李君尉(河北省邯一建筑工程有限公司)

吸水樹脂改善混凝土自收縮性能研究

李君尉
(河北省邯一建筑工程有限公司)

吸水樹脂被認(rèn)為是一種非常具有應(yīng)用前景的內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料，用于降低混凝土自干燥收縮，目前吸水樹脂自身結(jié)構(gòu)與其降低混凝土自干燥收縮性能間的關(guān)系還不明確。因此本文考察了一系列具有不同吸液倍率、粒徑的吸水樹脂內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料對(duì)混凝土自干燥收縮的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)：小粒徑、高吸水倍率的吸水樹脂綜合效果最佳，可以獲得較為合理的力學(xué)性能和體積穩(wěn)定性。選擇合適的摻量、粒徑以及吸水倍率，可以有效的解決混凝土的自收縮問題。

混凝土；自收縮；吸水樹脂；粒徑；吸水倍率

1 引言

混凝土是當(dāng)今使用量最大的建筑材料,然而裂縫始終是影響混凝土及其結(jié)構(gòu)耐久性的關(guān)鍵因素,其中混凝土收縮性能則是導(dǎo)致混凝土開裂的最直接原因?；炷猎缙谒苄允湛s、干燥收縮及溫度收縮都會(huì)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的使用性和穩(wěn)定性帶來巨大挑戰(zhàn),抗收縮性對(duì)于高強(qiáng)高性能混凝土顯得尤為重要。因此，混凝土收縮性能的預(yù)防及改善措施一直是研究的熱點(diǎn)。高吸水性樹脂( super absor bent polymer,簡(jiǎn)稱SAP)是一種含有羧基、羥基等強(qiáng)親水性基團(tuán)并具有一定交聯(lián)度的水溶脹型高分子聚合物,它的吸水能力非常強(qiáng)，通?？梢晕毡茸约后w重重幾百倍至上千倍的水的重量，可以在混凝土早期水化過程中出現(xiàn)水分不足時(shí)補(bǔ)充水分，并且它吸水速率快，而且容易控制。用高吸水樹脂取代其它養(yǎng)護(hù)劑加入混凝土中,可對(duì)水泥漿體起到較好的養(yǎng)護(hù)效果。

Jensen等[1-2]研究了高吸水性樹脂混凝土收縮的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)加入SAP可以額外引入一定量水分到水泥基材料中，可以有效的改善甚至完全消除水泥硬化過程中的自收縮現(xiàn)象。胡曙光等[3]研究發(fā)現(xiàn)在低水灰比的混凝土中摻入SAP可減小其自收縮，且抗收縮的效果隨著SAP的摻量增加而更加明顯。葉華等[4]通過溶液聚合法合成了3種具有不同吸鹽水能力的吸水樹脂[5-7]進(jìn)行吸水能力的研究以及通過吸水樹脂對(duì)水泥凈漿流動(dòng)性的影響和對(duì)水泥膠砂強(qiáng)度的影響來研究SAP對(duì)水泥基材料性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)SAP可以作為內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑對(duì)水泥基材料內(nèi)部起到自養(yǎng)護(hù)作用，且早期水化程度的高低與吸水能力的高低成正比。在水泥膠砂試樣中摻加少量的SAP也可以獲得較高強(qiáng)度。通過分析和總結(jié)國(guó)內(nèi)外對(duì)SAP的探索研究，可以得出SAP對(duì)水泥基材料的收縮開裂確實(shí)有明顯的改善，然而對(duì)于不同的SAP對(duì)水泥基材料的具體影響并沒有更深層次的研究。

