Éter metilcelulose na cura à temperatura ambiente de concreto de ultra-alto desempenho

Resumo: Ao alterar o conteúdo de éter hidroxipropilmetilcelulose (HPMC) em concreto de ultra-alto desempenho (UHPC) de cura em temperatura normal, o efeito do éter de celulose na fluidez, tempo de pega, resistência à compressão e resistência à flexão do UHPC foi estudado. , resistência à tração axial e valor de tração final, e os resultados foram analisados. Os resultados dos testes mostram que: adicionar não mais que 1,00% de HPMC de baixa viscosidade não afeta a fluidez do UHPC, mas reduz a perda de fluidez ao longo do tempo. , e prolongar o tempo de pega, melhorando muito o desempenho da construção; quando o teor é inferior a 0,50%, o impacto na resistência à compressão, resistência à flexão e resistência à tração axial não é significativo, e quando o teor é superior a 0,50%, seu desempenho mecânico é reduzido em mais de 1/3. Considerando diversas performances, a dosagem recomendada de HPMC é de 0,50%.

Palavras-chave: concreto de altíssimo desempenho; éter de celulose; cura em temperatura normal; resistência à compressão; resistência à flexão; resistência à tracção

0、Prefácio

Com o rápido desenvolvimento da indústria de construção da China, os requisitos para o desempenho do concreto na engenharia real também aumentaram, e o concreto de ultra-alto desempenho (UHPC) foi produzido em resposta à demanda. A proporção ideal de partículas com diferentes tamanhos de partículas é teoricamente projetada e misturada com fibra de aço e agente redutor de água de alta eficiência, possui excelentes propriedades, como resistência à compressão ultra-alta, alta tenacidade, alta durabilidade de resistência ao choque e forte autocura. capacidade de microfissuras. Desempenho. A investigação tecnológica estrangeira sobre UHPC está relativamente madura e tem sido aplicada a muitos projetos práticos. Em comparação com países estrangeiros, a investigação nacional não é suficientemente profunda. Dong Jianmiao e outros estudaram a incorporação de fibras adicionando diferentes tipos e quantidades de fibras. O mecanismo de influência e lei do concreto; Chen Jing et al. estudaram a influência do diâmetro da fibra de aço no desempenho do UHPC selecionando fibras de aço com 4 diâmetros. O UHPC tem apenas um pequeno número de aplicações de engenharia na China e ainda está em fase de pesquisa teórica. A atuação da Superioridade UHPC tornou-se uma das direções de pesquisa para o desenvolvimento concreto, mas ainda há muitos problemas a serem resolvidos. Como altos requisitos de matérias-primas, alto custo, processo de preparação complicado, etc., restringindo o desenvolvimento da tecnologia de produção de UHPC. Entre eles, o uso de vapor de alta pressão. A cura do UHPC em alta temperatura pode fazer com que ele obtenha maiores propriedades mecânicas e durabilidade. No entanto, devido ao complicado processo de cura a vapor e aos elevados requisitos dos equipamentos de produção, a aplicação de materiais só pode ser limitada aos pátios de pré-fabricação e a construção moldada no local não pode ser realizada. Portanto, não é adequado adotar o método de cura térmica em projetos reais, sendo necessária a realização de pesquisas aprofundadas sobre a cura em temperatura normal do UHPC.

O UHPC de cura em temperatura normal está em fase de pesquisa na China e sua proporção de água para aglutinante é extremamente baixa e é propenso à desidratação rápida na superfície durante a construção no local. A fim de melhorar efetivamente o fenômeno de desidratação, os materiais à base de cimento geralmente adicionam alguns espessantes retentores de água ao material. Agente químico para prevenir a segregação e sangramento de materiais, aumentar a retenção e coesão de água, melhorar o desempenho da construção e também melhorar efetivamente as propriedades mecânicas dos materiais à base de cimento. Éter de hidroxipropilmetilcelulose (HPMC) como um espessante de polímero, que pode distribuir efetivamente a pasta gelificada de polímero e os materiais em materiais à base de cimento uniformemente, e a água livre na pasta se tornará água ligada, de modo que não é fácil perder de a lama e melhorar o desempenho de retenção de água do concreto. Para reduzir o impacto do éter de celulose na fluidez do UHPC, o éter de celulose de baixa viscosidade foi selecionado para o teste.

