Wpływ eteru hydroksypropylometylocelulozy na właściwości zaprawy cementowej natryskiwanej maszynowo

Eter celulozy jest niezbędnym dodatkiem do zapraw piaskowanych maszynowo. Zbadano wpływ czterech różnych lepkości hydroksypropylometylocelulozy (HPMC) na retencję wody, gęstość, zawartość powietrza, właściwości mechaniczne i rozkład wielkości porów zaprawy piaskowanej maszynowo. Badania wykazały, że: HPMC może znacznie poprawić zdolność zatrzymywania wody przez zaprawę, a stopień zatrzymywania wody może przekroczyć 90%, gdy ilość HPMC wynosi 0,15%. Najbardziej oczywiste; zawartość powietrza w zaprawie wzrasta wraz ze wzrostem zawartości HPMC: HPMC oczywiście zmniejszy właściwości mechaniczne zaprawy cementowej, ale zwiększy się stopień zginania zaprawy; wielkość porów zaprawy znacznie wzrośnie po dodaniu HPMC. Znacząco wzrósł udział szkodliwych dziur i wielu szkodliwych dziur.

Słowa kluczowe: moździerz; eter hydroksypropylometylocelulozowy; zatrzymywanie wody; rozkład wielkości porów

0. Przedmowa

W ostatnich latach, wraz z ciągłym postępem branży i doskonaleniem technologii, poprzez wprowadzanie i udoskonalanie zagranicznych maszyn do natryskiwania zapraw, w naszym kraju bardzo rozwinęła się technologia mechanicznego natryskiwania i tynkowania. Zaprawa natryskowa mechaniczna różni się od zwykłej zaprawy, która wymaga dużej zdolności zatrzymywania wody, odpowiedniej płynności i pewnego działania zapobiegającego osiadaniu. Zwykle do zaprawy dodaje się eter celulozy, spośród których najpowszechniej stosowany jest hydroksypropylometyloceluloza Zwykły eter (HPMC). Główne funkcje HPMC w zaprawie to: doskonała zdolność zatrzymywania wody, zagęszczanie i zwiększanie lepkości oraz dostosowanie reologiczne. Nie można jednak ignorować wad HPMC. HPMC ma działanie napowietrzające, co powoduje więcej defektów wewnętrznych i poważnie pogarsza właściwości mechaniczne zaprawy. W pracy zbadano wpływ HPMC na szybkość zatrzymywania wody, gęstość, zawartość powietrza i właściwości mechaniczne zaprawy w aspekcie makroskopowym oraz zbadano wpływ HPMC na strukturę porów zaprawy w aspekcie mikroskopowym.

1. Testuj

1.1 Surowce

Cement: dostępny w handlu P·Cement O42.5, którego wytrzymałość na zginanie i ściskanie 28d wynosi odpowiednio 6,9 i 48,2 MPa; piasek: drobny piasek rzeczny Chengde, siatka 40-100; eter celulozy: alkohol hydroksypropylowy produkowany przez firmę w Hebei Eter metylocelulozy, biały proszek, lepkość nominalna 40, 100, 150, 200 Pa·S: Woda: czysta woda z kranu.

1.2 Metoda badania

Zgodnie z JGJ/T 105-2011 „Przepisy budowlane dotyczące mechanicznego natryskiwania i tynkowania” konsystencja zaprawy wynosi 80 ~ 120 mm, a stopień zatrzymywania wody jest większy niż 90%. W tym teście stosunek wapna do piasku wynosi 1:5, a konsystencja jest kontrolowana (93±2)mm, a eter celulozy miesza się zewnętrznie i jego dozowanie oblicza się w zależności od masy cementu. Podstawowe właściwości zaprawy takie jak gęstość wilgoci, zawartość powietrza, stopień zatrzymywania wody i konsystencja badane są w oparciu o JGJ 70-2009 „Metody badań podstawowych właściwości zaprawy budowlanej”, a zawartość powietrza jest badana i obliczana według metoda gęstości. Przygotowanie, badania wytrzymałości na zginanie i ściskanie próbek przeprowadzono w oparciu o GB/T 17671-1999 „Metody badania wytrzymałości piasku zapraw cementowych (metoda ISO)”. Wielkość porów badano metodą porozymetrii rtęciowej. Model porozymetru rtęciowego to AUTOPORE 9500, a zakres pomiarowy wynosił od 5,5 nm do 360μM. W sumie przeprowadzono 4 zestawy testów. 0, 0,1%, 0,2%, 0,3% (liczby to A, B, C, D).