由于SAP種類和本身結(jié)構(gòu)的不同，對(duì)水泥基材料的抗收縮效果也會(huì)不同。本文擬通過研究幾種不同粒徑及吸水倍率的SAP來對(duì)混凝土性能的影響進(jìn)行研究。旨在研究中論證SAP可改善混凝土的收縮開裂現(xiàn)象并找出粒徑和吸水倍率不同的SAP會(huì)對(duì)混凝土產(chǎn)生哪些具體的不同的效果。并比較不同的粒徑和吸水倍率的SAP對(duì)混凝土的具體影響，分析并研究當(dāng)粒徑相同吸水倍率不同時(shí)兩種SAP對(duì)混凝土產(chǎn)生的影響和當(dāng)吸水倍率相同粒徑不同時(shí)兩種SAP對(duì)水泥基材料產(chǎn)生的影響。探索出不同種類的SAP對(duì)水泥基從材料性能的具體影響規(guī)律在實(shí)際工程中的應(yīng)用具有非常重要的意義。

2 原材料及實(shí)驗(yàn)方法

2.1原材料

實(shí)驗(yàn)主要材料有：P52.5硅酸鹽水泥，熱電廠Ⅰ級(jí)粉煤灰，S95級(jí)磨細(xì)礦粉，細(xì)度為2.6的河沙，5～20mm連續(xù)級(jí)配玄武巖碎石，PCA聚羧酸系高效減水劑，HME-III新型膨脹劑，自來水和聚羧酸丙烯類的SAP（參數(shù)見表1）。

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表1 四種聚羧酸丙烯類的SAP參數(shù)

2.2實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及設(shè)備

本文將進(jìn)行凈漿自收縮，混凝土自收縮和混凝土強(qiáng)度三個(gè)實(shí)驗(yàn)，具體實(shí)驗(yàn)方法參見相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。所用實(shí)驗(yàn)儀器有：波紋管，收縮支架，計(jì)算機(jī)，SJD-60型單臥軸強(qiáng)制式混凝土攪拌機(jī)，ZT-1×1型混凝土振動(dòng)臺(tái),PVC管材，收縮支架，千分表，SJD-60型單臥軸強(qiáng)制式混凝土攪拌機(jī)，ZT-1×1型混凝土振動(dòng)臺(tái)，模具，YAW-3000A型微機(jī)控制電液伺服壓力試驗(yàn)機(jī)。

3 結(jié)果與討論

3.1 SAP對(duì)水泥凈漿自收縮的影響

由圖1可知，根據(jù)計(jì)算機(jī)采集的圖像來看，前10到20個(gè)小時(shí)微應(yīng)變先增加，且三種摻量的SAP的凈漿微變區(qū)別不大，20到40小時(shí)之內(nèi)微應(yīng)變減小，40小時(shí)之后微應(yīng)變又增加，且摻0.3%SAP的微應(yīng)變最大,摻0.2% SAP的凈漿其次,0.1%SAP的微應(yīng)變最小。說明SAP含量越多對(duì)凈漿限制性收縮作用越大。相對(duì)于基準(zhǔn)而言，添加了A1（400g/g，10～80um）的凈漿被有效地抑制了其自收縮。并且SAP的效果比較明顯。通過同種SAP的不同摻量的分析可以得出，當(dāng)摻量逐漸增加時(shí)，凈漿自收縮的抑制效果愈加明顯，自收縮的減縮量變大，自收縮起始時(shí)間有明顯的延遲。

圖1 SAP對(duì)水泥凈漿自收縮的影響

3.2 SAP對(duì)混凝土自收縮性能的影響

3.2.1粒徑對(duì)混凝土自收縮的影響

根據(jù)圖2可以看出0.6%B2 (80g/g 80～160um)的收縮值明顯小于0.6%的A2(80g/g 10～80um)小于基準(zhǔn)組，0.4%的B2 (80g/g 80～160um)的收縮值明顯小于0.4%的A2(80g/g 10～80um)小于基準(zhǔn)組。所以可以得出結(jié)論：SAP可以一定程度上抑制混凝土的自收縮，且在吸水倍率相同的情況下，粒徑越大的SAP抑制自收縮效果越好。

