高吸水性树脂对自密实混凝土性能的影响.pdf

1 1 8 材料导报 B： 研究篇 2 0 1 5年 1 O月( 下) 第 2 9卷第 1 0期 高吸水性树脂对 自密实混凝土性 能的影响 史才军 ， 吕奎喜 ， 马先伟 ， 张健 ， 刘建辉 ( 1 湖南大学土木工程学院， 长沙 4 1 0 0 8 2 ； 2 河南城建学院，平顶山 4 6 7 0 3 6 ) 摘要 高吸水性树脂( S A P ) 具有很强的吸水性能， 但是失水后形成 S A P孔 ， 使其在混凝土中呈现出与其它外 加剂不同的特性。系统研究了 S AP内养护水胶比及粒径对 自密实混凝土( S C C) 抗压强度、 早期 自收缩、 干缩、 吸水 性、 抗碳化能力、 抗氯离子渗透性的影响。结果表明： 当内养护水胶比增加时， S C C早期 自收缩明显降低， 且抗压强度 未出现明显变化； 虽然混凝土吸水性增加， 但抗碳化性能和抗氯离子渗透性提高， 而干缩与内养护水胶 比有关。粒径 为7 5 1 2 5 m的 S AP改善 自收缩、 干缩效果较好， 而粒径为 3 0 7 5 m时 S AP的抗碳化性能和抗氯离子渗透性提 高较好 。 关键词 自密实混凝土高吸水性树脂 自收缩碳化氯离子渗透性 中图分 类号 ： T U5 2 8 文献标识码 ： A D OI ： 1 0 1 1 8 9 6 j i s s n 1 0 0 5 0 2 3 X 2 0 1 5 2 0 0 2 5 I nf l u e n c e 0 f S AP o n t he Pr o pe r t i e s o f S e l f - c o mp a c t i n g Co n c r e t e S HI C a i j u n ，L U Ku i x i ， MA Xi a n we i ，Z HANG J i a n ， L I U J i a n h u i ( 1 Co l l e g e o f Ci v i l En g i n e e r i n g，Hu n a n Un i v e r s i t y ，Ch a n g s h a 4 1 0 0 8 2； 2 He n a n Un i v e r s i t y o f Ur b a n Co n s t r u c t i o n， P i n g d i n g s h a n 4 6 7 0 3 6 ) Ab s t r a c t S u p e r a b s o r b e n t p o l y me r( S AP)h a s h i g h wa t e r a b s o r p t i o n b u t s o me l a r g e p o r e s a r e f o r me d a f t e r S AP r e l e a s e s wa t e r ，s o t h a t t h e c o n c r e t e a d d i n g S AP t a k e s o n s o me d i f f e r e n t f e a t u r e s o f t h e p r o p e r t i e s wi t h t h e c o n c r e t e s a d d i n g o t h e r a d mi x t u r e I n f l u e n c e o f S AP o n t h e f r e s h p r o p e r t i e s ，c o mp r e s s i v e s t r e n g t h，e a r l y - a g e a u t o g e n o u s s h r i n k a g e ，d r y i n g s h r i n k a g e ，wa t e r a b s o r p t i o n ，c a r b o n a t io n a n d c h l o r i d e - i o n p e n e t r a t i o n o f s e l f - c o mp a c t i n g c o n c r e t e ( S C C)w e r e s t u d i e d T h e r e s u l t s s h o w t h a t w i t h i n c r e a s i n g i n t e r n a l c u r i n g wa t e r b i n d e r r a t io ，t h e a u t o g e n o u s s h r i n - k a g e o f S CC s i g n i f i c a n t l y d e c r e a s e d。