Eter de metil celuloză pe beton cu întărire ultra-înaltă la temperatura camerei

Abstract: Prin modificarea conținutului de hidroxipropil metilceluloză eter (HPMC) în betonul cu întărire ultra-înaltă (UHPC) la temperatură normală, a fost studiat efectul eterului de celuloză asupra fluidității, timpului de priză, rezistenței la compresiune și rezistenței la încovoiere a UHPC. , rezistența la tracțiune axială și valoarea finală la tracțiune, iar rezultatele au fost analizate. Rezultatele testului arată că: adăugarea a nu mai mult de 1,00% de HPMC cu vâscozitate scăzută nu afectează fluiditatea UHPC, dar reduce pierderea de fluiditate în timp. și prelungește timpul de priză, îmbunătățind considerabil performanța construcției; când conținutul este mai mic de 0,50%, impactul asupra rezistenței la compresiune, rezistenței la încovoiere și rezistenței la tracțiune axială nu este semnificativ și, odată ce conținutul este mai mare de 0,50%, performanța sa mecanică este redusă cu mai mult de 1/3. Având în vedere diverse performanțe, doza recomandată de HPMC este de 0,50%.

Cuvinte cheie: beton de performanță ultra-înaltă; eter de celuloză; întărire la temperatură normală; rezistența la compresiune; rezistența la încovoiere; rezistență la tracțiune

0、Prefaţă

Odată cu dezvoltarea rapidă a industriei construcțiilor din China, cerințele pentru performanța betonului în inginerie reală au crescut, de asemenea, și a fost produs beton de performanță ultra-înaltă (UHPC) ca răspuns la cerere. Proporția optimă de particule cu dimensiuni diferite de particule este teoretic proiectată și amestecată cu fibră de oțel și agent de reducere a apei de înaltă eficiență, are proprietăți excelente, cum ar fi rezistență la compresiune ultra-înaltă, duritate ridicată, durabilitate mare rezistență la șocuri și auto-vindecare puternică. capacitatea de micro-fisuri. Performanţă. Cercetarea tehnologică străină privind UHPC este relativ matură și a fost aplicată la multe proiecte practice. În comparație cu țările străine, cercetarea internă nu este suficient de profundă. Dong Jianmiao și alții au studiat încorporarea fibrelor adăugând diferite tipuri și cantități de fibre. Mecanismul de influență și legea betonului; Chen Jing și colab. a studiat influența diametrului fibrei de oțel asupra performanței UHPC prin selectarea fibrelor de oțel cu 4 diametre. UHPC are doar un număr mic de aplicații de inginerie în China și este încă în stadiu de cercetare teoretică. Performanța UHPC Superiority a devenit una dintre direcțiile de cercetare ale dezvoltării concrete, dar mai sunt multe probleme de rezolvat. Cum ar fi cerințe ridicate pentru materii prime, costuri ridicate, proces complicat de pregătire etc., limitând dezvoltarea tehnologiei de producție UHPC. Printre acestea, utilizarea aburului de înaltă presiune. Întărirea UHPC la temperatură ridicată îl poate face să obțină proprietăți mecanice și durabilitate mai ridicate. Cu toate acestea, din cauza procesului greoi de întărire cu abur și a cerințelor ridicate pentru echipamentele de producție, aplicarea materialelor poate fi limitată doar la șantierele de prefabricare, iar construcția turnată pe loc nu poate fi realizată. Prin urmare, nu este adecvată adoptarea metodei de întărire termică în proiectele reale și este necesar să se efectueze cercetări aprofundate privind întărirea la temperatură normală UHPC.

Întărirea la temperatură normală UHPC este în stadiul de cercetare în China, iar raportul său apă-liant este extrem de scăzut și este predispus la deshidratare rapidă la suprafață în timpul construcției la fața locului. Pentru a îmbunătăți în mod eficient fenomenul de deshidratare, materialele pe bază de ciment adaugă de obicei niște agenți de îngroșare care rețin apa materialului. Agent chimic pentru a preveni segregarea și sângerarea materialelor, pentru a îmbunătăți retenția și coeziunea apei, pentru a îmbunătăți performanța construcției și, de asemenea, pentru a îmbunătăți în mod eficient proprietățile mecanice ale materialelor pe bază de ciment. Eterul de hidroxipropil metil celuloză (HPMC) ca agent de îngroșare polimeric, care poate distribui în mod eficient suspensia și materialele gelificate cu polimer în materiale pe bază de ciment în mod uniform, iar apa liberă din suspensie va deveni apă legată, astfel încât să nu fie ușor de pierdut din nămolul și îmbunătățirea performanței de reținere a apei a betonului. Pentru a reduce impactul eterului de celuloză asupra fluidității UHPC, a fost selectat pentru test eterul de celuloză cu vâscozitate scăzută.

