Eter metylocelulozowy utwardzany w temperaturze pokojowej betonem o ultrawysokiej wytrzymałości

Abstrakcyjny: Zmieniając zawartość eteru hydroksypropylometylocelulozy (HPMC) w utwardzanym w normalnej temperaturze betonie ultrawysokowartościowym (UHPC), zbadano wpływ eteru celulozy na płynność, czas wiązania, wytrzymałość na ściskanie i wytrzymałość na zginanie UHPC. , osiową wytrzymałość na rozciąganie i wartość graniczną, a wyniki poddano analizie. Wyniki badań wykazały, że: dodanie nie więcej niż 1,00% HPMC o niskiej lepkości nie wpływa na płynność UHPC, ale ogranicza utratę płynności w czasie. i wydłużają czas wiązania, znacznie poprawiając wydajność konstrukcji; gdy zawartość jest mniejsza niż 0,50%, wpływ na wytrzymałość na ściskanie, wytrzymałość na zginanie i wytrzymałość na rozciąganie osiowe nie jest znaczący, a gdy zawartość jest większa niż 0,50%, jego właściwości mechaniczne zmniejszają się o ponad 1/3. Biorąc pod uwagę różne właściwości, zalecana dawka HPMC wynosi 0,50%.

Słowa kluczowe: beton o ultrawysokiej wytrzymałości; eter celulozy; utwardzanie w normalnej temperaturze; wytrzymałość na ściskanie; wytrzymałość na zginanie; wytrzymałość na rozciąganie

0、Przedmowa

Wraz z szybkim rozwojem chińskiego przemysłu budowlanego wzrosły również wymagania dotyczące właściwości betonu w rzeczywistej inżynierii, a w odpowiedzi na zapotrzebowanie wyprodukowano beton o ultrawysokiej wytrzymałości (UHPC). Teoretycznie zaprojektowana jest optymalna proporcja cząstek o różnych rozmiarach i zmieszana z włóknem stalowym i wysokowydajnym środkiem redukującym wodę, ma doskonałe właściwości, takie jak bardzo wysoka wytrzymałość na ściskanie, wysoka wytrzymałość, wysoka odporność na wstrząsy, trwałość i silne samonaprawianie zdolność do mikropęknięć. Wydajność. Zagraniczne badania technologiczne nad UHPC są stosunkowo dojrzałe i zostały zastosowane w wielu praktycznych projektach. W porównaniu z zagranicą badania krajowe nie są wystarczająco głębokie. Dong Jianmiao i inni badali wprowadzanie włókien, dodając różne rodzaje i ilości włókien. Mechanizm oddziaływania i prawo betonu; Chen Jing i in. zbadali wpływ średnicy włókien stalowych na wydajność UHPC, wybierając włókna stalowe o 4 średnicach. UHPC ma w Chinach jedynie niewielką liczbę zastosowań inżynieryjnych i wciąż znajduje się na etapie badań teoretycznych. Wydajność UHPC Superiority stała się jednym z kierunków badań nad rozwojem betonu, ale nadal pozostaje wiele problemów do rozwiązania. Takie jak wysokie wymagania dotyczące surowców, wysoki koszt, skomplikowany proces przygotowania itp., które ograniczają rozwój technologii produkcji UHPC. Wśród nich zastosowanie pary pod wysokim ciśnieniem. Utwardzanie UHPC w wysokiej temperaturze pozwala uzyskać wyższe właściwości mechaniczne i trwałość. Jednak ze względu na uciążliwy proces utwardzania parą i wysokie wymagania stawiane urządzeniom produkcyjnym, zastosowanie materiałów można ograniczyć jedynie do placów prefabrykacji i nie można prowadzić konstrukcji odlewanych na miejscu. Dlatego też nie jest właściwe przyjęcie metody utwardzania termicznego w rzeczywistych projektach i konieczne jest przeprowadzenie pogłębionych badań nad utwardzaniem UHPC w normalnej temperaturze.

