Ефір метилцелюлози при кімнатній температурі твердіє надвисокоефективний бетон

Анотація: Шляхом зміни вмісту ефіру гідроксипропілметилцелюлози (HPMC) у надвисокоефективних бетонах (UHPC) при нормальній температурі твердіння було вивчено вплив ефіру целюлози на плинність, час схоплювання, міцність на стиск і міцність на вигин UHPC. , міцність на осьовий розтяг і граничне значення розтягування, і результати були проаналізовані. Результати випробувань показують, що: додавання не більше 1,00% низьков’язкої HPMC не впливає на текучість UHPC, але зменшує втрату текучості з часом. , і продовжити час схоплювання, значно покращуючи продуктивність конструкції; коли вміст становить менше 0,50%, вплив на міцність на стиск, міцність на вигин і міцність на осьовий розтяг не є значним, а коли вміст перевищує 0,50%, його механічна продуктивність знижується більш ніж на 1/3. Враховуючи різні характеристики, рекомендована доза HPMC становить 0,50%.

Ключові слова: надвисокоефективний бетон; ефір целюлози; затвердіння при нормальній температурі; міцність на стиск; міцність на вигин; міцність на розрив

0、Передмова

Зі швидким розвитком будівельної індустрії Китаю вимоги до характеристик бетону в реальному будівництві також зросли, і у відповідь на попит почали виробляти бетон надвисокої якості (UHPC). Теоретично розроблено оптимальну пропорцію частинок із різними розмірами частинок, і змішане зі сталевим волокном і високоефективним водовідновником воно має чудові властивості, такі як надвисока міцність на стиск, висока в’язкість, висока стійкість до ударів, міцність і сильне самовідновлення. здатність до мікротріщин. Продуктивність. Іноземні технологічні дослідження UHPC є відносно зрілими і застосовувалися в багатьох практичних проектах. У порівнянні із зарубіжними країнами вітчизняні дослідження недостатньо глибокі. Дун Цзяньмяо та інші вивчали включення волокон, додаючи різні типи та кількість волокон. Механізм впливу і закономірності бетону; Chen Jing та ін. досліджували вплив діаметра сталевого волокна на продуктивність UHPC шляхом вибору сталевого волокна 4 діаметрів. UHPC має лише невелику кількість інженерних застосувань у Китаї, і він все ще знаходиться на стадії теоретичних досліджень. Продуктивність UHPC Superiority стала одним із напрямів дослідження конкретних розробок, але є ще багато проблем, які потрібно вирішити. Такі як високі вимоги до сировини, висока вартість, складний процес підготовки тощо, що обмежують розвиток технології виробництва UHPC. Серед них використання пари високого тиску. Затвердіння UHPC при високій температурі може зробити його більш високими механічними властивостями та довговічністю. Однак через громіздкий процес затвердіння парою та високі вимоги до виробничого обладнання застосування матеріалів можна обмежити лише заводськими майданчиками, а монолитне будівництво не може бути виконано. Таким чином, це не підходить для прийняття методу термічного затвердіння в реальних проектах, і необхідно провести поглиблені дослідження нормальної температури затвердіння UHPC.

UHPC, що затверджується при нормальній температурі, знаходиться на стадії дослідження в Китаї, і його співвідношення води до сполучної надзвичайно низьке, і він схильний до швидкого зневоднення на поверхні під час будівництва на місці. Для ефективного покращення явища дегідратації матеріали на основі цементу зазвичай додають до матеріалу деякі загусники, що утримують воду. Хімічний агент для запобігання сегрегації та кровотечі матеріалів, посилення водоутримання та когезії, покращення будівельних характеристик, а також ефективного покращення механічних властивостей матеріалів на основі цементу. Ефір гідроксипропілметилцелюлози (HPMC) як полімерний загусник, який може ефективно розподіляти гелеподібну суспензію полімеру та матеріали в матеріалах на основі цементу рівномірно, а вільна вода в суспензії стане зв’язаною водою, так що її нелегко втратити з суспензії та покращення водоутримуючих характеристик бетону. Щоб зменшити вплив ефіру целюлози на плинність UHPC, для випробування було обрано ефір целюлози з низькою в’язкістю.