c o mp r e s s i v e s t r e n g t h we r e a l mo s t n o t a f f e c t e d O n；wa t e r a b s o r p t i o n i n c r e a s e d b u t c a r b o n a t i o n r e s i s t a n c e a n d r e s i s t a n c e t o c h l o r i d e i o n p e r me a b i l i t y i mp r o v e d ；t h e d r y i n g s h r i n k a g e wa s r e l a t e d t o t h e wa t e r - b i n d e r r a t i o 7 5 1 2 5 m S AP i mp r o v e d a u t o g e n o u s a n d d r y s h r i n k a g e s we l l ，wh i l e 3 O 一 7 5 m h a s e v i d e n t e f f e c t i v e n e s s o n t h e r e s i s t a n c e t o c h l o r i d e i o n p e r me a b i l i t y a n d c a r b o n i z a t i o n Ke y w0 r d s s e l f c o mp a c t i n g c o n c r e t e ，s u p e r a b s o r b e n t p o l y me r ，a u t o g e n o u s s h r i n k a g e ，c a r b o n a t i o n ，c h l o r i d e - i on pe ne t r a t i on O 引言 自密实混凝土因无需振捣而达到较高的密实性和稳定 性 ， 正 日益显现 出其环境友好性 、 技术性 及经济性等方面的 优势 。由于其特殊的组成， 自密实混凝土常有较高的细骨 料含量和较高的浆体体积 ， 具有 比普通混凝土更高 的抗开裂 风险l 2 。因此 ， 对 自密实 昆 凝土收缩性能及改善方法等方面 研究的必要性也逐渐凸显。 内养护技术应用于高性能混凝土中时， 可通过 内养护材 料引入的额外水分补充水泥石消耗或蒸发的水分， 使混凝土 内部相对湿度能在一定时间内保持在较高水平 ， 从而改善混 凝土的收缩性能。S AP是一种含有强亲水基的高分子材料， 具有较强的吸水、 释水能力 ， 因而是一种理想 的内养护材料。 S AP主要用于改善在水泥浆体凝聚结构形成后， 由于密实体 系中的胶凝材料进一步水化引起 内部湿度降低而产生 的白 干燥收缩 。J i a n g u o Ha n等口 将 S AP加入到高强 自密实混凝 土中， 发现 S AP的掺入可 以明显降低 自收缩 和轻微减小干 燥收缩。S AP的添加同时影响着混凝土的其他性能， 诸如工 作性、 力学性能和耐久性等 。S A P的掺人提高了水胶 比小于 0 4 2的混凝土后期水化程度 ， 其可促进水泥浆体强度 的增 长 ； 同时， S AP引入 的空隙将使混凝土的强度下降。当两者 引起的相反作用效果达到平衡时， 混凝土强度保持不变； 当 其 中的一个因素起主要作用时， 混凝土强度将出现增长或下 降的变化 。黄政宇等 5 实验表 明， 当引入胶凝材料质量 0 4 的 S AP( 粒径 为 6 O 1 5 0目) 、 内养护水胶 比为 0 0 7 时， 超高性能混凝土 的 2 8 d抗压强度未 出现 明显 的折减。 