Metilcelulozni eter pri sobni temperaturi, ki se utrjuje pri ultra visoko zmogljivem betonu

Povzetek: S spreminjanjem vsebnosti hidroksipropil metilceluloznega etra (HPMC) v ultravisoko zmogljivem betonu (UHPC) pri normalnem temperaturnem strjevanju so proučevali učinek celuloznega etra na fluidnost, čas strjevanja, tlačno trdnost in upogibno trdnost UHPC. , aksialne natezne trdnosti in končne natezne vrednosti ter rezultate analizirali. Rezultati testa kažejo, da: dodajanje največ 1,00 % HPMC z nizko viskoznostjo ne vpliva na fluidnost UHPC, vendar zmanjša izgubo fluidnosti skozi čas. , in podaljša čas strjevanja, kar močno izboljša učinkovitost gradnje; ko je vsebnost manjša od 0,50 %, vpliv na tlačno trdnost, upogibno trdnost in aksialno natezno trdnost ni pomemben, in ko je vsebnost večja od 0,50 %, se njegova mehanska zmogljivost zmanjša za več kot 1/3. Glede na različne zmogljivosti je priporočeni odmerek HPMC 0,50 %.

Ključne besede: beton ultra visoke zmogljivosti; celulozni eter; normalno temperaturno utrjevanje; tlačna trdnost; upogibna trdnost; natezna trdnost

0、Predgovor

S hitrim razvojem kitajske gradbene industrije so se povečale tudi zahteve glede učinkovitosti betona v dejanskem inženiringu in kot odgovor na povpraševanje je bil proizveden beton ultra visoke zmogljivosti (UHPC). Optimalno razmerje delcev z različnimi velikostmi delcev je teoretično zasnovano in pomešano z jeklenimi vlakni in visoko učinkovitim redukcijskim sredstvom ima odlične lastnosti, kot so ultra visoka tlačna trdnost, visoka žilavost, visoka odpornost na udarce, vzdržljivost in močno samozdravljenje sposobnost mikrorazpok. Učinkovitost. Tuje tehnološke raziskave o UHPC so razmeroma zrele in so bile uporabljene v številnih praktičnih projektih. V primerjavi s tujino so domače raziskave premalo poglobljene. Dong Jianmiao in drugi so preučevali vključitev vlaken z dodajanjem različnih vrst in količin vlaken. Mehanizem vpliva in zakonitost betona; Chen Jing et al. preučevali vpliv premera jeklenih vlaken na učinkovitost UHPC z izbiro jeklenih vlaken s 4 premeri. UHPC ima le majhno število inženirskih aplikacij na Kitajskem in je še vedno v fazi teoretičnih raziskav. Zmogljivost UHPC Superiority je postala ena od raziskovalnih usmeritev konkretnega razvoja, vendar je treba rešiti še veliko težav. Kot so visoke zahteve za surovine, visoki stroški, zapleten postopek priprave itd., ki omejujejo razvoj proizvodne tehnologije UHPC. Med njimi je uporaba visokotlačne pare. Strjevanje UHPC pri visoki temperaturi lahko omogoči boljše mehanske lastnosti in vzdržljivost. Vendar pa je zaradi okornega procesa strjevanja s paro in visokih zahtev glede proizvodne opreme uporaba materialov lahko omejena le na montažna dvorišča in ni mogoče izvesti ulite gradnje. Zato ni primerno sprejeti metode termičnega utrjevanja v dejanskih projektih, zato je treba izvesti poglobljene raziskave o normalnem temperaturnem utrjevanju UHPC.

UHPC, ki se utrjuje pri normalni temperaturi, je v fazi raziskav na Kitajskem, njegovo razmerje med vodo in vezivom je izjemno nizko in je nagnjen k hitri dehidraciji na površini med gradnjo na gradbišču. Da bi učinkovito izboljšali pojav dehidracije, materiali na osnovi cementa običajno dodajo nekaj zgoščevalcev, ki zadržujejo vodo. Kemijsko sredstvo za preprečevanje segregacije in krvavitve materialov, izboljšanje zadrževanja vode in kohezije, izboljšanje gradbenih lastnosti in tudi učinkovito izboljšanje mehanskih lastnosti materialov na osnovi cementa. Hidroksipropil metil celulozni eter (HPMC) kot polimerni zgoščevalec, ki lahko učinkovito enakomerno porazdeli polimerno želirano brozgo in materiale v materialih na osnovi cementa, prosta voda v brozgi pa bo postala vezana voda, tako da je ni enostavno izgubiti iz gnojevko in izboljšati zmogljivost zadrževanja vode betona. Da bi zmanjšali vpliv celuloznega etra na fluidnost UHPC, je bil za preskus izbran celulozni eter z nizko viskoznostjo.