UHPC utwardzany w normalnej temperaturze znajduje się na etapie badań w Chinach, a jego stosunek wody do spoiwa jest wyjątkowo niski i jest podatny na szybkie odwodnienie powierzchni podczas budowy na miejscu. Aby skutecznie poprawić zjawisko odwodnienia, materiały na bazie cementu zwykle dodają do materiału pewne zagęstniki zatrzymujące wodę. Środek chemiczny zapobiegający segregacji i zaciekaniu materiałów, poprawiający retencję wody i spójność, poprawiający właściwości użytkowe konstrukcji, a także skutecznie poprawiający właściwości mechaniczne materiałów na bazie cementu. Eter hydroksypropylometylocelulozy (HPMC) jako polimerowy zagęszczacz, który może skutecznie i równomiernie rozprowadzać zżelowaną polimerową zawiesinę i materiały w materiałach na bazie cementu, a wolna woda w zawiesinie stanie się wodą związaną, przez co nie będzie łatwo ją stracić zaczynu i polepszają zdolność betonu do zatrzymywania wody. W celu ograniczenia wpływu eteru celulozy na płynność UHPC, do badania wybrano eter celulozy o niskiej lepkości.

Podsumowując, w celu poprawy parametrów konstrukcyjnych w oparciu o zapewnienie właściwości mechanicznych UHPC utwardzanego w normalnej temperaturze, w artykule zbadano wpływ zawartości eteru celulozy o niskiej lepkości na utwardzanie w normalnej temperaturze w oparciu o właściwości chemiczne eteru celulozy i jego mechanizm działania w zawiesinie UHPC. Wpływ płynności, czasu koagulacji, wytrzymałości na ściskanie, wytrzymałości na zginanie, wytrzymałości na rozciąganie osiowe i wartości granicznej UHPC na określenie właściwej dawki eteru celulozy.

1. Plan testów

1.1 Sprawdź surowce i proporcje mieszania

Surowcami do tego testu są:

1) Cement: P·Zwykły cement portlandzki O 52,5 produkowany w Liuzhou.

2) Popiół lotny: Popiół lotny produkowany w Liuzhou.

3) Proszek żużla: granulowany proszek żużla wielkopiecowego S95 produkowany w Liuzhou.

4) Pył krzemionkowy: półszyfrowany pył krzemionkowy, szary proszek, zawartość SiO2≥92%, powierzchnia właściwa 23 m²/G.

5) Piasek kwarcowy: 20 ~ 40 mesh (0,833 ~ 0,350 mm).

6) Reduktor wody: polikarboksylanowy reduktor wody, biały proszek, stopień redukcji wody≥30%.

7) Proszek lateksowy: proszek lateksowy redyspergowalny.

8) Eter światłowodowy: hydroksypropylometyloceluloza METHOCEL produkcji USA, lepkość 400 MPa·s.

9) Włókno stalowe: proste włókno stalowe z mikrodrutem miedziowanym, średnicaφ wynosi 0,22 mm, długość 13 mm, wytrzymałość na rozciąganie 2 000 MPa.

Po wielu badaniach eksperymentalnych na wczesnym etapie można ustalić, że podstawowy skład mieszanki betonu o ultrawysokiej wytrzymałości utwardzanego w normalnej temperaturze to cement: popiół lotny: proszek mineralny: pył krzemionkowy: piasek: woda środek redukujący: proszek lateksowy: woda = 860:42:83:110:980:11:2:210, zawartość objętościowa włókien stalowych wynosi 2%. Dodać 0, 0,25%, 0,50%, 0,75%, 1,00% zawartości HPMC eteru celulozy (HPMC) do tego podstawowego stosunku mieszania. Przeprowadź odpowiednio doświadczenia porównawcze.

1.2 Metoda badania

Odważyć surowce w postaci suchego proszku zgodnie z proporcją mieszania i umieścić je w betoniarce tłocznej jednopoziomowej HJW-60. Uruchomić mieszalnik do uzyskania jednolitej masy, dodać wodę i mieszać przez 3 minuty, wyłączyć mieszadło, dodać zważone włókno stalowe i ponownie uruchomić mieszarkę na 2 minuty. Wykonane w zawiesinie UHPC.

