超吸水聚合物内养护对混凝土抗冻性的影响.pdf

2 0 1 0年第 1 期 2月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA CONCRETE AND CEMENT P RODUCTS 2 01 0 NO1 Fe b r u a r y 超吸水聚合物内养护对混凝土抗冻性的影响 王德 志 1 ,2 ,3 ， 孟云 芳 ， 韩静云 ( 1 宁夏大学土木和水利工程学院， 银川 7 5 0 0 2 1 ； 2 ， 旱区现代农业水资源高效利用教育部 工程研究 中心 ， 银川 7 5 0 0 2 1 ； 3 中国矿业大学银川学院建筑工程教研室， 7 5 0 0 1 1 ) 摘要 ： 内养护技 术可以显 著改善混凝土 的性能 。 试验利用超 吸水 聚合物对混凝 土进行 内养护 ， 研究 了混凝土 的抗冻性能。 试 验结果表 明 ， 不论是 单掺超吸水聚合物还是超 吸水 聚合物与粉煤灰复掺 ， 均 可改善混凝土的抗冻性 ， 2 5 0次冻融循环后 混凝土抗 压强度较空 白混凝土少损失 4 8 。 关键词 ： 超吸水聚合物； 内养护 ； 粉煤灰 ； 抗冻性 Ab s t r a c t ：I n t e r na l c u r i n g i s e s p e c i a l l y b e n e fi c i a l t o i mp r o v e c o n c r e t e p e r f o r ma n c e I n t e r nal c u r i n g o f c o n c r e t e i s c a r r i e d o ut b y u s i n g t h e s u p e r a bs o r b e n t p o l y me r ,a n d t h e f r o s t r e s i s t a n c e o f c o n c r e t e i s s t u d i e d T h e r e s u l t s i n d i c a t e t h a t wh e t h e r t h e s u p e r ab s o r b e nt p o l y m e r ( S A P ) o r d o u b l e mi x e d w i t h S A P a n d fl y a s h ， c a n i m p r o v e t h e f r o s t r e s i s t a n c e o f c o n c r e t e a n d i t s s t r e n g t h l o s s a f t e r 2 5 0 f r e e z e t h a w c y c l e s i s 4 - 8 l o we r t h a n t h e b l a n k s a mp l e Ke y wo r d s ：S u p e r a b s o r b e n t p o l y me r ；I n t e r n a l c u r i n g ； Fl y a s h； F r o s t r e s i s t a n c e 中图分类 号： T U 5 2 8 文 献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 - 4 6 3 7 ( 2 0 1 0) 0 1 - - 01 一 D 3 0前 言 混凝土成 型后 在与外 界没有水 分交换 的条件下 ， 内部水分 因水化的消耗及矿物掺合料 的二次水化作用 而减少 。密封的混凝 土内部相对 湿度 随水泥水化的进 行而降低 ， 称为 自干燥 。 白干燥造成毛 细孔水分不饱和 而产生压力 ， 引起混凝 土的 自收缩 。近年来 ， 随着 高强 混凝土和高性能混凝 土的应用 和发展 ，发现低水灰 比 的高强混凝土和高性能混凝土 的 自收缩 比普 通混凝 土 的自收缩大得 多。 高性能混凝土 的水胶 比很低 ， 能提供 水泥水化 的 自由水分少 ，较高 的早期强度发展率使 自 由水 消耗较快 ， 在外界水分供应不足 的情况下 ， 水泥水 化不断消耗水分 ， 而 自干燥产 生的原始微裂缝 ， 影 响到 混凝土 的强度和耐久性 ，这 种现象 已越来越为 国内外 学 者所重视l l - 2 1 。 内养护 ( i n t e rna l c u ri n g ) 主要指通过使 用吸水性材 料 ， 如 饱水 轻 集料 ( S a t u r a t e d L i g h t w e i g h t A g g r e g a t e ) 或 超 吸水 聚合 物( S u p e r A b s o r b e n t P o l y m e r ， S A P ) ， 改 善 混 凝土内部湿度状态及分布情 况 ，进 而改善 混凝 土的性 能 。