Efecto del éter de metilcelulosa sobre concreto de ultra alto rendimiento curado a temperatura ambiente

Resumen: Al cambiar el contenido de éter de hidroxipropilmetilcelulosa (HPMC) en el hormigón de ultra alto rendimiento (UHPC) de curado a temperatura normal, se estudió el efecto del éter de celulosa sobre la fluidez, el tiempo de fraguado, la resistencia a la compresión y la resistencia a la flexión del UHPC. , resistencia a la tracción axial y valor último de tracción, y se analizaron los resultados. Los resultados de las pruebas muestran que: agregar no más del 1,00 % de HPMC de baja viscosidad no afecta la fluidez del UHPC, pero reduce la pérdida de fluidez con el tiempo. , y prolongar el tiempo de fraguado, mejorando en gran medida el rendimiento de la construcción; cuando el contenido es inferior al 0,50 %, el impacto en la resistencia a la compresión, la resistencia a la flexión y la resistencia a la tracción axial no es significativo, y una vez que el contenido es superior al 0,50 %, su rendimiento mecánico se reduce en más de 1/3. Teniendo en cuenta varios rendimientos, la dosis recomendada de HPMC es 0,50%.

Palabras clave: hormigón de ultra altas prestaciones; éter de celulosa; curado a temperatura normal; fuerza compresiva; fuerza flexible; resistencia a la tracción

0, Prefacio

Con el rápido desarrollo de la industria de la construcción de China, los requisitos para el rendimiento del hormigón en la ingeniería real también han aumentado y se ha producido hormigón de ultra alto rendimiento (UHPC) en respuesta a la demanda. La proporción óptima de partículas con diferentes tamaños de partículas está teóricamente diseñada y mezclada con fibra de acero y un agente reductor de agua de alta eficiencia, tiene excelentes propiedades como resistencia a la compresión ultra alta, alta tenacidad, alta resistencia a los golpes, durabilidad y autocuración fuerte. Capacidad de microfisuras. Actuación. La investigación de tecnología extranjera sobre UHPC es relativamente madura y se ha aplicado a muchos proyectos prácticos. En comparación con países extranjeros, la investigación nacional no es lo suficientemente profunda. Dong Jianmiao y otros estudiaron la incorporación de fibras agregando diferentes tipos y cantidades de fibras. El mecanismo de influencia y la ley del concreto; Chen Jing et al. estudió la influencia del diámetro de la fibra de acero en el rendimiento de UHPC seleccionando fibras de acero con 4 diámetros. UHPC tiene solo una pequeña cantidad de aplicaciones de ingeniería en China y aún se encuentra en la etapa de investigación teórica. El rendimiento de UHPC Superiority se ha convertido en una de las direcciones de investigación del desarrollo concreto, pero aún quedan muchos problemas por resolver. Tales como altos requisitos de materias primas, alto costo, proceso de preparación complicado, etc., restringiendo el desarrollo de la tecnología de producción UHPC. Entre ellos, el uso de vapor a alta presión. El curado de UHPC a alta temperatura puede hacer que obtenga mayores propiedades mecánicas y durabilidad. Sin embargo, debido al engorroso proceso de curado al vapor y los altos requisitos para el equipo de producción, la aplicación de materiales solo puede limitarse a los patios de prefabricación y la construcción colada en el lugar no puede llevarse a cabo. Por lo tanto, no es adecuado adoptar el método de curado térmico en proyectos reales, y es necesario realizar una investigación en profundidad sobre el UHPC de curado a temperatura normal.

El UHPC de curado a temperatura normal se encuentra en la etapa de investigación en China, y su proporción de agua a aglomerante es extremadamente baja, y es propenso a una rápida deshidratación en la superficie durante la construcción en el sitio. Para mejorar efectivamente el fenómeno de deshidratación, los materiales a base de cemento generalmente agregan algunos espesantes que retienen agua al material. Agente químico para evitar la segregación y el sangrado de materiales, mejorar la retención de agua y la cohesión, mejorar el rendimiento de la construcción y también mejorar de manera efectiva las propiedades mecánicas de los materiales a base de cemento. Éter de hidroxipropilmetilcelulosa (HPMC) como espesante de polímero, que puede distribuir de manera uniforme la lechada gelificada de polímero y los materiales en materiales a base de cemento, y el agua libre en la lechada se convertirá en agua unida, por lo que no es fácil perderla. la lechada y mejorar el rendimiento de retención de agua del hormigón. Para reducir el impacto del éter de celulosa en la fluidez del UHPC, se seleccionó el éter de celulosa de baja viscosidad para la prueba.