L u r a 等 发现当水胶 比为 0 3 0时 ， 掺人 0 4 S AP和水泥 质量 5 的额外水对砂浆抗压强度无影响 ， 而水泥浆体的早 *国家 自然科 学基金( 5 1 3 7 8 1 9 6 ； 5 1 4 6 1 1 3 5 0 0 1 ； U1 3 0 5 2 4 3 ) 史才军 ： 1 9 6 3年生， 教授 ， 主要研 究方 向为土木工程材料耐久性能 E - m a i l ： c s h i h n u e d u c n 高吸水性树脂对 自密实混凝土性能的影响 史才军等 1 1 9 期 ( 7 d ) 抗压强度 降低了 2 O ， 后期 ( 2 8 d和 5 6 d ) 抗压强度 降低了 1 O 。Ha s h o l t 等 研究发现 S AP的掺入能够增大 水泥浆体中凝胶空间比。 将 S A P加入到 自密实混凝土 ， 必将对 自密实混凝土 的 拌合物工作性及水的分布产生重要影响， 从而影响 自密实混 凝土的收缩变形和渗透性等方面的性能。本实验研究 了高 吸水性树脂 的掺量及粒径对 自密实混凝土拌合物性能、 抗压 强度 、 早期 自收缩 、 干燥 收缩 、 吸水率及耐久性 ( 抗碳化和抗 氯离子渗透性能) 的影响。 1 实验 1 1 原材料 本实验 中水泥采用 P I 4 2 5 硅酸盐水泥 ， 矿物掺合料 使用 I 级粉煤灰； 水泥和粉煤灰的物理性能和化学组成见表 1 。粗骨料为天然卵石， 粒径 5 2 O mm连续级配 ， 表观密度 2 6 1 0 k g m。 。细骨料为天然砂 ， 粒径 O 5 mm连续级配 ， 细 度模数为 2 7 ， 表观密度 2 6 1 0 k g m。 。细骨料和粗骨料 的各 粒径通过百分率见表 2 。减水剂采用减水率 为 2 5 的聚羧 酸系高效减水剂 。S AP A0在去离子水和 自来水中的饱 和吸 水量分别为其 自身质量的 2 6 0 倍和 2 1 0 倍 ， 粒径范围为 3 O 5 0 0a m， 颗粒为球状。将 S AP A0颗粒分 为 3个粒径范 围： 3 0 7 5a m( S AP A1 ) 、 7 5 1 2 5a m ( S AP A2 ) 、 1 2 5 5 0 0 a m ( S A P A3 ) ， 使用激光粒度 分析测定的 d l 0 、 d 5 0及 d 9 0值见 表 3 。用茶袋法测得的 S A P在水泥浆过滤液( 水泥颗粒与 自 来水的质量 比为 1： 1 0 ) 中的吸水率 随时间的变化见 图 1 。 当 S A P浸入水泥浆过滤液时 ， 其在前 1 0 mi n内快速吸收大 量溶液 ， 在 l 0 b1 2 0 rai n内则逐渐释放其 内部存储的水分 ， 随 后趋于吸水平衡。由表 3可知 ， S AP A1的粒径最小， 其在 1 8 0 rai n时的吸水率略高于其他 3 种粒径的树脂 。这可归因 于其较大 的吸收面积和吸液后体积平衡的较快实现。 表 1 水泥和粉煤灰的化学组成( 质量分数 ) Ta b l e 1 Che mi c a l c o mp o s i t i o n o f c e me n t a n d f l y a s h( wt ) 表 2 细骨料和细骨料的各粒径通过百分率( ) Ta b l e 2 S i e v e a n a l y s i s o f t h e f i n e a n d c o a r s e a g g r e g a t e s ( ) 1 2 配合比 为研究高吸水性树脂的掺量和粒径对 S C C工作性 、 抗压 强度、 早期 自收缩、 干燥收缩 、 吸水率、 抗碳化性能和抗氯离 子渗透性能的影响， 设计的实验配合比见表 4 。控制组 S N 0 的水胶 比为 0 3 O ； S N1 、 S N2和 S N3三组 S AP掺量分别为 0 0 6 、 0 1 2 和 0 1 8 ， 内养护水胶 比也按 0 0 2 、 0 0 4 、 0 0 6 相应增加 。对 S A1 、 S A2 和 S A 3 而言 ， 变化 的仅是掺人 的 S AP的粒径。 表 3 高吸水性树脂的粒径分布 Ta b l e 3 Pa r t i c l e s i z e d i s t r i b u t i o n o f S AP 0 l i m e m i n 图 1 S A P在水泥浆过滤液中的吸水率一 时间曲线 Fi g 1 Ti me d e p e n d e n t wa t e r a b s o r p t i o n f o r S AP i n f i l t e r e d flu i d o f c e me n t p a s t e 1 3 实验方法 1 3 1 工作性 本实验中 S C C拌合物工作性能主要通过坍落扩展度、 。 