吸水树脂改善混凝土自收缩性能研究

李君尉(河北省邯一建筑工程有限公司)

吸水树脂改善混凝土自收缩性能研究

李君尉
(河北省邯一建筑工程有限公司)

吸水树脂被认为是一种非常具有应用前景的内养护材料，用于降低混凝土自干燥收缩，目前吸水树脂自身结构与其降低混凝土自干燥收缩性能间的关系还不明确。因此本文考察了一系列具有不同吸液倍率、粒径的吸水树脂内养护材料对混凝土自干燥收缩的影响。实验结果发现：小粒径、高吸水倍率的吸水树脂综合效果最佳，可以获得较为合理的力学性能和体积稳定性。选择合适的掺量、粒径以及吸水倍率，可以有效的解决混凝土的自收缩问题。

混凝土；自收缩；吸水树脂；粒径；吸水倍率

1 引言

混凝土是当今使用量最大的建筑材料,然而裂缝始终是影响混凝土及其结构耐久性的关键因素,其中混凝土收缩性能则是导致混凝土开裂的最直接原因。混凝土早期塑性收缩、干燥收缩及温度收缩都会对混凝土结构的使用性和稳定性带来巨大挑战,抗收缩性对于高强高性能混凝土显得尤为重要。因此，混凝土收缩性能的预防及改善措施一直是研究的热点。高吸水性树脂( super absor bent polymer,简称SAP)是一种含有羧基、羟基等强亲水性基团并具有一定交联度的水溶胀型高分子聚合物,它的吸水能力非常强，通常可以吸收比自己体重重几百倍至上千倍的水的重量，可以在混凝土早期水化过程中出现水分不足时补充水分，并且它吸水速率快，而且容易控制。用高吸水树脂取代其它养护剂加入混凝土中,可对水泥浆体起到较好的养护效果。

Jensen等[1-2]研究了高吸水性树脂混凝土收缩的影响，结果发现加入SAP可以额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过程中的自收缩现象。胡曙光等[3]研究发现在低水灰比的混凝土中掺入SAP可减小其自收缩，且抗收缩的效果随着SAP的掺量增加而更加明显。叶华等[4]通过溶液聚合法合成了3种具有不同吸盐水能力的吸水树脂[5-7]进行吸水能力的研究以及通过吸水树脂对水泥净浆流动性的影响和对水泥胶砂强度的影响来研究SAP对水泥基材料性能的影响。研究发现SAP可以作为内养护剂对水泥基材料内部起到自养护作用，且早期水化程度的高低与吸水能力的高低成正比。在水泥胶砂试样中掺加少量的SAP也可以获得较高强度。通过分析和总结国内外对SAP的探索研究，可以得出SAP对水泥基材料的收缩开裂确实有明显的改善，然而对于不同的SAP对水泥基材料的具体影响并没有更深层次的研究。

由于SAP种类和本身结构的不同，对水泥基材料的抗收缩效果也会不同。本文拟通过研究几种不同粒径及吸水倍率的SAP来对混凝土性能的影响进行研究。旨在研究中论证SAP可改善混凝土的收缩开裂现象并找出粒径和吸水倍率不同的SAP会对混凝土产生哪些具体的不同的效果。并比较不同的粒径和吸水倍率的SAP对混凝土的具体影响，分析并研究当粒径相同吸水倍率不同时两种SAP对混凝土产生的影响和当吸水倍率相同粒径不同时两种SAP对水泥基材料产生的影响。探索出不同种类的SAP对水泥基从材料性能的具体影响规律在实际工程中的应用具有非常重要的意义。

2 原材料及实验方法

2.1原材料

实验主要材料有：P52.5硅酸盐水泥，热电厂Ⅰ级粉煤灰，S95级磨细矿粉，细度为2.6的河沙，5～20mm连续级配玄武岩碎石，PCA聚羧酸系高效减水剂，HME-III新型膨胀剂，自来水和聚羧酸丙烯类的SAP（参数见表1）。

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表1 四种聚羧酸丙烯类的SAP参数

2.2实验内容及设备

本文将进行净浆自收缩，混凝土自收缩和混凝土强度三个实验，具体实验方法参见相应标准。所用实验仪器有：波纹管，收缩支架，计算机，SJD-60型单卧轴强制式混凝土搅拌机，ZT-1×1型混凝土振动台,PVC管材，收缩支架，千分表，SJD-60型单卧轴强制式混凝土搅拌机，ZT-1×1型混凝土振动台，模具，YAW-3000A型微机控制电液伺服压力试验机。