Підсумовуючи, з метою покращення конструкційних характеристик на основі забезпечення механічних властивостей UHPC при нормальній температурі затвердіння в цій статті досліджується вплив вмісту ефіру целюлози з низькою в’язкістю на затвердіння при нормальній температурі на основі хімічних властивостей ефіру целюлози. і його механізм дії в суспензії UHPC. Вплив плинності, часу коагуляції, міцності на стиск, міцності на вигин, міцності на осьовий розтяг і кінцевого значення розтягування UHPC для визначення відповідної дози ефіру целюлози.

1. План тестування

1.1 Випробування сировини та співвідношення суміші

Сировиною для цього тесту є:

1) Цемент: П·O 52,5 звичайний портландцемент виробництва Лючжоу.

2) Зола-винесення: зола-винесення виробляється в Лючжоу.

3) Шлаковий порошок: гранульований порошок доменного шлаку S95, вироблений у Лючжоу.

4) Дим кремнезему: напівзашифрований дим кремнезему, сірий порошок, вміст SiO2≥92%, питома поверхня 23 м²/г.

5) Кварцовий пісок: 20~40 меш (0,833~0,350 мм).

6) Редуктор води: полікарбоксилатний редуктор води, білий порошок, швидкість зменшення води≥30%.

7) Латексний порошок: повторно диспергований латексний порошок.

8) Ефір волокна: гідроксипропілметилцелюлоза METHOCEL виробництва США, в'язкість 400 МПа с.

9) Сталеве волокно: пряме мідне волокно з мікродроту, діаметрφ 0,22 мм, довжина 13 мм, міцність на розрив 2000 МПа.

Після багатьох експериментальних досліджень на ранній стадії можна визначити, що основне співвідношення суміші бетону з надвисокими характеристиками, що твердне при нормальній температурі, це цемент: зола-винос: мінеральний порошок: діоксид кремнію: пісок: водовідновник: латексний порошок: вода = 860: 42: 83: 110: 980: 11: 2: 210, об'ємний вміст сталевого волокна 2%. Додайте 0, 0,25%, 0,50%, 0,75%, 1,00% вмісту HPMC ефіру целюлози (HPMC) до цього основного співвідношення суміші. Поставте порівняльні експерименти відповідно.

1.2 Метод випробування

Зважте суху порошкоподібну сировину відповідно до співвідношення змішування та помістіть її в одновалову примусову бетонозмішувач HJW-60. Запустіть міксер до однорідності, додайте воду та перемішуйте протягом 3 хвилин, вимкніть міксер, додайте зважену сталеву фібру та знову запустіть міксер на 2 хвилини. Зроблено в суспензію UHPC.

Елементи випробування включають текучість, час схоплювання, міцність на стиск, міцність на вигин, міцність на осьовий розтяг і кінцеве значення розтягування. Випробування на текучість визначається відповідно до JC/T986-2018 «Цементні матеріали для цементування». Перевірка часу схоплювання відповідає GB /T 1346—2011 «Метод випробування споживання води та часу схоплювання цементу стандартної консистенції». Випробування на міцність на згин визначається відповідно до GB/T50081-2002 «Стандарт на методи випробування механічних властивостей звичайного бетону». Випробування на міцність на стиск, міцність на осьовий розтяг і граничне значення розтягування визначаються відповідно до DLT5150-2001 «Положення про гідравлічні випробування бетону».

2. Результати тестування

2.1 Ліквідність

Результати тесту на текучість показують вплив вмісту HPMC на втрату текучості UHPC з часом. З явища випробування спостерігається, що після рівномірного перемішування суспензії без ефіру целюлози поверхня схильна до зневоднення та утворення кірки, і текучість швидко втрачається. , і працездатність погіршилася. Після додавання ефіру целюлози на поверхні не було шкірки, втрата плинності з часом була невеликою, а оброблюваність залишалася хорошою. У межах випробувального діапазону мінімальна втрата текучості становила 5 мм за 60 хвилин. Аналіз даних випробувань показує, що кількість ефіру целюлози з низькою в’язкістю мало впливає на початкову текучість UHPC, але має більший вплив на втрату текучості з часом. Якщо ефір целюлози не додається, втрата текучості UHPC становить 15 мм; Зі збільшенням HPMC втрата текучості розчину зменшується; коли дозування становить 0,75%, втрата плинності UHPC є найменшою з часом, що становить 5 мм; після цього, зі збільшенням HPMC, втрата плинності UHPC з часом майже не змінюється.