、L型仪和筛析法来表征。调整减水剂用量 以保证控制 组的新拌混凝土坍落扩展度为 ( 6 5 0 5 ) mm， 其他组 的减水 剂用量与控制组保持相同。 1 3 2 抗 压 强度 自密实混凝土抗压强度测试参照标准 GB J 8 1 8 5 普通 混 凝 土 力 学 性 能 试 验 方 法 。每 组 配 合 比 成 型 3个 1 5 0 m mX1 5 0 m mX1 5 0 m m 的立方体试件 ， 一天后拆模； 拆 模后继续在标准养护室内养护。养护至 3 d 和 2 8 d时， 取出 试件 ， 进行抗压测试 。 1 _ 3 3 自收 缩 采用波纹管和非接触式探 头相结合 的方式测量 自密实 混凝土中砂浆 自收缩。波纹管的内径为 2 0 mm， 长度范围为 ( 3 4 0 5 ) m m， 其可将流动状态的砂浆体积变形转化为长度 变形。每组配合比需两根波纹管试件 ， 最终的 自收缩值取两 根波纹管试件 自收缩值的算术平均值。实验 中试件 的一端 用弹簧 固定到支架上 ， 另一端可在支架上 自由滑动。采用 电 涡流位移传感器对 自由端的位移变化进行实时监测 ， 测试范 围为 O 4 mm， 分辨率为 0 5 a m ， 精度为 0 0 5 ， 并使用多 通道数据采集仪收录数据。 1 3 4干燥 收缩 混凝土干缩试验方法参考 G B T 5 0 0 8 2 2 0 0 9 普通混凝 土长期性能和耐久性能试验方法标准 制定 。每个配合 比成 型 3个 7 5 mm7 5 mm2 7 5 mm 的试件， 试件两端预埋测 l 2 0 材料导报 B： 研究篇 2 0 1 5年 1 0月( 下) 第 2 9卷第 1 O期 头。成型完毕后 ， 立 即带模放入标准养护室 内养护， 一天后 拆模 。拆模后继续在标准养护室 内养护， 两天后转移至温度 其初始长度。此后应按规定时间间隔测量其 1 d 、 3 d 、 7 d 、 1 4 d 、 2 1 d 、 2 8 d 、 4 2 d 、 5 6 d的变形读数 。测量混凝土收缩变形的 为( 2 0 _- +_ - 2 )、 相对湿度为( 6 O 5 ) 的恒温恒湿室中并测定 装置为 B C 3 0 0型 比长仪 。 表 4 自密实混凝土的配合比设计 Ta b l e 4 M i x d e s i g n o f SCC 1 3 5 吸 水率 混凝土吸水率实验根据标准 G B T 1 1 9 7 0 1 9 9 7 ( ( 加气混 凝土体积密度 、 含水率和吸水率实验方法 制定 。按 照表 4 中的实验配合 比， 每组成型 3 个边长为 1 0 0 m m 的立方体试 件 ， 在标准养护室 中养护 2 8 d 。实验时， 将每组的 3 个试件 从养护室 中取出， 放人鼓风干燥箱 中， 在 ( 6 0 5 )下保温 2 4 h ， 然后在 ( 8 O 5 ) 下保温 2 4 h ， 再在( 1 0 5 5 ) 下烘至 恒质， 记为 Mo 。将试件从干燥箱 中取出， 待试件冷却至室温 后 ， 放入水温为( 2 0 5 )的恒温水槽内， 然后加水至试件高 度的 1 3 ， 保持 2 4 h ， 再加水至试件高度的 2 3 ， 2 4 h后 ， 加水 高出试件 3 0 mm以上 ， 保持 2 4 h 。将试件从水 中取出， 用湿 布抹去表面水分， 立即称取试块质量 ， 记为 M 。混凝土试块 吸水率按 W 一( M 一 ) Mo 1 0 0 计算。 1 3 6 碳 化 混凝土碳化测试根据标准 G B T 5 0 0 8 2 2 0 0 9 普通混凝 土长期性能和耐久性能试验方法标准 制定 。每个配合 比成 型 3 个边长为 1 0 0 mm的立方体试件， 在标准养护室中养护 2 8 d 。试验前 2 d取出试件 ， 将其置于在 6 O温度下烘 4 8 h 后 。保留两相对侧面处于开放状态 ， 其余表面用石蜡密封处 理 ， 随 后 置 于 碳 化 箱 中。碳 化 箱 中 C O 浓 度 保 持 为 一 0 0 2 3 9( 2 7 3+ T)L ， ， L ) R C M一 二 一 I d 式中： D 为非稳态氯离子迁移 系数 ( 1 0 r n 。 s ) ； U为所用 电压的绝对值( V) ； T为阳极溶液的初始温度和结束温度 的 平均值 ( ) ； L为试件厚度 ( mm) ； X 为氯离子渗透深度 的 平均值 ( m m) ； t 为实验持续时间( h ) 。 