Pe scurt, pentru a îmbunătăți performanța construcției pe baza asigurării proprietăților mecanice ale UHPC de întărire la temperatură normală, această lucrare studiază efectul conținutului de eter de celuloză cu vâscozitate scăzută asupra întăririi la temperatură normală pe baza proprietăților chimice ale eterului de celuloză. și mecanismul său de acțiune în suspensiile UHPC. Influența fluidității, a timpului de coagulare, a rezistenței la compresiune, a rezistenței la încovoiere, a rezistenței la tracțiune axială și a valorii finale de tracțiune a UHPC pentru a determina doza adecvată de eter de celuloză.

1. Plan de testare

1.1 Testați materiile prime și raportul de amestec

Materiile prime pentru acest test sunt:

1) Ciment: P·O 52,5 ciment Portland obișnuit produs în Liuzhou.

2) Cenuşă zburătoare: cenuşă zburătoare produsă în Liuzhou.

3) Pulbere de zgură: pulbere granulată de zgură de furnal S95 produsă în Liuzhou.

4) Fum de silice: fum de silice semi-criptat, pulbere gri, conținut de SiO2≥92%, suprafata specifica 23 m²/g.

5) Nisip de cuarț: 20~40 ochiuri (0,833~0,350 mm).

6) Reductor de apă: reductor de apă policarboxilat, pulbere albă, rata de reducere a apei≥30%.

7) Pulbere de latex: pulbere de latex redispersabilă.

8) Fibră eter: hidroxipropil metilceluloză METHOCEL produsă în Statele Unite, vâscozitate 400 MPa s.

9) Fibră de oțel: fibră de oțel cu microsârmă dreaptă placată cu cupru, diametruφ este de 0,22 mm, lungimea este de 13 mm, rezistența la tracțiune este de 2 000 MPa.

După o mulțime de cercetări experimentale în stadiul incipient, se poate determina că raportul de bază al amestecului de întărire la temperatură normală a betonului de performanță ultra-înaltă este ciment: cenușă zburătoare: pulbere minerală: fum de silice: nisip: agent reducător de apă: pulbere de latex: apă = 860: 42: 83: 110:980:11:2:210, conținutul volumului de fibre de oțel este de 2%. Adăugați conținut de 0, 0,25%, 0,50%, 0,75%, 1,00% HPMC de eter de celuloză (HPMC) la acest raport de amestec de bază. Se organizează experimente comparative.

1.2 Metoda de testare

Cântăriți materiile prime uscate în pulbere în funcție de raportul de amestec și puneți-le în betoniera forțată cu un singur arbore orizontal HJW-60. Porniți mixerul până la omogenizare, adăugați apă și amestecați timp de 3 minute, opriți mixerul, adăugați fibra de oțel cântărită și reporniți mixerul timp de 2 minute. Transformat în șlam UHPC.

Elementele de testare includ fluiditatea, timpul de priză, rezistența la compresiune, rezistența la încovoiere, rezistența la tracțiune axială și valoarea finală la tracțiune. Testul de fluiditate se determină conform JC/T986-2018 „Materiale de chituire pe bază de ciment”. Testul timpului de setare este conform GB /T 1346—2011 „Metoda de testare a consumului de apă și a timpului de priză de consistență standard a cimentului”. Încercarea de rezistență la încovoiere este determinată conform GB/T50081-2002 „Standard pentru metodele de testare a proprietăților mecanice ale betonului obișnuit”. Încercarea de rezistență la compresiune, rezistența la tracțiune axială și Încercarea de valoare finală la tracțiune este determinată conform DLT5150-2001 „Regulamentele de testare a betonului hidraulic”.

2. Rezultatele testelor

2.1 Lichiditatea

Rezultatele testului de fluiditate arată influența conținutului de HPMC asupra pierderii fluidității UHPC în timp. Din fenomenul de testare se observă că, după ce nămolul fără eter de celuloză este agitat uniform, suprafața este predispusă la deshidratare și la formarea crustei, iar fluiditatea se pierde rapid. , iar lucrabilitatea sa deteriorat. După adăugarea de eter de celuloză, la suprafață nu a existat jupuire, pierderea de fluiditate în timp a fost mică, iar lucrabilitatea a rămas bună. În intervalul de testare, pierderea minimă de fluiditate a fost de 5 mm în 60 de minute. Analiza datelor de testare arată că, Cantitatea de eter de celuloză cu vâscozitate scăzută are un efect redus asupra fluidității inițiale a UHPC, dar are un impact mai mare asupra pierderii de fluiditate în timp. Când nu se adaugă eter de celuloză, pierderea de fluiditate a UHPC este de 15 mm; Odată cu creșterea HPMC, pierderea de fluiditate a mortarului scade; când doza este de 0,75%, pierderea de fluiditate a UHPC este cea mai mică în timp, care este de 5 mm; după aceea, odată cu creșterea HPMC, pierderea de fluiditate a UHPC cu timpul Aproape neschimbată.

