模拟现场施工条件下SAP内养护混凝土技术的试验研究.pdf

2 0 1 3 年第 1 2期 1 2月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA C ONCRE T E AND C EME NT P RODUC T S 2 01 3 No 1 2 De c e mb e r 模拟现场施工条件下S A P内养护混凝土技术的试验研究 于 韵 ( 南 昌大学科学技术学院 ， 3 3 0 0 2 9 ) 摘要 ： 通过模拟施工现场 四季气候特征 ， 对 比研 究了高吸 水性树 脂 S A P 内养护 对混凝土早期强度的影响。试 验结果表明， S A P内养护技术对混凝土的早期强度发展效果优于施工现场 自然养护， 特别是在春夏季气温 2 0 3 0 C 条件 下甚至接近 于标准养护强度发展趋 势。 本 实验条件 下， S A P掺 量为 1 1 5 时对混凝土强度发展 情况最有利。 关键词： 高吸水性树脂( S A P) ； 内养护； 自然养护 Ab s t r a c t ：， I I l e e f f e c t s o f i n n e r c u rin g a g e n t S AP o n c o n c r e t e a t e a r l y a g e we r e s t u d i e d b y s i mu l a t i n g t h e ? c l i ma t e c h a r a c t e ris t i c s o f t h e f o u r s e a s o n s o n t h e c o n s t r u c t i o n s i t e T h e r e s u l t s i n d i c a t e t h a t the i n n e r c u rin g c o n c r e t e s tr e n g t h d e v e l o p me n t a t e a r l y a g e i s b e e r tha n t h a t of c o n c r e t e b y n a t u r a l c u ri n g Wh e n the t e mp e r a t u r e i s i n the r a n g e of 2 0 3 0 C， t h e s t r e n g t h d e v e l o p me n t of c o n c r e t e b y i n n e r - c u ri n g i s e v e n c l o s e t o the r e s u l t of s t a n d a r d c u ri n g The r e f o r e ， S A P i s a n a p p r o p ria t e i n n e r - c u ri n g ma t e ria l ，a n d u n d e r the e x p e rime n t a l c o n d i t i o n t h e p e r f e c t mi x i n g c o n t e n t r an g e of S AP i s 1 0 1 5 Ke y w o r d s ： S u p e r a b s o r b e n t p o l y m e r ( S A P ) ； I n n e r - c u ri n g ； N a t u r al c u ri n g 中图分类号 ： T U 7 4 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7( 2 0 1 3) 1 2 6 3 0 3 O前 言 混凝土强度来源于水泥水化 ， 随着水化的不断 进行 ， 混凝土内部供其反应的水越来越少【 。目前 ， 施工现场大量采用 自然养护 ，即在混凝土凝结后 ， 通过覆盖洒水为水泥水化提供适宜的温度和湿度。 该方法不仅耗费人力物力 ， 在施工现场也缺乏有效 的质量控制手段 ， 且养护质量 随季节 、 天气状况发 生显著波动 ，特别是对于一些复杂的结构部位 ， 在 炎热的夏季 ， 其养护效果更是难以保证【 3 。 近十年来 ，国内有部分学者提 出了 自养护概 念 ， 即在混凝土 中掺人吸收相 当于 自身重量数百倍 水分 的高吸水性树脂 S A P，硬化过程中混凝土内部 p H值上升， S A P释放水分帮助胶凝材料进一步水化 。研究表明6 - 1 1 ， S A P可以显著改善混凝土内部的 相对湿度梯度 ， 降低 混凝 土 自收缩值 ， 减 少混凝土 早期开裂的可能性 ， 同时在一定程度上改善混凝土 的抗冻性能。 