室温硬化超高性能コンクリート上のメチルセルロースエーテル

抽象的な： 常温硬化超高性能コンクリート（UHPC）中のヒドロキシプロピルメチルセルロースエーテル（HPMC）の含有量を変化させることにより、UHPCの流動性、硬化時間、圧縮強度、曲げ強度に及ぼすセルロースエーテルの影響を研究した。、軸引張強さおよび極限引張値を求め、その結果を分析した。テスト結果は、低粘度 HPMC を 1.00% 以下添加しても UHPC の流動性に影響を与えず、時間の経過による流動性の損失を軽減することを示しています。、硬化時間を延長し、施工パフォーマンスを大幅に向上させます。含有量が0.50％未満では圧縮強さ、曲げ強さ、軸引張強さへの影響は大きくなく、含有量が0.50％を超えると機械的性能が1/3以上低下します。さまざまなパフォーマンスを考慮すると、HPMC の推奨用量は 0.50% です。

キーワード: 超高性能コンクリート。セルロースエーテル；常温硬化。圧縮強度。曲げ強度;抗張力

0、序文

中国の建設産業の急速な発展に伴い、実際のエンジニアリングにおけるコンクリートの性能に対する要求も高まっており、その需要に応えて超高性能コンクリート（UHPC）が生産されています。粒子径の異なる粒子を最適な割合で理論的に設計し、鋼繊維と高効率減水剤を配合することで、超高圧縮強度、高靱性、高耐衝撃耐久性、強力な自己修復性などの優れた特性を備えています。マイクロクラックの可能性。パフォーマンス。 UHPC に関する海外の技術研究は比較的成熟しており、多くの実用的なプロジェクトに適用されています。海外に比べて国内の研究はまだまだ進んでいません。 Dong Jianmiao らは、さまざまな種類と量の繊維を添加することによって繊維の組み込みを研究しました。コンクリートの影響メカニズムと法則。チェン・ジンら。は、4 つの直径の鋼繊維を選択することにより、UHPC の性能に対する鋼繊維の直径の影響を研究しました。 UHPC は中国では工学的に応用されている例が少なく、まだ理論研究の段階にあります。 UHPC Superiority の性能は具体的な開発の研究方向の 1 つとなっていますが、解決すべき問題はまだ多くあります。原料に対する高い要件、高コスト、複雑な調製プロセスなどにより、UHPC 製造技術の開発が制限されています。中でも高圧スチームを使用することで、UHPCを高温で硬化させることにより、より高い機械的特性と耐久性を得ることができます。しかし、蒸気養生工程が煩雑であり、生産設備への要求も高いため、材料の適用はプレハブヤードに限定され、現場打ち施工は行えません。したがって、熱硬化という手法を実際のプロジェクトに採用するのは不向きであり、常温硬化型UHPCについては十分な研究が必要である。

常温硬化型UHPCは中国で研究段階にあり、水と結合剤の比率が極めて低く、現場施工中に表面が急速に脱水しやすい。脱水現象を効果的に改善するために、セメントベースの材料には通常、保水増粘剤が添加されます。材料の偏析やにじみを防止し、保水性や凝集性を高め、施工性能を向上させ、またセメント系材料の機械的特性を効果的に改善する化学薬品です。ポリマー増粘剤としてのヒドロキシプロピルメチルセルロースエーテル (HPMC) は、ポリマーゲル化スラリーとセメントベースの材料を効果的に均一に分散させることができ、スラリー中の自由水は結合水になるため、スラリーから失われにくくなります。セルロースエーテルが UHPC の流動性に及ぼす影響を軽減するため、試験には低粘度のセルロースエーテルを選択しました。

要約すると、本論文は、常温硬化UHPCの機械的特性の確保に基づいて施工性能を向上させるために、セルロースエーテルの化学的特性に基づいて、常温硬化に及ぼす低粘度セルロースエーテル含有量の影響を研究した。およびUHPCスラリー中でのその作用メカニズム。セルロースエーテルの適切な投与量を決定するための、UHPC の流動性、凝固時間、圧縮強度、曲げ強度、軸引張強度、極限引張値の影響。

1. テスト計画

1.1 試験原料と配合比

このテストの原材料は次のとおりです。

1) セメント:P·O 52.5 柳州で生産される普通ポルトランドセメント。

2）フライアッシュ：柳州産のフライアッシュ。

３）スラグ粉末：柳州産のＳ９５高炉粒状スラグ粉末。

4) シリカフューム: 半暗号化シリカフューム、灰色の粉末、SiO2 含有量≥92%、比表面積23μm²/g。

５）珪砂：２０〜４０メッシュ（０．８３３〜０．３５０ｍｍ）。

6) 減水剤: ポリカルボン酸塩減水剤、白色粉末、減水率≥30%。

７）ラテックスパウダー：再分散可能なラテックスパウダー。

８）ファイバーエーテル：ヒドロキシプロピルメチルセルロース米国製ＭＥＴＨＯＣＥＬ、粘度４００ＭＰａ・ｓ。

9) 鋼繊維: ストレート銅メッキマイクロワイヤー鋼繊維、直径φ 0.22mm、長さ13mm、引張強さ2000MPa.

