以高吸水性树脂为混凝土内养护剂的研究进展

高吸水性树脂(superabsorbent polymer,SAP)作为一种新型内养护材料,具有优异的吸水和保水性能,在水泥基材料中得到了广泛应用。综述了SAP在水泥基材料中的应用及性能研究进展;论述了SAP的主要分类和吸水-释水机理;总结了SAP对混凝土的力学特性、收缩性能和耐久性等方面的研究成果;探讨了SAP研究和工程应用中存在的问题;并展望了SAP用作混凝土内养护剂的研究方向。综合分析表明:SAP的作用机理主要源于其三维网络孔结构;SAP通过调节混凝土内部温湿度来促进胶凝材料的水化,缓解混凝土收缩,提高了混凝土的耐久性;混凝土力学性能受SAP的掺量、粒径、额外引水量等因素的影响,但现有研究结果存在一定的差异性。     

高吸水性树脂应用于混凝土养护的研究进展

自收缩已经成为配制高性能混凝土的一个重要考虑因素。自收缩引起的拉应力超过混凝土的抗拉强度时,混凝土就会产生裂缝,进而降低了混凝土的耐久性。Neville提出当混凝土的有效水胶比低于0.42时,必须从外界补充水分以避免其内部的自干燥,而高性能混凝土的水胶比远低于0.42,所以只有通过养护才能消除自收缩产生的不利变形。高吸水性树脂(SAP)是一种功能性高分子材料,具有很强的吸水特性,且吸水膨胀后生成的凝胶具有较好的保水性,可作为混凝土内养护剂。本文主要从SAP的合成方法,SAP作为内养护剂的作用机理,SAP对混凝土的力学性能、耐久性、收缩性能的影响进行综述。     

混凝土内养护的研究与发展

配制低水灰比的高性能混凝土,因其内部自干燥导致混凝土易发生收缩开裂,内养护能够有效控制混凝土的收缩开裂。减缩剂会降低混凝土内部收缩应力,而内养护材料可以提高混凝土内部湿度,两者均可以抑制混凝土干燥收缩。本文主要介绍国内外关于混凝土内养护的研究现状,分析了减缩剂、轻集料和高吸水性树脂三种内养护材料使用方法对混凝土性能的影响,对目前内养护材料存在的问题进行分析及对将来发展方向进行展望。     

混凝土内养护技术研究进展

高强混凝土水胶比低、渗透性差,外部养护水难以进入混凝土内部,造成传统外部养护效果变差,由此产生的自收缩会导致材料的开裂敏感性提高.通过在混凝土配合比中引入高吸水性材料来实现内养护是解决此问题的有效途径.综述了目前混凝土常用的内养护材料及其物理力学特征和用量,阐述了混凝土内养护理论基础、自收缩产生机理和内养护减缩机制,总结了不同内养护材料对减少混凝土收缩和影响力学性能的规律：一般来说,内养护可以减少自收缩,但对干燥收缩的影响与引入水量有关,对混凝土强度和弹性模量则会产生不利影响.最后,提出了当前混凝土内养护技术研究存在的问题及未来可能的研究方向.     

有机成膜型养护剂在混凝土中的应用研究

文章研究了有机成膜型混凝土养护剂的有效保水率和抗压强度比,同时测试了养护剂对混凝土干燥收缩、碳化深度和氯离子扩散系数的影响。结果表明:有机成膜型养护剂的有效保水率在80%以上,抗压强度比达95%以上。对C30和C50混凝土,有机成膜型养护剂可降低28d干燥收缩约20%,降低28d碳化深度80%左右,同时可使28d氯离子扩散系数降低25%以上。有机成膜型混凝土养护剂可有效抑制水分蒸发,提高混凝土耐久性。     

高吸水树脂对高强混凝土早期减缩效果及机理研究

研究了预吸水高吸水树脂(super absorbent polymer, SAP)作为内养护剂掺入高强混凝土后对其早期收缩及力学性能的影响.预吸水SAP额外引入的水量分别控制为水泥质量的5%和10%.研究结果表明：（1）预吸水SAP对高强混凝土自收缩及早期干燥条件下的总收缩有明显的减缩作用,14d自收缩减缩率可达90%以上,干燥条件下总收缩可减少75%,其机理主要在于掺入SAP后可大大提高相同龄期混凝土的内部相对湿度,减小自收缩和干燥收缩产生的驱动力;（2）预吸水SAP的加入会对高强混凝土的强度发展造成不利影响,但对其后期强度影响不大;当SAP额外引入的水量控制在水泥质量的5%时,高强混凝土28d抗压强度可达基准组的95%以上,因此不会影响SAP作为内养护剂在高强混凝土中的工程应用;（3）与简单增加拌和水量相比,加入预吸水SAP对于混凝土的减缩作用更为显著,掺量适中时对其强度的不利影响更小.     

