Éter metylcelulózy na ultra vysokovýkonnom betóne vytvrdzujúcom pri izbovej teplote

Abstrakt: Zmenou obsahu éteru hydroxypropylmetylcelulózy (HPMC) v ultra vysokovýkonnom betóne (UHPC) vytvrdzovanom pri normálnej teplote sa študoval vplyv éteru celulózy na tekutosť, čas tuhnutia, pevnosť v tlaku a pevnosť v ohybe UHPC. axiálna pevnosť v ťahu a medza pevnosti v ťahu a výsledky sa analyzovali. Výsledky testu ukazujú, že: pridanie nie viac ako 1,00 % HPMC s nízkou viskozitou neovplyvňuje tekutosť UHPC, ale znižuje stratu tekutosti v priebehu času. a predĺžiť čas tuhnutia, čím sa výrazne zlepší výkon konštrukcie; keď je obsah menší ako 0,50 %, vplyv na pevnosť v tlaku, ohybe a axiálnom ťahu nie je významný, a keď je obsah väčší ako 0,50 %, jeho mechanické vlastnosti sa znížia o viac ako 1/3. Vzhľadom na rôzne výkony je odporúčané dávkovanie HPMC 0,50 %.

kľúčové slová: betón s mimoriadne vysokým výkonom; éter celulózy; vytvrdzovanie pri normálnej teplote; pevnosť v tlaku; pevnosť v ohybe; pevnosť v ťahu

0、Predslov

S rýchlym rozvojom čínskeho stavebného priemyslu sa zvýšili aj požiadavky na výkon betónu v skutočnom strojárstve a ako odpoveď na dopyt sa vyrábal ultra vysokovýkonný betón (UHPC). Optimálny podiel častíc s rôznymi veľkosťami častíc je teoreticky navrhnutý a zmiešaný s oceľovým vláknom a vysoko účinným činidlom znižujúcim vodu má vynikajúce vlastnosti, ako je ultra vysoká pevnosť v tlaku, vysoká húževnatosť, vysoká odolnosť proti nárazom a silné samoliečenie schopnosť mikrotrhlín. Výkon. Zahraničný technologický výskum UHPC je pomerne vyspelý a bol aplikovaný v mnohých praktických projektoch. V porovnaní so zahraničím nie je domáci výskum dostatočne hlboký. Dong Jianmiao a ďalší študovali začlenenie vlákien pridávaním rôznych typov a množstiev vlákien. Mechanizmus vplyvu a zákon betónu; Chen Jing a kol. študoval vplyv priemeru oceľového vlákna na výkon UHPC výberom oceľových vlákien so 4 priemermi. UHPC má v Číne len malý počet inžinierskych aplikácií a je stále v štádiu teoretického výskumu. Výkon UHPC Superiority sa stal jedným z výskumných smerov vývoja betónu, ale stále je potrebné vyriešiť veľa problémov. Ako sú vysoké požiadavky na suroviny, vysoké náklady, komplikovaný proces prípravy atď., čo obmedzuje rozvoj technológie výroby UHPC. Medzi nimi je použitie vysokotlakovej pary. Vytvrdzovanie UHPC pri vysokej teplote môže dosiahnuť vyššie mechanické vlastnosti a odolnosť. Vzhľadom na ťažkopádny proces vytvrdzovania parou a vysoké požiadavky na výrobné zariadenia však môže byť aplikácia materiálov obmedzená len na prefabrikačné dvory a nie je možné realizovať odlievanie na mieste. Preto nie je vhodné preberať metódu tepelného vytvrdzovania v aktuálnych projektoch a je potrebné vykonať hĺbkový výskum vytvrdzovania UHPC pri normálnej teplote.

Vytvrdzovanie UHPC pri normálnej teplote je v Číne v štádiu výskumu a jeho pomer vody k spojivu je extrémne nízky a je náchylný na rýchlu dehydratáciu na povrchu počas výstavby na mieste. Aby sa účinne zlepšil jav dehydratácie, materiály na báze cementu zvyčajne pridávajú do materiálu nejaké zahusťovadlá zadržiavajúce vodu. Chemické činidlo na zabránenie segregácie a krvácania materiálov, zvýšenie zadržiavania vody a súdržnosti, zlepšenie konštrukčného výkonu a tiež efektívne zlepšenie mechanických vlastností materiálov na báze cementu. Éter hydroxypropylmetylcelulózy (HPMC) ako polymérne zahusťovadlo, ktoré dokáže efektívne rovnomerne rozložiť polymérnu gélovú kašu a materiály v materiáloch na báze cementu a voľná voda v kaši sa stane viazanou vodou, takže nie je ľahké ju stratiť. Na zníženie vplyvu éteru celulózy na tekutosť UHPC sa na test vybral éter celulózy s nízkou viskozitou.