Em resumo, a fim de melhorar o desempenho da construção com base na garantia das propriedades mecânicas do UHPC de cura em temperatura normal, este artigo estuda o efeito do teor de éter de celulose de baixa viscosidade na cura em temperatura normal com base nas propriedades químicas do éter de celulose. e seu mecanismo de ação em pasta de UHPC. A influência da fluidez, tempo de coagulação, resistência à compressão, resistência à flexão, resistência à tração axial e valor de tração final do UHPC para determinar a dosagem apropriada de éter de celulose.

1. Plano de teste

1.1 Teste de matérias-primas e proporção de mistura

As matérias-primas para este teste são:

1) Cimento: P·O 52,5 cimento Portland comum produzido em Liuzhou.

2) Cinzas volantes: Cinzas volantes produzidas em Liuzhou.

3) Pó de escória: pó de escória granulada de alto forno S95 produzido em Liuzhou.

4) Sílica ativa: sílica ativa semi-criptografada, pó cinza, teor de SiO2≥92%, área de superfície específica 23 m²/g.

5) Areia de quartzo: malha 20 ~ 40 (0,833 ~ 0,350 mm).

6) Redutor de água: redutor de água de policarboxilato, pó branco, taxa de redução de água≥30%.

7) Pó de látex: pó de látex redispersível.

8) Éter de fibra: hidroxipropilmetilcelulose METHOCEL produzido nos Estados Unidos, viscosidade 400 MPa s.

9) Fibra de aço: fibra de aço de microfio banhado a cobre reto, diâmetroφ é de 0,22 mm, o comprimento é de 13 mm, a resistência à tração é de 2.000 MPa.

Depois de muita pesquisa experimental no estágio inicial, pode-se determinar que a proporção básica da mistura de concreto de ultra-alto desempenho com cura em temperatura normal é cimento: cinza volante: pó mineral: sílica ativa: areia: agente redutor de água: pó de látex: água = 860: 42: 83: 110:980:11:2:210, o conteúdo do volume da fibra de aço é de 2%. Adicione 0, 0,25%, 0,50%, 0,75%, 1,00% de HPMC de conteúdo de éter de celulose (HPMC) nesta proporção de mistura básica. Configure experimentos comparativos respectivamente.

1.2 Método de teste

Pesar as matérias-primas em pó seco de acordo com a proporção de mistura e colocá-las na betoneira forçada de eixo horizontal único HJW-60. Ligue a batedeira até ficar uniforme, acrescente água e bata por 3 minutos, desligue a batedeira, acrescente a fibra de aço pesada e reinicie a batedeira por 2 minutos. Transformado em pasta UHPC.

Os itens de teste incluem fluidez, tempo de presa, resistência à compressão, resistência à flexão, resistência à tração axial e valor de tração final. O teste de fluidez é determinado de acordo com JC/T986-2018 “Materiais de reboco à base de cimento”. O teste de tempo de configuração está de acordo com GB /T 1346-2011 “Método de teste de consumo de água e tempo de pega de consistência padrão de cimento”. O teste de resistência à flexão é determinado de acordo com GB/T50081-2002 “Norma para métodos de teste de propriedades mecânicas de concreto comum”. Teste de resistência à compressão, resistência à tração axial e O teste de valor de tração final é determinado de acordo com DLT5150-2001 “Regulamentos de teste de concreto hidráulico”.

2. Resultados do teste

2.1 Liquidez

Os resultados do teste de fluidez mostram a influência do teor de HPMC na perda de fluidez do UHPC ao longo do tempo. Observa-se a partir do fenômeno de teste que depois que a pasta sem éter de celulose é agitada uniformemente, a superfície fica propensa à desidratação e formação de crostas, e a fluidez é rapidamente perdida. , e a trabalhabilidade se deteriorou. Após a adição de éter de celulose, não houve descamação na superfície, a perda de fluidez ao longo do tempo foi pequena e a trabalhabilidade permaneceu boa. Dentro da faixa de teste, a perda mínima de fluidez foi de 5 mm em 60 minutos. A análise dos dados do teste mostra que a quantidade de éter de celulose de baixa viscosidade tem pouco efeito na fluidez inicial do UHPC, mas tem um impacto maior na perda de fluidez ao longo do tempo. Quando não é adicionado éter de celulose, a perda de fluidez do UHPC é de 15 mm; Com o aumento do HPMC, a perda de fluidez da argamassa diminui; quando a dosagem é de 0,75%, a perda de fluidez do UHPC é a menor com o tempo, que é de 5mm; depois disso, com o aumento do HPMC, a perda de fluidez do UHPC com o tempo Quase inalterada.