研 究发现 ， 利用预吸水轻骨料 的吸水和返水性 质 ， 可以调 节混凝土 内部湿度分布状态 ，缓解混凝土 内部 自收缩现象i3 -5 1 。 超 吸水 聚合 物 ( S A P ) 是 一种 含有 羧基 、 羟基 等强 亲水性基 团并具有一定交联度的水溶胀型高分子 聚合 物 ， 能够吸收 自身重量几百倍甚 至上千倍的水 ， 形成高 膨润状 态的高含水凝胶 ，在环 境 p H值或 离子浓 度变 基金项 目： 国家 自然科 学基金资 助项 目( 5 0 5 6 9 0 0 3 ) ， 宁夏 自然科 学 基金重点项 目( N Z 0 5 1 0 ) 。 大的情况下释放 出水分 。S A P通过 内部引水可 以提高 混凝土 内部的含湿量 ， 改善内部湿度梯度 ， 能够为混凝 土提供 自养 护 6 1 。由于国内研究 S A P主要集 中于混凝 土的早期 收缩和内部湿度分布 ，本文主要研究 了 S A P 应 用于干旱寒冷气候下 水工建筑物 的抗冻性 问题 。 1 试验 1 1 试验原材料 水泥 ： 宁夏某厂产 P O 5 2 5级普通硅酸盐水泥 。 细集 料 ：宁夏 产 中砂 ，细度 模数 3 0 ，表观 密度 2 6 0 g c m ， 堆积 密度 1 5 0 g e m ， 含泥量 1 5 。 粗集料 ： 人 工碎石 ， 粒 径 5 2 0 m m， 连续级 配 ， 压碎 指标 6 5 。 粉煤 灰 ： 宁夏某公 司产 I 级灰 ， 其物理性能指标测 试结果见表 1 。 表 l 粉煤灰的物理性 能指标 外加 剂 ：北 京某 厂产 F D N高 浓型萘 系高 效减 水 剂 。 超 吸水 聚合物 ( S A P ) ： 河 北某 公 司产建 筑用 高 吸 水聚合物 ， 吸水 倍率为 2 0 。 1 2 试验方法 试验设计 了三种水胶 比， 研究 S A P 、 粉煤灰 以及两 种掺合料复掺对混凝土抗冻性的影响 ，并与空 白样进 行对 比。混凝土搅拌时 ， 先将 S A P预先浸泡 5 h使其吸 一1 一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 0年第 1 期 混凝土与水泥制品 总第 1 7 1 期 水饱 和 ， 并在拌合加水时扣除其 所吸水量 。 混凝土试验 配合比见表 2 ， 其中砂率为 O 3 4 。混凝土抗压强度试验 依据 水工混凝 土试 验规程 ( D L T 5 1 5 0 2 0 0 1 ) 的规定 进行 ， 抗冻试验按照 普通混凝土长期性能和耐久性能 试 验 方 法 ( G B J 8 2 8 5 ) 的 规 定 进 行 试 验 。采 用 1 0 0 m mx 1 0 0 m m x 1 0 0 m m 的模 型 ， 掺加 S A P的试件标 准 养护 3 d ， 再于室 温 中放 置 2 5 d后进 行试验 ， 其 他试件 标养 2 8 d 。 表 2 混凝土配合 比 2 试验结果与分析 2 1 单掺 S A P混凝土 的抗冻性 单 掺 0 6 S A P混 凝 土和 空 白样混 凝 土养 护 2 8 d 后进行 2 5 0次抗冻试验 ，结果 见表 3 。由表 3可 以看 出 ， 超 吸水 聚合物可 以改善混凝土的抗 冻性 ； 在其掺量 一 定的情况 下 ， 两种水胶 比混凝土抗冻性相差不大 。 掺 或不掺 S A P的混凝土质量损失率差别不大 。 表 3 单掺 S A P混凝土抗冻试验结果 冻融前冻融后 强度 冻融前 冻融后 质量 试件号 强度 强度 损失率 质量 质量 损失率 n a MPa 殇 l g g 殇 Kl 5 5 4 3 O2 4 54 2 5 5 9 0 2 5 3 2 4 1 0 S1 5 3 5 31 1 41 8 2 5 9 0 6 2 5 6 5 5 1 O K2 6 2 - 3 31 _ 2 5 O0 2 5 7 7 7 2 5 7 1 4 02 ，S 2 6 】 2 3 55 4 20 2 5 5 9 9 2 5 5 5 】 O2 2 2 单掺粉煤灰混凝 土抗冻性 混 凝 土单掺 1 2 粉 煤灰 后进行 2 5 0次 抗冻性 试 验 ， 结果见表 4 。 由表 4可 以看 出 ， 混凝 土掺加粉煤灰 后抗冻性能有一定程度的改善 ，但没有掺加超 吸水 聚 合物时效果明显。 这可能与混凝土养护龄期较短 ， 粉煤 灰 的效果没有完全发挥有一定关系 。 2 3 复掺 S A P和粉煤灰后混凝 土抗冻性 S A P和粉煤灰复掺后混凝 土抗冻试 验结果见表 5 。 由表 5可 以看 出 ， S A P和粉煤 灰复掺后 混凝土 强度损 失率较空 白样混凝土降低 4 8 ，改善效果 明显 ， 但 与单掺 s A P 混凝 土相差不大 。 