内养护对混凝土抗裂性及水化的影响

用3种高吸水聚合物（super absorbent polymer, SAP）作为内养护剂,通过研究其在饱和Ca（OH）2溶液中的吸水特性及配制混凝土的工作性进行优选.研究了优选SAP掺量及粒径对混凝土早期变形和抗裂性的影响,并通过水化热测试、X射线衍射分析内养护的作用机理.结果表明：经优选的内养护剂可减小混凝土的早期变形,提高混凝土抵抗塑性收缩、自收缩开裂的能力及水泥水化程度;内养护剂掺量对混凝土抗裂性、水泥水化程度的影响较大,而其粒径变化所带来的影响则相对较小.     

HY—88型水泥混凝土养护剂

山合肥市一建公司水泥制品厂和合肥工业大学联合研制的HY-88型水泥混凝土养护剂日前在合肥通过省级鉴定。该养护剂主要是由硅酸钠水溶液和少量无机及有机材料配制而成的浅灰色半透明液体,当其喷至混凝土表面时,可形成一层致密而坚硬的保护膜,此膜阻止了水泥混凝土中游离水的早期连续蒸发,使水泥     

YF-T水泥制品养护剂的研究

为防止水泥制品开裂,研制开发了YF-T水泥制品(砂浆、混凝土)养护剂。该养护剂由有机高分子物质和无机材料复合而成,以水泥制品有效保水率和单位面积吸水率为评价指标,确定养护剂的最佳配合比。试验研究表明,该养护剂可以有效保持水泥制品中的水份,促进水泥彻底水化,提高水泥制品的结构强度和耐磨性能,有效保证水泥制品的工程质量。     

内养护对混凝土收缩开裂性能的影响

通过对使用高吸水材料的混凝土试件的早期自收缩、长期干燥收缩及椭圆环约束开裂试验,探讨混凝土内养护措施对改善混凝土收缩开裂性能的影响.同时考察了内养护对混凝土强度及抗冻性能的影响.试验结果表明,在有矿物外加剂的情况下,该内养护剂可有效地改善混凝土的自收缩和干燥收缩,混凝土的抗开裂性能得到提高,同时一定程度上改善了混凝土强度及抗冻性能.     

多孔无机保水材料对混凝土性能的影响研究

将试验制得的硅凝胶作为内养护材料,分别按胶凝材料质量的1%、3%、5%掺入到混凝土当中,通过对混凝土开裂面积、自收缩、强度以及耐久性等方面试验,分析硅凝胶对混凝土的内养护作用。结果表明掺加硅凝胶可以使混凝土的开裂面积减小45%。关于耐久性,硅凝胶的内养护作用使混凝土在经过冻融试验后强度损失仅降低8%,质量损失减小率达到30%。掺加5%硅凝胶的混凝土,抗渗能力明显提高。通过低场核磁共振测试发现掺加硅凝胶的混凝土孔隙结构细化;SEM图像显示裂缝明显减少。试验证明硅凝胶作为内养护材料对减小混凝土收缩开裂、提高耐久性效果显著。     

新型混凝土内养护剂的应用研究

试验研究了新型混凝土内养护剂SZ在不同强度等级混凝土中对新拌混凝土工作性能的影响,及不同养护条件下对硬化混凝土力学性能的影响。结果表明,新型混凝土内养护剂SZ在水胶比为0.34、0.39的混凝土中,掺量为胶凝材料质量的0.05%时,通过适当提高减水剂掺量,对新拌混凝土工作性能无影响,并且在3种不同养护条件下均能显著提高混凝土强度。     

Super absorbing polymers as an internal curing agent for mitigation of early-age cracking of high-performance concrete bridge decks

High-performance concrete (HPC) with low w/b-ratio experiences a considerable chemical shrinkage and self-desiccation during its hydration process, leading to a rather high autogenous shrinkage deformation during hardening. In case the free deformation of the concrete is prevented, internal stresses are introduced, which can lead to premature cracks. These early-age cracks can severely affect the durability of a concrete structure. By adding super absorbing polymers (SAP) into the HPC as an internal curing agent, and by adding additional curing water to the concrete mixture, the chemical shrinkage and the self-desiccation during hydration of the concrete is counteracted and thus the autogenous shrinkage of the HPC can be significantly reduced. Unfortunately, this process of internal curing also has some disadvantageous effects on the mechanical properties. In search of an optimization of the internal curing process, an extensive experimental program was performed on HPC, using different degrees of internal curing, to assess the mechanical and thermal properties of the HPC, and to evaluate the effectiveness of the performed curing. The goal is to obtain a maximal autogenous shrinkage reduction and a minimal strength reduction. The resulting effect on the early-age cracking risk is simulated by means of finite element calculations. The simulations also include thermal stress development due to the heat of hydration. In case 70 kg/m³ of internal curing water is provided via the SAP, an optimal reduction of the cracking risk is noticed, mainly caused by the autogenous shrinkage reduction and the appearing expansive deformation peak directly after setting takes place.     