2 结果和讨论 2 1 混凝土工作性 由表 5可知 ， 与控制组 S N0 相 比，S C C拌合物的坍落扩 展度随吸水 S AP的掺入略有降低；S C C拌合物扩展度达到 5 0 0 mm 的时间也稍有延长。从 L - b o x的实验结果可知， 吸 水 S AP的掺人 对 S C C拌合 物的间 隙通 过性影 响较小 ， 其 H H 比率均在 0 8 1 5 0 8 0 5之间。从湿筛离析实验可 ( 2 0 3 ) ， 相对湿 度保持为 ( 7 0 5 ) ， 试 验温 度保持 为 ( 2 O 5 ) 。混凝土试件碳化至 3 d 、 7 d 、 1 4 d 、 2 8 d时， 取 出 试件破型后喷上浓度为 1 的酚酞酒精溶液 ， 用钢尺测 出各 点的碳化深度。 1 3 7 抗 氯 离子渗 透 性 依据北欧标准 N T B u i l d 4 9 2 ， 测量 自密实混凝土的非稳 态电迁移系数， 以评价混凝土的抗氯离子渗透性， 间接反 映 自密实混凝土内部的孔 隙结构。每个配合 比成型 3 个直径 为 1 0 0 mm、 高度为 1 0 0 mm 的圆柱体试件， 试件脱模后置于 标准养护室 内的水池中养护至测试龄期 。试验前 7 d取出试 件， 从成型试件 中部切取高度为( 5 O 2 )mm 的圆盘作为测 试备用试件 ， 随后将其置于标准养 护室内的水池 中继续 养 护。至测试龄期时， 取 出备用试件， 将其置于石灰水 中真空 饱和 2 4 h ， 然后安在 R C M 实验装置上准备测试 。试件的上 表面暴露于 0 3 mo l L Na OH溶液 中， 下表面置于盛有质量 浓度为 1 O 的Na C 1 溶液的阴极实验槽中， 通电后开始测试 。 测试结束后， 取出试件并冲洗其表面 ， 随后将其沿径向劈开 。 在试件劈开的断面上喷涂浓度 为 0 1 mo l L的 Ag NO。溶 液 ， 1 5 mi n后测量氯离子渗透深度 。自密实混凝土的非稳态 氯离子迁移系数按式 ( 1 ) 进行计算 ： 0 f) 9 R ! ! ! ： 生： 1 V U 一 2 知 ， 吸水 S A P的掺入有增大 S C C拌合物离析性 的趋势。这 可能是试验中 S AP内养护水释放所致 。 2 2 抗压强度 掺有不同量 S AP A0的 S C C 3 d 、 7 d和 2 8 d抗压强度变 化如图 2所示 。控制组 S N0的 3 d 、 7 d和 2 8 d抗压强度分 别为 2 5 9 MP a 、 3 4 4 MP a和 3 8 8 MP a 。与控制组相 比， S N 1 的 3 d 抗压强度相近， 而 7 d和 2 8 d 抗压强度则有所 降 低 ； S N2的抗压强度均略有升高； S N3的抗压强度则 均保持 相近。由此可知 ， S C C早期抗压强度随 S AP A0掺量的增加 反而略有提高； S AP A0的掺入对 S C C后期抗压强度无明显 折减影响。吸水 S AP的引入 ， 可 以在较长时间内向水 泥基 体 中释放水分， 提高水泥水化程度， 从而提高 S C C的抗压强 高吸水性树脂对 自密实混凝土性能的影响 史才军等 1 2 1 度。同时 ， 吸水 S A P引入的孔对 S C C的抗压强度发展产生 不利影响 。当水泥基体水化程度提高的增 强效果 能够弥 补 S AP孔的减弱效果时 ， 掺人 S AP的 S C C抗压强度可与控 制组保 持相 近。B e n t z等嗍 实验 中测得 内养 护水 胶 比为 0 0 4 6 的砂浆抗压强度与未掺 S A P的控制组持平。 表 5 S C C拌合物的工作性 Ta b l e 5 Th e f r e s h p r o p e r t i e s o f S CC 不同粒径的 S AP对 S C C 3 d 、 7 d和 2 8 d抗压强度的影 响如图 3 所示。与控制组 S N0相 比， S Al 组的 3 d和 2 8 d抗 压强度分别增加 了 6 9 和 1 0 ， 其 7 d 抗 压强度减小 了 1 5 ； S A2 组的3 d 抗压强度增加了 2 3 ， 其 7 d 和 2 8 d 抗 压强度分别减小了 l _ 2 和 7 7 ， S A3组的 3 d 、 7 d和 2 8 d 抗压强度分别减小 了 3 1 、 4 4 和 9 8 。由此可知 ， S C C 的抗压强度随着吸水 S AP粒径的增大而减小 。