DepoisHPMCé misturado com UHPC, afeta as propriedades reológicas do UHPC de dois aspectos: um é que microbolhas independentes são trazidas para o processo de agitação, o que faz com que o agregado, as cinzas volantes e outros materiais formem um “efeito de bola”, o que aumenta o trabalhabilidade Ao mesmo tempo, uma grande quantidade de material cimentício pode envolver o agregado, de modo que o agregado possa ser “suspenso” uniformemente na lama e se mover livremente, o atrito entre os agregados seja reduzido e a fluidez seja aumentada; a segunda é aumentar o UHPC. A força coesiva reduz a fluidez. Como o teste utiliza HPMC de baixa viscosidade, o primeiro aspecto é igual ao segundo aspecto, e a fluidez inicial não muda muito, mas a perda de fluidez ao longo do tempo pode ser reduzida. De acordo com a análise dos resultados do teste, pode-se saber que adicionar uma quantidade adequada de HPMC ao UHPC pode melhorar muito o desempenho de construção do UHPC.

2.2 Tempo de configuração

A partir da tendência de mudança do tempo de pega do UHPC afetado pela quantidade de HPMC, pode-se observar que o HPMC desempenha um papel retardador no UHPC. Quanto maior for a quantidade, mais óbvio será o efeito retardador. Quando a quantidade é de 0,50%, o tempo de pega da argamassa é de 55min. Comparado com o grupo controle (40 min), aumentou 37,5%, e o aumento ainda não era óbvio. Quando a dosagem foi de 1,00%, o tempo de presa da argamassa foi de 100 min, 150% superior ao do grupo controle (40 min).

As características da estrutura molecular do éter de celulose afetam seu efeito retardador. A estrutura molecular fundamental do éter de celulose, ou seja, a estrutura do anel anidroglicose, pode reagir com íons cálcio para formar compostos moleculares açúcar-cálcio, reduzindo o período de indução da reação de hidratação do clínquer de cimento. A concentração de íons cálcio é baixa, evitando maior precipitação de Ca(OH)2, reduzindo a velocidade da reação de hidratação do cimento, atrasando assim a pega do cimento.

2.3 Resistência à compressão

A partir da relação entre a resistência à compressão das amostras de UHPC aos 7 dias e 28 dias e o conteúdo de HMPC, pode-se ver claramente que a adição de HPMC aumenta gradualmente o declínio na resistência à compressão do UHPC. 0,25% HPMC, a resistência à compressão do UHPC diminui ligeiramente e a taxa de resistência à compressão é de 96%. A adição de 0,50% de HPMC não tem efeito óbvio na relação de resistência à compressão do UHPC. Continue adicionando HPMC dentro do escopo de uso, UHPC's A resistência à compressão diminuiu significativamente. Quando o teor de HPMC aumentou para 1,00%, a taxa de resistência à compressão caiu para 66% e a perda de resistência foi grave. De acordo com a análise dos dados, é mais adequado adicionar 0,50% de HPMC, e a perda de resistência à compressão é pequena

HPMC tem um certo efeito de incorporação de ar. A adição de HPMC causará uma certa quantidade de microbolhas no UHPC, o que reduzirá a densidade aparente do UHPC recém-misturado. Após o endurecimento da pasta, a porosidade aumentará gradativamente e a compactação também diminuirá, principalmente o teor de HPMC. Mais alto. Além disso, com o aumento da quantidade de HPMC introduzida, ainda existem muitos polímeros flexíveis nos poros do UHPC, que não podem desempenhar um papel importante na boa rigidez e suporte à compressão quando a matriz do compósito cimentício é comprimida. .Portanto, a adição de HPMC reduz bastante a resistência à compressão do UHPC.

2.4 Resistência à flexão

A partir da relação entre a resistência à flexão das amostras de UHPC aos 7 dias e 28 dias e o teor de HMPC, pode-se observar que as curvas de mudança da resistência à flexão e da resistência à compressão são semelhantes, e a mudança da resistência à flexão entre 0 e 0,50% do HMPC não é a mesma. À medida que a adição de HPMC continuou, a resistência à flexão das amostras de UHPC diminuiu significativamente.

