Methyl cellulose ether trên bê tông hiệu suất cực cao đóng rắn ở nhiệt độ phòng

Tóm tắt: Bằng cách thay đổi hàm lượng hydroxypropyl methylcellulose ete (HPMC) trong bê tông hiệu năng cực cao (UHPC) đóng rắn ở nhiệt độ thường, người ta đã nghiên cứu ảnh hưởng của ete xenluloza đến tính lưu động, thời gian đông kết, cường độ nén và cường độ uốn của UHPC. , độ bền kéo dọc trục và giá trị độ bền kéo cuối cùng, và kết quả được phân tích. Kết quả thử nghiệm cho thấy: thêm không quá 1,00% HPMC có độ nhớt thấp không ảnh hưởng đến tính lưu động của UHPC, nhưng làm giảm sự mất tính lưu động theo thời gian. và kéo dài thời gian đông kết, cải thiện đáng kể hiệu suất thi công; khi hàm lượng nhỏ hơn 0,50%, tác động đến cường độ nén, cường độ uốn và độ bền kéo dọc trục là không đáng kể và khi hàm lượng lớn hơn 0,50%, hiệu suất cơ học của nó sẽ giảm hơn 1/3. Xem xét các hiệu suất khác nhau, liều lượng khuyến nghị của HPMC là 0,50%.

Từ khóa: bê tông tính năng siêu cao; ete xenlulo; bảo dưỡng ở nhiệt độ bình thường; cường độ nén; độ bền uốn; độ bền kéo

0、Lời nói đầu

Với sự phát triển nhanh chóng của ngành xây dựng Trung Quốc, yêu cầu về tính năng bê tông trong kỹ thuật thực tế cũng tăng lên và bê tông tính năng siêu cao (UHPC) đã được sản xuất để đáp ứng nhu cầu. Tỷ lệ tối ưu của các hạt có kích thước hạt khác nhau được thiết kế theo lý thuyết và được trộn với sợi thép và chất khử nước hiệu quả cao, nó có các đặc tính tuyệt vời như cường độ nén cực cao, độ bền cao, độ bền chống sốc cao và khả năng tự phục hồi mạnh mẽ. khả năng của các vết nứt vi mô. Hiệu suất. Nghiên cứu công nghệ nước ngoài về UHPC tương đối chín muồi và đã được ứng dụng vào nhiều dự án thực tế. So với nước ngoài, nghiên cứu trong nước chưa đủ sâu. Dong Jianmiao và những người khác đã nghiên cứu sự kết hợp chất xơ bằng cách thêm vào các loại và số lượng sợi khác nhau. Cơ chế và quy luật ảnh hưởng của bê tông; Chen Jing và cộng sự. nghiên cứu ảnh hưởng của đường kính sợi thép đến tính năng của UHPC bằng cách chọn sợi thép có 4 đường kính. UHPC chỉ có một số ít ứng dụng kỹ thuật ở Trung Quốc và vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu lý thuyết. Việc thực hiện UHPC Ưu việt đã trở thành một trong những hướng nghiên cứu phát triển cụ thể nhưng vẫn còn nhiều vấn đề cần giải quyết. Chẳng hạn như yêu cầu cao về nguyên liệu thô, chi phí cao, quy trình chuẩn bị phức tạp, v.v. đã hạn chế sự phát triển của công nghệ sản xuất UHPC. Trong số đó, sử dụng hơi nước áp suất cao Việc xử lý UHPC ở nhiệt độ cao có thể giúp nó đạt được tính chất cơ học và độ bền cao hơn. Tuy nhiên, do quy trình xử lý bằng hơi nước rườm rà và yêu cầu cao về thiết bị sản xuất nên việc ứng dụng vật liệu chỉ có thể giới hạn ở các bãi đúc sẵn, không thể thi công đúc tại chỗ. Do đó, việc áp dụng phương pháp xử lý nhiệt trong các dự án thực tế là không phù hợp và cần tiến hành nghiên cứu chuyên sâu về UHPC xử lý nhiệt độ thông thường.

