SAP内养生混凝土试验研究

2021-05-20胡立楷陶小磊

西部交通科技 2021年4期

胡立楷，陶小磊

(1.广西路建工程集团有限公司，广西南宁 530001；2.南宁市筑路技术与筑路材料工程技术研究中心，广西南宁 530001)

0 引言

耐久性是混凝土的最重要性能指标，而养护是保证混凝土耐久性的重要措施[1]。传统的外部养生方法如化学养护、湿制养护等方式仅能对混凝土表面进行养生，无法根治因水分丧失而引起的混凝土的早期开裂的问题，且这种养护方法费时费力，成本较高[2]，因此，混凝土内养生方法应运而生。目前，混凝土内养生方法主要采用两种材料：轻集料和高吸水性树脂(SAP)。新型的SAP内养生技术，可以使SAP材料与内养生水均匀分布在混凝土中，促进胶凝材料最大程度水化、混凝土内部最小程度自干燥，提升混凝土相关的力学性能与抗渗性能，从而提高混凝土的耐久性[3-4]。

近年来，国内外学者针对SAP提高混凝土的耐久性做了一定的研究工作。秦鸿根等[5]通过研究发现当SAP的掺量为胶凝材料的0.2%～0.3%时，可以明显改善膨胀混凝土的力学性能、变形性能、抗塑性开裂性能和耐久性；朱长华等[3]通过研究发现，掺加SAP可以减小混凝土的早期变形，提高混凝土抵抗塑性收缩、自收缩开裂的能力，还可以提高水泥的水化程度；胡曙光等[6]通过研究发现增大SAP的引入水量可提高其减小自收缩的效果，但当引入水量大于胶凝材料总重量的4%时，增大引入水量并不能明显减小混凝土的自收缩，反而会引起抗压强度的显著下降；Dang等[7]通过研究发现，SAP有效提高了混凝土抗氯离子的渗透能力，且微观试验表明SAP可以有效改善混凝土微观结构，细化孔隙；Ma等[8]通过研究发现SAP的掺入降低了氯离子扩散系数，水化作用减少了SAP残留孔隙的尺寸。

目前，国内外学者大多是针对SAP对内养生混凝土的抗渗性能和细观孔结构进行单一性研究，但对其在工程实例中的应用研究较少。鉴于此，本文通过试验研究分析了SAP掺量对于混凝土性能的影响，确定了高速公路桥梁工程混凝土的最佳SAP掺量，并根据研究结果，将内养生混凝土应用到高速公路桥梁工程中，为内养生混凝土的推广应用提供有效支撑。

1 掺SAP内养生剂试验

1.1 原材料

水泥采用华润(上思)公司生产的P.O42.5普通硅酸盐水泥；粗集料采用更岭楼石场生产的连续级配碎石(5～31.5 mm)，直径范围在16～31.5 mm、9.5～19 mm、4.75～9.5 mm的碎石所占比例分别为15%、75%、10%；细集料采用合浦汗马砂场提供的中砂(河砂)；减水剂采用江苏超力建材科技有限公司CPA-R型聚羧酸缓凝高效减水剂；水采用饮用水；混凝土内养生剂采用BX-960混凝土内养生剂(SAP)，主要技术参数见表1，粒径分布见表2。

表1 内养生剂主要技术指标表

表2 内养生剂粒径分布情况表

1.2 试验方法

本试验的混凝土配合比见表3，制备C1和C2两种不同水灰比混凝土，水灰比分别为0.37和0.32。

表3 混凝土配合比表

为了研究SAP掺量对混凝土性能的影响，控制SAP掺量分别为0.1%、0.2%、0.3%、0.4%和不掺加共五种情况，如表4所示。

表4 SAP掺量情况表

(1)坍落度测量：将拌制好的混凝土分3层装入坍落筒中，用捣棒在每一层均匀插捣25次，待顶层插捣完毕，清除多余混凝土，抹平筒口，而后立即提起坍落筒，用钢尺测量试样顶面至地面的高度，精确至1 mm。