Elementy testowe obejmują płynność, czas wiązania, wytrzymałość na ściskanie, wytrzymałość na zginanie, wytrzymałość na rozciąganie osiowe i wartość końcową przy rozciąganiu. Test płynności określa się zgodnie z JC/T986-2018 „Materiały do ​​fugowania na bazie cementu”. Test czasu wiązania jest zgodny z GB /T 1346—2011 „Metoda badania standardowej konsystencji cementu, zużycia wody i czasu wiązania”. Test wytrzymałości na zginanie określa się zgodnie z GB/T50081-2002 „Norma dotycząca metod badania właściwości mechanicznych zwykłego betonu”. Test wytrzymałości na ściskanie, wytrzymałość na rozciąganie osiowe i test wytrzymałości na rozciąganie określa się zgodnie z DLT5150-2001 „Przepisy dotyczące hydraulicznych testów betonu”.

2. Wyniki testu

2.1 Płynność

Wyniki badań płynności pokazują wpływ zawartości HPMC na utratę płynności UHPC w czasie. Z badania wynika, że ​​po równomiernym wymieszaniu zaczynu bez eteru celulozy powierzchnia jest podatna na odwodnienie i tworzenie się skorupy, a płynność szybko ulega utracie. i wydajność pracy uległa pogorszeniu. Po dodaniu eteru celulozy na powierzchni nie wystąpił kożuch, utrata płynności w czasie była niewielka, a urabialność pozostała dobra. W badanym zakresie minimalna utrata płynności wyniosła 5 mm w ciągu 60 minut. Analiza danych testowych pokazuje, że ilość eteru celulozy o niskiej lepkości ma niewielki wpływ na początkową płynność UHPC, ale ma większy wpływ na utratę płynności w czasie. Gdy nie dodaje się eteru celulozy, utrata płynności UHPC wynosi 15 mm; Wraz ze wzrostem HPMC zmniejsza się utrata płynności zaprawy; przy dawce 0,75% utrata płynności UHPC jest z czasem najmniejsza i wynosi 5 mm; następnie, wraz ze wzrostem HPMC, utrata płynności UHPC z czasem Prawie niezmieniona.

PoHPMCjest zmieszany z UHPC, wpływa to na właściwości reologiczne UHPC z dwóch stron: po pierwsze, do procesu mieszania wprowadzane są niezależne mikropęcherzyki, co powoduje, że kruszywo, popiół lotny i inne materiały tworzą „efekt kuli”, co zwiększa urabialność Jednocześnie duża ilość materiału cementowego może owinąć kruszywo, dzięki czemu kruszywo może być równomiernie „zawieszone” w zaczynie i swobodnie się przemieszczać, zmniejsza się tarcie pomiędzy kruszywami i zwiększa się płynność; drugim jest zwiększenie UHPC. Siła spójności zmniejsza płynność. Ponieważ w badaniu wykorzystuje się HPMC o niskiej lepkości, pierwszy aspekt jest równy drugiemu aspektowi, a początkowa płynność nie zmienia się zbytnio, ale utratę płynności w czasie można zmniejszyć. Z analizy wyników badań wynika, że ​​dodanie odpowiedniej ilości HPMC do UHPC może znacznie poprawić parametry konstrukcyjne UHPC.

2.2 Ustawianie czasu

Z trendu zmiany czasu wiązania UHPC, na który wpływa ilość HPMC, można zauważyć, że HPMC odgrywa rolę opóźniającą w UHPC. Im większa jest ta ilość, tym wyraźniejszy jest efekt opóźniający. Przy zawartości 0,50% czas wiązania zaprawy wynosi 55 min. W porównaniu z grupą kontrolną (40 min) wzrosła ona o 37,5%, przy czym wzrost ten nadal nie był wyraźny. Przy dawce 1,00% czas wiązania zaprawy wyniósł 100 min i był o 150% dłuższy niż w grupie kontrolnej (40 min).