UHPC xử lý ở nhiệt độ bình thường đang trong giai đoạn nghiên cứu ở Trung Quốc, tỷ lệ nước trên chất kết dính của nó cực kỳ thấp và dễ bị mất nước nhanh chóng trên bề mặt trong quá trình thi công tại chỗ. Để cải thiện hiệu quả hiện tượng mất nước, vật liệu gốc xi măng thường thêm một số chất làm đặc giữ nước vào vật liệu. Tác nhân hóa học giúp ngăn chặn sự phân tách và chảy máu của vật liệu, tăng cường khả năng giữ nước và kết dính, cải thiện hiệu suất xây dựng, đồng thời cải thiện hiệu quả các tính chất cơ học của vật liệu gốc xi măng. Hydroxypropyl methyl cellulose ether (HPMC) như một chất làm đặc polymer, có thể phân phối hiệu quả bùn polyme và vật liệu trong vật liệu gốc xi măng, và nước tự do trong bùn sẽ trở thành nước liên kết, do đó không dễ bị mất đi. bùn và cải thiện hiệu suất giữ nước của bê tông. Để giảm tác động của ete cellulose lên tính lưu động của UHPC, ete cellulose có độ nhớt thấp đã được chọn để thử nghiệm.

Tóm lại, nhằm nâng cao hiệu quả thi công trên cơ sở đảm bảo tính chất cơ lý của UHPC đóng rắn ở nhiệt độ thường, bài báo nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng ete xenluloza có độ nhớt thấp đến đóng rắn ở nhiệt độ thường dựa trên tính chất hóa học của ete xenluloza. và cơ chế hoạt động của nó trong bùn UHPC. Ảnh hưởng của tính lưu động, thời gian đông tụ, cường độ nén, cường độ uốn, độ bền kéo dọc trục và giá trị độ bền kéo cuối cùng của UHPC để xác định liều lượng cellulose ether thích hợp.

1. Kế hoạch kiểm tra

1.1 Kiểm tra nguyên liệu và tỷ lệ pha trộn

Nguyên liệu thô cho thử nghiệm này là:

1) Xi măng: P·O 52,5 Xi măng Portland thông thường được sản xuất tại Liễu Châu.

2) Tro bay: Tro bay được sản xuất tại Liễu Châu.

3) Bột xỉ: Bột xỉ lò cao dạng hạt S95 được sản xuất tại Liễu Châu.

4) Silica fume: silica fume bán mã hóa, bột màu xám, hàm lượng SiO2≥92%, diện tích bề mặt riêng 23 m²/g.

5) Cát thạch anh: 20~40 Mesh (0,833~0,350 mm).

6) Chất khử nước: chất khử nước polycarboxylate, bột màu trắng, tốc độ khử nước≥30%.

7) Bột cao su: bột cao su có thể tái phân tán.

8) Fiber ether: hydroxypropyl methylcellulose METHOCEL sản xuất tại Mỹ, độ nhớt 400 MPa s.

9) Sợi thép: sợi thép microwire mạ đồng thẳng, đường kínhφ là 0,22 mm, chiều dài là 13 mm, độ bền kéo là 2 000 MPa.

Sau nhiều nghiên cứu thực nghiệm ở giai đoạn đầu, có thể xác định rằng tỷ lệ trộn cơ bản của bê tông hiệu suất cực cao đóng rắn ở nhiệt độ thường là xi măng: tro bay: bột khoáng: khói silic: cát: chất khử nước: bột latex: nước = 860:42:83:110:980:11:2:210, hàm lượng thể tích sợi thép là 2%. Thêm hàm lượng cellulose ete (HPMC) 0, 0,25%, 0,50%, 0,75%, 1,00% HPMC vào tỷ lệ trộn cơ bản này. Thiết lập các thí nghiệm so sánh tương ứng.

1.2 Phương pháp thử

Cân nguyên liệu bột khô theo tỷ lệ pha trộn và cho vào máy trộn bê tông cưỡng bức trục ngang đơn HJW-60. Khởi động máy trộn cho đến khi đồng nhất, thêm nước và trộn trong 3 phút, tắt máy trộn, thêm sợi thép đã cân và khởi động lại máy trộn trong 2 phút. Được chế tạo thành bùn UHPC.

