vidljivo. Kada je doza iznosila 1,00%, vrijeme vezivanja morta bilo je 100 min, što je bilo 150% više od onog kod kontrolne skupine (40 min).

Karakteristike molekularne strukture celuloznog etera utječu na njegov učinak usporavanja. Temeljna molekularna struktura u celuloznom eteru, to jest anhidroglukozna prstenasta struktura, može reagirati s kalcijevim ionima i formirati molekularne spojeve šećera i kalcija, smanjujući indukcijsko razdoblje reakcije hidratacije cementnog klinkera. Koncentracija kalcijevih iona je niska, sprječavajući daljnje taloženje Ca(OH)2, smanjujući brzinu reakcije hidratacije cementa, čime se odgađa vezivanje cementa.

2.3 Čvrstoća na pritisak

Iz odnosa između tlačne čvrstoće UHPC uzoraka nakon 7 dana i 28 dana i sadržaja HMPC-a jasno se može vidjeti da dodavanje HPMC-a postupno povećava pad tlačne čvrstoće UHPC-a. 0,25% HPMC, tlačna čvrstoća UHPC-a lagano se smanjuje, a omjer tlačne čvrstoće je 96%. Dodavanje 0,50% HPMC nema očit učinak na omjer tlačne čvrstoće UHPC. Nastavite dodavati HPMC unutar opsega upotrebe, UHPC's Tlačna čvrstoća se značajno smanjila. Kada se sadržaj HPMC povećao na 1,00%, omjer tlačne čvrstoće pao je na 66%, a gubitak čvrstoće bio je ozbiljan. Prema analizi podataka, prikladnije je dodati 0,50% HPMC, a gubitak tlačne čvrstoće je mali

HPMC ima određeni učinak uvlačenja zraka. Dodavanje HPMC-a uzrokovat će određenu količinu mikromjehurića u UHPC-u, što će smanjiti nasipnu gustoću svježe izmiješanog UHPC-a. Nakon što se kaša stvrdne, poroznost će se postupno povećavati, a kompaktnost će se također smanjivati, posebno sadržaj HPMC. viši. Osim toga, s povećanjem količine uvedenog HPMC-a, još uvijek ima mnogo fleksibilnih polimera u porama UHPC-a, koji ne mogu igrati važnu ulogu u dobroj krutosti i tlačnoj potpori kada je matrica cementnog kompozita komprimirana. .Stoga dodavanje HPMC-a uvelike smanjuje tlačnu čvrstoću UHPC-a.

2.4 Čvrstoća na savijanje

Iz odnosa između čvrstoće na savijanje UHPC uzoraka nakon 7 dana i 28 dana i sadržaja HMPC, može se vidjeti da su krivulje promjene čvrstoće na savijanje i čvrstoće na pritisak slične, a promjena čvrstoće na savijanje između 0 i 0,50 %. HMPC-a nije isto. Kako se dodavanje HPMC-a nastavilo, čvrstoća na savijanje UHPC uzoraka značajno se smanjila.

Učinak HPMC-a na savojnu čvrstoću UHPC-a uglavnom je u tri aspekta: celulozni eter ima usporavajuće učinke i efekte uvlačenja zraka, što smanjuje savojnu čvrstoću UHPC-a; i treći aspekt je fleksibilni polimer proizveden od celuloznog etera. Smanjenje krutosti uzorka malo usporava smanjenje savojne čvrstoće uzorka. Istodobno postojanje ova tri aspekta smanjuje tlačnu čvrstoću UHPC uzorka i također smanjuje čvrstoću na savijanje.

2.5 Aksijalna vlačna čvrstoća i granična vlačna vrijednost

Odnos između vlačne čvrstoće UHPC uzoraka na 7 d i 28 d i sadržaja HMPC. S porastom udjela HPMC-a, vlačna čvrstoća UHPC uzoraka najprije se malo promijenila, a zatim brzo opada. Krivulja vlačne čvrstoće pokazuje da kada sadržaj HPMC u uzorku dosegne 0,50%, vrijednost aksijalne vlačne čvrstoće uzorka UHPC iznosi 12,2MPa, a omjer vlačne čvrstoće 103%. S daljnjim povećanjem sadržaja HPMC uzorka, vrijednost aksijalne središnje vlačne čvrstoće počela je naglo padati. Kada je sadržaj HPMC uzorka bio 0,75% i 1,00%, omjeri vlačne čvrstoće bili su 94% odnosno 78%, što je bilo niže od aksijalne vlačne čvrstoće UHPC bez HPMC.

Iz odnosa između graničnih vlačnih vrijednosti UHPC uzoraka nakon 7 dana i 28 dana i sadržaja HMPC, može se vidjeti da su granične vlačne vrijednosti gotovo nepromijenjene s povećanjem celuloznog etera na početku, te kada se sadržaj celuloznog etera smanji. celulozni eter dosegne 0,50 %, a zatim počne naglo padati.

Učinak dodatne količine HPMC-a na aksijalnu vlačnu čvrstoću i krajnju vlačnu vrijednost UHPC uzoraka pokazuje trend zadržavanja gotovo nepromijenjenog, a zatim opadajućeg. Glavni razlog je što se HPMC može izravno formirati između čestica hidratiziranog cementa. Sloj vodonepropusnog polimernog brtvenog filma ima ulogu brtvljenja, tako da se određena količina vode skladišti u UHPC, što osigurava potrebnu vodu za kontinuirani razvoj daljnje hidratacije. cementa, čime se poboljšava čvrstoća cementa. Dodatak HPMC-a poboljšava kohezivnost UHPC-a daje suspenziji fleksibilnost, što čini da se UHPC u potpunosti prilagodi skupljanju i deformaciji osnovnog materijala, te malo poboljšava vlačnu čvrstoću UHPC-a. Međutim, kada sadržaj HPMC-a prijeđe kritičnu vrijednost, uvučeni zrak utječe na čvrstoću uzorka. Štetni učinci postupno su igrali vodeću ulogu, a aksijalna vlačna čvrstoća i krajnja vlačna vrijednost uzorka počele su se smanjivati.

3. Zaključak

1) HPMC može značajno poboljšati radnu izvedbu UHPC-a koji se stvrdnjava na normalnoj temperaturi, produljiti vrijeme koagulacije i smanjiti gubitak fluidnosti svježe miješanog UHPC-a tijekom vremena.

2) Dodavanje HPMC-a uvodi određenu količinu sitnih mjehurića tijekom procesa miješanja kaše. Ako je količina prevelika, mjehurići će se skupiti previše i stvarati veće mjehuriće. Kaša je vrlo kohezivna i mjehurići se ne mogu preliti i puknuti. Pore ​​otvrdnutog UHPC-a se smanjuju; osim toga, fleksibilni polimer proizveden od HPMC-a ne može pružiti krutu potporu kada je pod pritiskom, a čvrstoća na pritisak i savijanje su znatno smanjene.

3) Dodavanje HPMC-a čini UHPC plastičnim i fleksibilnim. Aksijalna vlačna čvrstoća i krajnja vlačna vrijednost UHPC uzoraka gotovo se ne mijenjaju s povećanjem HPMC sadržaja, ali kada HPMC sadržaj prijeđe određenu vrijednost, aksijalna vlačna čvrstoća i krajnje vlačne vrijednosti se uvelike smanjuju.

4) Prilikom pripreme UHPC-a koji se suši na normalnoj temperaturi, doziranje HPMC-a treba strogo kontrolirati. Kada je doza 0,50%, odnos između radnog učinka i mehaničkih svojstava UHPC-a koji otvrdnjava pri normalnoj temperaturi može se dobro uskladiti.