O efeito do HPMC na resistência à flexão do UHPC ocorre principalmente em três aspectos: o éter de celulose tem efeitos retardadores e incorporadores de ar, que reduzem a resistência à flexão do UHPC; e o terceiro aspecto é o polímero flexível produzido pelo éter de celulose. A redução da rigidez da amostra retarda ligeiramente a diminuição da resistência à flexão da amostra. A existência simultânea destes três aspectos reduz a resistência à compressão da amostra UHPC e também reduz a resistência à flexão.

2.5 Resistência à tração axial e valor de tração final

A relação entre a resistência à tração das amostras de UHPC aos 7 dias e 28 dias e o conteúdo de HMPC. Com o aumento do teor de HPMC, a resistência à tração das amostras de UHPC primeiro mudou pouco e depois diminuiu rapidamente. A curva de resistência à tração mostra que quando o conteúdo de HPMC na amostra atinge 0,50%, o valor da resistência à tração axial da amostra UHPC é 12,2 MPa e a relação de resistência à tração é 103%. Com o aumento adicional do teor de HPMC da amostra, o valor da resistência à tração axial central começou a cair drasticamente. Quando o teor de HPMC da amostra foi de 0,75% e 1,00%, as taxas de resistência à tração foram de 94% e 78%, respectivamente, que foram inferiores à resistência à tração axial do UHPC sem HPMC.

A partir da relação entre os valores de resistência à tração final das amostras de UHPC aos 7 dias e 28 dias e o conteúdo de HMPC, pode-se observar que os valores de resistência à tração final permanecem quase inalterados com o aumento do éter de celulose no início, e quando o conteúdo de o éter de celulose atinge 0,50% e depois começa a cair rapidamente.

O efeito da quantidade de adição de HPMC na resistência à tração axial e no valor de tração final das amostras de UHPC mostra uma tendência de se manter quase inalterado e depois diminuir. A principal razão é que o HPMC pode ser formado diretamente entre partículas de cimento hidratado. Uma camada de filme de vedação de polímero à prova d'água desempenha o papel de vedação, de modo que uma certa quantidade de água é armazenada no UHPC, o que fornece a água necessária para o desenvolvimento contínuo de hidratação adicional de cimento, melhorando assim a resistência do cimento. A adição de HPMC melhora a coesão do UHPC confere flexibilidade à pasta, o que faz com que o UHPC se adapte totalmente ao encolhimento e deformação do material de base e melhora ligeiramente a resistência à tração do UHPC. Contudo, quando o conteúdo de HPMC excede o valor crítico, o ar incorporado afeta a resistência da amostra. Os efeitos adversos gradualmente desempenharam um papel importante, e a resistência à tração axial e o valor de tração final da amostra começaram a diminuir.

3. Conclusão

1) HPMC pode melhorar significativamente o desempenho de trabalho do UHPC de cura à temperatura normal, prolongar seu tempo de coagulação e reduzir a perda de fluidez do UHPC recém-misturado ao longo do tempo.

2) A adição de HPMC introduz uma certa quantidade de pequenas bolhas durante o processo de agitação da pasta. Se a quantidade for muito grande, as bolhas se acumularão demais e formarão bolhas maiores. A pasta é altamente coesa e as bolhas não podem transbordar e romper. Os poros do UHPC endurecido diminuem; além disso, o polímero flexível produzido pela HPMC não pode fornecer suporte rígido quando está sob pressão e as resistências à compressão e à flexão são bastante reduzidas.

3) A adição de HPMC torna o UHPC plástico e flexível. A resistência à tração axial e o valor de tração final das amostras de UHPC dificilmente mudam com o aumento do conteúdo de HPMC, mas quando o conteúdo de HPMC excede um certo valor, a resistência à tração axial e os valores de tração finais são bastante reduzidos.

4) Ao preparar UHPC com cura em temperatura normal, a dosagem de HPMC deve ser estritamente controlada. Quando a dosagem é de 0,50%, a relação entre o desempenho de trabalho e as propriedades mecânicas do UHPC de cura à temperatura normal pode ser bem coordenada.