Właściwości mechaniczne modyfikowanego eteru celulozy do zaprawy cementowej

Przygotowano modyfikowaną zaprawę cementową o stosunku wodno-cementowym 0,45, wapienno-piaskowym 1:2,5 i eterze celulozowym o różnych lepkościach 0%, 0,2%, 0,4%, 0,6%, 0,8% i 1,0%. . Mierząc właściwości mechaniczne zaprawy cementowej i obserwując morfologię mikroskopową, badano wpływ HEMC na wytrzymałość na ściskanie, wytrzymałość na zginanie i siłę wiązania modyfikowanej zaprawy cementowej. Wyniki badań wykazały, że: wraz ze wzrostem zawartości HEMC wytrzymałość na ściskanie modyfikowanej zaprawy w różnym wieku stale maleje, a zakres spadku maleje i ma tendencję do łagodnego; przy tej samej zawartości eteru celulozy wytrzymałość na ściskanie zaprawy modyfikowanej eterem celulozy o różnych lepkościach wynosi: HEMC20 HEMC10>HEMC5.

Słowa kluczowe:eter celulozy; zaprawa cementowa; wytrzymałość na ściskanie; wytrzymałość na zginanie; siła wiązania

1 Wprowadzenie

Na tym etapie roczne zapotrzebowanie na zaprawę na świecie przekracza 200 mln ton, a zapotrzebowanie przemysłu wciąż rośnie. Obecnie tradycyjna zaprawa cementowa ma wady takie jak krwawienie, rozwarstwianie, duży skurcz przy suszeniu, słaba nieprzepuszczalność, niska wytrzymałość wiązania na rozciąganie i niepełne uwodnienie na skutek utraty wody, które są trudne do usunięcia, nie tylko powodując wady konstrukcyjne, ale także prowadzące do do twardnienia Występują takie zjawiska, jak pękanie zaprawy, proszkowanie, zrzucanie i wydrążanie.

Jako jedna z najczęściej stosowanych domieszek do zapraw dostępnych na rynku, eter celulozy ma właściwości zatrzymywania wody, zagęszczania i opóźniania i może być stosowany w celu poprawy właściwości fizycznych zaprawy cementowej, takich jak urabialność, zatrzymywanie wody, przyczepność i czas wiązania , takie jak znaczne zwiększenie cementu. Wytrzymałość zaprawy na rozciąganie ulegnie zmniejszeniu, ale zmniejszy się wytrzymałość na ściskanie, wytrzymałość na zginanie i moduł sprężystości zaprawy cementowej. Zhang Yishun i inni badali wpływ eteru metylocelulozy i eteru hydroksypropylometylocelulozy na właściwości zaprawy. Wyniki wykazały, że: zarówno etery celulozy mogą poprawiać retencję wody w zaprawie, jak i wytrzymałość na zginanie oraz wytrzymałość na ściskanie zmniejszają się w różnym stopniu, podczas gdy stopień zagięcia i siła wiązania zaprawy wzrastają w różnym stopniu, a właściwości skurczowe zaprawy mogą usprawniać się. AJenni, R.Zurbriggen itp. wykorzystali nowoczesne techniki testowania i analizy do zbadania interakcji różnych materiałów w systemie cienkowarstwowej zaprawy klejącej modyfikowanej eterem celulozy i zaobserwowali, że eter celulozy i Ca(OH) pojawiają się w pobliżu powierzchni zaprawy . 2, wskazując na migrację eterów celulozy w materiałach na bazie cementu.

W artykule, wykorzystując metody badania zapraw, takie jak wytrzymałość na ściskanie, wytrzymałość na zginanie, wiązanie i wygląd mikroskopowy SEM, zbadano wpływ zaprawy celulozowo-eterocementowej na właściwości mechaniczne, takie jak wytrzymałość na ściskanie, wytrzymałość na zginanie i wytrzymałość wiązania w różnym wieku, i jest to wyjaśnione. jego mechanizm działania.

2. Surowce i metody badań

2.1 Surowce

2.1.1 Cement

Zwykły cement laurynianowy produkowany przez Wuhan Huaxin Cement Co., Ltd., model P 042.5 (GB175-2007), ma gęstość 3,25 g/cm3³ i powierzchni właściwej 4200cm²/G.