Če povzamemo, da bi izboljšali učinkovitost konstrukcije na podlagi zagotavljanja mehanskih lastnosti UHPC, ki se strdi pri normalni temperaturi, ta članek preučuje učinek vsebnosti celuloznega etra z nizko viskoznostjo na strjevanje pri normalni temperaturi na podlagi kemijskih lastnosti celuloznega etra. in njegov mehanizem delovanja v gnojevki UHPC. Vpliv fluidnosti, koagulacijskega časa, tlačne trdnosti, upogibne trdnosti, aksialne natezne trdnosti in končne natezne vrednosti UHPC za določitev ustreznega odmerka celuloznega etra.

1. Testni načrt

1.1 Preizkusite surovine in mešano razmerje

Surovine za ta test so:

1) Cement: P·O 52,5 navaden portlandski cement, proizveden v Liuzhouju.

2) Elektroleteči pepel: Elektrofiltrski pepel, proizveden v Liuzhouju.

3) Žlindra v prahu: granulirana žlindra v prahu S95, proizvedena v Liuzhouju.

4) Silicijev dioksid: delno šifriran silicijev dioksid, sivi prah, vsebnost SiO2≥92 %, specifična površina 23 m²/g.

5) Kremenčev pesek: 20~40 mesh (0,833~0,350 mm).

6) Reduktor vode: polikarboksilatni reduktor vode, bel prah, stopnja zmanjšanja vode≥30 %

7) Lateks v prahu: redisperzibilni lateks v prahu.

8) Fiber eter: hidroksipropil metilceluloza METHOCEL proizvedena v ZDA, viskoznost 400 MPa s.

9) Jeklena vlakna: ravna pobakrena jeklena vlakna iz mikrožice, premerφ je 0,22 mm, dolžina je 13 mm, natezna trdnost je 2 000 MPa.

Po številnih eksperimentalnih raziskavah v zgodnji fazi je mogoče ugotoviti, da je osnovno razmerje mešanice ultravisoko zmogljivega betona, ki se suši pri normalni temperaturi, cement: elektrofiltrski pepel: mineralni prah: kremenčev dioksid: pesek: redukcijsko sredstvo za vodo: lateksni prah: voda = 860: 42: 83: 110:980:11:2:210, volumska vsebnost jeklenih vlaken je 2%. Temu osnovnemu mešalnemu razmerju dodajte 0, 0,25 %, 0,50 %, 0,75 %, 1,00 % vsebnosti HPMC celuloznega etra (HPMC). Izvedite primerjalne poskuse.

1.2 Preskusna metoda

Stehtajte suhe praškaste surovine v skladu z mešalnim razmerjem in jih položite v prisilni mešalnik betona HJW-60 z eno vodoravno gredjo. Zaženite mešalnik, dokler ni enakomeren, dodajte vodo in mešajte 3 minute, izklopite mešalnik, dodajte stehtana jeklena vlakna in ponovno zaženite mešalnik za 2 minuti. Izdelano v gnojevki UHPC.

Postavke testa vključujejo fluidnost, čas strjevanja, tlačno trdnost, upogibno trdnost, aksialno natezno trdnost in končno natezno vrednost. Preskus fluidnosti je določen v skladu z JC/T986-2018 »Materiali za fugiranje na osnovi cementa«. Preizkus časa strjevanja je v skladu z GB /T 1346—2011 »Preskusna metoda porabe vode in časa strjevanja standardne konsistence cementa«. Preskus upogibne trdnosti je določen v skladu z GB/T50081-2002 "Standard za preskusne metode mehanskih lastnosti navadnega betona". Preskus tlačne trdnosti, aksialne natezne trdnosti in Preskus končne natezne vrednosti je določen v skladu z DLT5150-2001 "Predpisi o hidravličnem preskusu betona".

2. Rezultati testa

2.1 Likvidnost

Rezultati testa fluidnosti kažejo vpliv vsebnosti HPMC na izgubo fluidnosti UHPC skozi čas. Iz preskusnega pojava je razvidno, da je po enakomernem mešanju gošče brez celuloznega etra površina nagnjena k dehidraciji in nastanku skorje, tekočnost pa se hitro izgubi. in obdelovalnost se je poslabšala. Po dodajanju celuloznega etra na površini ni bilo luščenja, izguba fluidnosti skozi čas je bila majhna, obdelovalnost pa je ostala dobra. Znotraj preskusnega območja je bila najmanjša izguba fluidnosti 5 mm v 60 minutah. Analiza testnih podatkov kaže, da količina celuloznega etra nizke viskoznosti malo vpliva na začetno fluidnost UHPC, vendar ima večji vpliv na izgubo fluidnosti skozi čas. Če ni dodanega celuloznega etra, je izguba fluidnosti UHPC 15 mm; S povečanjem HPMC se izguba fluidnosti malte zmanjša; ko je odmerek 0,75 %, je izguba fluidnosti UHPC najmanjša s časom, kar je 5 mm; po tem se s povečanjem HPMC izguba fluidnosti UHPC s časom skoraj ne spremeni.

