方 嚴(yán)，紀(jì)林承，路文通，朱 建

(沈陽化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，沈陽 110142)

高吸水樹脂(SAP)是一種具有輕度交聯(lián)的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)高分子材料，能吸收自身重量幾百倍乃至幾千倍的水，且保水性極好[1]。2000年Jensen[2]等提出了將SAP添加到混凝土中進(jìn)行內(nèi)養(yǎng)護(hù)，近些年來關(guān)于這方面研究越來越多。目前工程建筑中采用的是傳統(tǒng)外養(yǎng)護(hù)方法：濕制養(yǎng)護(hù)(噴水、覆蓋濕草袋等)、在水泥材料表面成膜的化學(xué)養(yǎng)護(hù)和覆蓋塑料膜養(yǎng)護(hù)等，費(fèi)工費(fèi)時，且由于混凝土結(jié)構(gòu)密實度較高，外部養(yǎng)護(hù)水很難進(jìn)入混凝土內(nèi)部，養(yǎng)護(hù)效果并不佳[3,4]。SAP在混凝土材料中的加入，為其后期水化時提供水分，混凝土可在無外部人工養(yǎng)護(hù)的情況下獲得良好的性能。SAP在混凝土內(nèi)養(yǎng)護(hù)方面的優(yōu)越性已經(jīng)得到廣泛認(rèn)可，其對水化程度、自收縮和耐久性等方面有著積極作用，但是在流動度和強(qiáng)度方面的影響說法不一，有研究人員認(rèn)為其對強(qiáng)度有著負(fù)面影響，也有認(rèn)為SAP可提高混凝土的工作性能[5-8]。

同樣對于將高分子吸水樹脂摻入水泥砂漿的復(fù)合材料國內(nèi)研究還比較少見，其中逄魯峰[9]研究了高吸水樹脂摻入水泥等組合體系中的抗凍融效果和作用機(jī)理，詹炳根[10]對高吸水樹脂在水泥漿中對其水化度是否具有正面影響進(jìn)行了研究和驗證，在這些研究中[11]，關(guān)于高分子吸水樹脂改變混凝土自收縮和抗凍融能力的研究測試已經(jīng)逐步展開，但是對于摻入高吸水樹脂的水泥砂漿的工作性能以及在現(xiàn)實施工中的應(yīng)用依然有待于進(jìn)一步研究。因此，該實驗將自行合成的聚丙烯酰胺系SAP加入水泥砂漿中，研究了摻拌不同吸水倍率及不同摻入量的高吸水樹脂對水泥砂漿流動度、抗折和抗壓強(qiáng)度等性能的影響。

1 實 驗

1.1 原材料

水泥：諸城市楊春水泥有限公司國標(biāo)425硅酸鹽水泥；標(biāo)準(zhǔn)砂：廈門艾思?xì)W標(biāo)準(zhǔn)砂有限公司ISO標(biāo)準(zhǔn)砂；高吸水樹脂：實驗室自制聚丙烯酸類樹脂，粒徑約200目；水：去離子水。

1.2 實驗制備

實驗采用900 g/g(A)、1 200 g/g(B)、1 500 g/g(C)吸水倍率SAP，摻入量分別為0.1%、0.2%、0.3%、0.4%。砂漿配合比如表1。

表1 砂漿配合比

由于該實驗采用的SAP吸水倍率較高，若采用預(yù)吸水摻入方式則加水量不足導(dǎo)致樹脂無法完全吸水，且溶脹SAP由于團(tuán)聚現(xiàn)象產(chǎn)生膠凝體，導(dǎo)致SAP在砂漿中難以均勻分布，對水泥性能產(chǎn)生負(fù)面影響。所以不采用預(yù)吸水的方式，而是以干摻的摻入方式將SAP粉末直接與水泥灰均勻摻和。

1.3 測試方法

1)采用《通用硅酸鹽水泥標(biāo)準(zhǔn)》GB175—2007水泥膠砂流動度測定水泥砂漿流動度。

2)采用《聚合物改性水泥砂漿試驗規(guī)程》DL/T 5126—2001的有關(guān)規(guī)定做抗折強(qiáng)度的測試，試件大小為40 mm×40 mm×160 mm的棱柱體，計算公式如下

式中，Rf為抗折強(qiáng)度,MPa；P為折斷時施加于中部的載荷,N；L為支撐試件之間的間距,mm；b為棱柱體正方形截面邊長,mm。

3)采用《建筑砂漿基本性能實驗》JGJ/T 70—2009抗壓強(qiáng)度試驗，計算公式如下

式中，F(xiàn)m,cu為砂漿抗壓強(qiáng)度,MPa；Nu為試件破壞載荷,N；A為試件承壓面積,mm2；K為換算系統(tǒng)，取1.35。

2 結(jié)果與分析

2.1 SAP對水泥砂漿流動度的影響

不同吸水倍率SAP的摻入量對水泥砂漿流動度的影響見圖1。由圖可知，在相同摻入量下，SAP吸水倍率越高，流動度也就越小。且隨著摻量的增大，高吸水倍率SAP與低吸水倍率SAP的砂漿流動度差距也隨之增大，說明SAP的吸水倍率影響著水泥砂漿的流動度，吸水率越高則在水泥砂漿中吸收的自由水越多，對其成型有一定程度的影響。