2. Wyniki i analiza

2.1 Wpływ HPMC na szybkość zatrzymywania wody w zaprawie cementowej

Retencja wody oznacza zdolność zaprawy do zatrzymywania wody. W zaprawie natryskiwanej maszynowo dodatek eteru celulozy może skutecznie utrzymać wilgoć, zmniejszyć szybkość krwawienia i spełnić wymagania wystarczającego uwodnienia materiałów na bazie cementu.

Z wpływu HPMC na stopień zatrzymywania wody w zaprawie można zauważyć, że wraz ze wzrostem zawartości HPMC stopień zatrzymywania wody w zaprawie stopniowo wzrasta. Krzywe eterów celulozy o lepkościach 100, 150 i 200 Pa·są w zasadzie takie same. Gdy zawartość wynosi 0,05% do 0,15%, stopień retencji wody wzrasta liniowo. Gdy zawartość wynosi 0,15%, stopień retencji wody jest większy niż 93%.．Po 20% tendencja wzrostowa retencji wody staje się płaska, co wskazuje, że ilość HPMC jest bliska nasycenia. Krzywa wpływu ilości HPMC o lepkości 40 Pa·s na współczynniku zatrzymywania wody jest w przybliżeniu linią prostą. Gdy ilość ta jest większa niż 0,15%, stopień zatrzymywania wody w zaprawie jest znacznie niższy niż w przypadku pozostałych trzech rodzajów HPMC o tej samej lepkości. Powszechnie uważa się, że mechanizm zatrzymywania wody w eterze celulozy jest następujący: grupa hydroksylowa w cząsteczce eteru celulozy i atom tlenu w wiązaniu eterowym połączą się z cząsteczką wody, tworząc wiązanie wodorowe, dzięki czemu wolna woda stanie się wodą związaną , zapewniając w ten sposób dobry efekt zatrzymywania wody; Uważa się również, że wzajemna dyfuzja pomiędzy cząsteczkami wody i łańcuchami molekularnymi eteru celulozy umożliwia cząsteczkom wody przedostanie się do wnętrza makrocząsteczkowych łańcuchów eteru celulozy i poddanie się silnym siłom wiązania, poprawiając w ten sposób retencję wody w zaczynie cementowym. Doskonała retencja wody pozwala utrzymać jednorodną zaprawę, niełatwą do segregacji i uzyskać dobre właściwości mieszania, jednocześnie zmniejszając zużycie mechaniczne i zwiększając żywotność maszyny do natryskiwania zaprawy.

2.2 Wpływ HPMC na gęstość i zawartość powietrza w zaprawie cementowej

Z wpływu różnych lepkości i dawek HPMC na gęstość zaprawy można zauważyć, że przy dozowaniu HPMC wynoszącym 0-0,20% gęstość zaprawy gwałtownie maleje wraz ze wzrostem dawki HPMC, od 2050 kg/m³ do około 1650kg/m³ , spadło o około 20%; po przekroczeniu zawartości HPMC 0,20% spadek gęstości ma tendencję do płaskiego charakteru. Porównując cztery rodzaje HPMC o różnej lepkości można zauważyć, że im wyższa lepkość, tym mniejsza gęstość zaprawy; krzywe gęstości zapraw o lepkości mieszanej 150 i 200 Pa·s HPMC w zasadzie pokrywają się, co wskazuje, że w miarę dalszego wzrostu lepkości HPMC gęstość zaprawy nie maleje.

Z wpływu różnych lepkości i dawek HPMC na zawartość powietrza w zaprawie można zauważyć, że zmiana zawartości powietrza w zaprawie jest przeciwna do zmiany gęstości zaprawy. Objętość powietrza rośnie prawie w linii prostej; gdy zawartość HPMC przekracza 0,20%, zawartość powietrza prawie się nie zmienia, co wskazuje, że efekt napowietrzania zaprawy jest bliski nasycenia. Efekt napowietrzania HPMC o lepkości 150 i 200 Pa·s jest większa niż HPMC o lepkości 40 i 100 Pa·s.