PoHPMCmeša z UHPC, vpliva na reološke lastnosti UHPC z dveh vidikov: prvi je, da se v proces mešanja vnesejo neodvisni mikro mehurčki, zaradi česar agregat, elektrofiltrski pepel in drugi materiali tvorijo "učinek krogle", kar poveča obdelovalnost Hkrati lahko velika količina cementnega materiala ovije agregat, tako da je agregat lahko enakomerno "viseč" v brozgi in se lahko prosto giblje, zmanjša se trenje med agregati in poveča fluidnost; drugi je povečanje UHPC. Kohezijska sila zmanjša fluidnost. Ker se pri preskusu uporablja HPMC z nizko viskoznostjo, je prvi vidik enak drugemu vidiku in začetna fluidnost se ne spremeni veliko, vendar se lahko izguba fluidnosti skozi čas zmanjša. Glede na analizo rezultatov testa je znano, da lahko dodajanje ustrezne količine HPMC UHPC močno izboljša gradbeno zmogljivost UHPC.

2.2 Čas strjevanja

Iz trenda spreminjanja časa strjevanja UHPC, na katerega vpliva količina HPMC, je razvidno, da HPMC igra zaviralno vlogo pri UHPC. Večja kot je količina, bolj očiten je učinek zaviranja. Pri količini 0,50 % je čas strjevanja malte 55 min. V primerjavi s kontrolno skupino (40 min) se je povečala za 37,5 %, povečanje pa še vedno ni bilo očitno. Pri doziranju 1,00 % je bil čas vezanja malte 100 min, kar je bilo 150 % več kot pri kontrolni skupini (40 min).

Značilnosti molekularne strukture celuloznega etra vplivajo na njegov zaviralni učinek. Osnovna molekularna struktura v celuloznem etru, to je anhidroglukozna obročna struktura, lahko reagira s kalcijevimi ioni, da tvorijo molekularne spojine sladkor-kalcij, kar skrajša indukcijsko obdobje reakcije hidratacije cementnega klinkerja. Koncentracija kalcijevih ionov je nizka, kar preprečuje nadaljnje obarjanje Ca(OH)2, zmanjša hitrost reakcije hidratacije cementa in s tem zakasni strjevanje cementa.

2.3 Tlačna trdnost

Iz razmerja med tlačno trdnostjo vzorcev UHPC po 7 in 28 dneh ter vsebnostjo HMPC je jasno razvidno, da dodajanje HPMC postopoma povečuje upadanje tlačne trdnosti UHPC. 0,25 % HPMC, se tlačna trdnost UHPC rahlo zmanjša, razmerje tlačne trdnosti pa je 96 %. Dodajanje 0,50 % HPMC nima očitnega vpliva na razmerje tlačne trdnosti UHPC. Nadaljujte z dodajanjem HPMC znotraj obsega uporabe, UHPC's Tlačna trdnost se je znatno zmanjšala. Ko se je vsebnost HPMC povečala na 1,00 %, je razmerje tlačne trdnosti padlo na 66 %, izguba trdnosti pa je bila resna. Glede na analizo podatkov je primerneje dodati 0,50% HPMC, izguba tlačne trdnosti pa je majhna

HPMC ima določen učinek zaviranja zraka. Dodatek HPMC bo povzročil določeno količino mikromehurčkov v UHPC, kar bo zmanjšalo nasipno gostoto sveže zmešanega UHPC. Ko se zmes strdi, se bo poroznost postopoma povečala, zmanjšala pa se bo tudi kompaktnost, zlasti vsebnost HPMC. višje. Poleg tega je s povečanjem uvedene količine HPMC v porah UHPC še vedno veliko fleksibilnih polimerov, ki ne morejo igrati pomembne vloge pri dobri togosti in tlačni podpori, ko je matrika cementnega kompozita stisnjena. .Zato dodatek HPMC močno zmanjša tlačno trdnost UHPC.

2.4 Upogibna trdnost

Iz razmerja med upogibno trdnostjo vzorcev UHPC po 7 in 28 dneh ter vsebnostjo HMPC je razvidno, da sta krivulji spremembe upogibne in tlačne trdnosti podobni, sprememba upogibne trdnosti pa med 0 in 0,50 %. HMPC ni isto. Ko se je dodajanje HPMC nadaljevalo, se je upogibna trdnost vzorcev UHPC znatno zmanjšala.

