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高吸水性树脂对低水胶比混凝土性能的影响.pdf
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1、2 0 1 3年第 7期 7月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 C HI NA CO NC RE T E AND C EMEN T P RODUC T S 2 01 3 No 7 J u l y 高吸水性树脂对低水胶比混凝土性能的影响 王 立 霞 ( 河南建筑职业技术学院 , 河南省建筑工程学校 , 郑州 4 5 0 0 6 4 ) 摘 要 : 利用高吸水性树脂 ( S AP ) 引入数量不等 的 内养护水 , 研 究 了低 水胶 比混凝土 强度 、 重量损失、 电阻率和 收缩的变化规律。结果表明 , S A P的加入一定程度上降低 了混凝土的抗压强度和劈 裂抗拉 强度 提 高了混凝 土的保
2、水性 , 混凝土表 面和 内部 的电阻率也有所 下降, 混凝土的 自收缩大大降低 , 且混凝土的早期干缩也有所下降。 关键词 : 混凝 土 ; 高吸水性树脂 ; 强度 ; 保水性 ; 电阻率: 收缩 Ab s t r a c t : B y a d d i n g s u p e r a b s o r b i n g p o l y m e r( S A P ) i n t o t h e c o n c r e t e w i t h l o w w a t e r b i n d e r r a t i o a s a n i n t e r n a l c u r i n g a g
3、e n t , a n d b y a d d i n g a d d i t i o n al c u r i n g wa t e r t o t h e c o n c r e t e , t h e a u t o g e n o u s s h ri n k a g e o f t h e c o n c r e t e c a n b e s i g n i fi c a n t l y r e d u c e d T h e e f f e c t s o f t h e a d d i t i o n o f S AP o n t h e p r o p e r t i e s
4、 o f t h e c o n c r e t e wi t h w a t e r - b i n d e r r a t i o 0 3 a r e i n v e s t i g a t e d T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e a d d i t i o n o f S AP l c a d s t o t h e d e c r e a s e o f t h e c o mp r e s s i v e a n d t e n s i l e s t r e n g t h a n d t h e e l e c t ri c a
5、 l r e s i s t i v i t y T h e wa t e r r e t e n t i o n f o r t h e c o n c r e t e i n c o r p o r a t i o n S A P i s h i g h e r c o mp a r e d t o t h e c o n c r e t e w i t h o u t S AP T h e a d d i t i o n o f S AP i n t o t h e c o n c r e t e wi t h l O W w a t e r b i n d e r r a t i o
6、c a n r e ma r k a b l y r e d u c e t h e a u t o g e n o u s s h ri n k a g e a n d i t c a n als o d e c r e a s e t h e e a r l y d r y s h ri n k a g e o f c o n c r e t e Ke y wo r d s :C o n c r e t e ; S u p e r a b s o r b i n g p o l y me r ; S t r e n g t h ; Wa t e r r e t e n t i o n ;