Các hạng mục kiểm tra bao gồm tính lưu động, thời gian đông kết, cường độ nén, cường độ uốn, độ bền kéo dọc trục và giá trị độ bền kéo cuối cùng. Thử nghiệm tính lưu động được xác định theo JC/T986-2018 “Vật liệu vữa gốc xi măng”. Kiểm tra thời gian cài đặt theo GB /T 1346—2011 “Phương pháp kiểm tra độ đặc tiêu chuẩn và thời gian đông kết của xi măng”. Kiểm tra cường độ uốn được xác định theo GB/T50081-2002 “Tiêu chuẩn cho phương pháp kiểm tra tính chất cơ học của bê tông thông thường”. Kiểm tra cường độ nén, cường độ kéo dọc trục và Kiểm tra giá trị độ bền kéo cuối cùng được xác định theo “Quy định kiểm tra bê tông thủy lực” DLT5150-2001.

2. Kết quả kiểm tra

2.1 Thanh khoản

Kết quả kiểm tra tính lưu động cho thấy ảnh hưởng của hàm lượng HPMC đến sự mất đi tính lưu động của UHPC theo thời gian. Từ hiện tượng thử nghiệm, người ta quan sát thấy rằng sau khi khuấy đều hỗn hợp bùn không có ete xenlulo, bề mặt dễ bị mất nước và đóng vảy, tính lưu động nhanh chóng bị mất. và khả năng làm việc bị suy giảm. Sau khi thêm ete xenlulo, bề mặt không bị bong tróc, độ lỏng mất đi theo thời gian là nhỏ và khả năng gia công vẫn tốt. Trong phạm vi thử nghiệm, độ lỏng bị mất tối thiểu là 5 mm trong 60 phút. Phân tích dữ liệu thử nghiệm cho thấy, Lượng ete cellulose có độ nhớt thấp ít ảnh hưởng đến tính lưu động ban đầu của UHPC, nhưng có tác động lớn hơn đến sự mất tính lưu động theo thời gian. Khi không thêm ete xenlulo, độ mất tính lưu động của UHPC là 15 mm; Với sự gia tăng HPMC, độ mất lưu động của vữa giảm; khi liều lượng là 0,75%, độ mất tính lưu động của UHPC là nhỏ nhất theo thời gian, là 5mm; sau đó, với sự gia tăng của HPMC, độ mất tính lưu động của UHPC theo thời gian Hầu như không thay đổi.

Sau đóHPMCđược trộn với UHPC, nó ảnh hưởng đến đặc tính lưu biến của UHPC từ hai khía cạnh: một là các bong bóng vi mô độc lập được đưa vào quá trình khuấy trộn, làm cho cốt liệu, tro bay và các vật liệu khác tạo thành “hiệu ứng bóng”, làm tăng Đồng thời, một lượng lớn vật liệu xi măng có thể bao bọc cốt liệu, do đó cốt liệu có thể được “lơ lửng” đồng đều trong bùn và có thể di chuyển tự do, giảm ma sát giữa các cốt liệu và tăng tính lưu động; thứ hai là tăng UHPC Lực kết dính làm giảm tính lưu loát. Do thử nghiệm sử dụng HPMC có độ nhớt thấp nên khía cạnh thứ nhất bằng khía cạnh thứ hai và tính lưu động ban đầu không thay đổi nhiều, nhưng sự mất tính lưu động theo thời gian có thể giảm đi. Theo phân tích kết quả thử nghiệm, có thể biết rằng việc bổ sung một lượng HPMC thích hợp vào UHPC có thể cải thiện đáng kể hiệu suất thi công của UHPC.

2.2 Thời gian đông kết

Từ xu hướng thay đổi thời gian ninh kết của UHPC bị ảnh hưởng bởi lượng HPMC, có thể thấy rằng HPMC đóng vai trò làm chậm quá trình đông kết của UHPC. Số lượng càng lớn thì tác dụng làm chậm càng rõ ràng. Khi hàm lượng là 0,50% thì thời gian ninh kết của vữa là 55 phút. So với nhóm đối chứng (40 phút), nó tăng 37,5% và mức tăng vẫn chưa rõ ràng. Khi liều lượng là 1,00%, thời gian ninh kết của vữa là 100 phút, cao hơn 150% so với nhóm đối chứng (40 phút).