Efekt napowietrzania eteru celulozy zależy głównie od jego struktury molekularnej. Eter celulozy zawiera zarówno grupy hydrofilowe (grupy hydroksylowe, eterowe), jak i hydrofobowe (grupy metylowe, pierścienie glukozowe) i jest środkiem powierzchniowo czynnym. , wykazuje aktywność powierzchniową, dzięki czemu ma działanie napowietrzające. Z jednej strony wprowadzony gaz może działać jak łożysko kulkowe w zaprawie, poprawiać wydajność roboczą zaprawy, zwiększać objętość i zwiększać wydajność, co jest korzystne dla producenta. Z drugiej jednak strony efekt napowietrzania zwiększa zawartość powietrza w zaprawie i porowatość po stwardnieniu, co powoduje wzrost szkodliwych porów i znaczne zmniejszenie właściwości mechanicznych. Chociaż HPMC ma pewne działanie napowietrzające, nie może zastąpić środka napowietrzającego. Ponadto, gdy stosuje się jednocześnie HPMC i środek napowietrzający, środek napowietrzający może zawieść.

2.3 Wpływ HPMC na właściwości mechaniczne zaprawy cementowej

Z wytrzymałości na zginanie 28d i wytrzymałości na ściskanie 28d widać, że przy zawartości HPMC wynoszącej zaledwie 0,05% wytrzymałość zaprawy na zginanie znacznie spada, czyli o około 25% mniej niż próbki ślepej bez HPMC, oraz wytrzymałość na ściskanie może osiągnąć jedynie 65% ślepej próbki. 80%. Gdy zawartość HPMC przekracza 0,20%, stopień spadku wytrzymałości na zginanie i ściskanie zaprawy nie jest oczywisty. Lepkość HPMC ma niewielki wpływ na właściwości mechaniczne zaprawy. HPMC wprowadza wiele drobnych pęcherzyków powietrza, a działanie napowietrzające zaprawę zwiększa porowatość wewnętrzną i szkodliwe pory zaprawy, co powoduje znaczny spadek wytrzymałości na ściskanie i wytrzymałości na zginanie. Inną przyczyną spadku wytrzymałości zaprawy jest działanie zatrzymujące wodę eteru celulozy, który zatrzymuje wodę w stwardniałej zaprawie, a duży stosunek woda-spoiwo prowadzi do zmniejszenia wytrzymałości bloczka testowego. W przypadku zapraw do konstrukcji mechanicznych, chociaż eter celulozy może znacznie zwiększyć stopień zatrzymywania wody w zaprawie i poprawić jej urabialność, jeśli jego ilość jest zbyt duża, poważnie wpłynie to na właściwości mechaniczne zaprawy, dlatego należy rozsądnie rozważyć związek między nimi.

Z 28-dniowego współczynnika zwijania można zauważyć, że wraz ze wzrostem zawartości HPMC ogólny współczynnik zwijania zaprawy wykazuje tendencję rosnącą, która jest w zasadzie zależnością liniową. Dzieje się tak, ponieważ dodany eter celulozy wprowadza dużą liczbę pęcherzyków powietrza, powodując więcej defektów wewnątrz zaprawy, co skutkuje gwałtownym spadkiem wytrzymałości zaprawy na ściskanie, choć w pewnym stopniu zmniejsza się także wytrzymałość na zginanie; ale eter celulozy może poprawić elastyczność zaprawy i wytrzymać. Wytrzymałość na zginanie jest korzystna, co powoduje spowolnienie tempa opadania. Biorąc pod uwagę kompleksowo, łączny efekt tych dwóch powoduje wzrost współczynnika składania.

2.4 Wpływ HPMC na wielkość porów zaprawy

Krzywe rozkładu wielkości porów czterech grup próbek A, B, C i D zmierzono metodą porozymetrii wtrącania rtęci.

