Etere di metilcellulosa su calcestruzzo ad altissime prestazioni che polimerizza a temperatura ambiente

Astratto: Modificando il contenuto di idrossipropilmetilcellulosa etere (HPMC) nel calcestruzzo ad altissime prestazioni (UHPC) che polimerizza a temperatura normale, è stato studiato l'effetto dell'etere di cellulosa sulla fluidità, sul tempo di presa, sulla resistenza alla compressione e alla flessione dell'UHPC. , resistenza alla trazione assiale e valore di trazione finale, e i risultati sono stati analizzati. I risultati del test mostrano che: l'aggiunta di non più dell'1,00% di HPMC a bassa viscosità non influisce sulla fluidità dell'UHPC, ma riduce la perdita di fluidità nel tempo. e prolungare il tempo di presa, migliorando notevolmente le prestazioni della costruzione; quando il contenuto è inferiore allo 0,50%, l'impatto sulla resistenza alla compressione, alla flessione e alla trazione assiale non è significativo e quando il contenuto è superiore allo 0,50%, la sua prestazione meccanica è ridotta di oltre 1/3. Considerando le diverse prestazioni, il dosaggio consigliato di HPMC è dello 0,50%.

Parole chiave: calcestruzzo ad altissime prestazioni; etere di cellulosa; indurimento a temperatura normale; resistenza alla compressione; resistenza alla flessione; resistenza alla trazione

0、Prefazione

Con il rapido sviluppo del settore edile cinese, sono aumentati anche i requisiti di prestazione del calcestruzzo nell'ingegneria reale e in risposta alla domanda è stato prodotto calcestruzzo ad altissime prestazioni (UHPC). La proporzione ottimale di particelle con diverse dimensioni delle particelle è progettata teoricamente e miscelata con fibra di acciaio e agente riduttore d'acqua ad alta efficienza, ha proprietà eccellenti come resistenza alla compressione ultraelevata, elevata tenacità, elevata resistenza agli urti, durabilità e forte autoriparazione capacità di microfessurazioni. Prestazione. La ricerca tecnologica straniera sull’UHPC è relativamente matura ed è stata applicata a molti progetti pratici. Rispetto ai paesi stranieri, la ricerca interna non è sufficientemente approfondita. Dong Jianmiao e altri hanno studiato l'incorporazione delle fibre aggiungendo diversi tipi e quantità di fibre. Il meccanismo d'influenza e la legge del calcestruzzo; Chen Jing et al. hanno studiato l'influenza del diametro della fibra di acciaio sulle prestazioni dell'UHPC selezionando fibre di acciaio con 4 diametri. L’UHPC ha solo un numero limitato di applicazioni ingegneristiche in Cina ed è ancora in fase di ricerca teorica. Le prestazioni della Superiorità UHPC sono diventate una delle direzioni di ricerca per lo sviluppo concreto, ma ci sono ancora molti problemi da risolvere. Requisiti elevati per le materie prime, costi elevati, processi di preparazione complicati, ecc., limitano lo sviluppo della tecnologia di produzione UHPC. Tra questi, l'utilizzo del vapore ad alta pressione. La polimerizzazione dell'UHPC ad alta temperatura può fargli ottenere proprietà meccaniche e durabilità più elevate. Tuttavia, a causa del complicato processo di polimerizzazione a vapore e degli elevati requisiti delle attrezzature di produzione, l’applicazione dei materiali può essere limitata solo ai cantieri di prefabbricazione e la costruzione gettata in opera non può essere eseguita. Pertanto, non è adatto adottare il metodo di polimerizzazione termica in progetti reali ed è necessario condurre ricerche approfondite sull'UHPC con polimerizzazione a temperatura normale.

L'UHPC con indurimento a temperatura normale è in fase di ricerca in Cina, il suo rapporto acqua/legante è estremamente basso ed è soggetto a una rapida disidratazione sulla superficie durante la costruzione in loco. Per migliorare efficacemente il fenomeno della disidratazione, i materiali a base cementizia sono soliti aggiungere al materiale degli addensanti che trattengono l'acqua. Agente chimico per prevenire la segregazione e il sanguinamento dei materiali, migliorare la ritenzione idrica e la coesione, migliorare le prestazioni di costruzione e anche migliorare efficacemente le proprietà meccaniche dei materiali a base di cemento. Etere di idrossipropilmetilcellulosa (HPMC) come addensante polimerico, che può distribuire efficacemente l'impasto liquido gelificato con polimero e i materiali nei materiali a base di cemento in modo uniforme e l'acqua libera nell'impasto liquido diventerà acqua legata, in modo che non sia facile perderla l'impasto liquido e migliorare le prestazioni di ritenzione idrica del calcestruzzo. Al fine di ridurre l'impatto dell'etere di cellulosa sulla fluidità dell'UHPC, per il test è stato selezionato l'etere di cellulosa a bassa viscosità.

