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對混凝土結(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)，通常可以吸收比自己體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水泥凈漿流動性的影響和對水泥膠砂強(qiáng)度的影響來研究SAP對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)國內(nèi)外對SAP的探索研究，可以得出SAP對水泥基材料的收縮開裂確實(shí)有明顯的改善，然而對于不同的SAP對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，對水泥基材料的抗收縮效果也會不同。本文擬通過研究幾種不同粒徑及吸水倍率的SAP來對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會對混凝土產(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兩種SAP對混凝土產(chǎn)生的影響和當(dāng)吸水倍率相同粒徑不同時兩種SAP對水泥基材料產(chǎn)生的影響。探索出不同種類的SAP對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級粉煤灰，S95級磨細(xì)礦粉，細(xì)度為2.6的河沙，5～20mm連續(xù)級配玄武巖碎石，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型混凝土振動臺,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型混凝土振動臺，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對水泥凈漿自收縮的影響

由圖1可知，根據(jù)計算機(jī)采集的圖像來看，前10到20個小時微應(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小時之內(nèi)微應(yīng)變減小，40小時之后微應(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含量越多對凈漿限制性收縮作用越大。相對于基準(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，凈漿自收縮的抑制效果愈加明顯，自收縮的減縮量變大，自收縮起始時間有明顯的延遲。

圖1 SAP對水泥凈漿自收縮的影響

3.2 SAP對混凝土自收縮性能的影響

3.2.1粒徑對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 粒徑對混凝土自收縮的影響

3.2.2吸水倍率對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混凝土自收縮的影響

圖4 大粒徑下吸水倍率對自收縮的影響

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在一定程度上對混凝土強(qiáng)度會有影響：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在一定程度上對混凝土強(qiáng)度會有影響：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.高吸水樹脂顆粒對混凝土自收縮與強(qiáng)度的影響[J].華中科技大學(xué)學(xué)報，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，2003,31（11）：41-44.

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