2.1.2 Eter hydroksypropylometylocelulozy

Theeter hydroksyetylometylocelulozowyprodukowany przez Hercules Group w Stanach Zjednoczonych ma lepkość 50000 MPa/s, 100000 MPa/s i 200000 MPa/s w 2% roztworze w temperaturze 25°C, a następujące skróty to HEMC5, HEMC10 i HEMC20.

2.2 Metoda badania

A. Wytrzymałość na ściskanie modyfikowanej zaprawy

Wytrzymałość na ściskanie próbek surowego korpusu badano za pomocą maszyny do wytrzymałości na ściskanie TYE-300 firmy Wuxi Jianyi Instrument Co., Ltd. Szybkość obciążenia wynosi 0,5 kN/s. Test wytrzymałości na ściskanie przeprowadza się zgodnie z GB/T17671-1999 „Metoda badania wytrzymałości zaprawy cementowej (metoda ISO)”.

Z definicji wzór na obliczenie wytrzymałości na ściskanie surowego korpusu jest następujący:

Rc=F/S

Gdzie Rc—wytrzymałość na ściskanie, MPa;

F—obciążenie niszczące działające na próbkę, kN;

S—obszar nacisku, m².

Z definicji wzór na obliczenie wytrzymałości na zginanie surowego korpusu jest następujący:

Rf= (3P× L)/(2b× h²) =0,234×P

We wzorze Rf—wytrzymałość na zginanie, MPa;

P—obciążenie niszczące działające na próbkę, kN;

L—odległość między środkami cylindrów nośnych, czyli 10 cm;

b, godz—szerokość i wysokość przekroju korpusu testowego, obie wynoszą 4 cm.

B. Wytrzymałość wiązania na rozciąganie modyfikowanej zaprawy cementowej

Użyj detektora siły klejenia cegieł samoprzylepnych ZQS6-2000, aby zmierzyć siłę klejenia, a prędkość rozciągania wynosi 2 mm/min. Badanie wytrzymałości wiązania przeprowadzono zgodnie z JC/T985-2005 „Zaprawa samopoziomująca na bazie cementu do gruntu”.

Z definicji wzór na obliczenie siły wiązania zielonego korpusu to:

P=F/S

W formule P—wytrzymałość wiązania na rozciąganie, MPa;

F—maksymalne obciążenie awaryjne, N;

S—powierzchnia klejenia, mm².

3. Wyniki i dyskusja

3.1 Wytrzymałość na ściskanie

Z wytrzymałości na ściskanie dwóch rodzajów zapraw modyfikowanych eterem celulozy o różnej lepkości w różnym wieku można zauważyć, że wraz ze wzrostem zawartości HEMC wytrzymałość na ściskanie zapraw modyfikowanych eterem celulozy w różnym wieku (3d, 7d i 28d) maleje znacznie. Znacząco spadła i stopniowo się ustabilizowała: gdy zawartość HEMC była mniejsza niż 0,4%, wytrzymałość na ściskanie znacznie spadła w porównaniu do próbki ślepej; gdy zawartość HEMC wynosiła 0,4% ~ 1,0%, tendencja zmniejszania się wytrzymałości na ściskanie uległa spowolnieniu. Gdy zawartość eteru celulozy jest większa niż 0,8%, wytrzymałość na ściskanie w wieku 7d i 28d jest mniejsza niż ślepej próbki w wieku 3d, natomiast wytrzymałość na ściskanie modyfikowanej zaprawy 3d jest prawie zerowa, a próbka jest lekko sprasowany. Błyskawicznie rozdrobniony, wnętrze jest sypkie, a gęstość jest bardzo niska.

Różny jest także wpływ tego samego HEMC na wytrzymałość na ściskanie modyfikowanej zaprawy w różnym wieku, co pokazuje, że wytrzymałość na ściskanie 28d maleje wraz ze wzrostem zawartości HEMC bardziej niż 7d i 3d. To pokazuje, że działanie opóźniające HEMC zawsze występowało wraz ze wzrostem wieku, a na działanie opóźniające HEMC nie miała wpływu redukcja wody w układzie ani postęp reakcji hydratacji, skutkującej wzrostem wytrzymałości na ściskanie zmodyfikowanej zaprawy jest znacznie mniejsza niż ta bez próbek zaprawy zmieszanych z HEMC.

