高吸水树脂对混凝土性能的影响研究.pdf
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1、2 0 1 5年第 1 1 期 1 1月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA C0NCRETE AND CEMENT PR0DUCTS 201 5 No 11 No v e mb e r 高吸水树脂对混凝土性能的影响研究 魏 晓帆 1 ,2 , 柯 国炬 , 侯子义 , 田 波 ( 1 交通运输部公路科学研究院, 北京 1 0 0 0 8 8 ; 2 河北工业大学土木工程学院 , 天津 3 0 0 4 0 1 ) 摘要 : 通 过 水 泥砂 浆 流 动 度 试 验 、 水 泥 胶 砂 试 件 强 度 试 验 、 水 泥 胶 砂 试 件 干 缩 试 验 、 混 凝 土 强 度 试 验
2、、 混 凝 土 孔 结构 分析 和混凝土面板早期诱导 开裂试验 , 系统研 究了高吸水树脂对水泥胶砂及混凝土性能的影响。结果表 明, 高吸水树 脂 内养护对水泥胶砂试件流动性影 响与其吸水性能有重要 关 系, 但在混凝土 中则并不明显 ; 高吸 水树 脂对 水 泥胶砂 试件早期 干缩有很好 的抑 制作用 , 后 期干 缩抑 制效果不明显 ; 高吸水树脂对混凝 土后期 强度 降低 不大 , 对 混 凝 土 孔 结 构 总孔 隙 率 影 响 不 明 显 , 高吸 水 树 脂 增 大 了混 凝 土 大 孔 的 体 积 , 稍 微 降低 了 气孔 间距 系数 ; 掺 吸 水 树 脂 的混凝 土要控 制
3、早期水分蒸发 。 避 免发生塑性收缩开裂 。 关键词 : 内养护 ; 高吸 水树 脂; 强度 ; 开裂 ; 孔 结构 Ab s t r a c t :T h e i n fl u e n c e o f t w o d i f f e r e n t s u p e r a b s o r b e n t p o l y me r s a s a n i n t e r n a l c u rin g a g e n t o n t h e p r o p e r t i e s o f t h e c e me n t p a s t e a n d c o n c r e t e a r
4、e s t u d i e d b y i n v e s t i g a t i n g t h e c e me n t mo rta r f l o w t e s t ,c e me n t mo rta r s t r e n g t h t e s t , c e me n t mo r t a r s p e c i me n s s h ri n k a g e t e s t ,s t r e n g t h t e s t o f c o n c r e t e ,c o n c r e t e p o r e s t r u c t u r e a n a l y s i
5、 s a n d t h e c o n c r e t e e a r l y i n d u c e d c r a c k i n g t e s t T h e e x p e rime n t r e s u h s s h o w t h a t i n fl u e n c e o f S AP o n t h e fl u i d i t y o f c e me n t mo rta r h a s i mp o rt a n t r e l a t i o n s h i p wi t h i t s wa t e r a b s o r p t i o n p r o p
