Methylcellulose-ether op uithardend ultrahoogwaardig beton bij kamertemperatuur

Abstract: Door het gehalte aan hydroxypropylmethylcellulose-ether (HPMC) in bij normale temperatuur uithardende ultrahogesterktebeton (UHPC) te veranderen, werd het effect van cellulose-ether op de vloeibaarheid, uithardingstijd, druksterkte en buigsterkte van UHPC bestudeerd. , axiale treksterkte en ultieme trekwaarde, en de resultaten werden geanalyseerd. De testresultaten laten zien dat: het toevoegen van niet meer dan 1,00% HPMC met lage viscositeit de vloeibaarheid van UHPC niet beïnvloedt, maar het verlies aan vloeibaarheid in de loop van de tijd vermindert. en verleng de uithardingstijd, waardoor de constructieprestaties aanzienlijk worden verbeterd; wanneer het gehalte minder dan 0,50% bedraagt, is de impact op de druksterkte, buigsterkte en axiale treksterkte niet significant, en zodra het gehalte meer dan 0,50% bedraagt, worden de mechanische prestaties met meer dan 1/3 verminderd. Gezien diverse prestaties is de aanbevolen dosering HPMC 0,50%.

Trefwoorden: ultrahoogwaardig beton; cellulose-ether; uitharding bij normale temperatuur; druksterkte; buigsterkte; treksterkte

0、Voorwoord

Met de snelle ontwikkeling van de Chinese bouwsector zijn de eisen voor betonprestaties in de feitelijke techniek ook toegenomen, en als reactie op de vraag is er ultrahoogwaardig beton (UHPC) geproduceerd. Het optimale aandeel deeltjes met verschillende deeltjesgroottes is theoretisch ontworpen en gemengd met staalvezels en een zeer efficiënt waterreductiemiddel. Het heeft uitstekende eigenschappen zoals ultrahoge druksterkte, hoge taaiheid, hoge schokbestendigheid, duurzaamheid en sterk zelfherstellend vermogen. vermogen van microscheuren. Prestatie. Buitenlands technologieonderzoek naar UHPC is relatief volwassen en is op veel praktische projecten toegepast. Vergeleken met het buitenland is het binnenlandse onderzoek niet diepgaand genoeg. Dong Jianmiao en anderen bestudeerden de vezelopname door verschillende soorten en hoeveelheden vezels toe te voegen. Het invloedsmechanisme en de wet van beton; Chen Jing et al. bestudeerde de invloed van de staalvezeldiameter op de prestaties van UHPC door staalvezels met 4 diameters te selecteren. UHPC kent slechts een klein aantal technische toepassingen in China en bevindt zich nog steeds in de fase van theoretisch onderzoek. De prestaties van UHPC Superiority zijn een van de onderzoeksrichtingen voor concrete ontwikkeling geworden, maar er moeten nog veel problemen worden opgelost. Zoals hoge eisen aan grondstoffen, hoge kosten, ingewikkeld bereidingsproces, enz., Die de ontwikkeling van UHPC-productietechnologie beperken. Onder meer het gebruik van hogedrukstoom. Door het uitharden van UHPC bij hoge temperatuur kan het hogere mechanische eigenschappen en duurzaamheid verkrijgen. Vanwege het omslachtige stoomuithardingsproces en de hoge eisen aan productieapparatuur kan de toepassing van materialen echter alleen worden beperkt tot prefabricagewerven en kan er geen ter plaatse gegoten constructie worden uitgevoerd. Daarom is het niet geschikt om de methode van thermische uitharding in daadwerkelijke projecten toe te passen, en is het noodzakelijk om diepgaand onderzoek te doen naar UHPC-uitharding bij normale temperatuur.