粉煤灰、矿粉对水泥浆体变形性能的影响

以高性能混凝土用胶凝材料为研究对象,研究了粉煤灰、矿粉在不同养护湿度和温度下对水泥浆体变形性能的影响规律。结果表明:饱水养护时,粉煤灰的掺入降低了水泥浆体的水养膨胀变形;养护温度升高、粉煤灰掺量增加,水泥浆体水养膨胀变形降低幅度增大,但不同水养温度下掺入矿粉对水泥浆体膨胀变形无明显影响;密封养护时,掺入粉煤灰可有效抑制水泥浆体的自收缩,但矿粉掺入会增大水泥浆体自收缩;干燥养护时,掺入粉煤灰对水泥浆体有一定的减缩作用,而矿粉的掺入会增大水泥浆体的干燥收缩。     

不同水胶比及养护条件对内养护混凝土吸水性能的影响

为了研究预湿轻骨料的内养护效率受混凝土自身水胶比和外界养护条件的影响，采用改进的ASTM 1585试验方法，开展了不同水胶比、不同养护条件（饱和石灰水养护、喷雾养护、密封养护、干燥养护）下普通混凝土及内养护混凝土毛细吸水试验。从混凝土的水化程度、混凝土孔隙率等角度，解释了水胶比、养护条件以及内养护材料对混凝土中水分传输的影响。结果表明：水胶比、养护条件以及内养护材料的掺入对混凝土中水泥的水化和混凝土材料的孔隙率有较大影响。高水胶比试件比低水胶比试件具有更大的累积吸水量及二次吸水率，水胶比为0.5的试件的累积吸水量及二次吸水率分别为水胶比为0.3的试件的1.4~2.1倍和3~4倍；预湿轻骨料的掺入对高水胶比试件的累积吸水量、初始吸水率和二次吸水率的改善作用并不明显，但可以显著降低低水胶比试件的吸水能力，对于水胶比为0.3的试件，其累积吸水量和二次吸水量的降低幅度分别为7.7%~18.6%和20.4%~27.4%；随着外界养护环境湿度的降低，低水胶比试件的初始吸水率变化较小，累积吸水量和二次吸水率有轻微的上升；预湿轻骨料在低水胶比、密封养护条件下内养护效率较高。     

内养护补偿收缩混凝土的抗裂性能

研究了UEA(硫铝酸钙类膨胀剂)和HCSA(硫铝酸钙-氧化钙类膨胀剂)的膨胀特征,比选出适宜于配制补偿收缩混凝土的膨胀剂;研究了内养护对补偿收缩混凝土抗压强度、早期变形、干缩落差和抗裂性的影响,并在西北大风干旱地区开展了内养护补偿收缩混凝土的现场应用试验.结果表明:HCSA的膨胀效能高、膨胀速率快、对后期水分补充的依赖程度低,掺量(质量分数)为6%时可满足混凝土补偿收缩的要求;内养护可提高HCSA的膨胀效能,减小补偿收缩混凝土的塑性收缩和干缩落差,提高补偿收缩混凝土的抗裂性;内养护补偿收缩混凝土用于西北大风干旱地区暴露面大的薄壁平板实体结构时具有良好的抗裂性.     

内养护剂的初步试验研究

本文研制了一种混凝土内养护剂,就内养护剂对混凝土相关性能的影响进行了初步试验研究。结果表明,保持相同流动性情况下,单掺内养护剂会增加混凝土用水量,一定程度上降低了混凝土的绝对强度,但将内养护剂与减水剂复配使用,则可在保持流动性相同的情况下,降低用水量,提高强度,并取得更好的保水和养护效果。     

新型混凝土养护剂的研制

以石蜡、亚麻籽油为主要原料研制的混凝土养护剂是以混凝土强度和失水率为评价指标，来确定养护剂的最佳配合比。试验研究表明，该养护剂可以有效地保持混凝土中的水份。混凝土在此种养护措施的条件下，强度比标准养护的混凝土强度略低或基本持平，可以有效保证混凝土的工程质量。     

水下灌浆新工艺探索与研究

研究一种新的灌浆工艺,在水中加入少量的表面活性剂与偶联剂制成可以用于改善水下混凝土表面的水乳液,采用可快速固化的改性乙烯基酯树脂浆材,或环氧糠叉丙酮与水下固化剂配制成灌浆材料。通过正交实验分析表面活性剂、偶联剂、醋酸及乙醇用量等4组分的用量对灌浆材料与混凝土表面粘接强度的影响。