Charakterystyka struktury molekularnej eteru celulozy wpływa na jego działanie opóźniające. Podstawowa struktura molekularna eteru celulozy, czyli struktura pierścieniowa anhydroglukozy, może reagować z jonami wapnia, tworząc molekularne związki cukrowo-wapniowe, skracając okres indukcji reakcji hydratacji klinkieru cementowego. Stężenie jonów wapnia jest niskie, co uniemożliwia dalsze wytrącanie się Ca(OH)2, zmniejszając szybkość reakcji hydratacji cementu, opóźniając w ten sposób wiązanie cementu.

2.3 Wytrzymałość na ściskanie

Z zależności pomiędzy wytrzymałością na ściskanie próbek UHPC po 7 i 28 dniach a zawartością HMPC można wyraźnie zauważyć, że dodatek HPMC stopniowo zwiększa spadek wytrzymałości na ściskanie UHPC. 0,25% HPMC, wytrzymałość na ściskanie UHPC nieznacznie spada, a współczynnik wytrzymałości na ściskanie wynosi 96%. Dodanie 0,50% HPMC nie ma oczywistego wpływu na współczynnik wytrzymałości na ściskanie UHPC. Kontynuuj dodawanie HPMC w zakresie stosowania, UHPC's Wytrzymałość na ściskanie znacznie spadła. Gdy zawartość HPMC wzrosła do 1,00%, współczynnik wytrzymałości na ściskanie spadł do 66%, a utrata wytrzymałości była poważna. Zgodnie z analizą danych bardziej właściwe jest dodanie 0,50% HPMC, a utrata wytrzymałości na ściskanie jest niewielka

HPMC ma pewien efekt napowietrzania. Dodatek HPMC spowoduje powstanie pewnej ilości mikropęcherzyków w UHPC, co zmniejszy gęstość nasypową świeżo wymieszanego UHPC. Po stwardnieniu zaczynu porowatość będzie stopniowo wzrastać, a zwartość również będzie się zmniejszać, zwłaszcza zawartość HPMC. Wyższy. Ponadto wraz ze wzrostem ilości wprowadzanego HPMC w porach UHPC nadal znajduje się wiele elastycznych polimerów, które nie mogą odgrywać istotnej roli w zapewnieniu dobrej sztywności i nośności przy ściskaniu osnowy kompozytu cementowego. Dlatego dodatek HPMC znacznie zmniejsza wytrzymałość UHPC na ściskanie.

2.4 Wytrzymałość na zginanie

Z zależności pomiędzy wytrzymałością na zginanie próbek UHPC po 7 i 28 dniach a zawartością HMPC można zauważyć, że krzywe zmian wytrzymałości na zginanie i wytrzymałości na ściskanie są podobne, a zmiana wytrzymałości na zginanie mieści się w przedziale od 0 do 0,50%. HMPC to nie to samo. W miarę dalszego dodawania HPMC wytrzymałość na zginanie próbek UHPC znacznie spadła.

Wpływ HPMC na wytrzymałość UHPC na zginanie składa się głównie z trzech aspektów: eter celulozy ma działanie opóźniające i napowietrzające, co zmniejsza wytrzymałość UHPC na zginanie; a trzecim aspektem jest elastyczny polimer wytwarzany przez eter celulozy. Zmniejszenie sztywności próbki spowalnia nieznacznie spadek wytrzymałości próbki na zginanie. Jednoczesne występowanie tych trzech aspektów zmniejsza wytrzymałość na ściskanie próbki UHPC, a także zmniejsza wytrzymałość na zginanie.

