초고성능 콘크리트를 실온에서 경화시키는 메틸셀룰로오스에테르

추상적인: 상온 양생형 초고성능 콘크리트(UHPC) 내 하이드록시프로필 메틸셀룰로오스 에테르(HPMC)의 함량을 변화시켜 셀룰로오스 에테르가 UHPC의 유동성, 응결시간, 압축강도, 굴곡강도에 미치는 영향을 연구하였다. , 축방향 인장강도 및 극한인장값을 분석하고 그 결과를 분석하였다. 테스트 결과에 따르면 저점도 HPMC를 1.00% 이하로 첨가하면 UHPC의 유동성에 영향을 미치지 않지만 시간이 지남에 따라 유동성 손실이 줄어듭니다. , 경화 시간을 연장하여 건설 성능을 크게 향상시킵니다. 함량이 0.50% 미만이면 압축강도, 굴곡강도, 축방향 인장강도에 미치는 영향이 크지 않으며, 함량이 0.50%를 초과하면 기계적 성능이 1/3 이상 감소합니다. 다양한 성능을 고려하여 HPMC의 권장용량은 0.50%입니다.

핵심 단어: 초고성능 콘크리트; 셀룰로오스 에테르; 상온 경화; 압축강도; 굴곡강도; 인장강도

0、머리말

중국 건설 산업의 급속한 발전과 함께 실제 엔지니어링에서 콘크리트 성능에 대한 요구 사항도 높아지고 있으며, 이러한 요구에 부응하여 초고성능 콘크리트(UHPC)가 생산되었습니다. 입자 크기가 다른 입자의 최적 비율을 이론적으로 설계하고 강섬유와 고효율 감수제를 혼합하여 초고압축강도, 고인성, 고충격 내구성, 강한 자기치유력 등 우수한 특성을 가지고 있습니다. 미세 균열의 능력. 성능. UHPC에 대한 외국 기술 연구는 비교적 성숙되었으며 많은 실제 프로젝트에 적용되었습니다. 외국에 비해 국내 연구는 깊이가 부족하다. Dong Jianmiao 등은 다양한 유형과 양의 섬유를 추가하여 섬유 통합을 연구했습니다. 영향 메커니즘과 콘크리트의 법칙; Chen Jinget al. 4가지 직경의 강섬유를 선택하여 강섬유 직경이 UHPC 성능에 미치는 영향을 연구했습니다. UHPC는 중국에서 소수의 엔지니어링 응용 프로그램을 보유하고 있으며 아직 이론 연구 단계에 있습니다. UHPC 우수성의 성능은 콘크리트 개발의 연구 방향 중 하나가 되었지만 여전히 해결해야 할 문제가 많습니다. 원자재에 대한 높은 요구 사항, 높은 비용, 복잡한 준비 공정 등으로 인해 UHPC 생산 기술 개발이 제한됩니다. 그 중 고압증기를 이용하여 UHPC를 고온에서 경화시키면 더 높은 기계적 성질과 내구성을 얻을 수 있습니다. 그러나 번거로운 증기 양생 공정과 생산 장비에 대한 높은 요구 사항으로 인해 재료의 적용은 조립식 야드에만 국한될 수 있으며 현장 타설 공사는 수행할 수 없습니다. 따라서 실제 프로젝트에서 열경화 방식을 채택하는 것은 적합하지 않으며 상온경화 UHPC에 대한 심층적인 연구가 필요하다.

상온양생 UHPC는 중국에서 연구단계에 있으며, 물과 바인더의 비율이 극히 낮고, 현장시공 시 표면이 급속히 탈수되는 경향이 있습니다. 탈수 현상을 효과적으로 개선하기 위해 시멘트 기반 재료는 일반적으로 재료에 수분 유지 증점제를 첨가합니다. 재료의 분리 및 블리딩 방지, 보수성 및 응집력 강화, 시공성 향상, 시멘트계 자재의 기계적 성질 개선에 효과적인 화학약품입니다. 폴리머 겔화 슬러리 및 재료를 시멘트 기반 재료에 효과적으로 분배할 수 있는 폴리머 증점제인 하이드록시프로필 메틸 셀룰로오스 에테르(HPMC)는 슬러리의 유리수를 결합수로 만들어 쉽게 손실되지 않도록 합니다. UHPC의 유동성에 대한 셀룰로오스 에테르의 영향을 줄이기 위해 저점도 셀룰로오스 에테르가 테스트에 선택되었습니다.