初期段階で多くの実験研究を行った結果、常温硬化型超高性能コンクリートの基本混合比は、セメント：フライアッシュ：鉱物粉末：シリカフューム：砂：減水剤：ラテックス粉末：となることが判明しました。水＝８６０：４２：８３：１１０：９８０：１１：２：２１０、鋼繊維体積含有率は２％である。この基本混合比にセルロースエーテル（HPMC）含有量の0、0.25％、0.50％、0.75％、1.00％HPMCを加えてそれぞれ比較実験を行います。

1.2 試験方法

乾燥粉末原料を混合比率に従って秤量し、HJW-60型一横軸強制コンクリートミキサーに投入します。均一になるまでミキサーを始動し、水を加えて３分間混合し、ミキサーのスイッチを切り、秤量したスチールファイバーを加え、ミキサーを再始動して２分間放置する。 UHPCスラリー化。

試験項目は、流動性、硬化時間、圧縮強度、曲げ強度、軸引張強度、極限引張値などです。流動性試験は、JC/T986-2018「セメント系注入材」に従って測定されます。硬化時間テストは GB /T 1346 に準拠しています。—2011年「セメント標準ちょう度水の使用量及び凝結時間試験方法」。曲げ強度試験は、GB/T50081-2002「普通コンクリートの機械的性質の試験方法に関する規格」に基づいて測定されます。圧縮強度試験、軸引張強度および極限引張値試験は、DLT5150-2001「水硬性コンクリート試験規則」に従って決定されます。

2. 試験結果

2.1 流動性

流動性試験の結果は、時間の経過に伴う UHPC 流動性の損失に対する HPMC 含有量の影響を示しています。試験現象から、セルロースエーテルを含まないスラリーを均一に撹拌した後、表面が脱水して固まりやすく、流動性がすぐに失われることが観察されました。となり、作業性が悪化した。セルロースエーテル添加後も表面の皮剥けはなく、経時による流動性の低下も少なく、作業性は良好であった。試験範囲内で、流動性の最小損失は 60 分で 5 mm でした。試験データの分析により、低粘度セルロースエーテルの量は UHPC の初期流動性にほとんど影響を与えませんが、時間の経過とともに流動性が失われることに大きな影響を与えます。セルロースエーテルを添加しない場合、UHPC の流動性損失は 15 mm です。 HPMC の増加に伴い、モルタルの流動性損失が減少します。投与量が0.75%の場合、UHPCの流動性損失は時間の経過とともに最も小さくなり、5mmです。その後、HPMC の増加に伴い、時間の経過による UHPC の流動性損失はほとんど変化しませんでした。

後HPMCを UHPC と混合すると、UHPC のレオロジー特性に 2 つの側面から影響を与えます。1 つは、独立したマイクロバブルが撹拌プロセスに導入され、骨材とフライアッシュおよびその他の材料が「ボール効果」を形成し、その結果、粒子の流動性が向上することです。加工性同時に、大量のセメント質材料が骨材を包み込むことができるため、骨材はスラリー中に均一に「懸濁」し、自由に移動でき、骨材間の摩擦が減少し、流動性が向上します。 2 つ目は UHPC を高めることです。凝集力により流動性が低下します。低粘度のＨＰＭＣを使用した試験であるため、第１の態様と第２の態様は同等であり、初期の流動性はあまり変化しないが、経時による流動性の低下を低減することができる。試験結果の分析によれば、UHPC に適切な量の HPMC を添加すると、UHPC の施工性能が大幅に向上することがわかります。

2.2 時間の設定

HPMC量によるUHPCの硬化時間の変化傾向から、HPMCがUHPCにおいて遅延の役割を果たしていることが分かる。量が多いほど、遅延効果はより顕著になります。添加量が0.50%の場合、モルタルの硬化時間は55分です。対照群（40分）と比較すると、37.5％増加しましたが、増加はまだ明らかではありませんでした。投与量が 1.00% の場合、モルタルの硬化時間は 100 分で、対照群 (40 分) よりも 150% 長くなりました。

セルロースエーテルの分子構造特性は、その遅延効果に影響を与えます。セルロースエーテルの基本的な分子構造、つまりアンヒドログルコース環構造は、カルシウムイオンと反応して糖-カルシウム分子化合物を形成し、セメントクリンカーの水和反応の誘導時間を短縮します。カルシウムイオンの濃度が低いため、セメントクリンカーのさらなる沈殿が防止されます。 Ca(OH)2、セメント水和反応の速度を低下させ、それによってセメントの硬化を遅らせます。

2.3 圧縮強度

7 日および 28 日の UHPC サンプルの圧縮強度と HMPC の含有量との関係から、HPMC の添加により UHPC の圧縮強度の低下が徐々に増加することが明確にわかります。 0.25% HPMC、UHPC の圧縮強度はわずかに低下し、圧縮強度比は 96% になります。 0.50% の HPMC を添加しても、UHPC の圧縮強度比には明らかな影響はありません。引き続きHPMCを利用範囲内に追加、UHPC'■圧縮強度が大幅に低下しました。 HPMCの含有量が1.00%に増加すると、圧縮強度比は66%に低下し、強度低下が著しくなった。データ分析によれば、0.50%のHPMCを添加するのがより適切であり、圧縮強度の損失は小さい。