Stručne povedané, s cieľom zlepšiť konštrukčné vlastnosti na základe zabezpečenia mechanických vlastností UHPC vytvrdzujúceho pri normálnej teplote, tento článok študuje vplyv obsahu éteru celulózy s nízkou viskozitou na vytvrdzovanie pri normálnej teplote na základe chemických vlastností éteru celulózy. a jeho mechanizmus účinku v suspenzii UHPC. Vplyv tekutosti, času koagulácie, pevnosti v tlaku, pevnosti v ohybe, pevnosti v axiálnom ťahu a hodnoty konečnej pevnosti v ťahu UHPC na určenie vhodného dávkovania éteru celulózy.

1. Testovací plán

1.1 Testovanie surovín a pomeru zmesi

Suroviny pre tento test sú:

1) Cement: P·O 52,5 obyčajný portlandský cement vyrobený v Liuzhou.

2) Popolček: Popolček vyrobený v Liuzhou.

3) Troskový prášok: S95 granulovaný prášok z vysokopecnej trosky vyrobený v Liuzhou.

4) Kremičitý úlet: pološifrovaný kremičitý úlet, sivý prášok, obsah SiO2≥92 %, špecifický povrch 23 m²/g.

5) Kremenný piesok: 20~40 mesh (0,833~0,350 mm).

6) Reduktor vody: polykarboxylátový reduktor vody, biely prášok, rýchlosť znižovania vody≥30 %.

7) Latexový prášok: redispergovateľný latexový prášok.

8) Éter vlákna: hydroxypropylmetylcelulóza METHOCEL vyrobený v Spojených štátoch, viskozita 400 MPa s.

9) Oceľové vlákno: rovné pomedené oceľové vlákno z mikrodrôtu, priemerφ je 0,22 mm, dĺžka je 13 mm, pevnosť v ťahu je 2 000 MPa.

Po mnohých experimentálnych výskumoch v počiatočnom štádiu je možné určiť, že základný zmiešavací pomer ultravysokohodnotného betónu vytvrdzujúceho pri normálnej teplote je cement: popolček: minerálny prášok: kremičitý úlet: piesok: činidlo redukujúce vodu: latexový prášok: voda = 860:42:83:110:980:11:2:210, objemový obsah oceľových vlákien je 2 %. Do tohto základného zmiešavacieho pomeru sa pridá 0, 0,25 %, 0,50 %, 0,75 %, 1,00 % HPMC obsahu éteru celulózy (HPMC).

1.2 Skúšobná metóda

Odvážte suché práškové suroviny podľa zmiešavacieho pomeru a vložte ich do jednohorizontálnej šachtovej miešačky betónu HJW-60. Spustite mixér, kým nebude homogénna, pridajte vodu a mixujte 3 minúty, vypnite mixér, pridajte odvážené oceľové vlákno a znovu spustite mixér na 2 minúty. Vyrobené do suspenzie UHPC.

Skúšobné položky zahŕňajú tekutosť, čas tuhnutia, pevnosť v tlaku, pevnosť v ohybe, axiálnu pevnosť v ťahu a medzu pevnosti v ťahu. Skúška tekutosti sa určuje podľa JC/T986-2018 „Injektážne materiály na báze cementu“. Test času nastavenia je podľa GB /T 1346—2011 „Cementová štandardná metóda testu spotreby vody a času tuhnutia“. Skúška pevnosti v ohybe je stanovená podľa GB/T50081-2002 „Norma pre skúšobné metódy mechanických vlastností obyčajného betónu“. Skúška pevnosti v tlaku, axiálna pevnosť v ťahu a Skúška medznej pevnosti v ťahu sa určuje podľa DLT5150-2001 “Hydraulic Concrete Test Regulations”.

2. Výsledky testov

2.1 Likvidita

Výsledky testu tekutosti ukazujú vplyv obsahu HPMC na stratu tekutosti UHPC v priebehu času. Z testovacieho javu je zrejmé, že po rovnomernom premiešaní kaše bez éteru celulózy je povrch náchylný na dehydratáciu a tvorbu kôry a rýchlo sa stráca tekutosť. a spracovateľnosť sa zhoršila. Po pridaní éteru celulózy sa na povrchu neobjavila žiadna koža, strata tekutosti v priebehu času bola malá a spracovateľnosť zostala dobrá. V rámci testovacieho rozsahu bola minimálna strata tekutosti 5 mm za 60 minút. Analýza údajov testu ukazuje, že množstvo éteru celulózy s nízkou viskozitou má malý vplyv na počiatočnú tekutosť UHPC, ale má väčší vplyv na stratu tekutosti v priebehu času. Keď sa nepridá éter celulózy, strata tekutosti UHPC je 15 mm; S nárastom HPMC klesá strata tekutosti malty; keď je dávka 0,75 %, strata tekutosti UHPC je najmenšia s časom, čo je 5 mm; potom, s nárastom HPMC, strata tekutosti UHPC s časom takmer nezmenená.