요약하면, 본 논문에서는 상온경화형 UHPC의 기계적 성질 확보를 바탕으로 시공성능을 향상시키기 위해 셀룰로오스에테르의 화학적 성질을 바탕으로 저점도 셀룰로오스에테르 함량이 상온경화에 미치는 영향을 연구하였다. UHPC 슬러리에서의 작용 메커니즘. 셀룰로오스 에테르의 적절한 투여량을 결정하기 위한 UHPC의 유동성, 응고 시간, 압축 강도, 굴곡 강도, 축 인장 강도 및 극한 인장 값의 영향.

1. 테스트 계획

1.1 시험원료 및 배합비율

이 테스트의 원료는 다음과 같습니다.

1) 시멘트 : P·O 52.5 Liuzhou에서 생산되는 일반 포틀랜드 시멘트.

2) 플라이애시: 류저우에서 생산되는 플라이애시.

3) 슬래그분말: 류저우에서 생산되는 S95 고로 수재슬래그분말.

4) 실리카 흄: 반암호화된 실리카 흄, 회색 분말, SiO2 함량≥92%, 비표면적 23m²/g.

5) 석영사: 20~40 메쉬(0.833~0.350mm).

6) 감수제 : 폴리카르복실산염 감수제, 백색분말, 감수율≥30%.

7) 라텍스 분말: 재분산성 라텍스 분말.

8) 섬유 에테르: 미국에서 생산되는 히드록시프로필 메틸셀룰로오스 METHOCEL, 점도 400MPa·s.

9) 강철 섬유: 직선형 구리 도금 마이크로와이어 강철 섬유, 직경φ 0.22mm, 길이 13mm, 인장강도 2,000MPa.

초기 단계에서 많은 실험적 연구를 거쳐 상온양생 초고성능 콘크리트의 기본 배합비는 시멘트: 플라이애시: 광물분말: 실리카흄: 모래: 감수제: 라텍스분말: 물 = 860:42:83:110:980:11:2:210, 강섬유 함량은 2%입니다. 이 기본배합비에 셀룰로오스에테르(HPMC) 함량을 0, 0.25%, 0.50%, 0.75%, 1.00% HPMC 첨가하여 각각 비교실험을 설정한다.

1.2 시험방법

혼합비율에 따라 건조분말 원료의 무게를 달아 HJW-60 단일수평축 강제콘크리트 믹서에 넣는다. 균일해질 때까지 혼합기를 가동하고, 물을 첨가하여 3분간 혼합한 후, 혼합기를 끄고, 칭량된 강섬유를 첨가하고 혼합기를 다시 2분간 수행한다. UHPC 슬러리로 제작되었습니다.

시험항목에는 유동성, 응결시간, 압축강도, 굴곡강도, 축방향 인장강도, 극한인장값 등이 포함된다. 유동성 테스트는 JC/T986-2018 "시멘트 기반 그라우팅 재료"에 따라 결정됩니다. 설정 시간 테스트는 GB /T 1346에 따릅니다.—2011 “시멘트 규격의 물 소비량 및 응결시간 시험방법”. 굽힘 강도 시험은 GB/T50081-2002 "일반 콘크리트의 기계적 성질 시험 방법 표준"에 따라 결정됩니다. 압축 강도 시험, 축 인장 강도 및 극한 인장 값 시험은 DLT5150-2001 "수압 콘크리트 시험 규정"에 따라 결정됩니다.

2. 테스트 결과

2.1 유동성

유동성 테스트 결과는 시간 경과에 따른 UHPC 유동성 손실에 대한 HPMC 함량의 영향을 보여줍니다. 셀룰로오스 에테르가 없는 슬러리를 균일하게 교반한 후 표면이 탈수 및 딱딱해지기 쉽고 유동성이 빠르게 손실된다는 것이 테스트 현상에서 관찰되었습니다. , 작업성이 악화되었습니다. 셀룰로오스에테르 첨가 후 표면에 스키닝이 발생하지 않고, 시간에 따른 유동성 손실도 적어 작업성이 양호하게 유지되었다. 테스트 범위 내에서 최소 유동성 손실은 60분에 5mm였습니다. 테스트 데이터를 분석한 결과, 저점도 셀룰로오스 에테르의 첨가량은 UHPC의 초기 유동성에 거의 영향을 미치지 않지만 시간 경과에 따른 유동성 손실에는 더 큰 영향을 미치는 것으로 나타났습니다. 셀룰로오스 에테르를 첨가하지 않은 경우 UHPC의 유동성 손실은 15mm입니다. HPMC의 증가에 따라 모르타르의 유동성 손실은 감소합니다. 복용량이 0.75%일 때 UHPC의 유동성 손실은 5mm로 시간에 따라 가장 작습니다. 그 후 HPMC의 증가에 따라 시간이 지남에 따라 UHPC의 유동성 손실은 거의 변하지 않았습니다.