In sintesi, al fine di migliorare le prestazioni di costruzione garantendo le proprietà meccaniche dell'UHPC con indurimento a temperatura normale, questo documento studia l'effetto del contenuto di etere di cellulosa a bassa viscosità sull'indurimento a temperatura normale in base alle proprietà chimiche dell'etere di cellulosa e il suo meccanismo d'azione nei liquami UHPC. L'influenza della fluidità, del tempo di coagulazione, della resistenza alla compressione, della resistenza alla flessione, della resistenza alla trazione assiale e del valore di trazione finale dell'UHPC per determinare il dosaggio appropriato di etere di cellulosa.

1. Piano di prova

1.1 Testare le materie prime e il rapporto di miscelazione

Le materie prime per questo test sono:

1) Cemento: P·O 52,5 cemento Portland ordinario prodotto a Liuzhou.

2) Ceneri volanti: Ceneri volanti prodotte a Liuzhou.

3) Polvere di scorie: polvere di scorie d'altoforno granulata S95 prodotta a Liuzhou.

4) Fumi di silice: fumi di silice semi-criptati, polvere grigia, contenuto di SiO2≥92%, superficie specifica 23 mq²/G.

5) Sabbia di quarzo: 20~40 mesh (0,833~0,350 mm).

6) Riduttore d'acqua: riduttore d'acqua in policarbossilato, polvere bianca, tasso di riduzione dell'acqua≥30%.

7) Polvere di lattice: polvere di lattice ridisperdibile.

8) Etere di fibra: idrossipropilmetilcellulosa METHOCEL prodotta negli Stati Uniti, viscosità 400 MPa s.

9) Fibra d'acciaio: fibra d'acciaio diritta a microfilo ramato, diamφ è 0,22 mm, la lunghezza è 13 mm, la resistenza alla trazione è 2 000 MPa.

Dopo molte ricerche sperimentali nella fase iniziale, è stato possibile determinare che il rapporto di miscelazione di base del calcestruzzo ad altissime prestazioni che indurisce a temperatura normale è cemento: ceneri volanti: polvere minerale: fumi di silice: sabbia: agente riducente dell'acqua: polvere di lattice: acqua = 860: 42: 83: 110:980:11:2:210, il contenuto in volume della fibra di acciaio è del 2%. Aggiungere 0, 0,25%, 0,50%, 0,75%, 1,00% HPMC di contenuto di etere di cellulosa (HPMC) su questo rapporto di miscelazione di base. Impostare rispettivamente esperimenti comparativi.

1.2 Metodo di prova

Pesare le materie prime in polvere secca in base al rapporto di miscelazione e posizionarle nella betoniera forzata ad albero singolo HJW-60. Avviare l'impastatrice fino ad ottenere un composto omogeneo, aggiungere acqua e mescolare per 3 minuti, spegnere l'impastatrice, aggiungere la fibra d'acciaio pesata e riavviare l'impastatrice per 2 minuti. Trasformato in liquame UHPC.

Gli elementi di prova includono fluidità, tempo di presa, resistenza alla compressione, resistenza alla flessione, resistenza alla trazione assiale e valore di trazione finale. Il test di fluidità è determinato secondo JC/T986-2018 “Cement-based Grouting Materials”. Il test del tempo di presa è conforme a GB /T 1346—2011 “Metodo di prova del consumo di acqua e del tempo di presa della consistenza standard del cemento”. La prova di resistenza alla flessione è determinata secondo GB/T50081-2002 “Standard per i metodi di prova delle proprietà meccaniche del calcestruzzo ordinario”. Prova di resistenza alla compressione, resistenza alla trazione assiale e. La prova del valore di trazione finale è determinata secondo DLT5150-2001 "Norme per le prove sul calcestruzzo idraulico".

2. Risultati dei test

2.1 Liquidità

I risultati del test di fluidità mostrano l'influenza del contenuto di HPMC sulla perdita di fluidità dell'UHPC nel tempo. Dal fenomeno del test si osserva che dopo che l'impasto liquido senza etere di cellulosa è stato agitato uniformemente, la superficie è soggetta a disidratazione e formazione di croste e la fluidità viene rapidamente persa. e la lavorabilità è peggiorata. Dopo l'aggiunta di etere di cellulosa, non si è formata alcuna pelle sulla superficie, la perdita di fluidità nel tempo è stata piccola e la lavorabilità è rimasta buona. All'interno del range di prova la perdita minima di fluidità è stata di 5 mm in 60 minuti. L'analisi dei dati del test mostra che la quantità di etere di cellulosa a bassa viscosità ha scarso effetto sulla fluidità iniziale dell'UHPC, ma ha un impatto maggiore sulla perdita di fluidità nel tempo. Quando non viene aggiunto etere di cellulosa, la perdita di fluidità dell'UHPC è di 15 mm; All'aumentare dell'HPMC diminuisce la perdita di fluidità della malta; quando il dosaggio è dello 0,75%, la perdita di fluidità dell'UHPC è minima nel tempo, ovvero 5 mm; successivamente, con l'aumento dell'HPMC, la perdita di fluidità dell'UHPC nel tempo è pressoché invariata.

