Эфир метилцеллюлозы при отверждении бетона сверхвысоких эксплуатационных характеристик при комнатной температуре

Абстрактный: Путем изменения содержания эфира гидроксипропилметилцеллюлозы (ГПМЦ) в ​​бетоне сверхвысокой производительности нормальной температуры отверждения (СВПЦ) было изучено влияние эфира целлюлозы на текучесть, время схватывания, прочность на сжатие и изгиб СВПЦ. , осевое сопротивление растяжению и предельное значение растяжения, а результаты были проанализированы. Результаты испытаний показывают, что: добавление не более 1,00% маловязкого ГПМЦ не влияет на текучесть СВПЦ, но снижает потерю текучести с течением времени. и продлевают время схватывания, значительно улучшая характеристики конструкции; когда содержание составляет менее 0,50%, влияние на прочность на сжатие, изгиб и прочность на осевое растяжение незначительно, а когда содержание превышает 0,50%, его механические характеристики снижаются более чем на 1/3. Учитывая различные характеристики, рекомендуемая дозировка ГПМЦ составляет 0,50%.

Ключевые слова: сверхвысокопрочный бетон; эфир целлюлозы; нормальная температура отверждения; прочность на сжатие; прочность на изгиб; предел прочности

0、Предисловие

С быстрым развитием строительной отрасли Китая требования к характеристикам бетона в реальном машиностроении также возросли, и в ответ на этот спрос стал производиться бетон сверхвысоких характеристик (UHPC). Оптимальная пропорция частиц с различными размерами теоретически рассчитана и смешана со стальным волокном и высокоэффективным водоредуцирующим агентом, он обладает превосходными свойствами, такими как сверхвысокая прочность на сжатие, высокая ударная вязкость, высокая ударопрочность, долговечность и сильное самовосстановление. способность микротрещин. Производительность. Зарубежные технологические исследования UHPC относительно зрелы и применяются во многих практических проектах. По сравнению с зарубежными странами отечественные исследования недостаточно глубоки. Дун Цзяньмиао и другие изучали включение волокон, добавляя различные типы и количества волокон. Механизм воздействия и закон бетона; Чэнь Цзин и др. изучили влияние диаметра стальной фибры на характеристики UHPC, выбрав стальную фибру четырех диаметров. UHPC имеет лишь небольшое количество инженерных применений в Китае и все еще находится на стадии теоретических исследований. Производительность UHPC Superiority стала одним из направлений исследований конкретных разработок, но остается еще много проблем, которые предстоит решить. Такие как высокие требования к сырью, высокая стоимость, сложный процесс приготовления и т. д., ограничивающие развитие технологии производства UHPC. Среди них использование пара под высоким давлением. Отверждение UHPC при высокой температуре может обеспечить ему более высокие механические свойства и долговечность. Однако из-за трудоемкости процесса паровой обработки и высоких требований к производственному оборудованию применение материалов может быть ограничено только сборными цехами, а монолитное строительство не может быть выполнено. Следовательно, применять метод термического отверждения в реальных проектах нецелесообразно, и необходимо провести углубленное исследование по отверждению UHPC при нормальной температуре.

UHPC отверждения при нормальной температуре находится на стадии исследований в Китае, соотношение воды и связующего в нем чрезвычайно низкое, и он склонен к быстрому обезвоживанию поверхности во время строительства на месте. Чтобы эффективно улучшить явление обезвоживания, в материалы на основе цемента обычно добавляют некоторые водоудерживающие загустители. Химический агент для предотвращения расслоения и расслоения материалов, улучшения удержания воды и сцепления, улучшения строительных характеристик, а также эффективного улучшения механических свойств материалов на основе цемента. Эфир гидроксипропилметилцеллюлозы (ГПМЦ) в ​​качестве полимерного загустителя, который может эффективно и равномерно распределять полимерную гелеобразную суспензию и материалы в материалах на цементной основе, а свободная вода в суспензии становится связанной водой, поэтому ее нелегко потерять из-за жидкого раствора и улучшить водоудерживающие свойства бетона. Чтобы уменьшить влияние эфира целлюлозы на текучесть UHPC, для испытания был выбран эфир целлюлозы низкой вязкости.