En resumen, con el fin de mejorar el rendimiento de la construcción sobre la base de garantizar las propiedades mecánicas del UHPC de curado a temperatura normal, este artículo estudia el efecto del contenido de éter de celulosa de baja viscosidad en el curado a temperatura normal basado en las propiedades químicas del éter de celulosa. y su mecanismo de acción en lodo UHPC. La influencia de la fluidez, el tiempo de coagulación, la resistencia a la compresión, la resistencia a la flexión, la resistencia a la tracción axial y el valor máximo de tracción de UHPC para determinar la dosis adecuada de éter de celulosa.

1. Plan de prueba

1.1 Prueba de materias primas y relación de mezcla

Las materias primas para esta prueba son:

1) Cemento: cemento Portland ordinario P·O 52.5 producido en Liuzhou.

2) Cenizas volantes: Cenizas volantes producidas en Liuzhou.

3) Polvo de escoria: Polvo de escoria de alto horno granulado S95 producido en Liuzhou.

4) Humo de sílice: humo de sílice semiencriptado, polvo gris, contenido de SiO2 ≥ 92 %, área de superficie específica 23 m²/g.

5) Arena de cuarzo: malla 20~40 (0,833~0,350 mm).

6) Reductor de agua: reductor de agua de policarboxilato, polvo blanco, tasa de reducción de agua ≥ 30%.

7) Polvo de látex: polvo de látex redispersable.

8) Fibra éter: hidroxipropilmetilcelulosa METHOCEL producido en los Estados Unidos, viscosidad 400 MPa s.

9) Fibra de acero: fibra de acero de microalambre recubierta de cobre recta, el diámetro φ es de 0,22 mm, la longitud es de 13 mm, la resistencia a la tracción es de 2 000 MPa.

Después de mucha investigación experimental en la etapa inicial, se puede determinar que la proporción de mezcla básica del concreto de ultra alto rendimiento de curado a temperatura normal es cemento: cenizas volantes: polvo mineral: humo de sílice: arena: agente reductor de agua: polvo de látex: agua = 860: 42: 83: 110: 980: 11: 2: 210, el contenido de volumen de fibra de acero es 2%. Añadir 0, 0,25 %, 0,50 %, 0,75 %, 1,00 % HPMC de contenido de éter de celulosa (HPMC) en esta relación de mezcla básica Establecer experimentos comparativos respectivamente.

1.2 Método de prueba

Pese las materias primas de polvo seco de acuerdo con la proporción de mezcla y colóquelas en la hormigonera forzada de eje horizontal simple HJW-60. Poner en marcha la batidora hasta uniformidad, agregar agua y mezclar por 3 minutos, apagar la batidora, agregar la fibra de acero pesada y reiniciar la batidora por 2 minutos. Transformado en lechada UHPC.

Los elementos de prueba incluyen fluidez, tiempo de fraguado, resistencia a la compresión, resistencia a la flexión, resistencia a la tracción axial y valor máximo de tracción. La prueba de fluidez se determina de acuerdo con JC/T986-2018 "Materiales de lechada a base de cemento". La prueba de tiempo de fraguado es de acuerdo con GB /T 1346—2011 "Método de prueba de tiempo de fraguado y consumo de agua de consistencia estándar del cemento". La prueba de resistencia a la flexión se determina de acuerdo con GB/T50081-2002 "Estándar para métodos de prueba de propiedades mecánicas del hormigón ordinario". Prueba de resistencia a la compresión, resistencia a la tracción axial y La prueba del valor máximo de tracción se determina de acuerdo con DLT5150-2001 "Reglamentos de prueba de hormigón hidráulico".

2. Resultados de la prueba

2.1 Liquidez

Los resultados de la prueba de fluidez muestran la influencia del contenido de HPMC en la pérdida de fluidez de UHPC con el tiempo. Se observa a partir del fenómeno de prueba que después de que la suspensión sin éter de celulosa se agita uniformemente, la superficie es propensa a la deshidratación y la formación de costras, y la fluidez se pierde rápidamente. y la trabajabilidad se deterioró. Después de agregar éter de celulosa, no hubo descamación en la superficie, la pérdida de fluidez con el tiempo fue pequeña y la trabajabilidad permaneció buena. Dentro del rango de prueba, la pérdida mínima de fluidez fue de 5 mm en 60 minutos. El análisis de los datos de prueba muestra que la cantidad de éter de celulosa de baja viscosidad tiene poco efecto sobre la fluidez inicial de UHPC, pero tiene un mayor impacto sobre la pérdida de fluidez con el tiempo. Cuando no se añade éter de celulosa, la pérdida de fluidez de UHPC es de 15 mm; Con el aumento de HPMC, la pérdida de fluidez del mortero disminuye; cuando la dosificación es del 0,75%, la pérdida de fluidez de UHPC es la más pequeña con el tiempo, que es de 5 mm; después de eso, con el aumento de HPMC, la pérdida de fluidez de UHPC con el tiempo casi sin cambios.