但 目前 国内外对于 S A P自养护混凝土 的研究往往集 中于高强混凝土甚至 于超 高强混 凝 土的开裂 、 自收缩等相关领域 ， 对 于 S A P内养护技 术在实际施工中使用的基础性研究未见相关报道 。 对此 ， 本文利用 小型环境测试舱【 2 模拟 四季施工相 近环境 ， 对 S A P内养护混凝土技术进行 了研究。 1 试验 方 案 1 1 原材料与配合 比 本试验所用原材料有 ：南 昌产 P O 4 2 5级水 泥 ； 南昌某电厂产 级粉煤灰 ； F D N I粉剂型高效 减水剂 ；2 0 0目粉状高吸水性树脂 S A P ( 聚丙烯 酸 钠 ) ； 赣江卵石 ， 粒径 5 2 0 m m； 赣 江河砂 ， 细度模数 2 8 ， 区； 自来水 。 为考察 S A P对混凝土的内养护效果 ， 将经过预 吸水处理的 S A P引入混凝土中， 借鉴 S A P掺量与水 胶 比经验公式 的相关研究【 1 3 】 。 并根据本研究水灰比 ， 设定 S A P掺量为胶凝材料重量的 0 5 2 。 具体配 合 比见表 1 。 表 1 混凝 土配合 比 基 金项 目： 江西省科技 厅科 技攻关项 目( 编号 2 O 1 2 Z B B E 5 0 0 3 9 ) 。 一 6 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3年第 l 2期 混凝土与水泥制 品 总第 2 1 2期 1 2试 验方 法 采用边长为 1 5 0 mm的混凝土立方体试件 ， 在不 同养护条件下进行养护 ， 利用压力机测定混凝土的 3 d 、 7 d 、 1 4 d 、 2 8 d立方体抗压强度 ，根据抗压强度数 据判断养护效果。 1 2 1 S A P内养护混凝土试验 为考察实 际施工条件下 S A P内养护混凝土技 术对混凝土性能的影响 利用小型环境测试舱以及 通 电发热 电阻丝对南昌地 区施工现场环境进行模 拟。南 昌地 区年平均温度一 2 4 l c c， 夏季地表最高温 度为 6 O ， 相对 湿度 4 0 以上 ， 风速 2 3 m s 。 试验时将掺有 S A P颗粒的混凝土试件成 型后 ， 放人小型环境测试舱 ， 在模拟环境 下暴露 2 8 d 。 模拟 现场条件如表 2所示 。 表 2 模 拟不同的现场条件 的温湿度情况 注 ： S t 是 在标 准养 护箱 中进 行养 护 。 其余在小型环境测试舱 中模拟施工现场条件 。 1 2 2 对照试验 未掺 S A P试块的 自然养护 ： 在混凝土表面盖上 一 层湿麻袋 ， 在模拟环境下养护 7 d ， 期间定时( 2 3 h 一 次) 对麻布进行洒水 。 7 d后撤除养护措施 ， 使混凝 土试件完全暴露于模拟环境下至 2 8 d 。 未掺 S A P试块 的标准养护 ： 混凝土成型后放人 标准养护箱养护 2 8 d 。 2试验 结果 与讨 论 利用小型环境测试舱模拟施工现场不 同季节 的温湿度以及 风速 ，对混凝土采取不 同的养 护方 法 ， 包括标准养护、 自然养护及 S A P内养护 ， 考察在 不同养护技术 下混凝 土不 同龄期 内立方体抗压 强 度值 的变化情况 ，得到混凝 土强度随时间变化 曲 线 ， 如图 1 所示。 由图 1 可见 ， 当设定混凝土表面温度为 5 时 ， 混凝土强度增长 曲线表现最好 的为标 准养 护条件 下的混凝土试块 。对 比标准养护 ， 自然养护以及 内 养护获得 的混凝土试块强度偏低 ， 仅为标准养护下 强度的 7 0 左右 且后两种养护条件下获得的混凝 土强度值较为接近。但当 S A P掺量为 2 0 时 ， 混凝 土强度发展劣于 自然养护条件。这可能是 由于在养 护过程中由于外界温度过低 ，水泥水化速度放缓 ， 6 4 混凝土强度增长速度较慢 ， 此时水泥水化过程主要 受控于温度 因素 ， 水化速度慢 ， 需水速率增长较慢 ， S A P没有起到释水参与水化作用 ，特别是 当掺量过 高时甚至有可能造成混凝土强度的下降。故当外界 气温过低时对混凝土养护应 当以保温 为主 ，辅 助 S A P引水 。 建议实际操作中可以将覆盖麻袋 、 S A P引 水 内养护两种措施相结合。 图 1 模 拟 冬 季 施 工 环 境 F的各 混 凝 土 强 度 图 2对应 的模 拟 施 工现 场环 境 设定 温 度 为 2 O ， 从 图中可以明显看出， 虽然此时混凝土强度增 长曲线表现最好 的仍是标准养护条件下 的混凝土 试块 。 但是部分 S A P内养护技术获得 的混凝土试块 强度已经 明显优于 自然条件下的混凝土试块 。