Таким образом, чтобы улучшить характеристики конструкции на основе обеспечения механических свойств UHPC отверждения при нормальной температуре, в данной статье исследуется влияние содержания эфира целлюлозы низкой вязкости на отверждение при нормальной температуре на основе химических свойств эфира целлюлозы. и механизм его действия в жидкостях UHPC. Влияние текучести, времени коагуляции, прочности на сжатие, прочности на изгиб, прочности на осевое растяжение и предельного значения прочности на растяжение UHPC для определения соответствующей дозировки эфира целлюлозы.

1. План испытаний

1.1 Испытательное сырье и соотношение смеси

Сырьем для этого теста являются:

1) Цемент: П·Обыкновенный портландцемент O 52,5 производства Лючжоу.

2) Летучая зола: Летучая зола, производимая в Лючжоу.

3) Шлаковый порошок: гранулированный доменный шлаковый порошок S95, производимый в Лючжоу.

4) Дым кремнезема: полузашифрованный дым кремнезема, серый порошок, содержание SiO2.≥92%, удельная площадь 23 м2²/г.

5) Кварцевый песок: 20–40 меш (0,833–0,350 мм).

6) Редуктор воды: поликарбоксилатный редуктор воды, белый порошок, скорость снижения воды.≥30%.

7) Латексный порошок: редиспергируемый латексный порошок.

8) Эфир волокна: гидроксипропилметилцеллюлоза METHOCEL производства США, вязкость 400 МПа с.

9) Стальное волокно: прямое стальное волокно из микропроволоки с медным покрытием, диаметрφ 0,22 мм, длина 13 мм, предел прочности 2 000 МПа..

После большого количества экспериментальных исследований на ранней стадии можно определить, что основное соотношение смеси бетона сверхвысоких эксплуатационных характеристик при нормальной температуре отверждения составляет цемент: летучая зола: минеральный порошок: микрокремнезем: песок: восстановитель воды: латексный порошок: вода = 860:42:83:110:980:11:2:210, объемное содержание стальной фибры составляет 2%. Добавьте 0, 0,25%, 0,50%, 0,75%, 1,00% содержания ГПМЦ эфира целлюлозы (ГПМЦ) к этому базовому соотношению смеси. Проведите сравнительные эксперименты соответственно.

1.2 Метод испытания

Взвесьте сухое порошкообразное сырье в соответствии с соотношением смешивания и поместите его в бетоносмеситель принудительного действия с одним горизонтальным валом HJW-60. Запустите миксер до получения однородной массы, добавьте воду и перемешивайте в течение 3 минут, выключите миксер, добавьте навеску стальной фибры и перезапустите миксер на 2 минуты. Превращается в суспензию UHPC.

Объекты испытаний включают текучесть, время схватывания, прочность на сжатие, прочность на изгиб, прочность на осевое растяжение и предельное значение прочности на растяжение. Испытание на текучесть определяется в соответствии с JC/T986-2018 «Материалы для тампонажа на цементной основе». Проверка времени схватывания соответствует GB/T 1346.—2011 «Метод испытания водопотребления и времени схватывания стандартной консистенции цемента». Испытание на прочность на изгиб определяется в соответствии со стандартом GB/T50081-2002 «Стандарт на методы испытаний механических свойств обычного бетона». Испытание на прочность на сжатие, прочность на осевое растяжение и испытание на предельное значение растяжения определяются в соответствии с DLT5150-2001 «Правила гидравлических испытаний бетона».

2. Результаты испытаний

2.1 Ликвидность

Результаты испытаний на текучесть показывают влияние содержания ГПМЦ на потерю текучести UHPC с течением времени. В результате испытания видно, что после равномерного перемешивания суспензии без эфира целлюлозы поверхность склонна к обезвоживанию и образованию корки, а текучесть быстро теряется. и работоспособность ухудшилась. После добавления эфира целлюлозы на поверхности не образовывалась пленка, потеря текучести с течением времени была небольшой, а обрабатываемость оставалась хорошей. В пределах испытательного диапазона минимальная потеря текучести составила 5 мм за 60 минут. Анализ данных испытаний показывает, что количество маловязкого эфира целлюлозы мало влияет на начальную текучесть СВПЦ, но оказывает большее влияние на потерю текучести с течением времени. Без добавления эфира целлюлозы потеря текучести СВПЦ составляет 15 мм; С увеличением ГПМЦ снижается потеря текучести раствора; при дозировке 0,75% потеря текучести СВПЦ со временем наименьшая и составляет 5 мм; после этого, с увеличением ГПМЦ, потеря текучести УГПЦ со временем практически не изменяется.