添加不同吸水倍率的SAP水泥砂漿的流動度都隨著摻入量表現(xiàn)出先增大后減小的現(xiàn)象。這是由于SAP和外加水在同時影響著流動度的變化，開始加入較少的SAP，其只需要少量的水分來維持其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，外加水的添加使其砂漿中自由水的增加，從而導(dǎo)致了流動度增大。SAP摻入量為0.2%，添加高吸水樹脂的砂漿流動度比空白組分別增大了11.3%，9.8%，7.3%。當(dāng)摻入量大于0.2%時，隨著SAP摻量的增加，SAP需要吸收大量的水分來維持自身的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，外加水量不能滿足SAP對水分的需求，水泥砂漿中自由水減少，流動度因此下降。

2.2 SAP對水泥砂漿抗折強(qiáng)度影響

由圖2～圖4實驗結(jié)果可知，摻入SAP后，水泥砂漿抗折強(qiáng)度有著不同程度的損失，并且隨著SAP摻量的增加砂漿的強(qiáng)度損失程度越大。實驗結(jié)果可得SAP混凝土的7 d強(qiáng)度損失率要遠(yuǎn)大于28 d強(qiáng)度損失率，0.4%摻量SAP砂漿試塊在7 d抗折強(qiáng)度平均只達(dá)到空白樣的58.8%，說明SAP對水泥砂漿早期強(qiáng)度的影響尤為明顯。因為SAP是低強(qiáng)度相，在水泥成型過程中吸收了部分的自由水和堿離子，阻礙了水泥砂漿早期水化，且SAP吸水過后體積膨脹占據(jù)了砂漿中部分體積，導(dǎo)致水泥砂漿強(qiáng)度的降低。

隨著齡期的增長，7～28 d摻入SAP水泥砂漿的抗折強(qiáng)度增長趨勢均明顯要高于空白樣，強(qiáng)度損失減小。說明SAP在砂漿后期水化中為其提供水分，隨著齡期的增長，砂漿內(nèi)部相對濕度在不斷降低，與吸水SAP內(nèi)部形成濕度差，濕度差的作用下會使得處于吸水膨脹狀態(tài)的SAP凝膠釋放出水分到砂漿內(nèi)部，供未完全水化的膠凝材料顆粒進(jìn)一步水化，宏觀上表現(xiàn)出摻加SAP的水泥砂漿中后期強(qiáng)度增長速率要高于空白樣。

如圖5所示，當(dāng)摻入量為0.1%時，不同吸水倍率SAP雖然對水泥砂漿早期強(qiáng)度造成輕微的損失，但后期強(qiáng)度卻有著一定的提高，28 d抗折強(qiáng)度相較于空白樣的提高率分別為1.87%，3.27%，9.78%，說明在SAP低摻入量、高吸水率下，砂漿強(qiáng)度有著一定微小幅度的提高，確保了SAP對水泥砂漿進(jìn)行內(nèi)養(yǎng)護(hù)作用。

2.3 SAP對水泥砂漿抗壓強(qiáng)度的影響

由圖6～圖8可知，摻加SAP會造成水泥砂漿早期抗壓強(qiáng)度產(chǎn)生損失，SAP摻量越大，抗壓強(qiáng)度的損失率也就越高，并且摻量越高的條件下吸水率越高，也會導(dǎo)致強(qiáng)度損失越多。這是因為SAP吸水膨脹后會在砂漿內(nèi)部形成孔洞，且摻入量越高其形成的凝膠體積也就越多，結(jié)構(gòu)致密度下降，導(dǎo)致砂漿的力學(xué)性能及結(jié)構(gòu)承載能力降低。但在低摻入量的情況下，吸水率越高其抗壓強(qiáng)度損失越小甚至相較于空白樣砂漿強(qiáng)度有所提升，摻量為0.1%、0.2%時，1 500 g/g吸水倍率SAP砂漿試28 d抗壓強(qiáng)度比900 g/g吸水倍率SAP砂漿試塊分別提高了26.32%、17.03%。

膠凝材料的水化程度極大程度地影響著水泥砂漿的抗壓強(qiáng)度。添加SAP B-1、C-1砂漿的抗壓強(qiáng)度相較于空白樣，在前期達(dá)到了基本相持，而在后期28 d強(qiáng)度有著明顯的提高，增長率分別為14.7%、22.5%。說明到了養(yǎng)護(hù)齡期后期，SAP可以為砂漿內(nèi)部提供水分，提高其中后期的水化速率，且低摻入量、高吸水率SAP對砂漿中后期強(qiáng)度的提高，說明SAP凝膠在釋水后留下的孔洞雖對砂漿結(jié)構(gòu)強(qiáng)度造成一定的影響，但其對水化程度的影響要更大，得到一個正反饋的結(jié)果，這也在一定程度上反映了SAP為水泥砂漿提供良好的內(nèi)養(yǎng)護(hù)效果。

3 結(jié) 論

a.SAP與外加水量同時影響著水泥砂漿的流動度，隨著SAP摻入量的增加，流動度表現(xiàn)出先增大后減小的趨勢。且吸水率越大，砂漿流動度越小。

b.SAP對水泥砂漿早期抗折、抗壓強(qiáng)度影響較大，隨著齡期增長，與空白樣的差距明顯減少，且在0.1%摻入量時，不同吸水率SAP對砂漿強(qiáng)度都有著有利方面的影響。SAP在水泥砂漿后期水化過程中提供水分，為其提供良好的內(nèi)養(yǎng)護(hù)作用。

c.養(yǎng)護(hù)28 d時，0.1%摻量、1 500 g/g吸水倍率SAP砂漿試塊比普通砂漿試塊在抗折、抗壓強(qiáng)度提高了9.78%、22.55%。高吸水率、低摻入量的SAP對其砂漿內(nèi)養(yǎng)護(hù)效果最好，各方面性能均超過普通水泥砂漿達(dá)到最佳。