DopoHPMCè miscelato con UHPC, influenza le proprietà reologiche dell'UHPC sotto due aspetti: il primo è che microbolle indipendenti vengono introdotte nel processo di agitazione, il che fa sì che l'aggregato, le ceneri volanti e altri materiali formino un "effetto palla", che aumenta la lavorabilità Allo stesso tempo, una grande quantità di materiale cementizio può avvolgere l'aggregato, in modo che l'aggregato possa essere uniformemente “sospeso” nel liquame e possa muoversi liberamente, l'attrito tra gli aggregati viene ridotto e la fluidità aumenta; il secondo è aumentare l'UHPC. La forza coesiva riduce la fluidità. Poiché il test utilizza HPMC a bassa viscosità, il primo aspetto è uguale al secondo aspetto e la fluidità iniziale non cambia molto, ma la perdita di fluidità nel tempo può essere ridotta. Secondo l'analisi dei risultati dei test, si può sapere che l'aggiunta di una quantità adeguata di HPMC all'UHPC può migliorare notevolmente le prestazioni di costruzione dell'UHPC.

2.2 Impostazione dell'ora

Dall'andamento del cambiamento del tempo di presa dell'UHPC influenzato dalla quantità di HPMC, si può vedere che HPMC svolge un ruolo ritardante nell'UHPC. Maggiore è la quantità, più evidente è l'effetto ritardante. Quando la quantità è dello 0,50%, il tempo di presa della malta è di 55 minuti. Rispetto al gruppo di controllo (40 min), l'aumento è stato del 37,5%, e l'aumento non era ancora evidente. Quando il dosaggio era dell'1,00%, il tempo di presa della malta era di 100 minuti, ovvero superiore del 150% rispetto a quello del gruppo di controllo (40 minuti).

Le caratteristiche della struttura molecolare dell'etere di cellulosa influiscono sul suo effetto ritardante. La struttura molecolare fondamentale dell'etere di cellulosa, ovvero la struttura dell'anello di anidroglucosio, può reagire con gli ioni calcio per formare composti molecolari zucchero-calcio, riducendo il periodo di induzione della reazione di idratazione del clinker di cemento. La concentrazione di ioni calcio è bassa, impedendo l'ulteriore precipitazione di Ca(OH)2, riducendo la velocità della reazione di idratazione del cemento, ritardando così la presa del cemento.

2.3 Resistenza alla compressione

Dalla relazione tra la resistenza alla compressione dei campioni UHPC a 7 e 28 giorni e il contenuto di HMPC, si può vedere chiaramente che l'aggiunta di HPMC aumenta gradualmente il declino della resistenza a compressione dell'UHPC. 0,25% HPMC, la resistenza alla compressione dell'UHPC diminuisce leggermente e il rapporto di resistenza alla compressione è del 96%. L'aggiunta dello 0,50% di HPMC non ha effetti evidenti sul rapporto di resistenza alla compressione dell'UHPC. Continuare ad aggiungere HPMC nell'ambito di utilizzo, UHPC's La resistenza alla compressione è diminuita significativamente. Quando il contenuto di HPMC è aumentato all'1,00%, il rapporto di resistenza alla compressione è sceso al 66% e la perdita di resistenza è stata grave. Secondo l'analisi dei dati, è più appropriato aggiungere lo 0,50% di HPMC e la perdita di resistenza alla compressione è ridotta

HPMC ha un certo effetto di trascinamento dell'aria. L'aggiunta di HPMC causerà una certa quantità di microbolle nell'UHPC, che ridurrà la densità apparente dell'UHPC appena miscelato. Dopo che l'impasto liquido si è indurito, la porosità aumenterà gradualmente e anche la compattezza diminuirà, in particolare il contenuto di HPMC. Più alto. Inoltre, con l’aumento della quantità di HPMC introdotta, ci sono ancora molti polimeri flessibili nei pori dell’UHPC, che non possono svolgere un ruolo importante nella buona rigidità e nel supporto compressivo quando la matrice del composito cementizio viene compressa. .Pertanto, l'aggiunta di HPMC riduce notevolmente la resistenza alla compressione dell'UHPC.

2.4 Resistenza alla flessione

Dalla relazione tra la resistenza alla flessione dei campioni UHPC a 7 giorni e 28 giorni e il contenuto di HMPC, si può vedere che le curve di variazione della resistenza alla flessione e della resistenza alla compressione sono simili e la variazione della resistenza alla flessione tra 0 e 0,50% dell'HMPC non è la stessa cosa. Man mano che continuava l’aggiunta di HPMC, la resistenza alla flessione dei campioni UHPC diminuiva significativamente.