Uitharding bij normale temperatuur UHPC bevindt zich in de onderzoeksfase in China, en de verhouding tussen water en bindmiddel is extreem laag, en het is gevoelig voor snelle uitdroging aan het oppervlak tijdens de bouw ter plaatse. Om het uitdrogingsverschijnsel effectief te verbeteren, voegen materialen op cementbasis gewoonlijk enkele watervasthoudende verdikkingsmiddelen aan het materiaal toe. Chemisch middel om segregatie en uitbloeden van materialen te voorkomen, het vasthouden van water en cohesie te verbeteren, de constructieprestaties te verbeteren en ook effectief de mechanische eigenschappen van materialen op cementbasis te verbeteren. Hydroxypropylmethylcellulose-ether (HPMC) als polymeerverdikkingsmiddel, dat de polymeergegeleerde slurry en materialen in materialen op cementbasis effectief gelijkmatig kan verdelen, en het vrije water in de slurry zal gebonden water worden, zodat het niet gemakkelijk te verliezen is de slurry en verbeter de waterretentieprestaties van beton. Om de impact van cellulose-ether op de vloeibaarheid van UHPC te verminderen, werd voor de test laagviskeuze cellulose-ether geselecteerd.

Samenvattend, om de constructieprestaties te verbeteren op basis van het waarborgen van de mechanische eigenschappen van uitharding bij normale temperatuur UHPC, bestudeert dit artikel het effect van het gehalte aan cellulose-ether met lage viscositeit op uitharding bij normale temperatuur, gebaseerd op de chemische eigenschappen van cellulose-ether en het werkingsmechanisme ervan in UHPC-slurry. De invloed van vloeibaarheid, coagulatietijd, druksterkte, buigsterkte, axiale treksterkte en treksterkte van UHPC om de juiste dosering cellulose-ether te bepalen.

1. Testplan

1.1 Test grondstoffen en mengverhouding

De grondstoffen voor deze test zijn:

1) Cement: P·O 52,5 gewoon Portland-cement geproduceerd in Liuzhou.

2) Vliegas: Vliegas geproduceerd in Liuzhou.

3) Slakkenpoeder: S95-gegranuleerd hoogovenslakkenpoeder geproduceerd in Liuzhou.

4) Silicadamp: semi-gecodeerde silicadamp, grijs poeder, SiO2-gehalte≥92%, specifiek oppervlak 23 m²/G.

5) Kwartszand: maaswijdte 20 ~ 40 (0,833 ~ 0,350 mm).

6) Waterreductiemiddel: polycarboxylaatwaterreductiemiddel, wit poeder, waterreductiesnelheid≥30%.

7) Latexpoeder: herdispergeerbaar latexpoeder.

8) Vezelether: hydroxypropylmethylcellulose METHOCEL geproduceerd in de Verenigde Staten, viscositeit 400 MPa s.

9) Staalvezel: rechte verkoperde microdraadstaalvezel, diameterφ is 0,22 mm, lengte is 13 mm, treksterkte is 2 000 MPa.

Na veel experimenteel onderzoek in een vroeg stadium kan worden vastgesteld dat de basismengverhouding van bij normale temperatuur uithardende ultrahoge prestatiebeton cement: vliegas: mineraalpoeder: silicadamp: zand: waterreducerend middel: latexpoeder: water = 860: 42: 83: 110:980:11:2:210, het volumegehalte van de staalvezels bedraagt ​​2%. Voeg 0, 0,25%, 0,50%, 0,75%, 1,00% HPMC cellulose-ether (HPMC) toe aan deze basismengverhouding. Zet respectievelijk vergelijkende experimenten op.

1.2 Testmethode

Weeg de droge poedergrondstoffen volgens de mengverhouding en plaats ze in de HJW-60 gedwongen betonmixer met enkele horizontale as. Start de mixer tot het uniform is, voeg water toe en meng gedurende 3 minuten, zet de mixer uit, voeg de afgewogen staalvezels toe en start de mixer opnieuw gedurende 2 minuten. Verwerkt tot UHPC-slurry.