研究 表明， C S 、 C 2 S 、 C ， A进行水化的最低相对湿度分别 是 8 5 、 9 0 、 6 0 ，这就要求混凝土 内部能提供足 够的水量 ， 才有可以进行较好的水化过程 。本试验 条件下 ， 当 S A P掺量为 1 0 时 ， 混凝土 内养护效果 最好 。 但 当其掺量再增多时 ， 混凝土强度出现明显 下跌。当其掺量为 2 0 时 ， 强度值低于 自然养护条 件下混凝土试块强度。 善 越 憩 图 2模 拟 春 季 施 工 环 境 一 F的 各 混 凝 土 强 度 图 3对 应 的模 拟施 工现 场 环境设 定 温 度 为 3 0 。对 比图 3中六条 曲线可 以发现 ， 当 S A P掺量 达到 0 1 5 时 ， 混凝土强度不仅获得了较好发展 且 在前期强度值基本接近于标准养 护情况下混凝 土 强度值 ， 但当 S A P掺量为 0 5 时 ， 内养护技术效果 最差 ， 其结果近似 自然养护状态。这可能是 由于混 凝土表面温度升高 ，首先促使 了水泥加速水化 ， 同 加 雏 s 如勰；号 螺=宝 H m8 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 于韵 模拟现场施工条件下 S AP内养护混凝土技术的试验研究 42 40 38 3 6 34 32 3O = 2 8 蠢 22 20 1 8 1 6 1 4 1 2 1 O 8 图 3 模拟 夏季施工 环境 下的各混凝土强度 时也加速了混凝土内部及表面水分的蒸发。研究表 明【 ， 对于水化所需的毛细管供水 ， 只有 当浆体与供 水 S A P之间的距离即毛细孔距离在 l mm范 围内才 有效 ，超过这个距离的水泥浆体不能充分获得 S A P 所提供的水分而影响养护效果 ， 故 当 S A P掺量过低 时 ， 无法提供 足够 的水化用水 ， 混凝土强度增长速 度明显下降。 同时 ， 本文亦考察了在酷热环境中， S A P内养护 技术下混凝土强度增长趋势 ，如 图 4所示。由图 4 可见 ， 当温度达到 5 0 时 ， 温度升高加快 了水化反 应速率 ， 促进了混凝土早期强度的发展 。另一方面 ， 温度升高导致水分蒸发速度加快 ， 加上早期反应过 快 ， 混凝土 内部缺陷较多 ， 导致混凝土后期强度提 升缓慢。由图可以明显看 出， 自然养护下混凝土强 度增 长趋势减缓 。 虽然 S A P掺入有效缓解了部分内 部缺水问题 ， 但效果远不如常温( 2 0 3 0 o c o 因此 ， 酷 热条件下施工可以适当增加 S A P掺量 。 同时更应做 好遮 阳措施 ， 以有效降低混凝土表面温度 ， 避免 出 现内部缺陷。 图 4 模拟 酷热施 工环境 下的各混凝土强度 3结 语 ( 1 ) 常温下采用 S A P内养护技术 ， 混凝土强度 发展优于 自然养护条件 。 ( 2 ) 当温度过低 ， 或者是温度过高时， S A P内养 护技术应当同时辅 以保温或者遮 阳降温措施 ， 以获 得更好 的养护效果 。 ( 3 ) 从试验数据 推测 ， 内养护技术 中最为关键 的 S A P掺量问题不仅取决 于水灰 比， 同时也和混凝 土表面水分蒸发速度有关 。在进行最佳掺量研究 时 应该 同时关注混凝土表面温度以及风速对其掺 量 的影响。 参考文献 ： 【 1 】 S t a n d a r d P r a c t i c e f o r C u ri n g C o n c r e t e A C I C o mm i t t e e 3 0 8 Ame ri c a n C o n c r e t e I n s t i t u t e ， F a r mi n g t o n Hi l l s ， MI 【 2 】 舒志坚 养 护条 件对混凝土早期性能 的影 响 D 】 浙江： 浙 江工业大学， 2 0 0 7 【 3 赵佩颖， 李继武， 李新庭， 等 炎热季节地下室底板大体积 混凝土施工技术 J 施工技术， 2 0 0 5 ， 3 6 ( 5 ) ： 3 4 1 3 4 4 4 S We b e r ， HW R e i n h a r d t A N e w G e n e r a t i o n o f H i g h P e r f o r - ma n c e Co n c r e t e ： C o n c r e t e w i t h Au t o g e n o u s C u ri n g ， Ad v C e m B a s e d M a t e r 1 9 9 7 ， 6 ( 2 ) ： 5 9 - 6 8 5 D h i r R K ， H e w l e t t P C D y e r T D 。 ， I n fl u e n c e o f m i c r o s t rnc - t u r e o n p h y s i c a l p r o p e r t i e s o f s e l f - c u ri n g c o n c r e t e J A C I Ma t e ri als J o u r n a l ， 1 9 9 6 ： 0 5 0 6 6 】 K K o h n o ， T O k a mo t o ， Y I s i k a w a ， T S i b a t a ， H M o r i ， E ff e c t s o f a r t i fic i a l l i g h t we i g h t a g g r e g a t e o n a u t o g e n o u s s h rin k a g e o f c o n c r e t e J C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 1 9 9 9 ， 2 9 ： 6 1 1 - 6 1 4 7 陈德鹏 ， 钱 春香， 高桂波 ， 等 高吸水 性树脂 对砼 收缩 开裂 的改善作用及其机理 J 东南大学学报， 2 0 0 7 ， 3 8 ( 3 ) ： 4 7 5 4 7 8 8 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： 自然科学版， 2 0 0 3 ， 3 3 ( 1 1 ) ： 4 1 4 4 【 9 】 何真， 陈衍， 梁文 泉， 等， 内养 护对混凝土收缩开裂性 能的影 响 J 。 新型建筑材料 ， 2 0 0 8 ( 8 ) ： 6 - 1 0 【 l O 】 周宇飞， 胡曙光， 王发 洲， 等 高吸水性 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， 2 0 0 8 ( 1 ) ： 1 6 2 2 【 1 1 丁 以兵 高性 能混 凝土 自养 护技术 研究【 B 】 ， 合 肥： 合肥 工 业大学 2 0 0 6 1 2 】 于韵， 章 晓娥 内墙 涂料 的污染物 释放及模 糊评价 J 建 筑材料学报。 2 0 1 0 ( 2 ) ： 2 6 8 2 7 1 【 1 3 】 J e n s e n O M， H a n s e n P F Wa t e r - e n t r a i n e d c e m e n t b a s e d ma t e ri a l s( I ) ： P r i n c i p l e s and t h e o r e t i c al b a c k g r o u n d J C e m e n t a n d C o n c r e t e Re s e a r c h ， 2 0 0 1 ， 3 1 ：6 4 7 - 6 5 4 【 1 4 】O M l h e d e J e n s e n ， C l i n k e r m i n e r a l h y d r a t i o n a t r e d u c e d r e l a t i v e h u mi d i t i e s J J C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h 1 9 9 9 ， 1 2 ： 1 5 0 5 1 5 1 2 1 5 】B u r c u A k c a y ， Me h me t A l i T a s d e mi r E ff e c t o f d i s t ri b u t i o n o f l i g h t w e i g h t a g gre g a t e o n i n t e r n a l c u ri n g o f c o n c r e t e J C e me n t c o n c r e t e c o mp o s i t e s 2 0 1 0 3 2 ： 6 1 1 - 6 1 6 收稿 日期 ： 2 0 1 3 1 O 一 2 8 作者简 介 ： 于韵 ( 1 9 8 0 一 ) ， 女 ， 副教授。 通讯地址 ： 南 昌市红谷 中大道 9 9号 联 系电话 ： 1 3 9 7 0 9 2 6 5 4 0 E- ma i l ： 3 01 4 3 7 4 8 q q c o m 一 6 5一 铊勰 勰拍 加堪 H m8 善 氍 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m