引入 的内养 护水相同时， S AP粒径的变化将 引起 S AP吸 释水率、 在基 体中的分布状态及 空洞大小等 因素 的改变。其 中， 吸水后 S AP颗粒的大小对混凝土的抗压强度影响较大_ 。 。 5 0 3 d 7 d 28 d 图 2 S A P的掺量对 S C C抗压强度的影响 Fi g 2 Th e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f S CC wi t h d i f f e r e n t d o s a g e s o f S AP 2 3 自收 缩 图 4为不同 S AP A 0 掺量下 S C C砂浆 自收缩在 7 2 h内 的变化。由图 4可知， S C C砂浆 自收缩在早期发展较快 ， 大 部分在 2 4 h之内完成 ， 后期保持相对稳定。未掺 S AP A0的 控制组 S N0的 3 d自收缩为 1 6 6 8 g m m。对 S N1 、 S N2和 S N3三组， S AP A0引入的内养护水胶 比分别为 0 0 2 、 0 0 4 、 0 0 6 ； 对 应 的 S C C砂浆 3 d自收 缩分 别 减小 了 2 5 1 、 2 7 8 和 6 2 5 。S N1与 S N2两组中吸水 S AP A0对 S CC 砂浆 3 d自收缩 改善效果相 近， S N 3组 中吸水 S A P A 0对 S C C砂浆 3 d自收缩降低效果最显著 。随着内养护水引入量 的提高， S C C砂浆早期 自收缩降低。自收缩是指水泥基材料 在密封和等 温的情况下 表现 出来 的表 观体积或 长度 的减 小 1 。在塑性阶段 ， 化学收缩可完全转化为表观体积 的变 化；当浆体初始结构形成后 ， 硬化的水泥浆体可部分抵消由 化学收缩引起的体积变化； 与此 同时， 水泥浆体 内部相对湿 度降低， 毛细孔弯月 面形成 ， 毛细管收缩应力 随之产生_ 6 。 因此 ， 当掺人 吸水 的 S AP后 ， 随着 水 泥石 内部 相对 湿度 ( I RH) 的降低 ， 水分会逐渐从孔径较大的 S AP中向水泥石迁 移 ； S AP掺量越大， 可供迁移的水分越多 ， 混凝土内部相对湿 度下降越慢 ， 则 毛细管应力越 小， 自收缩也 就越小。Wa n g 等 1 1 3 研究表明， S AP和内养护水 的引入可明显延迟 I RH 的 下降， 并改善混凝土早期 自收缩。 50 40 3 0 2 0 1 0 0 3 d 7 d 2 8 d S A P的粒径对 S C C抗压强度的影响 Th e c o mp r e s s i v e s t ren g t h o f S CC wi t h d i f f e r e n t p a r t i c l e s i z e s o f S AP 图 4 S AP的掺量对 S C C砂浆 自收缩的影响 F i g 4 Th e a u t o g e n o u s s h r i n k a g e o f mo r t a r i n S C C wi t h d i f f e re n t d o s a g e s o f S AP 图 5 为掺有不同粒径的 S AP时 S C C砂浆 自收缩在 7 2 h 内的变化。对 S A 1 、 S A 2和 S A 3 三组 ， S A P引入的内养护水 胶比均为 0 0 4 ， 其粒径却逐渐增大 ； 对应的 S C C砂浆 3 d自 收缩分别减小 了 2 5 7 、 3 3 5 和 1 0 3 。与 S A 1和 S A 3 两组相比， S A2中粒径为 7 5 1 2 5 , m的 S AP A2对 S C C砂 浆 3 d自收缩降低效果较高。与掺有粒径最大的 S A P A3 的 组相比， S A1和 S A2两组 自收缩值 明显减小。S AP内部 的 水分是由范德华力控制的； 其水分 向周 围环境扩散 的速率开 始较快 ； 随后 ， 由于受到较多侧链的束缚 ， 水分扩散速率逐渐 变缓 _ 】 。水分从较大粒径的 S AP颗粒 中脱离速度要快于较 小粒径的， 因而减小 S AP粒径会导致两个相反的过程： 较小 3 3 日 皇 目 皇 A l 蛊 J d 吕 。 u 图 莹 争 一 目 _， 吕 T f 一 ， a 日 u I 皇 雪 昌 。 l I l 加 0 日 苫 口 J 1 I - 昌。 