De testitems omvatten vloeibaarheid, uithardingstijd, druksterkte, buigsterkte, axiale treksterkte en treksterkte. De vloeibaarheidstest wordt bepaald volgens JC/T986-2018 “Cement-based Grouting Materials”. De insteltijdtest is volgens GB /T 1346—2011 "Cement standaard consistentie waterverbruik en uithardingstijd testmethode". De buigsterktetest wordt bepaald volgens GB/T50081-2002 “Standaard voor testmethoden voor mechanische eigenschappen van gewoon beton”. Druksterktetest, axiale treksterkte en de ultieme trekwaardetest worden bepaald volgens DLT5150-2001 “Hydraulic Concrete Test Regulations”.

2. Testresultaten

2.1 Liquiditeit

De resultaten van de vloeibaarheidstest tonen de invloed van het HPMC-gehalte op het verlies aan UHPC-vloeibaarheid in de loop van de tijd. Uit het testverschijnsel blijkt dat nadat de slurry zonder cellulose-ether gelijkmatig is geroerd, het oppervlak gevoelig is voor uitdroging en korstvorming, en dat de vloeibaarheid snel verloren gaat. en de werkbaarheid verslechterde. Na toevoeging van cellulose-ether was er geen sprake van huidvorming op het oppervlak, was het verlies aan vloeibaarheid in de loop van de tijd klein en bleef de verwerkbaarheid goed. Binnen het testbereik bedroeg het minimale verlies aan vloeibaarheid 5 mm in 60 minuten. Uit analyse van de testgegevens blijkt dat de hoeveelheid laagviskeuze cellulose-ether weinig invloed heeft op de aanvankelijke vloeibaarheid van UHPC, maar een grotere invloed heeft op het verlies aan vloeibaarheid in de loop van de tijd. Als er geen cellulose-ether wordt toegevoegd, bedraagt ​​het vloeibaarheidsverlies van UHPC 15 mm; Met de toename van HPMC neemt het vloeibaarheidsverlies van mortel af; wanneer de dosering 0,75% is, is het vloeibaarheidsverlies van UHPC in de loop van de tijd het kleinst, namelijk 5 mm; daarna, met de toename van HPMC, bleef het vloeibaarheidsverlies van UHPC in de loop van de tijd vrijwel onveranderd.

NaHPMCwordt gemengd met UHPC, beïnvloedt het de reologische eigenschappen van UHPC vanuit twee aspecten: één is dat onafhankelijke microbellen in het roerproces worden gebracht, waardoor het aggregaat, de vliegas en andere materialen een “baleffect” vormen, waardoor de verwerkbaarheid Tegelijkertijd kan een grote hoeveelheid cementachtig materiaal het aggregaat omhullen, zodat het aggregaat gelijkmatig in de slurry kan worden “opgehangen” en vrij kan bewegen, de wrijving tussen de aggregaten wordt verminderd en de vloeibaarheid wordt vergroot; de tweede is het verhogen van de UHPC. De cohesieve kracht vermindert de vloeibaarheid. Omdat bij de test gebruik wordt gemaakt van HPMC met een lage viscositeit, is het eerste aspect gelijk aan het tweede aspect en verandert de aanvankelijke vloeibaarheid niet veel, maar kan het verlies aan vloeibaarheid in de loop van de tijd worden verminderd. Volgens de analyse van de testresultaten kan bekend zijn dat het toevoegen van een geschikte hoeveelheid HPMC aan UHPC de constructieprestaties van UHPC aanzienlijk kan verbeteren.

2.2 Tijd instellen

Uit de veranderingstrend van de uithardingstijd van UHPC, beïnvloed door de hoeveelheid HPMC, kan worden afgeleid dat HPMC een vertragende rol speelt bij UHPC. Hoe groter de hoeveelheid is, des te duidelijker is het vertragende effect. Wanneer de hoeveelheid 0,50% bedraagt, bedraagt ​​de hardingstijd van de mortel 55 minuten. Vergeleken met de controlegroep (40 min) steeg het met 37,5%, en de toename was nog steeds niet duidelijk. Bij een dosering van 1,00% bedroeg de hardingstijd van de mortel 100 min, wat 150% hoger was dan die van de controlegroep (40 min).