Các đặc điểm cấu trúc phân tử của ete cellulose ảnh hưởng đến tác dụng làm chậm của nó. Cấu trúc phân tử cơ bản trong ete cellulose, tức là cấu trúc vòng anhydroglucose, có thể phản ứng với các ion canxi để tạo thành các hợp chất phân tử đường-canxi, làm giảm thời gian cảm ứng của phản ứng hydrat hóa clinker xi măng. Nồng độ của các ion canxi thấp, ngăn cản sự kết tủa thêm của Ca(OH)2, làm giảm tốc độ phản ứng hydrat hóa xi măng, do đó làm chậm quá trình đông kết của xi măng.

2.3 Cường độ nén

Từ mối quan hệ giữa cường độ nén của mẫu UHPC ở tuổi 7 và 28 ngày với hàm lượng HMPC có thể thấy rõ việc bổ sung HPMC làm tăng dần sự suy giảm cường độ nén của UHPC. 0,25% HPMC, cường độ nén của UHPC giảm nhẹ và tỷ lệ cường độ nén là 96%. Thêm 0,50% HPMC không ảnh hưởng rõ ràng đến tỷ lệ cường độ nén của UHPC. Tiếp tục bổ sung HPMC trong phạm vi sử dụng, UHPC's Cường độ nén giảm đáng kể. Khi hàm lượng HPMC tăng lên 1,00%, tỷ lệ cường độ nén giảm xuống 66% và độ bền bị suy giảm nghiêm trọng. Theo phân tích dữ liệu, việc thêm 0,50% HPMC sẽ phù hợp hơn và mức độ mất cường độ nén là nhỏ

HPMC có tác dụng cuốn khí nhất định. Việc bổ sung HPMC sẽ tạo ra một lượng vi bọt nhất định trong UHPC, điều này sẽ làm giảm mật độ khối của UHPC mới trộn. Sau khi bùn cứng lại, độ xốp sẽ tăng dần và độ chặt cũng giảm, đặc biệt là hàm lượng HPMC. Cao hơn. Ngoài ra, với sự gia tăng lượng HPMC được đưa vào, vẫn còn nhiều polyme dẻo trong các lỗ rỗng của UHPC, chúng không thể đóng vai trò quan trọng trong việc tạo độ cứng và hỗ trợ nén tốt khi nền của hỗn hợp xi măng bị nén. Vì vậy, việc bổ sung HPMC làm giảm đáng kể cường độ chịu nén của UHPC.

2.4 Độ bền uốn

Từ mối quan hệ giữa cường độ uốn của các mẫu UHPC ở tuổi 7 ngày và 28 ngày với hàm lượng HMPC có thể thấy đường cong thay đổi cường độ uốn và cường độ nén là tương tự nhau và sự thay đổi cường độ uốn trong khoảng từ 0 đến 0,50%. của HMPC không giống nhau. Khi việc bổ sung HPMC tiếp tục, độ bền uốn của các mẫu UHPC giảm đáng kể.

Ảnh hưởng của HPMC đến độ bền uốn của UHPC chủ yếu ở ba khía cạnh: ete xenlulo có tác dụng làm chậm và cuốn khí, làm giảm độ bền uốn của UHPC; và khía cạnh thứ ba là polyme dẻo được tạo ra bởi ete xenlulo, Việc giảm độ cứng của mẫu sẽ làm chậm quá trình giảm độ bền uốn của mẫu một chút. Sự tồn tại đồng thời của ba khía cạnh này làm giảm cường độ nén của mẫu UHPC và cũng làm giảm cường độ uốn.