Z krzywej zmian wytrzymałości na ściskanie zaprawy modyfikowanej eterem celulozy w różnym wieku można zauważyć, że po dodaniu tej samej ilości eteru celulozy wytrzymałość na ściskanie zaprawy modyfikowanej eterem celulozy o różnej lepkości wynosi: HEMC20 HEMC10>HEMC5. Dzieje się tak dlatego, że HEMC o wysokim stopniu polimeryzacji ma większy wpływ na zmniejszenie wytrzymałości na ściskanie zaprawy niż HEMC o niskim stopniu polimeryzacji, ale wytrzymałość na ściskanie zaprawy modyfikowanej zmieszanej z HEMC jest znacznie niższa niż HEMC pusta zaprawa bez HEMC.

Następujące trzy czynniki prowadzą do zmniejszenia wytrzymałości na ściskanie modyfikowanej zaprawy: z jednej strony, ponieważ rozpuszczalna w wodzie makrocząsteczkowa struktura sieci HEMC obejmuje cząstki cementu, żel CSH, tlenek wapnia, hydrat glinianu wapnia i inne cząstki oraz nieuwodnione cząstki Na powierzchni, szczególnie we wczesnym etapie hydratacji cementu, adsorpcja pomiędzy hydratem glinianu wapnia i HEMC spowalnia reakcję hydratacji glinianu wapnia, co skutkuje znacznym spadkiem wytrzymałości na ściskanie. Efekt opóźniający trwałej zaprawy jest oczywisty, co pokazuje, że gdy zawartość HEMC20 osiągnie 0,8% ~ 1%, wytrzymałość 3d zmodyfikowanej próbki zaprawy wynosi zero; z drugiej strony uwodniony roztwór HEMC ma wyższą lepkość, a podczas mieszania zaprawy może zostać zmieszany z powietrzem, tworząc dużą liczbę pęcherzyków powietrza, co skutkuje dużą liczbą pustek w stwardniałej zaprawie , a wytrzymałość na ściskanie próbki maleje w sposób ciągły wraz ze wzrostem zawartości HEMC i wzrostem stopnia jej polimeryzacji; Układ zaprawowy jedynie zwiększa elastyczność zaprawy i nie może pełnić roli sztywnego podparcia, przez co zmniejsza się wytrzymałość na ściskanie.

3.2 Wytrzymałość na zginanie

Z wytrzymałości na zginanie dwóch zapraw modyfikowanych eterem celulozy o różnej lepkości w różnym wieku można zauważyć, że podobnie do zmiany wytrzymałości na ściskanie zaprawy modyfikowanej, wytrzymałość na zginanie zaprawy modyfikowanej eterem celulozy stopniowo maleje wraz ze wzrostem zawartości HEMC.

Z krzywej zmian wytrzymałości na zginanie zaprawy modyfikowanej eterem celulozy w różnym wieku można zauważyć, że przy tej samej zawartości eteru celulozy wytrzymałość na zginanie próbki zaprawy modyfikowanej HEMC20 jest nieco niższa niż próbki zaprawy modyfikowanej HEMC10, podczas gdy zawartość HEMC wynosi 0,4% ~ 0,8%, krzywe zmiany wytrzymałości na zginanie 28d dla obu prawie się pokrywają.

Z krzywej zmian wytrzymałości na zginanie zaprawy modyfikowanej eterem celulozy w różnym wieku można również zauważyć, że zmiana wytrzymałości na zginanie zaprawy modyfikowanej wynosi: HEMC5

3.3 Siła wiązania

Z krzywych zmian siły wiązania trzech zapraw modyfikowanych eterem celulozy w różnym wieku można zauważyć, że siła wiązania modyfikowanej zaprawy wzrasta wraz ze wzrostem zawartości HEMC i stopniowo ma tendencję do utrzymywania się na stabilnym poziomie. Wraz z wydłużaniem się wieku siła wiązania modyfikowanej zaprawy również wykazywała tendencję wzrostową.

Z 28-dniowych krzywych zmiany siły wiązania trzech zapraw modyfikowanych eterem celulozy można zauważyć, że siła wiązania modyfikowanej zaprawy wzrasta wraz ze wzrostem zawartości HEMC i stopniowo ma tendencję do utrzymywania się na stabilnym poziomie. Jednocześnie wraz ze wzrostem stopnia polimeryzacji eteru celulozy zmiana siły wiązania modyfikowanej zaprawy wynosi: HEMC20>HEMC10>HEMC5.