De moleculaire structuurkenmerken van cellulose-ether beïnvloeden het vertragende effect ervan. De fundamentele moleculaire structuur in cellulose-ether, dat wil zeggen de anhydroglucoseringstructuur, kan reageren met calciumionen om moleculaire suiker-calciumverbindingen te vormen, waardoor de inductieperiode van de hydratatiereactie van cementklinkers wordt verkort. De concentratie van calciumionen is laag, waardoor verdere precipitatie van calciumionen wordt voorkomen. Ca(OH)2, waardoor de snelheid van de cementhydratatiereactie wordt verminderd, waardoor de uitharding van cement wordt vertraagd.

2.3 Druksterkte

Uit de relatie tussen de druksterkte van UHPC-monsters na 7 dagen en 28 dagen en het HMPC-gehalte kan duidelijk worden gezien dat de toevoeging van HPMC de afname van de druksterkte van UHPC geleidelijk vergroot. 0,25% HPMC, de druksterkte van UHPC neemt lichtjes af en de druksterkteverhouding is 96%. Het toevoegen van 0,50% HPMC heeft geen duidelijk effect op de druksterkteverhouding van UHPC. Ga door met het toevoegen van HPMC binnen het toepassingsgebied, UHPC's De druksterkte nam aanzienlijk af. Toen het gehalte aan HPMC toenam tot 1,00%, daalde de druksterkteverhouding tot 66% en was het sterkteverlies ernstig. Volgens de data-analyse is het passender om 0,50% HPMC toe te voegen en is het verlies aan druksterkte klein

HPMC heeft een bepaald luchtbelemmerend effect. De toevoeging van HPMC zal een bepaalde hoeveelheid microbellen in UHPC veroorzaken, waardoor de bulkdichtheid van vers gemengde UHPC zal afnemen. Nadat de slurry is uitgehard, zal de porositeit geleidelijk toenemen en zal ook de compactheid afnemen, vooral het HPMC-gehalte. Hoger. Bovendien zijn er, met de toename van de geïntroduceerde hoeveelheid HPMC, nog steeds veel flexibele polymeren in de poriën van UHPC, die geen belangrijke rol kunnen spelen bij een goede stijfheid en drukondersteuning wanneer de matrix van het cementachtige composiet wordt samengedrukt. Daarom vermindert de toevoeging van HPMC de druksterkte van UHPC aanzienlijk.

2.4 Buigsterkte

Uit de relatie tussen de buigsterkte van UHPC-monsters na 7 en 28 dagen en de inhoud van HMPC kan worden afgeleid dat de veranderingscurven van buigsterkte en druksterkte vergelijkbaar zijn, en dat de verandering van buigsterkte tussen 0 en 0,50% ligt. van HMPC is niet hetzelfde. Naarmate de toevoeging van HPMC voortduurde, nam de buigsterkte van UHPC-monsters aanzienlijk af.

Het effect van HPMC op de buigsterkte van UHPC bestaat voornamelijk uit drie aspecten: cellulose-ether heeft vertragende en luchtbelemmerende effecten, die de buigsterkte van UHPC verminderen; en het derde aspect is het flexibele polymeer geproduceerd door cellulose-ether. Het verminderen van de stijfheid van het monster vertraagt ​​de afname van de buigsterkte van het monster enigszins. Het gelijktijdig bestaan ​​van deze drie aspecten vermindert de druksterkte van het UHPC-monster en vermindert ook de buigsterkte.