후에HPMCUHPC와 혼합되면 두 가지 측면에서 UHPC의 유변학적 특성에 영향을 미칩니다. 하나는 독립된 미세 기포가 교반 공정에 유입되어 골재와 비산회 및 기타 물질이 "볼 효과"를 형성하게 하여 작업성 동시에 다량의 시멘트질 재료가 골재를 감싸서 골재가 슬러리에 고르게 "부유"되고 자유롭게 움직일 수 있으며 골재 간의 마찰이 감소하고 유동성이 증가합니다. 두 번째는 UHPC를 높이는 것입니다. 응집력은 유동성을 감소시킵니다. 시험에서는 저점도 HPMC를 사용하기 때문에 1차측면과 2차측면이 동일하며, 초기 유동성은 크게 변하지 않으나 시간에 따른 유동성 손실을 줄일 수 있다. 시험 결과 분석에 따르면 UHPC에 HPMC를 적정량 첨가하면 UHPC의 시공 성능이 크게 향상될 수 있음을 알 수 있다.

2.2 설정시간

HPMC의 양에 따른 UHPC의 응결시간 변화추이를 보면 HPMC가 UHPC에서 지연역할을 하고 있음을 알 수 있다. 양이 많을수록 지연 효과가 더 분명해집니다. 함량이 0.50%일 때 모르타르 응결시간은 55분이다. 대조군(40분)과 비교하면 37.5% 증가했는데, 여전히 그 증가가 뚜렷하지 않았습니다. 1.00% 투여시 모르타르 응결시간은 100분으로 대조군(40분)에 비해 150% 높았다.

셀룰로오스 에테르의 분자 구조 특성은 지연 효과에 영향을 미칩니다. 셀룰로오스 에테르의 기본 분자 구조, 즉 무수글루코스 고리 구조는 칼슘 이온과 반응하여 당-칼슘 분자 화합물을 형성할 수 있어 시멘트 클링커 수화 반응의 유도 기간을 단축할 수 있습니다. Ca(OH)2는 시멘트 수화 반응 속도를 감소시켜 시멘트 응결을 지연시킵니다.

2.3 압축강도

7일 및 28일 UHPC 시료의 압축강도와 HMPC 함량과의 관계로부터 HPMC 첨가에 따라 UHPC의 압축강도 저하가 점차 증가하는 것을 명확하게 알 수 있다. 0.25% HPMC를 첨가하면 UHPC의 압축강도는 약간 감소하며 압축강도 비율은 96%이다. 0.50% HPMC를 첨가해도 UHPC의 압축 강도 비율에는 뚜렷한 영향이 없습니다. 사용 범위 내에서 HPMC, UHPC 계속 추가's 압축 강도가 크게 감소했습니다. HPMC의 함량을 1.00%로 증가시키면 압축강도비가 66%로 떨어지며 강도손실이 심각하였다. 데이터 분석에 따르면 0.50% HPMC를 첨가하는 것이 더 적절하며 압축강도 손실이 적습니다.

HPMC에는 특정 공기 연행 효과가 있습니다. HPMC를 첨가하면 UHPC에 일정량의 미세 기포가 발생하여 새로 혼합된 UHPC의 부피 밀도가 감소합니다. 슬러리가 경화된 후에는 기공률이 점차 증가하고 치밀도도 감소하며, 특히 HPMC 함량이 감소합니다. 더 높은. 또한, 도입되는 HPMC의 양이 증가함에 따라 UHPC의 기공에는 여전히 유연한 폴리머가 많이 존재하며, 이는 시멘트 복합재의 매트릭스가 압축될 때 우수한 강성과 압축 지지력에 중요한 역할을 할 수 없습니다. .따라서 HPMC를 첨가하면 UHPC의 압축강도가 크게 감소합니다.

2.4 굴곡강도

7일 및 28일 UHPC 시료의 굴곡강도와 HMPC 함량과의 관계에서 굴곡강도와 압축강도의 변화 곡선이 유사하고, 0~0.50% 사이에서 굴곡강도의 변화가 있음을 알 수 있다. HMPC는 동일하지 않습니다. HPMC 첨가가 계속됨에 따라 UHPC 샘플의 굴곡강도가 크게 감소했습니다.