Dzieje się tak na skutek wprowadzenia do modyfikowanej zaprawy o dużej zawartości HEMC dużej liczby porów, co skutkuje wzrostem porowatości utwardzonej bryły, zmniejszeniem gęstości konstrukcji i powolnym wzrostem siły wiązania. ; w próbie rozciągania w zaprawie modyfikowanej doszło do pęknięcia. Wewnątrz nie ma pęknięcia na powierzchni styku zaprawy modyfikowanej z podłożem, co świadczy o tym, że siła wiązania zaprawy modyfikowanej z podłożem jest większa niż zaprawy stwardniałej. modyfikowana zaprawa. Jednakże, gdy ilość HEMC jest niska (0% ~ 0,4%), rozpuszczalne w wodzie cząsteczki HEMC mogą pokrywać i owijać cząstki uwodnionego cementu oraz tworzyć warstwę polimerową pomiędzy cząstkami cementu, co zwiększa elastyczność i elastyczność zmodyfikowaną zaprawę. Plastyczność, a dzięki doskonałej retencji wody przez HEMC, modyfikowana zaprawa posiada wystarczającą ilość wody do reakcji hydratacji, co zapewnia rozwój wytrzymałości cementu, a siła wiązania modyfikowanej zaprawy cementowej rośnie liniowo.

3.4 SEM

Z obrazów porównawczych SEM przed i po zaprawie modyfikowanej eterem celulozy widać, że szczeliny pomiędzy ziarnami kryształów w zaprawie niemodyfikowanej są stosunkowo duże i tworzy się niewielka ilość kryształów. W zmodyfikowanej zaprawie kryształy w pełni rosną, dodatek eteru celulozy poprawia zdolność zaprawy do zatrzymywania wody, cement jest w pełni uwodniony, a produkty hydratacji są oczywiste.

Dzieje się tak, ponieważ eter celulozy został poddany specjalnemu procesowi eteryfikacji, który charakteryzuje się doskonałą dyspersją i zatrzymywaniem wody. Woda jest stopniowo uwalniana przez długi czas, tylko niewielka ilość wody wydostaje się z porów kapilarnych w wyniku suszenia i parowania, a większość wody hydratuje się z cementem, zapewniając wytrzymałość modyfikowanej zaprawy cementowej.

4 Wniosek

A. Wraz ze wzrostem zawartości HEMC wytrzymałość na ściskanie modyfikowanej zaprawy w różnym wieku stale maleje, a zakres redukcji maleje i ma tendencję do płaskiego; gdy zawartość eteru celulozy jest większa niż 0,8%, 7d i 28d Wytrzymałość na ściskanie ślepej próbki starzonej 3d jest niższa niż próbki ślepej, natomiast wytrzymałość na ściskanie modyfikowanej zaprawy starzonej 3d jest prawie zerowa. Próbka pęka pod wpływem lekkiego docisku, a wnętrze jest sypkie i ma niską gęstość.

B. Po dodaniu tej samej ilości eteru celulozy wytrzymałość na ściskanie zaprawy modyfikowanej eterem celulozy o różnych lepkościach zmienia się następująco: HEMC20 HEMC10>HEMC5.

C. Wytrzymałość na zginanie zaprawy modyfikowanej eterem celulozy zmniejsza się stopniowo wraz ze wzrostem zawartości HEMC. Zmiana wytrzymałości na zginanie modyfikowanej zaprawy wynosi: HEMC5

D. Siła wiązania modyfikowanej zaprawy wzrasta wraz ze wzrostem zawartości HEMC i stopniowo wykazuje tendencję stabilną. Jednocześnie wraz ze wzrostem stopnia polimeryzacji eteru celulozy zmiana siły wiązania modyfikowanej zaprawy wynosi: HEMC20>HEMC10>HEMC5.

mi. Po domieszaniu eteru celulozy do zaprawy cementowej następuje pełny wzrost kryształów, pory pomiędzy ziarnami kryształów ulegają zmniejszeniu, a cement zostaje w pełni uwodniony, co zapewnia zaprawie cementowej wytrzymałość na ściskanie, zginanie i przyczepność.