2.5 Axiale treksterkte en treksterkte

De relatie tussen de treksterkte van UHPC-monsters bij 7 d en 28 d en het gehalte aan HMPC. Met de toename van het HPMC-gehalte veranderde de treksterkte van UHPC-monsters eerst weinig en nam daarna snel af. De treksterktecurve laat zien dat wanneer het HPMC-gehalte in het monster 0,50% bereikt, de axiale treksterktewaarde van het UHPC-monster 12,2 MPa is en de treksterkteverhouding 103%. Met de verdere toename van het HPMC-gehalte van het monster begon de axiale waarde van de centrale treksterkte scherp te dalen. Wanneer het HPMC-gehalte van het monster 0,75% en 1,00% bedroeg, waren de treksterkteverhoudingen respectievelijk 94% en 78%, wat lager was dan de axiale treksterkte van UHPC zonder HPMC.

Uit de relatie tussen de uiterste trekwaarden van UHPC-monsters na 7 en 28 dagen en het gehalte aan HMPC kan worden afgeleid dat de uiterste trekwaarden vrijwel onveranderd blijven met de toename van cellulose-ether in het begin, en wanneer het gehalte aan cellulose-ether in het begin vrijwel onveranderd blijft. cellulose-ether bereikte 0,50% en begon daarna snel te dalen.

Het effect van de toegevoegde hoeveelheid HPMC op de axiale treksterkte en de uiteindelijke trekwaarde van UHPC-monsters vertoont een trend van vrijwel onveranderd blijven en vervolgens afnemen. De belangrijkste reden is dat HPMC rechtstreeks kan worden gevormd tussen gehydrateerde cementdeeltjes. Een laag waterdichte polymeerafdichtingsfilm speelt de rol van afdichting, zodat een bepaalde hoeveelheid water wordt opgeslagen in UHPC, dat het noodzakelijke water levert voor de voortdurende ontwikkeling van verdere hydratatie van cement, waardoor de sterkte van cement wordt verbeterd. De toevoeging van HPMC verbetert de cohesie van UHPC geeft de slurry flexibiliteit, waardoor UHPC zich volledig aanpast aan de krimp en vervorming van het basismateriaal, en de treksterkte van UHPC enigszins verbetert. Wanneer het gehalte aan HPMC echter de kritische waarde overschrijdt, beïnvloedt de meegevoerde lucht de sterkte van het monster. De nadelige effecten speelden geleidelijk een hoofdrol en de axiale treksterkte en treksterkte van het monster begonnen af ​​te nemen.

3. Conclusie

1) HPMC kan de werkprestaties van bij normale temperatuur uithardende UHPC aanzienlijk verbeteren, de coagulatietijd ervan verlengen en het vloeibaarheidsverlies van vers gemengde UHPC in de loop van de tijd verminderen.

2) De toevoeging van HPMC introduceert een bepaalde hoeveelheid kleine belletjes tijdens het roerproces van de slurry. Als de hoeveelheid te groot is, zullen de bellen zich te veel verzamelen en grotere bellen vormen. De slurry is zeer samenhangend en de bellen kunnen niet overstromen en scheuren. De poriën van het verharde UHPC nemen af; bovendien kan het flexibele polymeer geproduceerd door HPMC geen stijve ondersteuning bieden wanneer het onder druk staat, en worden de druk- en buigsterkten aanzienlijk verminderd.

3) De toevoeging van HPMC maakt UHPC plastisch en flexibel. De axiale treksterkte en ultieme trekwaarde van UHPC-monsters veranderen nauwelijks met de toename van het HPMC-gehalte, maar wanneer het HPMC-gehalte een bepaalde waarde overschrijdt, worden de axiale treksterkte en ultieme trekwaarden aanzienlijk verminderd.

4) Bij het bereiden van UHPC bij normale temperatuuruitharding moet de dosering van HPMC strikt worden gecontroleerd. Wanneer de dosering 0,50% bedraagt, kan de relatie tussen de werkprestaties en de mechanische eigenschappen van UHPC bij normale temperatuur goed worden gecoördineerd.