післяHPMCзмішується з UHPC, це впливає на реологічні властивості UHPC з двох аспектів: один полягає в тому, що в процес перемішування вводяться незалежні мікробульбашки, що змушує заповнювач, золу-винесення та інші матеріали утворювати «ефект кулі», що збільшує У той же час, велика кількість цементного матеріалу може обернути заповнювач, так що заповнювач може бути рівномірно «підвішений» в суспензії, і може вільно рухатися, тертя між заповнювачами зменшується, а плинність збільшується; другий - збільшити UHPC Сила зчеплення зменшує текучість. Оскільки в тесті використовується низьков’язка ГПМЦ, перший аспект дорівнює другому аспекту, і початкова текучість не сильно змінюється, але втрату текучості з часом можна зменшити. Згідно з аналізом результатів випробувань, можна знати, що додавання відповідної кількості HPMC до UHPC може значно покращити конструкцію UHPC.

2.2 Час схоплювання

З тенденції зміни часу схоплювання UHPC, що залежить від кількості HPMC, можна побачити, що HPMC відіграє сповільнювальну роль у UHPC. Чим більша кількість, тим очевидніший ефект сповільнення. При кількості 0,50% час схоплювання розчину становить 55 хв. Порівняно з контрольною групою (40 хв) він збільшився на 37,5%, причому зростання все ще не було очевидним. При дозуванні 1,00 % час схоплювання розчину становив 100 хв, що на 150 % вище, ніж у контрольної групи (40 хв).

Характеристики молекулярної структури ефіру целюлози впливають на його гальмівну дію. Фундаментальна молекулярна структура ефіру целюлози, тобто кільцева структура ангідроглюкози, може реагувати з іонами кальцію з утворенням молекулярних сполук цукор-кальцій, скорочуючи період індукції реакції гідратації цементного клінкеру. Концентрація іонів кальцію низька, що запобігає подальшому випаданню в осад Ca(OH)2, знижуючи швидкість реакції гідратації цементу, тим самим затримуючи схоплювання цементу.

2.3 Міцність на стиск

Із співвідношення між міцністю на стиск зразків UHPC через 7 днів і 28 днів і вмістом HMPC можна чітко побачити, що додавання HPMC поступово збільшує зниження міцності на стиск UHPC. 0,25% HPMC, міцність на стиск UHPC трохи зменшується, а коефіцієнт міцності на стиск становить 96%. Додавання 0,50% HPMC не має явного впливу на коефіцієнт міцності на стиск UHPC. Продовжуйте додавати HPMC у сферу використання, UHPC's Міцність на стиск значно зменшилася. Коли вміст HPMC збільшився до 1,00%, коефіцієнт міцності на стиск впав до 66%, і втрата міцності була серйозною. Згідно з аналізом даних, доцільніше додати 0,50% HPMC, а втрата міцності на стиск невелика

ГПМЦ має певний повітровтягуючий ефект. Додавання HPMC спричинить утворення певної кількості мікробульбашок у UHPC, що зменшить насипну щільність свіжозмішаного UHPC. Після затвердіння суспензії пористість поступово збільшуватиметься, а компактність також зменшуватиметься, особливо вміст HPMC. Вища. Крім того, зі збільшенням кількості введеного HPMC, у порах UHPC все ще залишається багато гнучких полімерів, які не можуть відігравати важливу роль у гарній жорсткості та опорі на стиск, коли матриця цементного композиту стискається. Таким чином, додавання HPMC значно знижує міцність на стиск UHPC.

2.4 Міцність на вигин

Зі співвідношення між міцністю на вигин зразків UHPC через 7 днів і 28 днів і вмістом HMPC можна побачити, що криві зміни міцності на згин і міцності на стиск подібні, а зміна міцності на згин між 0 і 0,50% HMPC не те саме. З продовженням додавання HPMC міцність на вигин зразків UHPC значно знизилася.