Zgodnie z krzywą rozkładu wielkości porów, danymi dotyczącymi rozkładu wielkości porów i różnymi parametrami statystycznymi próbek AD, HPMC ma duży wpływ na strukturę porów zaprawy cementowej:

(1) Po dodaniu HPMC wielkość porów zaprawy cementowej znacznie wzrasta. Na krzywej rozkładu wielkości porów obszar obrazu przesuwa się w prawo, a wartość porów odpowiadająca wartości szczytowej staje się większa. Również z danych statystycznych rozkładu wielkości porów oraz mediany wielkości porów w wynikach badań różnych parametrów statystycznych można zauważyć, że mediana wielkości porów zaprawy cementowej po dodaniu HPMC jest znacznie większa niż w przypadku próbki ślepej, a w próbce z dozą 0,3% Wartość apertury jest o 2 rzędy wielkości większa niż w przypadku ślepej próbki.

(2) Wu Zhongwei i in. podzielił pory w betonie na cztery typy, które są porami nieszkodliwymi (≤20 nm), kilka szkodliwych porów (20–100 nm), szkodliwe pory (100–200 nm) i wiele szkodliwych porów (≥200nm). 200nm). Z danych statystycznych dotyczących rozkładu wielkości porów oraz wyników badań różnych parametrów statystycznych wynika, że ​​po dodaniu HPMC liczba porów nieszkodliwych lub mniej szkodliwych ulega znacznemu zmniejszeniu, natomiast liczba porów szkodliwych lub porów bardziej szkodliwych wzrasta. Nieszkodliwe lub mniej szkodliwe pory próbki bez HPMC wynoszą około 49,4%, a nieszkodliwe lub mniej szkodliwe pory znacznie się zmniejszają po dodaniu HPMC. Biorąc na przykład dawkę 0,1%, nieszkodliwe lub mniej szkodliwe pory zostają zmniejszone o około 45%. , liczba szkodliwych porów większa niż 10μm wzrósł około 9 razy.

3) Mediana średnicy porów, średnia średnica porów, objętość właściwa porów i powierzchnia właściwa nie podlegają bardzo ścisłej zasadzie zmiany wraz ze wzrostem zawartości HPMC, co może być związane z dużym rozproszeniem doboru próbek w teście wtrysku rtęci. Jednak ogólnie rzecz biorąc, mediana średnicy porów, średnia średnica porów i właściwa objętość porów próbki zmieszanej z HPMC mają tendencję do zwiększania się w porównaniu z próbką ślepą, podczas gdy powierzchnia właściwa maleje.

3. Wniosek

(1) Stopień zatrzymywania wody w zaprawie wzrasta wraz ze wzrostem zawartości HPMC. Krzywe eteru celulozy o lepkościach 100, 150 i 200 Pa·S są w zasadzie takie same, a stopień retencji wody jest większy niż 93%, gdy zawartość wynosi 0,15%. Gdy zawartość 40 Pa·jeśli eter celulozy jest większy niż 0,15%, stopień zatrzymywania wody jest niższy niż w przypadku pozostałych trzech rodzajów HPMC o lepkości.

(2) Gęstość zaprawy maleje stopniowo wraz ze wzrostem zawartości HPMC i zawartość wynosi 0,05%. Spadek gęstości jest najbardziej oczywisty przy 0,20%, około 20%; gdy zawartość przekracza 0,20%, gęstość prawie się nie zmienia; zawartość powietrza w zaprawie wzrasta wraz ze wzrostem zawartości HPMC.

(3) Wzrost zawartości HPMC oczywiście zmniejszy właściwości mechaniczne zaprawy cementowej, ale odpowiedni stopień zginania zaprawy wzrośnie, a elastyczność zaprawy stanie się lepsza.

(4) Po dodaniu HPMC wielkość porów zaprawy znacznie wzrasta, a udział porów szkodliwych i wielu porów szkodliwych znacznie wzrasta. Próbka o zawartości 0,1% HPMC zmniejszyła się o około 45% w porównaniu z próbką ślepą bez porów lub z mniej szkodliwymi porami, a liczba bardziej szkodliwych porów była większa niż 10μm wzrósł około 9 razy.