6、 e r t y b u t i t i s n o t o b v i o u s f o r t h e c o n c r e t e T h e S AP c a n c o u n t e r a c t t h e e a r l y s h ri n k a g e o f c e me n t p a s t e e ff e c t i v e l y w h i l e i t i s n o t o b v i o u s for t h e l a t e r a g e T h e i n fl u e n c e o f S AP O i l t h e c o n
7、 c r e t e s t r e n g t h a n d a i r c o n t e n t a r e n o t e v i d e n t , t h e s p a c i n g f a c t o r i s a t t e n u a t e d E a r l y wa t e r e v a p o r a t i o n mu s t b e e o t r o l l e d for c o n c r e t e w i t h S AP t o a v o i d p l a s t i c c r a c ki ng Ke y w o r d s : I
8、 n t e r n a l c u ri n g ; S u p e r a b s o r b e n t p o l y m e r s ( S A P ) ; S t r e n gt h ; C r a c k i n g ; P o r e s t r u c t u r e 中图分类号 : T U 5 2 8 0 1 文献标识码 : A 文章编号 : 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 5) 1 1 一 O 1 0 7 0前 言 高性能混凝土 因为其强度 高、抗渗透性好 , 能 有效 隔绝有 害介 质和水分进入而得到 了越 来越广 泛 的应 用 。随着 应 用 日益广
9、 泛 , 其缺 点也 暴露 出来 , 高性能混凝 土在配 比上 的特点是低水灰 比【 l 1 , 在保 证混凝 土强度的 同时使得混凝土 内部 自干燥现象 十分显著 , 混凝 土内部湿度下降会使混凝 土毛细孔 内形成弯月面从而产生毛细孑 L 负压力 , 当混凝土构 件变形受 到限制而毛细孔负压力过大 时就会产生 开裂 , 严重影响高性能混凝土的强度和使用寿命 。 通过养护减少 高性 能混凝土 的 自收缩 以及干 燥收缩 十分必要。高性能混凝土由于致密的结构导 致外部养 护效果不佳 , 因此 , 内部养护成为一种非 常重要的手段 。内养护技术主要分 为两种 : 饱水轻 集料 内养 护技术 ( L
10、 WA) 和高 吸水树脂 内养护技术 ( S AP ) 2 1 。 高吸水树脂是一种具有很高吸水倍率的高 基金项 目: 国家 国际科 技合作专 项项 目( 2 0 1 4 D F R 8 1 0 0 0 ) ; 二 秦 高速公 路科 技示 范工程 项 目( H一 2 0 1 4 1 ) ; 内蒙古 自治 区 交通运输厅 建设科技项 目( N J 一 2 0 1 3 3 1 ) 。 分子聚合物材料 , 其 内部的空间网络结构能够吸收 并且存储水分 , 在混凝土内部起 到一个蓄水池 的作 用 , 当与外部溶液的渗透压变化 时会释放 出水分改 善混凝土内部相对湿度 , 从而达到 内养护 的作用 3
11、1 。 高 吸水树脂 内养护可 以显著减少混凝 土的收缩作 为高吸水树脂 最主要 的应用 , 已得到广泛认可4 。 目前 国内对于 内养护技术 的研究较少并且大多数 停 留在试验阶段 。 对于内养护技术缺乏系统和规范 的研究 本文通过比较两种不同品牌吸水树脂对水 泥胶砂试件流动度 、 力学性能 、 干缩和混凝土强度 、 开裂性能 、 彳 L 结 构的影 响 , 对高 吸水树脂的应用进 行 了全 面 、 系统 的研 究评 价 。 1试验材 料及 内容 1 1 试验 原材 料 水 泥 : 选用 P O 4 2 5级水泥 , 水泥的性能指标 见 表 1 。 水 :符合 G B 5 7 4 9 -2