7、E l e c t r i c a l r e s i s t i v i t y ; S h rin k a g e 中图分类号 : T U 5 2 8 1 文献标识码 : A 文章编 号: 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 3) 0 7 一 O 7 0 4 0前 言 低水胶 比的高性能混凝土 由于胶凝 材料在水 化过 程 中产 生 相 当 大 的化 学收 缩 和 自干 燥 混 凝 土 硬化过程中会产生较大的自收缩变形 。当混凝土的 自收缩变形受到约束时 。 就会在混凝土 内部产生应 力 , 而一旦 内应力超过混凝土 的抗拉强度 , 将导致 混凝 土早期开裂 ,继而严重地降低混
8、凝土的耐久 性。同时 , 由于低水胶 比的高性能混凝土具有较低 的渗透性 , 传统养护手段提供的外部水很难进入混 凝土内部 , 以至传统养护手段对防止混凝土内部 的 自干燥效果很差 。因此 , 自养护是解决 自收缩难题 的最有效办法 自养护是将饱水轻骨料 ( L WA) 或高吸水树脂 ( S A P ) 等饱水 多孔材料掺人混凝土中 在混凝土 内 部形成水源。在胶凝材料水化过程中 , 饱水 多孔材 料作为 内养护剂 ,释放所吸收 的水进入混凝土 内 部 , 供未水化水 泥继续水化 , 维持混凝土 内部处 于 高湿状态 , 从而 降低混凝土水化过程 的 自收缩【 1 - 4 。 用 L WA内养
9、护阻止混凝土 自干燥 ,存在 的主要 问 题是难于控制混凝土 的均匀性及导致混凝土强度 和弹性模量的降低 5 。 超吸水性树脂 ( S A P ) 是一种强亲水性 的高分子 化合物 。由于 S A P分子结构中存在大量的羟基 、 羧 基及氨基等强亲水基 因, 因此 , S A P具有极高的吸收 水分的能力 , 有时吸收水 的重量可以超过其 自身重 量的 5 0 0倍6 - 7 。S A P与混凝土一起搅拌后 , 吸收部 分搅拌水 。 在胶凝材料水化期间 , 由于混凝土 自干 燥 S A P逐渐释放其 吸收 的水分供胶凝材料进 一步 水化 ,降低混凝土 自收缩。与 L WA不 同的是 , S A
10、 P 可以避免在混凝土中掺入力学性能较差的集料 , 提 高混凝土力学性能和均匀性嘲 。 O l e M l h e d e J e n s e n等 5 用 详细阐述 了将超 吸水 性树脂细颗粒掺人混凝土 中。 为混凝土提供 内养护 水源 通过设计孔结构控制混凝土 白干燥 的原理和 理论背景 并经试验研究表明 。在混凝土 中加入 S A P , 可 以有效减小甚至完全消除混凝土的自收缩 , 但他们也认为由于实际的养护温度 、 湿度条件差异 很大 , 掺 S A P内养护混凝土 的力学性 能还需要进一 步的试验研究 。国内学者孔祥明6 q 等研究了 S A P对 不 同水灰 比新拌砂浆的流动度
11、、 砂浆在干燥养护过 程 中的体积收缩 以及力学性能 的影 响。研究发现 , S A P的加入 降低了砂浆的流动度 砂浆的体积收缩 与水灰 比的关系明显 , 低水灰 比的砂浆, S A P的加入 可 以明显减小其体积收缩 ,而对高水灰 比的砂浆 , S A P的加入对砂浆体积收缩 的改善作用不明显。总 之 国内外对掺 S A P内养护混凝土的研究还比较有 限 鉴于此 , 研究 内养护剂 S A P对混凝 土性能的影 响具有 非 常重要 的意 义 。 一7一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3年第 7期 混凝土与水泥制品 总第 2 0 7期 本文主要研
12、究了饱水 S A P对混凝 土抗压 、 抗拉 强度 、 混凝土保水性 、 电阻率及体积收缩的影响。 1 试 验 1 1 原材料 水泥( C) : 选用 P O 4 2 5级普通硅酸盐水泥 , 基 本物理力学性能和化学组成分别见表 1 、 表 2。 表 1 水泥的基本性 能 Ca O 5 467 Mg O 3 4 9 A l 2 0 3 6 0 2 S i O 2 S O 3 F e 2 0 3 R 2 0烧失量 2 2 6 6 2 42 3 68 0 50 2 4 7 硅灰( S F ) : 比表面积 2 0 0 0 0 m 2 k g 。 细骨料 ( S ) : 天然河砂 , 细度模 数 2