DupăHPMCeste amestecat cu UHPC, afectează proprietățile reologice ale UHPC din două aspecte: unul este că micro-bule independente sunt aduse în procesul de agitare, ceea ce face ca agregatul și cenușa zburătoare și alte materiale să formeze un „efect de bilă”, ceea ce crește lucrabilitate În același timp, o cantitate mare de material cimentant poate înveli agregatul, astfel încât agregatul să poată fi „suspendat” uniform în suspensie și să se poată mișca liber, frecarea dintre agregate este redusă și fluiditatea este crescută; al doilea este de a crește UHPC Forța de coeziune reduce fluiditatea. Deoarece testul folosește HPMC cu vâscozitate scăzută, primul aspect este egal cu cel de-al doilea aspect, iar fluiditatea inițială nu se schimbă mult, dar pierderea de fluiditate în timp poate fi redusă. Conform analizei rezultatelor testelor, se poate ști că adăugarea unei cantități adecvate de HPMC la UHPC poate îmbunătăți considerabil performanța de construcție a UHPC.

2.2 Setarea timpului

Din tendința de schimbare a timpului de priză a UHPC afectată de cantitatea de HPMC, se poate observa că HPMC joacă un rol de întârziere în UHPC. Cu cât cantitatea este mai mare, cu atât efectul de întârziere este mai evident. Când cantitatea este de 0,50%, timpul de priză a mortarului este de 55 min. Comparativ cu grupul de control (40 min), a crescut cu 37,5%, iar creșterea nu a fost încă evidentă. Când doza a fost de 1,00%, timpul de priză a mortarului a fost de 100 min, care a fost cu 150% mai mare decât cel al grupului martor (40 min).

Caracteristicile structurii moleculare ale eterului de celuloză afectează efectul său de întârziere. Structura moleculară fundamentală din eterul de celuloză, adică structura inelului de anhidroglucoză, poate reacționa cu ionii de calciu pentru a forma compuși moleculari zahăr-calciu, reducând perioada de inducție a reacției de hidratare a clincherului de ciment. Concentrația ionilor de calciu este scăzută, prevenind precipitarea ulterioară a Ca(OH)2, reducând viteza reacției de hidratare a cimentului, întârziind astfel priza cimentului.

2.3 Rezistența la compresiune

Din relația dintre rezistența la compresiune a probelor UHPC la 7 și 28 de zile și conținutul de HMPC, se poate observa clar că adăugarea de HPMC crește treptat scăderea rezistenței la compresiune a UHPC. 0,25% HPMC, rezistența la compresiune a UHPC scade ușor, iar raportul rezistenței la compresiune este de 96%. Adăugarea a 0,50% HPMC nu are un efect evident asupra raportului rezistenței la compresiune al UHPC. Continuați să adăugați HPMC în domeniul de aplicare, UHPC's Rezistența la compresiune a scăzut semnificativ. Când conținutul de HPMC a crescut la 1,00%, raportul de rezistență la compresiune a scăzut la 66%, iar pierderea de rezistență a fost gravă. Conform analizei datelor, este mai potrivit să adăugați 0,50% HPMC, iar pierderea rezistenței la compresiune este mică.

HPMC are un anumit efect de antrenare a aerului. Adăugarea de HPMC va provoca o anumită cantitate de microbule în UHPC, ceea ce va reduce densitatea în vrac a UHPC proaspăt amestecat. După întărirea suspensiei, porozitatea va crește treptat și va scădea și compactitatea, în special conținutul de HPMC. Superior. În plus, odată cu creșterea cantității de HPMC introdusă, există încă mulți polimeri flexibili în porii UHPC, care nu pot juca un rol important în buna rigiditate și suport compresiv atunci când matricea compozitului de ciment este comprimată. Prin urmare, adăugarea de HPMC reduce foarte mult rezistența la compresiune a UHPC.

2.4 Rezistența la încovoiere

Din relația dintre rezistența la încovoiere a probelor UHPC la 7 și 28 de zile și conținutul de HMPC, se poate observa că curbele de modificare a rezistenței la încovoiere și a rezistenței la compresiune sunt similare, iar modificarea rezistenței la încovoiere între 0 și 0,50% de HMPC nu este același lucru. Pe măsură ce adăugarea HPMC a continuat, rezistența la încovoiere a probelor UHPC a scăzut semnificativ.