Вплив ГПМЦ на міцність на вигин UHPC полягає в основному в трьох аспектах: ефір целюлози має сповільнювальну та повітротягнучу дію, що знижує міцність на вигин UHPC; і третім аспектом є гнучкий полімер, вироблений ефіром целюлози. Зменшення жорсткості зразка трохи сповільнює зниження міцності зразка на вигин. Одночасне існування цих трьох аспектів знижує міцність на стиск зразка UHPC, а також знижує міцність на вигин.

2.5 Міцність на осьовий розтяг і граничне значення розтягування

Зв’язок між міцністю на розрив зразків UHPC через 7 і 28 днів та вмістом HMPC. Зі збільшенням вмісту ГПМЦ міцність на розрив зразків УГПК спочатку мало змінювалася, а потім швидко знижувалася. Крива міцності на розрив показує, що коли вміст HPMC у зразку досягає 0,50%, значення міцності на осьовий розрив зразка UHPC становить 12,2 МПа, а коефіцієнт міцності на розрив становить 103%. З подальшим збільшенням вмісту ГПМЦ у зразку осьове центральне значення міцності на розрив почало різко падати. Коли вміст HPMC у зразку становив 0,75% і 1,00%, співвідношення міцності на розрив становило 94% і 78%, відповідно, що було нижчим, ніж міцність на осьовий розрив UHPC без HPMC.

Зі співвідношення між граничними значеннями розтягування зразків UHPC через 7 днів і 28 днів і вмістом HMPC можна побачити, що граничні значення розтягування майже не змінюються зі збільшенням ефіру целюлози на початку та коли вміст ефіру целюлози досягає 0,50 %, а потім починає швидко падати.

Вплив доданої кількості HPMC на міцність на осьовий розрив і кінцеве значення розтягування зразків UHPC демонструє тенденцію до збереження майже незмінного, а потім до зменшення. Основна причина полягає в тому, що HPMC може бути безпосередньо утворений між гідратованими частинками цементу. Шар водонепроникної полімерної герметизуючої плівки відіграє роль ущільнення, так що певна кількість води зберігається в UHPC, що забезпечує необхідну воду для безперервного розвитку подальшої гідратації. цементу, тим самим покращуючи міцність цементу. Додавання HPMC покращує когезійність UHPC надає суспензії гнучкість, завдяки чому UHPC повністю адаптується до усадки та деформації основного матеріалу, а також трохи покращує міцність на розрив UHPC. Однак, коли вміст HPMC перевищує критичне значення, залучене повітря впливає на міцність зразка. Несприятливі ефекти поступово відіграли провідну роль, і міцність на осьовий розтяг і граничне значення розтягування зразка почали зменшуватися.

3. Висновок

1) HPMC може значно покращити робочі характеристики UHPC із затвердінням при нормальній температурі, подовжити час його коагуляції та зменшити втрату текучості свіжозмішаного UHPC з часом.

2) Додавання HPMC вводить певну кількість крихітних бульбашок під час процесу перемішування суспензії. Якщо кількість надто велика, бульбашки збиратимуться занадто багато й утворюватимуть більші бульбашки. Суспензія має високу когезію, і бульбашки не можуть переливатися та лопнути. Зменшуються пори загартованого UHPC; крім того, гнучкий полімер, виготовлений HPMC, не може забезпечити жорстку опору, коли він знаходиться під тиском, і міцність на стиск і вигин значно знижується.

3) Додавання HPMC робить UHPC пластичним і гнучким. Міцність на осьовий розтяг і граничне значення розтягування зразків UHPC майже не змінюються зі збільшенням вмісту HPMC, але коли вміст HPMC перевищує певне значення, міцність на осьовий розтяг і граничні значення розтягування значно знижуються.

4) При приготуванні UHPC з нормальною температурою затвердіння дозування HPMC слід суворо контролювати. Коли дозування становить 0,50%, співвідношення між робочими характеристиками та механічними властивостями UHPC з нормальною температурою затвердіння може бути добре узгоджене.