PoHPMCje zmiešaný s UHPC, ovplyvňuje reologické vlastnosti UHPC z dvoch hľadísk: jedným je, že do procesu miešania sa vnášajú nezávislé mikrobubliny, vďaka čomu kamenivo a popolček a iné materiály vytvárajú „guľový efekt“, ktorý zvyšuje spracovateľnosť Súčasne môže veľké množstvo cementového materiálu obaliť kamenivo, takže kamenivo môže byť rovnomerne „zavesené“ v kaši a môže sa voľne pohybovať, znižuje sa trenie medzi kamenivom a zvyšuje sa tekutosť; druhým je zvýšenie UHPC Kohézna sila znižuje tekutosť. Pretože test používa HPMC s nízkou viskozitou, prvý aspekt sa rovná druhému aspektu a počiatočná tekutosť sa príliš nemení, ale strata tekutosti v priebehu času sa môže znížiť. Podľa analýzy výsledkov testov je možné vedieť, že pridanie vhodného množstva HPMC do UHPC môže výrazne zlepšiť konštrukčné vlastnosti UHPC.

2.2 Čas nastavenia

Z trendu zmeny času tuhnutia UHPC ovplyvneného množstvom HPMC je možné vidieť, že HPMC hrá pri UHPC spomaľujúcu úlohu. Čím väčšie množstvo, tým zreteľnejší je spomaľovací účinok. Pri množstve 0,50% je čas tuhnutia malty 55 minút. V porovnaní s kontrolnou skupinou (40 min.) sa zvýšil o 37,5 %, pričom nárast stále nebol zrejmý. Keď bola dávka 1,00 %, doba tuhnutia malty bola 100 minút, čo bolo o 150 % viac ako u kontrolnej skupiny (40 minút).

Charakteristiky molekulovej štruktúry éteru celulózy ovplyvňujú jeho retardačný účinok. Základná molekulárna štruktúra éteru celulózy, to znamená anhydroglukózová kruhová štruktúra, môže reagovať s iónmi vápnika za vzniku molekulárnych zlúčenín cukru a vápnika, čím sa skracuje indukčná perióda hydratačnej reakcie cementového slinku Koncentrácia vápenatých iónov je nízka, čo zabraňuje ďalšiemu zrážaniu Ca(OH)2, čím sa znižuje rýchlosť hydratačnej reakcie cementu, čím sa oneskoruje tuhnutie cementu.

2.3 Pevnosť v tlaku

Zo vzťahu medzi pevnosťou v tlaku vzoriek UHPC po 7 dňoch a 28 dňoch a obsahom HMPC je jasne vidieť, že pridávanie HPMC postupne zvyšuje pokles pevnosti v tlaku UHPC. 0,25 % HPMC, pevnosť v tlaku UHPC mierne klesá a pomer pevnosti v tlaku je 96 %. Pridanie 0,50 % HPMC nemá zjavný vplyv na pomer pevnosti v tlaku UHPC. Pokračujte v pridávaní HPMC v rámci rozsahu použitia, UHPC's Pevnosť v tlaku sa výrazne znížila. Keď sa obsah HPMC zvýšil na 1,00 %, pomer pevnosti v tlaku klesol na 66 % a strata pevnosti bola vážna. Podľa analýzy údajov je vhodnejšie pridať 0,50% HPMC a strata pevnosti v tlaku je malá

HPMC má určitý vzduchový efekt. Pridanie HPMC spôsobí v UHPC určité množstvo mikrobublín, ktoré znížia objemovú hmotnosť čerstvo namiešaného UHPC. Po vytvrdnutí kaše sa postupne zvýši pórovitosť a zníži sa aj kompaktnosť, najmä obsah HPMC. Vyššie. Okrem toho so zvyšujúcim sa množstvom zavádzanej HPMC je v póroch UHPC stále veľa flexibilných polymérov, ktoré nemôžu hrať dôležitú úlohu pri dobrej tuhosti a podpore tlaku, keď je matrica cementového kompozitu stlačená. Preto pridanie HPMC značne znižuje pevnosť UHPC v tlaku.

2.4 Pevnosť v ohybe

Zo vzťahu medzi pevnosťou v ohybe vzoriek UHPC po 7 dňoch a 28 dňoch a obsahom HMPC je možné vidieť, že krivky zmien pevnosti v ohybe a pevnosti v tlaku sú podobné a zmena pevnosti v ohybe medzi 0 a 0,50 % HMPC nie je to isté. Ako pridávanie HPMC pokračovalo, pevnosť v ohybe UHPC vzoriek sa výrazne znížila.