HPMC には一定の空気連行効果があります。 HPMC を添加すると、UHPC 内に一定量のマイクロバブルが発生し、新たに混合した UHPC のかさ密度が低下します。スラリーが硬化すると、気孔率は徐々に増加し、緻密性、特に HPMC 含有量も減少します。もっと高い。さらに、導入される HPMC の量が増加しても、UHPC の細孔には依然として多くの柔軟なポリマーが存在し、セメント質複合材料のマトリックスが圧縮されたときに良好な剛性と圧縮支持において重要な役割を果たすことができません。したがって、HPMC を添加すると UHPC の圧縮強度が大幅に低下します。

2.4 曲げ強度

7 日と 28 日の UHPC サンプルの曲げ強度と HMPC の含有量との関係から、曲げ強度と圧縮強度の変化曲線は類似しており、曲げ強度の変化は 0 ～ 0.50% であることがわかります。 HMPC の値は同じではありません。 HPMC の添加が続くと、UHPC サンプルの曲げ強度は大幅に低下しました。

UHPC の曲げ強度に対する HPMC の影響は主に 3 つの側面にあります。セルロースエーテルには遅延効果と空気連行効果があり、UHPC の曲げ強度が低下します。第三の側面は、セルロースエーテルによって生成される柔軟なポリマーです。試験片の剛性を下げると、試験片の曲げ強度の低下がわずかに遅くなります。これら 3 つの側面が同時に存在すると、UHPC 試験片の圧縮強度が低下し、曲げ強度も低下します。

2.5 軸方向引張強さと極限引張値

7日および28日におけるUHPC試験片の引張強度とHMPC含有量との関係。 HPMCの含有量が増加すると、UHPC試験片の引張強さは最初はほとんど変化せず、その後急速に減少しました。引張強度曲線は、試験片中の HPMC の含有量が 0.50% に達したとき、UHPC 試験片の軸方向の引張強さの値は 12.2MPa であり、引張強さの比は 103% であることを示しています。試験片の HPMC 含有量がさらに増加すると、軸方向の中心引張強さの値が急激に低下し始めました。試験片の HPMC 含有量が 0.75% と 1.00% の場合、引張強さの比はそれぞれ 94% と 78% であり、HPMC を含まない UHPC の軸方向の引張強さよりも低かった。

7 日後と 28 日後の UHPC サンプルの極限引張値と HMPC の含有量の関係から、開始時はセルロースエーテルの添加量が増加しても、HMPC の含有量が増加しても極限引張量はほとんど変化しないことがわかります。セルロースエーテルは 0.50 % に達し、その後急速に低下し始めました。

HPMC の添加量が UHPC 試験片の軸引張強さおよび極限引張値に及ぼす影響は、ほぼ変化せずに減少する傾向を示します。その主な理由は、HPMCが水和セメント粒子間に直接形成できることです。防水ポリマーシーリングフィルムの層がシーリングの役割を果たし、一定量の水をUHPC内に蓄え、さらなる水和の継続的な開発に必要な水を提供します。セメントの強度を向上させます。 HPMC の添加により、UHPC の凝集性がスラリーに柔軟性を与え、UHPC が基材の収縮や変形に完全に適応し、UHPC の引張強度がわずかに向上します。ただし、HPMC の含有量が臨界値を超えると、混入した空気が試験片の強度に影響を与えます。この悪影響が徐々に主導的な役割を果たし、試験片の軸方向引張強さと極限引張値が低下し始めました。

3. 結論

1) HPMC は、常温硬化 UHPC の作業性能を大幅に向上させ、凝固時間を延長し、新たに混合した UHPC の経時的な流動性損失を低減します。

2) HPMC を添加すると、スラリーの撹拌プロセス中に一定量の小さな気泡が発生します。量が多すぎると泡が集まりすぎて大きな泡になってしまいます。スラリーの凝集性は高く、泡が溢れて破裂することはありません。硬化した UHPC の細孔は減少します。さらに、HPMC によって生成される柔軟なポリマーは、圧力がかかったときに強固なサポートを提供できず、圧縮強度と曲げ強度が大幅に低下します。

3) HPMC の添加により、UHPC はプラスチックになり、柔軟性が高まります。 UHPC 試験片の軸方向引張強さおよび極限引張値は、HPMC 含有量の増加によってほとんど変化しませんが、HPMC 含有量がある値を超えると、軸方向引張強さおよび極限引張値が大幅に低下します。

4) 常温硬化型 UHPC を調製する場合、HPMC の添加量は厳密に管理する必要があります。添加量が 0.50% の場合、常温硬化 UHPC の作業性能と機械的特性の関係を適切に調整できます。

投稿日時: 2023 年 2 月 16 日