L'effetto dell'HPMC sulla resistenza alla flessione dell'UHPC è principalmente in tre aspetti: l'etere di cellulosa ha effetti ritardanti e di trascinamento dell'aria, che riducono la resistenza alla flessione dell'UHPC; e il terzo aspetto è il polimero flessibile prodotto dall'etere di cellulosa. La riduzione della rigidità del provino rallenta leggermente la diminuzione della resistenza alla flessione del provino. L'esistenza simultanea di questi tre aspetti riduce la resistenza a compressione del provino UHPC e riduce anche la resistenza alla flessione.

2.5 Resistenza a trazione assiale e valore di rottura a trazione

La relazione tra la resistenza alla trazione dei campioni UHPC a 7 d e 28 d e il contenuto di HMPC. Con l’aumento del contenuto di HPMC, la resistenza alla trazione dei campioni UHPC dapprima è cambiata poco e poi è diminuita rapidamente. La curva di resistenza alla trazione mostra che quando il contenuto di HPMC nel provino raggiunge lo 0,50%, il valore di resistenza alla trazione assiale del provino UHPC è 12,2 MPa e il rapporto di resistenza alla trazione è 103%. Con l'ulteriore aumento del contenuto di HPMC del provino, il valore di resistenza alla trazione assiale centrale ha cominciato a diminuire drasticamente. Quando il contenuto di HPMC del campione era dello 0,75% e dell'1,00%, i rapporti di resistenza alla trazione erano rispettivamente del 94% e del 78%, che erano inferiori alla resistenza alla trazione assiale dell'UHPC senza HPMC.

Dal rapporto tra i valori di trazione ultima dei campioni UHPC a 7 giorni e 28 giorni e il contenuto di HMPC, si può vedere che i valori di trazione ultima sono quasi invariati con l'aumento dell'etere di cellulosa all'inizio, e quando il contenuto di l'etere di cellulosa raggiunge lo 0,50% e poi comincia a scendere rapidamente.

L'effetto della quantità aggiunta di HPMC sulla resistenza alla trazione assiale e sul valore di trazione finale dei campioni UHPC mostra una tendenza a mantenersi quasi invariato e quindi a diminuire. Il motivo principale è che l'HPMC può essere formato direttamente tra le particelle di cemento idratato. Uno strato di pellicola sigillante polimerica impermeabile svolge il ruolo di sigillatura, in modo che una certa quantità di acqua venga immagazzinata nell'UHPC, che fornisce l'acqua necessaria per il continuo sviluppo di ulteriore idratazione di cemento, migliorando così la resistenza del cemento. L'aggiunta di HPMC migliora la coesione dell'UHPC conferisce flessibilità all'impasto liquido, il che rende l'UHPC completamente adatto al ritiro e alla deformazione del materiale di base e migliora leggermente la resistenza alla trazione dell'UHPC. Tuttavia, quando il contenuto di HPMC supera il valore critico, l'aria intrappolata influisce sulla resistenza del provino. Gli effetti avversi hanno gradualmente giocato un ruolo di primo piano e la resistenza alla trazione assiale e il valore di trazione finale del provino hanno cominciato a diminuire.

3. Conclusione

1) L'HPMC può migliorare significativamente le prestazioni lavorative dell'UHPC indurente a temperatura normale, prolungarne il tempo di coagulazione e ridurre nel tempo la perdita di fluidità dell'UHPC appena miscelato.

2) L'aggiunta di HPMC introduce una certa quantità di minuscole bolle durante il processo di agitazione del liquame. Se la quantità è troppo grande, le bolle si raccoglieranno troppo e formeranno bolle più grandi. L'impasto liquido è altamente coeso e le bolle non possono traboccare e rompersi. I pori dell'UHPC indurito diminuiscono; inoltre, il polimero flessibile prodotto da HPMC non può fornire supporto rigido quando è sotto pressione e le resistenze a compressione e flessione sono notevolmente ridotte.

3) L'aggiunta di HPMC rende l'UHPC plastico e flessibile. La resistenza alla trazione assiale e il valore di trazione ultima dei campioni UHPC difficilmente cambiano con l'aumento del contenuto di HPMC, ma quando il contenuto di HPMC supera un certo valore, la resistenza alla trazione assiale e i valori di trazione ultima vengono notevolmente ridotti.

4) Quando si prepara l'UHPC con indurimento a temperatura normale, il dosaggio dell'HPMC deve essere rigorosamente controllato. Quando il dosaggio è dello 0,50%, la relazione tra le prestazioni di lavoro e le proprietà meccaniche dell'UHPC con polimerizzazione a temperatura normale può essere ben coordinata.