Učinek HPMC na upogibno trdnost UHPC je v glavnem v treh vidikih: celulozni eter ima zadrževalne in zračne učinke, ki zmanjšujejo upogibno trdnost UHPC; in tretji vidik je fleksibilen polimer, ki ga proizvaja celulozni eter. Zmanjšanje togosti vzorca nekoliko upočasni zmanjšanje upogibne trdnosti vzorca. Hkratni obstoj teh treh vidikov zmanjša tlačno trdnost vzorca UHPC in zmanjša tudi upogibno trdnost.

2.5 Aksialna natezna trdnost in končna natezna vrednost

Razmerje med natezno trdnostjo vzorcev UHPC pri 7 d in 28 d ter vsebnostjo HMPC. S povečevanjem vsebnosti HPMC se je natezna trdnost vzorcev UHPC najprej malo spreminjala, nato pa hitro padala. Krivulja natezne trdnosti kaže, da ko vsebnost HPMC v vzorcu doseže 0,50 %, je vrednost aksialne natezne trdnosti vzorca UHPC 12,2 MPa, razmerje natezne trdnosti pa 103 %. Z nadaljnjim povečevanjem vsebnosti HPMC v vzorcu je vrednost aksialne centralne natezne trdnosti začela močno padati. Ko je bila vsebnost HPMC v vzorcu 0,75 % in 1,00 %, sta bila razmerja natezne trdnosti 94 % oziroma 78 %, kar je bilo nižje od aksialne natezne trdnosti UHPC brez HPMC.

Iz razmerja med končnimi nateznimi vrednostmi vzorcev UHPC po 7 dneh in 28 dneh ter vsebnostjo HMPC je razvidno, da so končne natezne vrednosti skoraj nespremenjene s povečanjem celuloznega etra na začetku in ko se vsebnost celuloznega etra poveča celuloznega etra doseže 0,50 % in nato začne hitro padati.

Učinek dodane količine HPMC na aksialno natezno trdnost in končno natezno vrednost vzorcev UHPC kaže trend ohranjanja skoraj nespremenjenega in nato upadanja. Glavni razlog je, da se HPMC lahko neposredno oblikuje med hidriranimi delci cementa. Plast vodoodpornega polimernega tesnilnega filma ima vlogo tesnila, tako da je določena količina vode shranjena v UHPC, ki zagotavlja potrebno vodo za neprekinjen razvoj nadaljnje hidracije. cementa, s čimer se izboljša trdnost cementa. Dodatek HPMC izboljša kohezivnost UHPC, ki daje gnojevki prožnost, zaradi česar se UHPC popolnoma prilagodi krčenju in deformaciji osnovnega materiala, in nekoliko izboljša natezno trdnost UHPC. Ko pa vsebnost HPMC preseže kritično vrednost, vsebovani zrak vpliva na trdnost vzorca. Škodljivi učinki so postopoma prevzeli vodilno vlogo, osna natezna trdnost in končna natezna vrednost vzorca sta se začeli zmanjševati.

3. Zaključek

1) HPMC lahko bistveno izboljša delovno zmogljivost UHPC, ki se strdi pri normalni temperaturi, podaljša čas koagulacije in zmanjša izgubo fluidnosti sveže zmešanega UHPC skozi čas.

2) Dodatek HPMC uvaja določeno količino drobnih mehurčkov med postopkom mešanja gošče. Če je količina prevelika, se mehurčki naberejo preveč in nastanejo večji mehurčki. Gnojnica je zelo kohezivna in mehurčki se ne morejo preliti in počiti. Pore ​​utrjenega UHPC se zmanjšajo; poleg tega fleksibilni polimer, ki ga proizvaja HPMC, ne more zagotoviti toge podpore, ko je pod pritiskom, tlačna in upogibna trdnost pa se močno zmanjšata.

3) Dodatek HPMC naredi UHPC plastičen in prilagodljiv. Aksialna natezna trdnost in končna natezna vrednost vzorcev UHPC se s povečanjem vsebnosti HPMC skoraj ne spremenita, ko pa vsebnost HPMC preseže določeno vrednost, se aksialna natezna trdnost in končna natezna vrednost močno zmanjšata.

4) Pri pripravi UHPC, ki se suši pri normalni temperaturi, mora biti odmerek HPMC strogo nadzorovan. Ko je odmerek 0,50 %, je razmerje med delovno zmogljivostjo in mehanskimi lastnostmi UHPC, ki se strdi pri normalni temperaturi, lahko dobro usklajeno.