Vplyv HPMC na pevnosť v ohybe UHPC je hlavne v troch aspektoch: éter celulózy má spomaľovacie a prevzdušňovacie účinky, ktoré znižujú pevnosť v ohybe UHPC; a tretím aspektom je pružný polymér vyrobený éterom celulózy. Zníženie tuhosti vzorky mierne spomaľuje pokles pevnosti v ohybe vzorky. Súčasná existencia týchto troch aspektov znižuje pevnosť v tlaku UHPC vzorky a tiež znižuje pevnosť v ohybe.

2.5 Axiálna pevnosť v ťahu a medza pevnosti v ťahu

Vzťah medzi pevnosťou v ťahu vzoriek UHPC po 7 dňoch a 28 dňoch a obsahom HMPC. S nárastom obsahu HPMC sa pevnosť v ťahu UHPC vzoriek najskôr zmenila len málo a potom rýchlo klesla. Krivka pevnosti v ťahu ukazuje, že keď obsah HPMC vo vzorke dosiahne 0,50 %, hodnota axiálnej pevnosti v ťahu vzorky UHPC je 12,2 MPa a pomer pevnosti v ťahu je 103 %. S ďalším zvyšovaním obsahu HPMC vo vzorke začala axiálna stredná hodnota pevnosti v ťahu prudko klesať. Keď bol obsah HPMC vo vzorke 0,75 % a 1,00 %, pomery pevnosti v ťahu boli 94 % a 78 %, v tomto poradí, ktoré boli nižšie ako axiálna pevnosť v ťahu UHPC bez HPMC.

Zo vzťahu medzi hodnotami medznej pevnosti v ťahu vzoriek UHPC po 7 dňoch a 28 dňoch a obsahom HMPC možno vidieť, že hodnoty medznej pevnosti v ťahu sú takmer nezmenené s nárastom éteru celulózy na začiatku, a keď obsah éter celulózy dosiahol 0,50 % a potom začal rýchlo klesať.

Vplyv pridaného množstva HPMC na axiálnu pevnosť v ťahu a medzu pevnosti v ťahu UHPC vzoriek ukazuje trend takmer nezmenený a potom klesajúci. Hlavným dôvodom je, že HPMC sa môže vytvárať priamo medzi hydratovanými časticami cementu Úlohu tesnenia zohráva vrstva vodotesného polymérového tesniaceho filmu, takže v UHPC je uložené určité množstvo vody, ktoré poskytuje potrebnú vodu pre nepretržitý vývoj ďalšej hydratácie cementu, čím sa zlepší pevnosť cementu. Pridanie HPMC zlepšuje súdržnosť UHPC dodáva kalu pružnosť, vďaka čomu sa UHPC plne prispôsobuje zmršťovaniu a deformácii základného materiálu a mierne zlepšuje pevnosť v ťahu UHPC. Keď však obsah HPMC prekročí kritickú hodnotu, unášaný vzduch ovplyvní pevnosť vzorky. Nepriaznivé vplyvy postupne zohrávali vedúcu úlohu a axiálna pevnosť v ťahu a medza pevnosti v ťahu vzorky začali klesať.

3. Záver

1) HPMC môže výrazne zlepšiť pracovný výkon UHPC vytvrdzujúceho pri normálnej teplote, predĺžiť jeho koagulačný čas a znížiť stratu tekutosti čerstvo namiešaného UHPC v priebehu času.

2) Pridanie HPMC zavedie počas procesu miešania suspenzie určité množstvo malých bubliniek. Ak je množstvo príliš veľké, bubliny sa príliš nahromadia a vytvoria väčšie bubliny. Kaša je vysoko súdržná a bubliny nemôžu pretiecť a prasknúť. Póry vytvrdeného UHPC sa zmenšujú; okrem toho, flexibilný polymér vyrobený pomocou HPMC nemôže poskytnúť tuhú podporu, keď je pod tlakom, a pevnosť v tlaku a ohybe je značne znížená.

3) Pridaním HPMC je UHPC plast a flexibilný. Axiálna pevnosť v ťahu a medza pevnosti v ťahu vzoriek UHPC sa takmer nemenia so zvýšením obsahu HPMC, ale keď obsah HPMC prekročí určitú hodnotu, hodnoty axiálnej pevnosti v ťahu a medznej pevnosti v ťahu sa výrazne znížia.

4) Pri príprave UHPC vytvrdzujúceho pri normálnej teplote by sa malo prísne kontrolovať dávkovanie HPMC. Keď je dávka 0,50 %, vzťah medzi pracovným výkonom a mechanickými vlastnosťami UHPC vytvrdzovaného pri normálnej teplote môže byť dobre koordinovaný.