ПослеГПМЦсмешивается с UHPC, это влияет на реологические свойства UHPC с двух сторон: первый заключается в том, что в процесс перемешивания включаются независимые микропузырьки, в результате чего заполнитель, летучая зола и другие материалы образуют «шаровой эффект», что увеличивает удобоукладываемость. В то же время большое количество вяжущего материала может обернуть заполнитель, благодаря чему заполнитель может быть равномерно «подвешен» в растворе и может свободно перемещаться, трение между заполнителями уменьшается, а текучесть увеличивается; второй — увеличить UHPC. Сила сцепления снижает текучесть. Поскольку в тесте используется ГПМЦ низкой вязкости, первый аспект равен второму аспекту, и начальная текучесть не сильно меняется, но потеря текучести с течением времени может быть уменьшена. Согласно анализу результатов испытаний можно узнать, что добавление соответствующего количества HPMC к UHPC может значительно улучшить строительные характеристики UHPC.

2.2 Установка времени

Из тенденции изменения времени схватывания UHPC, зависящей от количества HPMC, видно, что HPMC играет замедляющую роль в UHPC. Чем больше сумма, тем более очевиден замедляющий эффект. При количестве 0,50% время схватывания раствора составляет 55 минут. По сравнению с контрольной группой (40 мин) она увеличилась на 37,5%, причем прирост по-прежнему не был очевиден. При дозировке 1,00% время схватывания раствора составило 100 мин, что на 150% выше, чем у контрольной группы (40 мин).

Характеристики молекулярной структуры эфира целлюлозы влияют на его замедляющий эффект. Фундаментальная молекулярная структура эфира целлюлозы, то есть кольцевая структура ангидроглюкозы, может реагировать с ионами кальция с образованием молекулярных соединений сахара и кальция, сокращая индукционный период реакции гидратации цементного клинкера. Концентрация ионов кальция низкая, предотвращая дальнейшее осаждение Ca(OH)2, снижая скорость реакции гидратации цемента, тем самым замедляя схватывание цемента.

2.3 Прочность на сжатие

Из зависимости между прочностью на сжатие образцов UHPC через 7 дней и 28 дней и содержанием HMPC ясно видно, что добавление HPMC постепенно увеличивает снижение прочности на сжатие UHPC. 0,25% HPMC, прочность на сжатие UHPC немного снижается, а коэффициент прочности на сжатие составляет 96%. Добавление 0,50% HPMC не оказывает очевидного влияния на коэффициент прочности на сжатие UHPC. Продолжить добавление HPMC в сферу использования UHPC.'s Прочность на сжатие значительно снизилась. Когда содержание ГПМЦ увеличилось до 1,00%, коэффициент прочности на сжатие упал до 66%, и потеря прочности была серьезной. Согласно анализу данных, более целесообразно добавить 0,50% ГПМЦ, а потеря прочности на сжатие невелика.

ГПМЦ обладает определенным воздухововлекающим эффектом. Добавление HPMC приведет к образованию определенного количества микропузырьков в UHPC, что снизит объемную плотность свежеприготовленной смеси UHPC. После затвердевания суспензии пористость будет постепенно увеличиваться, а компактность также будет уменьшаться, особенно содержание ГПМЦ. Выше. Кроме того, с увеличением количества вводимого ГПМЦ в порах СВПЦ все еще остается много гибких полимеров, которые не могут играть важную роль в обеспечении хорошей жесткости и поддержки сжатия при сжатии матрицы цементного композита. .Поэтому добавление HPMC значительно снижает прочность UHPC на сжатие.

2.4 Прочность на изгиб

Из зависимости между прочностью на изгиб образцов СВПЦ через 7 и 28 дней и содержанием ГМПК видно, что кривые изменения прочности на изгиб и прочности на сжатие аналогичны, а изменение прочности на изгиб составляет от 0 до 0,50%. HMPC — это не то же самое. По мере продолжения добавления HPMC прочность на изгиб образцов UHPC значительно снижалась.