(2)干缩性测量：制作尺寸为100 mm×100 mm×515 mm的混凝土立方体试件，分为自然养护和标准养护两组，每组制作试件3个，在制作时预埋测钉。试件某一龄期混凝土干缩率按式(1)计算：

(1)

式中：Sd——混凝土干缩率(%)；

X01——试件初始长度；

Xt1——龄期t天时干缩长度测值；

L0——试件测量标距。

取3个试件干缩率的平均值作为试验结果，精确至0.000 1%。

(3)混凝土抗压强度测量：制作尺寸为150 mm×150 mm×150 mm的标准立方体试件，每组制作3个，然后采用自然养护与标准养护两种方式，分别测量试件在两种养护方式下的7 d龄期抗压强度与28 d龄期抗压强度。取3个试件测值的平均值作为测定值，精确至0.1 MPa。

2 内养生剂对混凝土性能的影响及应用

2.1 SAP掺量对混凝土坍落度的影响

和易性是混凝土的重要工作性能，流动性是和易性的主要指标之一，通过测量坍落度可以确定拌和物的流动性。SAP掺量与坍落度的关系如图1所示。由图1可知，随着SPA掺量的增加，混凝土拌和物的坍落度不断减小，说明掺加SPA可以有效降低混凝土拌和物的流动性。同时，通过对比不同配合比混凝土坍落度的变化情况可知，当混凝土配合比减小时，SPA掺量对混凝土拌和物的流动性影响减弱。

2.2 SAP掺量对混凝土干缩性的影响

SAP掺量与混凝土的干缩率的关系如图2所示。由图2可知，对于放入干缩室7 d的混凝土，在不同的水灰比条件下，掺加SAP内养生剂均能有效降低混凝土的干缩率，且SAP掺量为0.3%时混凝土的干缩率相对较低，当SAP掺量超过0.3%时，混凝土的干缩率会逐渐增大；对于放入干缩室28 d的混凝土，当水灰比较大时(C1)，混凝土的干缩率呈波浪式变化，在SAP掺量为0.3%时，干缩率相对较小；当水灰比较小时(C2)，掺加SAP可以有效降低混凝土的干缩率。

图1 SAP掺量与混凝土坍落度关系图

图2 SAP掺量与混凝土干缩率关系图

2.3 SAP掺量对混凝土抗压强度的影响

SAP掺量与混凝土抗压强度的关系如图3、图4所示。由图3和图4可知，对于7 d养护(包括自然养护和标准养护)龄期混凝土，SAP的掺量对混凝土抗压强度的影响较小；对于28 d养护龄期混凝土，SAP的掺量会减小混凝土的抗压强度。对比图3和图4可知，在自然养护条件下28 d龄期的混凝土，当SAP掺量为0.2%时，其抗压强度减小程度相对较低；对于标准养护条件下28 d龄期的混凝土，当SAP掺量为0.1%时，其抗压强度减小程度相对较低。

综合对比分析SAP掺量对于内养生混凝土坍落度、干缩性能以及抗压强度的影响可知，当SAP掺量为0.2%时，既能满足混凝土拌和物的坍落度要求，还能有效降低混凝土的干缩，同时避免因SAP掺入所引起的混凝土抗压强度减小程度较大的问题。鉴于此，本研究将内养生混凝土的最佳SAP掺入量确定为0.2%，制备内养生混凝土应用于现场实际工程。

图3 SAP掺量与混凝土(C1)抗压强度关系图

图4 SAP掺量与混凝土(C2)抗压强度关系图

2.4 内养生混凝土工程应用实例

根据试验研究确定的内养生混凝土SAP最佳掺入量，在混凝土拌和站制备内养生混凝土。根据表3中C1混凝土的试验室配合比，换算成施工配合比，配合比参数如表5所示。通过测定现场拌和物的坍落度，确定混凝土坍落度满足泵送要求。在后期对桥梁墩身结构跟踪测量回弹强度，如表6所示。由表6可知，掺加SAP内养生剂的混凝土墩身强度满足设计要求。