12、0 0 6 生活饮用水卫生标 准 规定 的自来水 。 细骨 料 : 河砂 , 细度模 数为 2 6 7 , 表 观密度 为 2 6 5 k g m 。 , 含泥量 0 7 。各项指标均符合相关规范 一 1 一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 5年第 1 1 期 混凝土与水泥制品 总第 2 3 5期 表 1 普通硅酸盐水泥性能指标 要求。 粗 骨 料 : 破 碎 石 灰 石 , 粒 径 4 7 5 2 6 5 mm, 连 续 级 配 。粗 骨料 的技 术指 标 见表 2 。 表 2粗骨料技术指标 外加剂 :减水剂为 自主研 发的引气型减水剂 ( 固含量
13、为 2 0 ) 。高吸水树脂根据品牌分别编号为 l #和 2 # , 平均粒径分别为 1 0 0 t x m和 1 2 5 1x m。高 吸 水树脂掺量均为水泥质量的 0 1 。 1 2 高吸水树脂吸水性能测试 高吸水树脂 的吸收性能对其应用有很大影响 水 泥水 化 的碱 性溶 液环 境 以及 混凝 土 中的 C a 2 + 等 阳 离子与 羧酸酯发 生络合作用都会 降低高吸水树脂 的吸水能力 1 o - l i 】 因此 高吸水树脂必须与碱性溶液 有较好 的相容性并且有较高的吸收倍率。使用尼龙 网袋法【 2 1对两种吸水树脂在碱性溶液 中的吸收性能 进行测试 : 配制饱和氢氧化钙溶液 5 0
14、 , 取 1 #吸水 树脂和 2 #吸水树脂各 0 5 g , 分别测试两种高吸水树 脂 在 5 s 、 l O s 、 1 5 s 、 3 0 s 、 l mi n、 2 mi n、 3 mi n、 5 mi n、 8 mi n、 1 0 mi n 、 2 0 m i n 、 3 0 mi n时的吸收质量 , 试验结果如图 1 所示 0 5 1 O l 5 2 O 2 5 3 0 时 间 mi n 图 1 两种吸水树脂吸收质量一 时间 曲线 图 由图 1可知 , 3 0 mi n时高吸水树 脂 已经基 本饱 和 。I # S A P对于饱 和氢氧化钙溶液 的吸收倍 率为 一 2 5 7 7
15、, 达到饱和吸水时间( 吸水倍率达到 3 0 mi n吸水 倍率 的 9 0 ) 约为 9 m i n 。2 # S A P对于饱和氢氧化钙 溶液的吸收倍率为 6 7 4 , 饱和吸水时间约为 1 2 mi n 。 前 1 5秒 I # S A P的吸收速率大于 2 # S A P 。 ( 1 ) 水泥胶砂流动性试验 为 了研究掺人高吸水树脂对 于不同水灰 比水 泥胶 砂 流 动性 的影 响 。 试 验 分别 设 置 了低水 灰 比组 别( A组 ) 和高水灰 比组别( B组 ) 。A组基准水灰 比 为 0 3 8 , B组基 准水灰 比为 0 5并加入 掺有预 吸水 S AP分组 , 试验配
16、合 比设计见表 3 。 搅拌完成后即进 行流动度测试 , 测试完成后移人容器 内并用 湿布覆 盖 , l h后再进行一次流动度测试并分别计算每组 的 流动度损失。 表 3 流动性试验配合 比设计 注 : 减 水 剂掺 量 为 对水 泥 质 量 百分 比。 ( 2 ) 水泥胶砂试件强度试验 按照 G B T 1 7 6 7 1 - 1 9 9 9 ( 水 泥胶砂强度检验方 法 ( i s o法) 制备水泥胶砂试件并进行强度检验 , 试 验配合 比设计见表 3 。成型后的水泥胶砂试件尺寸 为 4 0 mm 4 0 m m 1 6 0 m m, 2 4 h后脱模移人标 准养护 室进行养护 ,并测试水
17、 泥胶砂试件 7 d强度和 2 8 d 强 度 。 ( 3 ) 水泥胶砂试件干缩试验 按照 J C T 6 0 3 -2 0 0 4 ( 水泥胶砂干缩试验方法 进行胶砂试件成型 , 基准水灰 比 0 3 5和 0 5 0, 吸水 树脂通过预吸水方式掺人 , 2 4 h后脱模 测试试件长 度作为基准长度 , 测试完成后放人于缩养护室进行 养护 ,在 1 d 、 2 d 、 3 d 、 5 d 、 7 d 、 2 1 d 、 2 8 d使用 比长仪分 别测试试件长度 。 试件长度减去基准长度 即为水泥 胶砂试件收缩值 。试验配合 比和分组见表 4 。 ( 4 ) 新拌混凝土工作性和混凝土强度试验