Efectul HPMC asupra rezistenței la încovoiere a UHPC este în principal în trei aspecte: eterul de celuloză are efecte de întârziere și de antrenare a aerului, care reduc rezistența la încovoiere a UHPC; iar al treilea aspect este polimerul flexibil produs de eterul de celuloză. Reducerea rigidității probei încetinește ușor scăderea rezistenței la încovoiere a probei. Existența simultană a acestor trei aspecte reduce rezistența la compresiune a specimenului UHPC și, de asemenea, reduce rezistența la încovoiere.

2.5 Rezistența la tracțiune axială și valoarea finală la tracțiune

Relația dintre rezistența la tracțiune a specimenelor UHPC la 7 și 28 d și conținutul de HMPC. Odată cu creșterea conținutului de HPMC, rezistența la tracțiune a specimenelor UHPC sa schimbat mai întâi puțin și apoi a scăzut rapid. Curba rezistenței la tracțiune arată că atunci când conținutul de HPMC din eșantion atinge 0,50%, valoarea rezistenței axiale la tracțiune a specimenului UHPC este de 12,2 MPa, iar raportul rezistenței la tracțiune este de 103%. Odată cu creșterea suplimentară a conținutului de HPMC al specimenului, valoarea axială a rezistenței centrale la tracțiune a început să scadă brusc. Când conținutul de HPMC al eșantionului a fost de 0,75% și 1,00%, rapoartele rezistenței la tracțiune au fost de 94% și, respectiv, 78%, care au fost mai mici decât rezistența la tracțiune axială a UHPC fără HPMC.

Din relația dintre valorile finale de tracțiune ale probelor UHPC la 7 zile și 28 de zile și conținutul de HMPC, se poate observa că valorile finale de tracțiune sunt aproape neschimbate odată cu creșterea eterului de celuloză la început și când conținutul de eterul de celuloză ajunge la 0,50 % și apoi a început să scadă rapid.

Efectul cantității adăugate de HPMC asupra rezistenței la tracțiune axială și a valorii finale la tracțiune a specimenelor UHPC arată o tendință de păstrare aproape neschimbată și apoi de scădere. Motivul principal este că HPMC se poate forma direct între particulele de ciment hidratat. Un strat de folie de etanșare polimerică impermeabilă joacă rolul de etanșare, astfel încât o anumită cantitate de apă este stocată în UHPC, ceea ce asigură apa necesară pentru dezvoltarea continuă a hidratării ulterioare. de ciment, îmbunătățind astfel rezistența cimentului. Adăugarea de HPMC îmbunătățește coeziunea UHPC conferă șlamului flexibilitate, ceea ce face ca UHPC să se adapteze complet la contracția și deformarea materialului de bază și îmbunătățește ușor rezistența la tracțiune a UHPC. Cu toate acestea, atunci când conținutul de HPMC depășește valoarea critică, aerul antrenat afectează rezistența probei. Efectele adverse au jucat treptat un rol principal, iar rezistența la tracțiune axială și valoarea finală la tracțiune a specimenului au început să scadă.

3. Concluzie

1) HPMC poate îmbunătăți semnificativ performanța de lucru a UHPC de întărire la temperatură normală, poate prelungi timpul de coagulare și poate reduce pierderea de fluiditate a UHPC proaspăt amestecat în timp.

2) Adăugarea de HPMC introduce o anumită cantitate de bule mici în timpul procesului de agitare a suspensiei. Dacă cantitatea este prea mare, bulele se vor aduna prea mult și vor forma bule mai mari. Suspensia este foarte coeziva, iar bulele nu se pot revarsa si nu se pot rupe. Porii UHPC întărit scad; în plus, polimerul flexibil produs de HPMC nu poate oferi suport rigid atunci când este sub presiune, iar rezistențele la compresiune și la încovoiere sunt mult reduse.

3) Adăugarea de HPMC face UHPC plastic și flexibil. Rezistența axială la tracțiune și valoarea finală la tracțiune a specimenelor UHPC se modifică cu greu odată cu creșterea conținutului de HPMC, dar atunci când conținutul de HPMC depășește o anumită valoare, rezistența la tracțiune axială și valorile finale de tracțiune sunt reduse foarte mult.

4) Când se prepară UHPC la temperatură normală, doza de HPMC trebuie controlată strict. Când doza este de 0,50%, relația dintre performanța de lucru și proprietățile mecanice ale UHPC de întărire la temperatură normală poate fi bine coordonată.