rJ 1 2 2 材料导报 B： 研 究篇 2 0 1 5 年 1 0月( 下) 第 2 9卷第 1 O期 颗粒空间距离可提高内养护有效性 ； 水分子的较高控制力则 会降低内养护的有效性 ” 。因此 ， 当 S AP粒径较大时， S AP 颗粒间距较大 ， 不利于内养护水迁移 到水泥石 的每个部分； 当 S A P粒径过小时， S A P中的 内养 护水 向其周围水泥迁移 的有效性降低。 图 5 S AP的粒径对 S C C砂浆 自收缩的影响 Fi g 5 Th e a u t o g e n o u s s h r i n k a g e o f mo r t a r i n S CC wi t h d i f f e r e n t p a r t i c l e s i z e s o f S AP 2 4干燥收缩 图 6为不同 S AP A0 掺量下 S C C干燥收缩在 5 6 d内的 变化 。控制组 S N0的 5 6 d干燥收缩为 5 7 3 m m。与控制 组相 比， S N1和 S N2两 组 的 5 6 d干 燥 收缩 分别 减 少 了 9 1 、 2 0 3 。S N3组 的干燥收缩前期稍低 ， 后期逐渐 增 大 ， 随后超越 S N0组 。对 S N1和 S N2两组 ， s AP的掺入改 善了 S C C的干燥收缩。S AP中内养护水向水泥基体 中释放 水分， 以弥补由于所处的外部环境相对湿度低于 内部湿度而 蒸发的水分 ， 从而能够降低 S C C的干燥收缩。对 S N 3 组 ， 当 S AP的掺量较大时 ， 干燥收缩反而有所增加。可能原因为过 量 S AP在自密实混凝土 中引入较多的孔 洞， S AP向基体 中 释放的水分不能弥补 S C C中进一步增加 的干燥失水。Ha n 等_ 3 将 S A P加入到高强 自密实混凝土中， 发现 S A P的掺入 可略微减小干燥收缩。S o l i ma n l_ 】 4 _ 研究表 明 S AP的添加使 UHP C的干燥收缩明显增大。当同时添加 S AP和内养护水 时， 内养护水的存在增大 了混凝土 的孔隙率， 使混凝土 的失 水速率有增大的风险； 同时， S A P内部的水分可减缓混凝土 内部湿度下降的速率。 图 6 S AP的掺量对 S C C干燥收缩的影响 F i g 6 Th e d r y i n g s h r i n k a g e o f S CC wi t h d i f f e r e n t d o s a g e s o f S AP 图 7为掺有不同粒径 S AP的 S C C干燥收缩在 5 6 d内的 变化。与控制组相 比， S A1 、S A2和 S A3三组的 5 6 d干燥收 缩分别减少了 1 0 3 、 2 7 9 和 2 1 0 。由此可知， S A P A 2 ( 粒径为 7 5 1 2 5 m) 的掺入对 S C C的干燥收缩降低效果最 明显。与 S A P粒径对 S C C砂浆 自收缩的影响类似 ， S C C干 燥收缩取决于 S AP颗粒空间接近性和其 内部水分向周 围环 境迁移的有效性的共同作用。 图 7 S A P的粒径对 S C C干燥收缩的影响 Fi g 7 Th e d r y i n g s h r i n k a g e o f S C C wi t h d i f f e r e n t p a rti c l e s i z e s o f S AP 2 5吸水率 S AP的掺量及粒径对 S C C吸水率 的影响如图 8所示。 控制组 S N0的吸水率为 4 4 7 。与控制组相 比， S N1 、 S N2 和 S N 3 三组的吸水率分别提高 了 1 6 、 1 2 5 和 2 7 7 。 由此可知 ， S C C的吸水率随着 S A P掺量的增加而逐渐升高。 当浸入水中时， 混凝土会在其内部孔洞产生的毛细吸力作用 下吸收水分 ， 以填充混凝土中的孔隙口 。混凝土的毛细吸附 力与其孔结构有密切关联 ， 因而混凝土的吸水率可确定其有 效孔隙率 。这表明 S C C的有效孔隙率是随着 S AP的掺量和 内养护水胶比的增加而逐渐 升高的。S AP的掺入可改变混 凝土的孔径分布及孔隙连通性 ， 而混凝土的总孔隙率取决于 其总水胶 比 1 。 与控制组 S N0相比， S A1组的吸水率减小了 2 0 ， S A2 和 S A 3 两组 的吸水率分别提高了 1 6 3 和 1 0 7 。