Una vez que el HPMC se mezcla con el UHPC, afecta las propiedades reológicas del UHPC en dos aspectos: uno es que se introducen microburbujas independientes en el proceso de agitación, lo que hace que el agregado, las cenizas volantes y otros materiales formen un "efecto de bola", que aumenta la trabajabilidad Al mismo tiempo, una gran cantidad de material cementoso puede envolver el agregado, de modo que el agregado se puede "suspender" uniformemente en la lechada y puede moverse libremente, la fricción entre los agregados se reduce y la fluidez es aumentó; el segundo es aumentar la UHPC La fuerza cohesiva reduce la fluidez. Dado que la prueba utiliza HPMC de baja viscosidad, el primer aspecto es igual al segundo aspecto y la fluidez inicial no cambia mucho, pero se puede reducir la pérdida de fluidez con el tiempo. Según el análisis de los resultados de las pruebas, se puede saber que agregar una cantidad adecuada de HPMC a UHPC puede mejorar en gran medida el rendimiento de construcción de UHPC.

2.2 Tiempo de fraguado

A partir de la tendencia de cambio del tiempo de fraguado de UHPC afectado por la cantidad de HPMC, se puede ver que HPMC juega un papel retardador en UHPC. Cuanto mayor sea la cantidad, más evidente será el efecto retardador. Cuando la cantidad es del 0,50%, el tiempo de fraguado del mortero es de 55min. En comparación con el grupo de control (40 min), aumentó en un 37,5 % y el aumento aún no era evidente. Cuando la dosificación fue del 1,00%, el tiempo de fraguado del mortero fue de 100 min, siendo un 150% superior al del grupo control (40 min).

Las características de la estructura molecular del éter de celulosa afectan su efecto retardador. La estructura molecular fundamental del éter de celulosa, es decir, la estructura del anillo de anhidroglucosa, puede reaccionar con los iones de calcio para formar compuestos moleculares de azúcar y calcio, lo que reduce el período de inducción de la reacción de hidratación del clínker de cemento. La concentración de iones de calcio es baja, lo que evita una mayor precipitación de Ca(OH)2, reduciendo la velocidad de la reacción de hidratación del cemento, retrasando así el fraguado del cemento.

2.3 Resistencia a la compresión

A partir de la relación entre la resistencia a la compresión de las muestras de UHPC a los 7 y 28 días y el contenido de HMPC, se puede ver claramente que la adición de HPMC aumenta gradualmente la disminución de la resistencia a la compresión de UHPC. 0,25% HPMC, la resistencia a la compresión de UHPC disminuye ligeramente y la relación de resistencia a la compresión es del 96%. La adición de 0,50 % de HPMC no tiene un efecto evidente en la relación de resistencia a la compresión del UHPC. Continúe agregando HPMC dentro del ámbito de uso, la resistencia a la compresión de UHPC disminuyó significativamente. Cuando el contenido de HPMC aumentó al 1,00 %, la relación de resistencia a la compresión cayó al 66 % y la pérdida de resistencia fue grave. Según el análisis de datos, es más apropiado agregar 0,50 % de HPMC y la pérdida de resistencia a la compresión es pequeña.

HPMC tiene un cierto efecto inclusor de aire. La adición de HPMC generará una cierta cantidad de microburbujas en el UHPC, lo que reducirá la densidad aparente del UHPC recién mezclado. Una vez endurecida la suspensión, la porosidad aumentará gradualmente y la compacidad también disminuirá, especialmente el contenido de HPMC. Más alto. Además, con el aumento de la cantidad de HPMC introducido, todavía hay muchos polímeros flexibles en los poros de UHPC, que no pueden desempeñar un papel importante en la buena rigidez y el soporte compresivo cuando se comprime la matriz del compuesto cementoso. Por lo tanto, la adición de HPMC reduce en gran medida la resistencia a la compresión de UHPC.

2.4 Resistencia a la flexión

De la relación entre la resistencia a la flexión de las muestras de UHPC a los 7 días y a los 28 días y el contenido de HMPC, se puede ver que las curvas de cambio de la resistencia a la flexión y la resistencia a la compresión son similares, y el cambio de la resistencia a la flexión está entre 0 y 0,50 %. de HMPC no es lo mismo. A medida que continuó la adición de HPMC, la resistencia a la flexión de las muestras de UHPC disminuyó significativamente.