18、为了研究两种高吸水树脂对 于不 同水灰 比混 凝土工作性和强度的影响 , 分别设计了低水灰 比( A 如 加 : 2 m O 姻憾 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 魏晓帆 , 柯国炬 , 侯子义 , 等 高吸水树脂对混凝土性能的影响研究 表 4水泥胶砂试件 干缩试 验配合 比设计 注 : 减水剂掺量 为水 泥质量百分 比。 组 ) 和高水灰 比( B组 ) 两组 , 基准水灰 比为 0 3 2和 0 5 0 并分别设置 了添加预吸水 S A P的对照组 。 混凝 土搅拌 完成后即按 照 G B T 5 0 0 8 0 -2 0 0 2 ( 普通混凝 土拌合物性能
19、试验方法标准进行坍落度测试 , 试 验 每 组 成 型两 组 1 5 0 m mx l 5 O m mx 1 5 0 m m 的标 准 试 块 2 4 h后脱模移入标准养护室进行养护并测试 7 d 抗压强度和 2 8 d抗压强度。 试验设计配合 比见表 5 。 表 5 坍落度和强度试验配合 比设计 注 : 减水剂掺量为水泥质量 百分 比。 ( 5 ) 混 凝 土孔 结构 分析 混 凝 土 是一 种 多孔 材 料 孔 结 构对 混 凝 土 材 料 的抗渗性 、 抗冻性 、 强度等宏 观物理力 学性能有非 常重要 的影响。 通过 R a p i d A i r 4 5 7设备使用直线贯 穿 法 (
20、 1 i n e a r t r a v e r s e me t h o d ) 对混凝 土孔结 构进行 分析 , 试验配合 比见表 6 。 混凝土拌合完成后成型一 表 6 孔结 构分 析试验配合 比设计 组尺寸为 1 0 0 mmx 1 0 0 mmx 1 0 0 m m试件 , 2 4 h脱模后 放 入 标 准 养 护 室养 护 1 4 d取 出 ,制 成 1 0 0 mm 1 0 0 mm x 1 0 mm切 片并 抛 光 经 过黑 白增强 处 理后 进 行孔 结构 分析 。 ( 6 ) 混 凝 土面板 的早期 诱 导开 裂试验 高 吸水树脂在掺人初期会继续 吸收新拌混凝 土 中的 自
21、由水 对 混凝 土 早期 塑性 收缩 产生 影 响 , 因 而 本 文 进 行 了 混 凝 土 在 约束 状 态 下 早 期 抗 裂性 能 测试和评价 , 试验配合 比同表 6 。 设备采用 7道刀 V I 截面形状为等腰直角三角形底边 和正方形联结 而 成 , 能够有效诱导受约束 的混凝土开裂。将 昆 凝 土 浇筑至模具内使用平板表面式振捣器振捣 , 在试件 成型 3 0 m i n后 , 使用 电风扇直 吹试件表 面 风 向与 试件表面平行 从混凝土搅拌加水开始起算 时间, 观测并记录 2 4 h内裂缝。根据测量得到的裂缝数据 计算初始开裂时间 、 平均开裂面积 、 单位面积的裂 缝数 目
22、和单位面积上的总开裂面积等参数。 2试 验 结果 和讨论 2 1 掺加高吸水树脂对水泥胶砂流动性的影响 掺加高吸水树脂对水泥胶砂试件 流动性影响 试 验结果 见 图 2 一 图 5 。 由图 2 图 5可知 : 在低水灰 比中, 掺加高吸水 树脂会降低水泥砂浆初始流动性 , 适当增加引入水 量可以有效减少初始流动度损失 。I # S A P对于水泥 砂浆初始流动度的影响大于 2 A P 。原 因是 I # S A P 在饱和氢氧化钙溶液 中初始吸水速率大于 2 # S A P 。 由图 3可以看出, 高水灰比中掺加高吸水树脂对于 水泥胶砂试件流动性影响不大。由图 4和图 5可以 看 出, 两种
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- 吸水 树脂 混凝土 性能 影响 研究
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