2.5 Độ bền kéo dọc trục và giá trị độ bền kéo giới hạn

Mối quan hệ giữa độ bền kéo của mẫu UHPC ở 7 ngày và 28 ngày và hàm lượng HMPC. Với sự gia tăng hàm lượng HPMC, độ bền kéo của mẫu UHPC ban đầu thay đổi rất ít và sau đó giảm nhanh chóng. Đường cong độ bền kéo cho thấy khi hàm lượng HPMC trong mẫu đạt 0,50% thì giá trị độ bền kéo dọc trục của mẫu UHPC là 12,2MPa và tỷ lệ độ bền kéo là 103%. Với sự gia tăng hơn nữa của hàm lượng HPMC trong mẫu vật, giá trị độ bền kéo dọc trục bắt đầu giảm mạnh. Khi hàm lượng HPMC của mẫu là 0,75% và 1,00% thì tỷ lệ độ bền kéo lần lượt là 94% và 78%, thấp hơn độ bền kéo dọc trục của UHPC không có HPMC.

Từ mối quan hệ giữa giá trị độ bền kéo cuối cùng của các mẫu UHPC ở thời điểm 7 ngày và 28 ngày với hàm lượng HMPC, có thể thấy giá trị độ bền kéo cuối cùng hầu như không thay đổi khi tăng hàm lượng cellulose ether lúc đầu và khi hàm lượng ether cellulose đạt 0,50 % và sau đó bắt đầu giảm nhanh.

Ảnh hưởng của lượng HPMC bổ sung đến độ bền kéo dọc trục và giá trị độ bền kéo cuối cùng của mẫu UHPC cho thấy có xu hướng giữ gần như không thay đổi và sau đó giảm dần. Lý do chính là HPMC có thể được hình thành trực tiếp giữa các hạt xi măng ngậm nước. Một lớp màng polyme chống thấm nước đóng vai trò bịt kín, do đó một lượng nước nhất định được lưu trữ trong UHPC, cung cấp nước cần thiết cho quá trình hydrat hóa liên tục phát triển. xi măng, từ đó nâng cao cường độ của xi măng. Việc bổ sung HPMC giúp cải thiện tính kết dính của UHPC mang lại cho bùn tính linh hoạt, giúp UHPC thích ứng hoàn toàn với độ co ngót và biến dạng của vật liệu cơ bản, đồng thời cải thiện một chút độ bền kéo của UHPC. Tuy nhiên, khi hàm lượng HPMC vượt quá giá trị tới hạn, không khí cuốn theo sẽ ảnh hưởng đến độ bền của mẫu. Các tác động bất lợi dần dần đóng vai trò chủ đạo, độ bền kéo dọc trục và giá trị độ bền kéo cuối cùng của mẫu vật bắt đầu giảm.

3. Kết luận

1) HPMC có thể cải thiện đáng kể hiệu suất làm việc của UHPC xử lý ở nhiệt độ bình thường, kéo dài thời gian đông tụ và giảm sự mất tính lưu động của UHPC mới trộn theo thời gian.

2) Việc bổ sung HPMC sẽ tạo ra một lượng bong bóng nhỏ nhất định trong quá trình khuấy trộn bùn. Nếu số lượng quá lớn, bong bóng sẽ tụ lại quá nhiều và tạo thành bong bóng lớn hơn. Bùn có độ kết dính cao và bong bóng không thể tràn và vỡ. Các lỗ rỗng của UHPC cứng lại giảm đi; Ngoài ra, polyme dẻo do HPMC sản xuất không thể cung cấp khả năng hỗ trợ cứng nhắc khi chịu áp lực và cường độ nén và uốn bị giảm đi rất nhiều.

3) Việc bổ sung HPMC làm cho UHPC dẻo và dẻo. Độ bền kéo dọc trục và giá trị độ bền kéo cuối cùng của mẫu UHPC hầu như không thay đổi khi hàm lượng HPMC tăng, nhưng khi hàm lượng HPMC vượt quá một giá trị nhất định, Độ bền kéo dọc trục và giá trị độ bền kéo cuối cùng sẽ giảm đáng kể.

4) Khi chuẩn bị UHPC bảo dưỡng ở nhiệt độ bình thường, cần kiểm soát chặt chẽ liều lượng HPMC. Khi liều lượng là 0,50%, mối quan hệ giữa hiệu suất làm việc và tính chất cơ học của UHPC xử lý ở nhiệt độ bình thường có thể được phối hợp tốt.