El efecto de la HPMC en la resistencia a la flexión del UHPC se manifiesta principalmente en tres aspectos: el éter de celulosa tiene efectos de retardo y de incorporación de aire, que reducen la resistencia a la flexión del UHPC; y el tercer aspecto es el polímero flexible producido por éter de celulosa. La reducción de la rigidez de la muestra ralentiza ligeramente la disminución de la resistencia a la flexión de la muestra. La existencia simultánea de estos tres aspectos reduce la resistencia a la compresión de la muestra de UHPC y también reduce la resistencia a la flexión.

2.5 Resistencia a la tracción axial y valor último de tracción

La relación entre la resistencia a la tracción de las muestras de UHPC a los 7 y 28 días y el contenido de HMPC. Con el aumento del contenido de HPMC, la resistencia a la tracción de las muestras de UHPC primero cambió poco y luego disminuyó rápidamente. La curva de resistencia a la tracción muestra que cuando el contenido de HPMC en la muestra alcanza el 0,50 %, el valor de la resistencia a la tracción axial de la muestra de UHPC es de 12,2 MPa y la relación de resistencia a la tracción es del 103 %. Con el aumento adicional del contenido de HPMC de la muestra, el valor de la resistencia a la tracción central axial comenzó a caer bruscamente. Cuando el contenido de HPMC de la muestra era 0,75 % y 1,00 %, las relaciones de resistencia a la tracción eran 94 % y 78 %, respectivamente, que eran más bajas que la resistencia a la tracción axial de UHPC sin HPMC.

De la relación entre los valores últimos de tracción de las muestras de UHPC a los 7 y 28 días y el contenido de HMPC, se puede ver que los valores últimos de tracción casi no cambian con el aumento de éter de celulosa al principio, y cuando el contenido de el éter de celulosa alcanza el 0,50 % y luego comienza a descender rápidamente.

El efecto de la cantidad añadida de HPMC sobre la resistencia a la tracción axial y el valor de tracción final de las muestras de UHPC muestra una tendencia a mantenerse casi sin cambios y luego a disminuir. La razón principal es que HPMC se puede formar directamente entre partículas de cemento hidratado. Una capa de película de sellado de polímero resistente al agua cumple la función de sellado, de modo que una cierta cantidad de agua se almacena en UHPC, que proporciona el agua necesaria para el desarrollo continuo de una mayor hidratación. de cemento, mejorando así la resistencia del cemento. La adición de HPMC mejora la La cohesión del UHPC dota a la suspensión de flexibilidad, lo que hace que el UHPC se adapte completamente a la contracción y deformación del material base, y mejora ligeramente la resistencia a la tracción del UHPC. Sin embargo, cuando el contenido de HPMC supera el valor crítico, el aire arrastrado afecta la resistencia de la muestra. Los efectos adversos jugaron gradualmente un papel principal, y la resistencia a la tracción axial y el valor de tracción final de la muestra comenzaron a disminuir.

3. Conclusión

1) HPMC puede mejorar significativamente el rendimiento de trabajo del UHPC de curado a temperatura normal, prolongar su tiempo de coagulación y reducir la pérdida de fluidez del UHPC recién mezclado con el tiempo.

2) La adición de HPMC introduce una cierta cantidad de pequeñas burbujas durante el proceso de agitación de la suspensión. Si la cantidad es demasiado grande, las burbujas se juntarán demasiado y formarán burbujas más grandes. La suspensión es altamente cohesiva y las burbujas no pueden desbordarse y romperse. Los poros del UHPC endurecido disminuyen; además, el polímero flexible producido por HPMC no puede proporcionar un soporte rígido cuando está bajo presión, y las resistencias a la compresión ya la flexión se reducen considerablemente.

3) La adición de HPMC hace que el UHPC sea plástico y flexible. La resistencia a la tracción axial y el valor de tracción final de las muestras de UHPC apenas cambian con el aumento del contenido de HPMC, pero cuando el contenido de HPMC excede un cierto valor, la resistencia a la tracción axial y los valores de tracción final se reducen considerablemente.

4) Al preparar UHPC de curado a temperatura normal, la dosis de HPMC debe controlarse estrictamente. Cuando la dosis es del 0,50 %, la relación entre el rendimiento de trabajo y las propiedades mecánicas del UHPC de curado a temperatura normal puede coordinarse bien.