UHPC의 굴곡 강도에 대한 HPMC의 효과는 주로 세 가지 측면에서 나타납니다. 셀룰로오스 에테르는 UHPC의 굴곡 강도를 감소시키는 지연 및 공기 연행 효과를 가지고 있습니다. 세 번째 측면은 셀룰로오스 에테르에 의해 생성된 유연한 폴리머입니다. 시편의 강성을 줄이면 시편의 굴곡 ​​강도 감소가 약간 느려집니다. 이 세 가지 측면이 동시에 존재하면 UHPC 시편의 압축강도가 감소하고 굴곡강도도 감소합니다.

2.5 축방향 인장강도 및 극한인장값

7일 및 28일 UHPC 시편의 인장강도와 HMPC 함량과의 관계. HPMC 함량이 증가함에 따라 UHPC 시편의 인장강도는 처음에는 거의 변하지 않다가 급격히 감소하였다. 인장강도 곡선을 보면, 시편 내 HPMC 함량이 0.50%에 도달할 때 UHPC 시편의 축방향 인장강도 값은 12.2MPa, 인장강도 비율은 103%임을 알 수 있다. 시편의 HPMC 함량이 더욱 증가함에 따라 축 중심 인장 강도 값이 급격히 떨어지기 시작했습니다. 실험체의 HPMC 함량이 0.75%와 1.00%일 때 인장강도 비율은 각각 94%와 78%로 HPMC가 없는 UHPC의 축방향 인장강도보다 낮았다.

7일 및 28일 UHPC 샘플의 극한 인장 값과 HMPC 함량 사이의 관계에서 초기에는 셀룰로오스 에테르의 증가에 따라 극한 인장 값이 거의 변하지 않으며, 셀룰로오스 에테르는 0.50%에 도달한 후 급격히 떨어지기 시작했습니다.

UHPC 시편의 축방향 인장강도 및 극한인장값에 대한 HPMC 첨가량의 영향은 거의 변하지 않은 후 감소하는 경향을 보인다. 그 주된 이유는 HPMC가 수화된 시멘트 입자 사이에 직접 형성될 수 있기 때문입니다. 방수 폴리머 씰링 필름의 층이 씰링 역할을 하여 UHPC에 일정량의 물이 저장되어 지속적인 수화 발전에 필요한 물을 제공합니다. 시멘트의 강도를 향상시켜 시멘트의 강도를 향상시킵니다. HPMC를 첨가하면 UHPC의 응집력이 슬러리에 유연성을 부여하여 UHPC가 모재의 수축 및 변형에 완전히 적응하게 하고 UHPC의 인장 강도를 약간 향상시킵니다. 그러나 HPMC 함량이 임계값을 초과하면 연행 공기가 시편의 강도에 영향을 미칩니다. 이러한 부작용이 점차 주도적으로 작용하여 시편의 축방향 인장강도와 극한인장값이 감소하기 시작하였다.

3. 결론

1) HPMC는 상온 경화 UHPC의 작업 성능을 크게 향상시키고, 응고 시간을 연장하며, 시간이 지남에 따라 새로 혼합된 UHPC의 유동성 손실을 줄일 수 있습니다.

2) HPMC를 첨가하면 슬러리의 교반 과정에서 일정량의 작은 기포가 발생합니다. 양이 너무 많으면 거품이 너무 많이 모여서 더 큰 거품이 형성됩니다. 슬러리는 응집력이 매우 높아 기포가 넘치거나 터질 수 없습니다. 경화된 UHPC의 기공은 감소합니다. 또한 HPMC에서 생산한 유연한 폴리머는 압력을 받을 때 견고한 지지력을 제공할 수 없으며 압축 및 굴곡 강도가 크게 감소합니다.

3) HPMC를 첨가하면 UHPC가 플라스틱이고 유연해집니다. UHPC 시편의 축방향 인장강도와 극한인장값은 HPMC 함량 증가에 따라 거의 변하지 않으나, HPMC 함량이 일정 값을 초과하면 축방향 인장강도와 극한인장값이 크게 감소한다.

4) 상온경화형 UHPC 제조 시 HPMC의 투입량을 엄격하게 조절해야 한다. 투입량이 0.50%일 때 상온 경화 UHPC의 작업 성능과 기계적 특성 사이의 관계가 잘 조화될 수 있습니다.