Влияние ГПМЦ на прочность на изгиб СВПК проявляется в основном в трех аспектах: эфир целлюлозы оказывает замедляющее и воздухововлекающее действие, что снижает прочность на изгиб СВПК; и третий аспект — это гибкий полимер, полученный из эфира целлюлозы. Уменьшение жесткости образца немного замедляет снижение прочности образца на изгиб. Одновременное существование этих трех аспектов снижает прочность образца UHPC на сжатие, а также снижает прочность на изгиб.

2.5 Осевая прочность на растяжение и предел прочности при растяжении

Зависимость прочности на разрыв образцов СВПК через 7 и 28 суток от содержания ВМПК. С увеличением содержания ГПМЦ предел прочности образцов СВПЦ сначала изменялся незначительно, а затем быстро снижался. Кривая прочности на разрыв показывает, что когда содержание ГПМЦ в образце достигает 0,50 %, значение прочности на осевое растяжение образца СВПЦ составляет 12,2 МПа, а коэффициент прочности на разрыв составляет 103 %. При дальнейшем увеличении содержания ГПМЦ в образце значение осевой центральной прочности на разрыв начало резко падать. Когда содержание ГПМЦ в образце составляло 0,75% и 1,00%, коэффициенты прочности на разрыв составляли 94% и 78% соответственно, что было ниже, чем прочность на осевое растяжение СВПЦ без ГПМЦ.

Из зависимости пределов прочности образцов СВПЦ через 7 и 28 суток от содержания ВМПК видно, что значения пределов прочности при увеличении эфира целлюлозы практически не изменяются в начале, а при повышении содержания эфира целлюлозы достигает 0,50 %, а затем начинает быстро падать.

Влияние количества добавленного HPMC на прочность на осевое растяжение и предел прочности образцов UHPC имеет тенденцию оставаться практически неизменным, а затем уменьшаться. Основная причина заключается в том, что HPMC может образовываться непосредственно между частицами гидратированного цемента. Слой водонепроницаемой полимерной герметизирующей пленки играет роль герметизации, так что определенное количество воды сохраняется в UHPC, что обеспечивает необходимую воду для непрерывного развития дальнейшей гидратации. цемента, тем самым улучшая прочность цемента. Добавление HPMC улучшает когезионную способность UHPC, что придает жидкому раствору гибкость, что позволяет UHPC полностью адаптироваться к усадке и деформации основного материала, а также немного повышает прочность UHPC на разрыв. Однако когда содержание ГПМЦ превышает критическое значение, вовлеченный воздух влияет на прочность образца. Неблагоприятные воздействия постепенно стали играть ведущую роль, а осевая прочность на разрыв и предел прочности образца стали снижаться.

3. Заключение

1) HPMC может значительно улучшить рабочие характеристики UHPC, отверждаемого при нормальной температуре, продлить время его коагуляции и уменьшить потерю текучести свежеприготовленного UHPC с течением времени.

2) Добавление ГПМЦ приводит к появлению определенного количества крошечных пузырьков в процессе перемешивания суспензии. Если количество слишком велико, пузырьки соберутся слишком сильно и образуют более крупные пузыри. Жидкость обладает высокой когезивностью, пузырьки не могут переливаться через край и разрываться. Поры закаленного СВПЦ уменьшаются; кроме того, гибкий полимер, производимый HPMC, не может обеспечить жесткую поддержку, когда он находится под давлением, и прочность на сжатие и изгиб значительно снижается.

3) Добавление HPMC делает UHPC пластичным и гибким. Предел прочности при осевом растяжении и предел прочности образцов UHPC практически не изменяются с увеличением содержания HPMC, но когда содержание HPMC превышает определенное значение, значения осевой прочности на разрыв и предел прочности при растяжении значительно снижаются.

4) При приготовлении UHPC отверждения при нормальной температуре дозировку HPMC следует строго контролировать. Когда дозировка составляет 0,50%, взаимосвязь между рабочими характеристиками и механическими свойствами UHPC, отверждаемого при нормальной температуре, может быть хорошо скоординирована.