圖2 粒徑對(duì)混凝土自收縮的影響

3.2.2吸水倍率對(duì)混凝土自收縮的影響

由圖3可以看出0.4%的A1 (400g/g 10～80um)收縮值小于0.4%的A2 (80g/g 10～80um)小于基準(zhǔn)組，0.2% A1 (400g/g 10～80um)的收縮值小于0.2% A2 (80g/g 10～80um)的小于基準(zhǔn)組；由圖4可以看出0.4%的B1(400g/g 80～160um)收縮小于0.4%B2(80g/g 80～160um）小于基準(zhǔn)組，0.2%B1(400g/g 80～160um)的收縮值小于0.2%B2(80g/g 80～160um）的小于基準(zhǔn)組。由此可以得出結(jié)論：SAP可以一定程度上抑制混凝土的自收縮，且在粒徑相同的情況下吸水倍率越大的SAP抑制混凝土的自收縮效果越明顯。

圖3 小粒徑下吸水倍率對(duì)混凝土自收縮的影響

圖4 大粒徑下吸水倍率對(duì)自收縮的影響

圖5 摻入A1的混凝土兩種養(yǎng)護(hù)條件下的強(qiáng)度值（MPa）

圖6 摻入B1的混凝土在兩種養(yǎng)護(hù)條件下的強(qiáng)度值（MPa）

圖7 摻入A2的混凝土在兩種養(yǎng)護(hù)條件下的強(qiáng)度值（MPa）

圖8 摻入B2的混凝土在兩種養(yǎng)護(hù)條件下的強(qiáng)度值（MPa）

3.3對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響

通過圖5和6可看出：使用A1(400g/g 10～80um)的混凝土強(qiáng)度略有降低，但影響不大；使用B1(400g/g 80～160um)的混凝土強(qiáng)度先降低，但隨著量的增加會(huì)使混凝土強(qiáng)度加大。通過圖7和圖8可看出：使用A2 (80g/g 10～80um)的混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度降低，密封養(yǎng)護(hù)先降后增，而B2(80g/g 80～160um）使混凝土強(qiáng)度增大。由此可得出結(jié)論：SAP在一定程度上對(duì)混凝土強(qiáng)度會(huì)有影響：粒徑相同，吸水倍率越高，混凝土強(qiáng)度越大；吸水倍率相同，粒徑越大，混凝土強(qiáng)度越大。

4 結(jié)論

⑴使用A1的混凝土強(qiáng)度略有降低，但影響不大；使用B1的混凝土強(qiáng)度先降低，但隨著量的增加會(huì)使混凝土強(qiáng)度加大。

⑵使用A2的混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度降低，密封養(yǎng)護(hù)先降后增，而B2使混凝土強(qiáng)度增大。

⑶SAP在一定程度上對(duì)混凝土強(qiáng)度會(huì)有影響：粒徑相同，吸水倍率越高，混凝土強(qiáng)度越大；吸水倍率相同，粒徑越大，混凝土強(qiáng)度越大。

[1]J ensen O.M, Hansen P.F.Water-entrained cement-based materialsI principles and theoretical background [J].Cem.Concr.Res., 2001, 31:647-654.

[2]Jensen O.M, Hansen P.F.Water-entrained cement-based materials II experimental observation [J].Cem.Concr.Res., 2002, 32: 973-978.

[4]胡曙光，周宇飛，王發(fā)洲.高吸水樹脂顆粒對(duì)混凝土自收縮與強(qiáng)度的影響[J].華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，25(1):1-4.

[5]葉華，趙建青，張宇.吸水樹脂水泥基材料自養(yǎng)護(hù)外加劑的研究[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2003,31（11）：41-44.

[6]Chen J.W., Zhao Y.M.An efficient preparation method for superabsorbent polymers [J].J.Appl.Poly.Sci.,1999,74 :119-124.

[7]Krul L.P., Nareiko E.I., Matusevich Y.I., et al.Water super absorbents based on copolymers of acrylamide with sodium acrylate [J].Poly.Bull.,2000, 45: 159-165.