由此可 推知， 三类粒径中， 掺有 S A P A 2 的 S C C中有效孔隙率最大 ， 而掺有 S AP A1的 S C C中有效孔隙率最小。 呈 岂 鲁 日 图 8 S A P对 S C C吸水率的影响 F i g 8 Th e i n f l u e n c e o f S AP O il wa t e r a b s o r p t i o n o f S CC 2 6 碳化 图 9为掺有不同量 S AP A0时 S C C碳化深度随着碳化 龄期 的变化 。由图 9可知 ， 控制组 S N0的 2 8 d碳化深度为 高吸水性树脂对 自密实混凝土性能的影响 史才军等 1 2 3 1 2 7 m m。S N1 、 S N2 和 S N3三组 的 2 8 d碳化深度分别为 1 5 3 mm、 1 4 1 mm、 1 3 8 mm； 与控制组相比， 其 2 8 d碳化深 度分别增加了 2 O 5 、 l 1 0 、 8 7 。由此可知， 与控制组 相 比， 掺有不同量 S A P时 S C C的碳化深度增加 ； S C C的碳化 深度随着内养护水胶 比的提高而降低。由吸水率实验 可知 ， S C C的孑 L 隙率随着 内养护水胶比的增加而逐渐增大。同时 ， 在 内养护和 S A P存在的条件下 ， S A P的水分从 内部向周围 环 境 释 放 ， 从 而 促 进 水 泥 石 的进 一 步 水 化 ， 混 凝 土 中 Ca ( OH) 的生成量增多。S C C的抗碳化性能是 由相对湿度、 混凝土的渗透性和碱度共 同作用 的结果。B e u s h a u s e n等口 发现在不额外增加内养护水胶 比的条件下 ， 砂浆的碳化深度 随着 S A P掺量的提高而逐渐降低 。As s ma n n _ 】 发现在 同时 添加 S AP和内养护水的条件下， 混凝土 的碳化深度 比控制 组略大。因此，S AP的掺量和附加水胶 比的平衡选择对混 凝土的碳化深度有重要影响。 Ca r b o n a t i o n a g e d 图 9 S A P掺量对 S C C碳化深度的影响 F i g 9 T h e c a r b o n a t i o n d e p t h o f S C C wi t h d i f f e r e n t d o s a g e s o f S AP 图 1 0 S A P粒径对 S C C碳化深度的影响 F i g 1 0 T h e c a r b o n a t i o n d e p t h o f S CC wi t h d i f f e r e n t p a r t i c l e s i z e s o f S AP 图 1 0 为掺有不 同量 S A P A 0时 S C C碳化深度随着碳化 龄期的变化。S A1 、 S A2和 S A3三组的 2 8 d碳化深度分别为 1 1 8 mm、 1 3 2 mm、 1 2 7 mm； 与控制组 S N0相 比， S A1 组的 2 8 d碳化深度减少了 7 1 ， S A2 组的 2 8 d碳化深度增加 了 3 9 ， S A3组 的 2 8 d碳化深度则无变化。在内养护水胶 比 和 S A P掺量相同的情况下 ， 掺有粒径最小的 S A 1组的抗碳 化性能最好 。由吸水率实验可知， 掺有 S A P A1 的 S A1 组 的 孔隙率最小 ， 从而降低了 C O 。 向混凝土内部渗透的速率。 2 7 抗氯离子渗透性 S AP对 S C C抗氯离子渗透性 的影响如图 l 1所示。由 图 1 1可知 ， 与控制组 S N0相 比， S N1 、 S N2和 S N3三组的氯 离子迁移系数分别增加了 3 9 6 、 2 9 2 和 5 2 1 。由此可 知 ， 内养护水的引入降低 了 S C C抗氯离子渗透性 。Ha s h o l t 等l 6 研究认 为减小氯离子迁移系数的前提是与未掺 S A P的 对照组相 比， S AP的掺入能够增大水泥浆体 中凝胶空间比； 当凝胶空间比增大时， 水泥浆体的毛细孔隙体积和连通性将 降低 。对 比 S A 1、 S A2和 S A3 三组可知， 在内养护水胶比和 S AP掺量相同的条件下， 掺有 S AP A1的 S A1 组 的离子迁移 系数最低 ， 可能原 因为较小粒径 S AP A 1的掺入降低 了 S C C 孔的连通性。 兰 S N 0 S N 1 S N 2