3 结果与讨论

3.1 SAP对水泥净浆自收缩的影响

由图1可知，根据计算机采集的图像来看，前10到20个小时微应变先增加，且三种掺量的SAP的净浆微变区别不大，20到40小时之内微应变减小，40小时之后微应变又增加，且掺0.3%SAP的微应变最大,掺0.2% SAP的净浆其次,0.1%SAP的微应变最小。说明SAP含量越多对净浆限制性收缩作用越大。相对于基准而言，添加了A1（400g/g，10～80um）的净浆被有效地抑制了其自收缩。并且SAP的效果比较明显。通过同种SAP的不同掺量的分析可以得出，当掺量逐渐增加时，净浆自收缩的抑制效果愈加明显，自收缩的减缩量变大，自收缩起始时间有明显的延迟。

图1 SAP对水泥净浆自收缩的影响

3.2 SAP对混凝土自收缩性能的影响

3.2.1粒径对混凝土自收缩的影响

根据图2可以看出0.6%B2 (80g/g 80～160um)的收缩值明显小于0.6%的A2(80g/g 10～80um)小于基准组，0.4%的B2 (80g/g 80～160um)的收缩值明显小于0.4%的A2(80g/g 10～80um)小于基准组。所以可以得出结论：SAP可以一定程度上抑制混凝土的自收缩，且在吸水倍率相同的情况下，粒径越大的SAP抑制自收缩效果越好。

图2 粒径对混凝土自收缩的影响

3.2.2吸水倍率对混凝土自收缩的影响

由图3可以看出0.4%的A1 (400g/g 10～80um)收缩值小于0.4%的A2 (80g/g 10～80um)小于基准组，0.2% A1 (400g/g 10～80um)的收缩值小于0.2% A2 (80g/g 10～80um)的小于基准组；由图4可以看出0.4%的B1(400g/g 80～160um)收缩小于0.4%B2(80g/g 80～160um）小于基准组，0.2%B1(400g/g 80～160um)的收缩值小于0.2%B2(80g/g 80～160um）的小于基准组。由此可以得出结论：SAP可以一定程度上抑制混凝土的自收缩，且在粒径相同的情况下吸水倍率越大的SAP抑制混凝土的自收缩效果越明显。

图3 小粒径下吸水倍率对混凝土自收缩的影响

图4 大粒径下吸水倍率对自收缩的影响

图5 掺入A1的混凝土两种养护条件下的强度值（MPa）

图6 掺入B1的混凝土在两种养护条件下的强度值（MPa）

图7 掺入A2的混凝土在两种养护条件下的强度值（MPa）

图8 掺入B2的混凝土在两种养护条件下的强度值（MPa）

3.3对混凝土强度的影响

通过图5和6可看出：使用A1(400g/g 10～80um)的混凝土强度略有降低，但影响不大；使用B1(400g/g 80～160um)的混凝土强度先降低，但随着量的增加会使混凝土强度加大。通过图7和图8可看出：使用A2 (80g/g 10～80um)的混凝土强度标准养护强度降低，密封养护先降后增，而B2(80g/g 80～160um）使混凝土强度增大。由此可得出结论：SAP在一定程度上对混凝土强度会有影响：粒径相同，吸水倍率越高，混凝土强度越大；吸水倍率相同，粒径越大，混凝土强度越大。

4 结论

⑴使用A1的混凝土强度略有降低，但影响不大；使用B1的混凝土强度先降低，但随着量的增加会使混凝土强度加大。

⑵使用A2的混凝土强度标准养护强度降低，密封养护先降后增，而B2使混凝土强度增大。

⑶SAP在一定程度上对混凝土强度会有影响：粒径相同，吸水倍率越高，混凝土强度越大；吸水倍率相同，粒径越大，混凝土强度越大。

[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，周宇飞，王发洲.高吸水树脂颗粒对混凝土自收缩与强度的影响[J].华中科技大学学报，2008，25(1):1-4.

[5]叶华，赵建青，张宇.吸水树脂水泥基材料自养护外加剂的研究[J].华南理工大学学报，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.