13、 6 , 中砂 , 区级配 粗骨料 ( G) : 5 - 2 0 m m连续级配碎石 , 压碎值指 标 5 O 。 水( W) : 自来水 , 符合 J G J 6 3 -2 0 0 6 ( 混凝土用 水标准 要求。 减水剂 ( WR A) : 采用 萘系高效减水剂干粉 , 掺 量为水泥重量的 0 8 , 减水率为 2 0 。 高吸水性树脂 ( S A P ) : 一种商用 的 S A P ( 直径在 1 9 0 3 2 0 1 a m之 间) , 是丙烯酰胺和丙烯酸 的共 聚物。 5 m i n后的吸水性为 6 0 g g 。 1 2 需要 的 内养护水 有效的内养护主要取决 于加 到混凝
14、土中的 内 养护水的重量 并且在胶凝材料水化期间能从 S A P 中释放出来 , 使硬化中的胶凝材料获得这些水 。所 需 内养护水的数量从理论上可 以通过 P o w e r s m o d e l 来估计is : ( 罟 0 1 8 ( ) 当 ( ) 3 6 ( 1 ) 本试验的混凝土配合 比, 水胶 比为 0 3 。 胶凝材 料用量为 5 0 0 k g , 按公式 ( 1 ) 计算 , 所需 内养护水为 2 7 k g 。公式( 1 ) 过低估计 了所需内养护水 的数量。 由于在混凝土中 , S A P中的水分释放被 限制 , 根据以往研究的成果t 5 , 7 1 本项研究将较高的内养
15、护 水加到混凝土 内以降低 自收缩 。引入 内养护的水量 分别为 4 0 k m 3 , 6 0 k m 和 8 0 k g m 。 对应 S A P的量 分别为 O 6 7 k g 、 l k g和 1 3 3 k g 。 1 3 混凝土配合 比 本次试验采用的水胶 比为 0 3 0 , 具体配合 比见 表 3 。 一 8 一 表 3 混凝土配 合 比 k g m 3 编号 S AP C S F S G W WRA S AP O 0 S A P4 0 O 6 7 S Ap 6 0 1 0 S AP 8 0 1 3 3 1 4 养护条件 养护条件分为湿养护 R H 9 5 , ( 2 0 2
16、) C 、 干 养护f ( 6 O 5 ) , ( 2 0 2 ) c c 】 和 自然养护 , 分别用 W、 D 和 N表示。试件成型后 的 2 8 d内, 室外环境平均最 低和最高温度分别为 4 1 和 1 3 0 ; 室外环境平均 最低和最高相对湿度分别为 3 8 8 和 7 6 6 。 1 5 抗压强度和劈裂抗拉强度 混凝土抗压强度和劈裂抗拉强度试件 的尺寸 均 为 1 5 0 m mx l 5 0 mmx 1 5 0 ra m, 试 验按 G B T 5 0 0 8 1 2 0 0 2 ( 普通混凝土力学性能试验方法标准 进行 。 1 6 保水性 将混凝土注入 1 5 L的塑料桶 中
17、以确定混凝 土 的重量损失 。塑料桶 的内径为 1 2 0 m m, 高 1 3 0 mm。 将注入混凝土 的容器放在温度为( 2 0 2 ) o C、 相对湿 度为 ( 6 0 5 ) 的环境中。不同的时间间隔下测定容 器的重量 以确定混凝土的重量随时间的损失 , 最 后所得结果是两个相同试样的平均值 。 1 7 电阻率 将 1 0 0 mmx 1 0 0 mmx 5 1 5 m m 的棱柱体试件用 于 确定混凝土的电性能。厚 0 3 mm的紫铜铜片 , 作为 电极 相互平 行埋 入混 凝 土 中 ,两 电极 问距 约 为 4 0 m m 电极埋入深度分别 为 2 0 ra m 和 5 0
18、ram, 电极 部 分绝缘 , 只有其端部与混凝 土接触 , 电极尺寸为 1 0 m mx 2 0 m m, 接触面积为 2 c m 。 试件及 电极布置见 图 1 。 每个试件中埋入同样深度的电极各三对 。 试验 结果为三个结果的平均值。电阻的测量用 P S 一 6型 恒 电位仪进行 , 试验原理见文献 1 0 。 图 1 混凝土试 件中的电极布 置( 单位 : m i l 1 ) ;( 5 5 5 5 0 0 0 O 凹 5 5 5 5 钾 钾 钉 钉 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 王立霞 高吸水性树脂对低水胶比混凝土性能的影响 1 8 自收缩 每 组 混
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