2.5 Wytrzymałość na rozciąganie osiowe i wartość graniczna

Zależność pomiędzy wytrzymałością na rozciąganie próbek UHPC w 7 i 28 dniu a zawartością HMPC. Wraz ze wzrostem zawartości HPMC wytrzymałość na rozciąganie próbek UHPC najpierw nieznacznie się zmieniała, a następnie gwałtownie spadała. Krzywa wytrzymałości na rozciąganie pokazuje, że gdy zawartość HPMC w próbce osiągnie 0,50%, wartość osiowej wytrzymałości na rozciąganie próbki UHPC wynosi 12,2 MPa, a stosunek wytrzymałości na rozciąganie wynosi 103%. Wraz ze wzrostem zawartości HPMC w próbce, osiowa wartość środkowej wytrzymałości na rozciąganie zaczęła gwałtownie spadać. Gdy zawartość HPMC w próbce wynosiła 0,75% i 1,00%, współczynniki wytrzymałości na rozciąganie wynosiły odpowiednio 94% i 78%, czyli były niższe niż osiowa wytrzymałość na rozciąganie UHPC bez HPMC.

Z zależności pomiędzy wartościami wytrzymałości na rozciąganie próbek UHPC po 7 i 28 dniach a zawartością HMPC można zauważyć, że wartości wytrzymałości na rozciąganie pozostają prawie niezmienione wraz ze wzrostem zawartości eteru celulozy na początku oraz gdy zawartość eter celulozy osiąga 0,50%, a następnie zaczyna szybko spadać.

Wpływ ilości dodatku HPMC na osiową wytrzymałość na rozciąganie i końcową wartość na rozciąganie próbek UHPC wykazuje tendencję do utrzymywania się na prawie niezmienionym poziomie, a następnie maleje. Głównym powodem jest to, że HPMC może tworzyć się bezpośrednio pomiędzy uwodnionymi cząstkami cementu. Warstwa wodoodpornej polimerowej folii uszczelniającej pełni rolę uszczelniającą, dzięki czemu w UHPC magazynowana jest pewna ilość wody, która dostarcza wodę niezbędną do ciągłego rozwoju dalszego hydratacji cementu, poprawiając w ten sposób wytrzymałość cementu. Dodatek HPMC poprawia spójność UHPC, nadając zaczynowi elastyczność, co sprawia, że ​​UHPC w pełni dostosowuje się do skurczu i odkształceń materiału bazowego oraz nieznacznie poprawia wytrzymałość UHPC na rozciąganie. Jednakże, gdy zawartość HPMC przekracza wartość krytyczną, porywane powietrze wpływa na wytrzymałość próbki. Niekorzystne skutki stopniowo zaczęły odgrywać wiodącą rolę, a osiowa wytrzymałość na rozciąganie i wartość końcowa próbki na rozciąganie zaczęły spadać.

3. Wniosek

1) HPMC może znacznie poprawić wydajność roboczą UHPC utwardzanego w normalnej temperaturze, wydłużyć czas jego koagulacji i zmniejszyć z czasem utratę płynności świeżo wymieszanego UHPC.

2) Dodatek HPMC wprowadza pewną ilość drobnych pęcherzyków podczas procesu mieszania zawiesiny. Jeśli ilość będzie zbyt duża, bąbelki zgromadzą się za bardzo i utworzą większe bąbelki. Zawiesina jest bardzo spoista, a pęcherzyki nie mogą się przelać i pęknąć. Pory utwardzonego UHPC zmniejszają się; ponadto elastyczny polimer wytwarzany przez HPMC nie może zapewnić sztywnego podparcia, gdy znajduje się pod ciśnieniem, a wytrzymałość na ściskanie i zginanie jest znacznie zmniejszona.

3) Dodatek HPMC sprawia, że ​​UHPC jest plastyczny i elastyczny. Wytrzymałość na rozciąganie osiowe i wartość przy rozciąganiu próbek UHPC prawie nie zmieniają się wraz ze wzrostem zawartości HPMC, ale gdy zawartość HPMC przekracza pewną wartość, wytrzymałość na rozciąganie osiowe i wartości przy rozciąganiu są znacznie zmniejszone.

4) Przygotowując UHPC utwardzany w normalnej temperaturze, należy ściśle kontrolować dozowanie HPMC. Gdy dozowanie wynosi 0,50%, związek między wydajnością roboczą a właściwościami mechanicznymi UHPC utwardzanego w normalnej temperaturze może być dobrze skoordynowany.