一 2 一 表 4 单掺粉煤灰混凝土抗冻试验结果 3机 理 分 析 超吸水 聚合物 的引入 ，改 善了混凝 土内部 的湿度 分布 ， 在混凝土 因失水导致相对湿度变小 时 ， 释放之前 吸收的水分 ， 为混凝土提供后备 水源 ， 一方面使混凝 土 内的相对湿度得到适 当补充，阻止或延缓毛 细管张力 的增大， 改善塑性 收缩 开裂性 能 ， 减少和延缓微裂缝 的 产生和扩展 ； 另一方面使水化反 应得 以继续进 行 ， 使 混 凝土 内水化产物增 多 ， 降低 空隙率 ， 提 高密实度 ， 从 而 改善了混凝 土的抗冻性能 。 孔是混凝土微结构 中的重要组成之一 ，直接影 响 混凝 土的许 多性能( 抗 冻性 、 抗渗性 等) ， 一般认 为这 些 孔对混凝土抗冻性有不利 的影响 。孔径大小决定了混 凝土 中孔溶 液的冰点 ， 一般 孔径越小 ， 冰点越低 ， 成 冰 率也低 ， 从 而减小 因结冰引起的对混凝土的破坏 ， 提高 混凝土 的抗冻性。 掺加超吸水聚合物后 ，混凝土 内部孔隙较掺粉煤 灰混凝土数量多 、尺寸大 ，主要是因为预吸水 的 S AP 含 水凝胶 在不 断发展 的毛 细孔负 压作 用下 释放 出水 分 ， 在混凝土 内部留下众 多微小气泡的缘故。 这些气泡 的存 在改善了混凝土 的孔结 构 ， P L u r a 和 V C n u d d e 等 人7 1 利用 V g s t u d i o Ma x的三维图像 分析了孔结 构 ， 表 明 掺 S A P砂浆 中的孔大都 为球形孔 。这些气泡相当于引 气剂 引入到混凝土 ， 从而改善了混凝土 的抗冻性8 1 。 4结论 ( 1 ) 超 吸水聚合物 可以改善 混凝 土的抗冻性 ， 2 5 0 次冻融循环后混凝 土的抗压强度较 空 白样少损 失 4 8 ，这主要是 由于 S A P的掺加改变了混凝土 内部 的 孔 结构 ， 虽然孔 隙数 量变多 、 尺寸变大 ， 但 大都为球形 孔 ， 从而提高 了混凝土的抗冻性 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 王德 志 ， 孟 云芳 ， 韩静 云 超 吸水聚合 物 内养护 对混凝 土 抗冻性 的影 响 ( 2 ) 单掺 1 2 的粉煤灰对 混凝土 2 8 d抗 压强度 及 抗冻性能影响不 大 ，这主要是 由于养护龄期较短导 致 的 。 ( 3 ) S A P和粉煤灰复掺后 ， 也能在一定程度上改 善 混凝土的抗冻性 ， 但 与单掺 S AP的混凝土相差不大。 参考文献： 1 N a w y E G F u n d a m e n t a l s o f h i g h p e r f o r ma n c e c o n c r e t e ， 2 n d e d i t i o n M】 N e w Y o r k ： J o h n Wi l e y &S o n n s ， I n c 2 0 0 1 1 4 2 2 2 管学茂 ， 杨雷 ， 姚 燕 低水灰 比高性 能混凝土 的耐久性研究【 J J ， 混 凝 土， 2 0 0 4 ( 1 0 ) ： 3 - 5 3 B e n t u r A， I g a r a s h i S， K o v l e r K P r e v e n t i o n o f A u t o g e n o u s S h ri n k a g e i n Hi g h S t r e n g t h C o n c r e t e b y I n t e r n a l Cu rin g Us i n g W e t Lig h t we i g h t A g g r e g a t e s【 J 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 ， 2 0 0 1 ， 3 1 ( 1 1 ) ： 1 5 8 7 1 5 9 1 1 4 K o h n o K， Ok a mo t o T， l s i k a w a Y， e t a 1 E f f e c t s o f A r t i fi d al L i g h t w e 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 n n 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 arc h， 1 9 9 9 ( 2 9 ) ： 6 1 1 - 6 1 4 5 】李北 星 饱水轻集料 内养护对高性 能混凝 土收缩的影响 武汉 工大学学报， 2 0 0 8 3 0 ( 5 ) 6 6 詹炳银 超强吸水剂对 混凝 土早期 内部相对湿度 的影响合肥： 业大学学报 ( 自然科学版 ) ， 2 0 0 6 2 9 ( 9 ) 7 】P i e t r o L u r a ， K l a a s v a n B r e u g e l ， I p p e i Ma r u y a ma A u t o g e n o u s a n d r y i n g s h rin k a g e o f h i g h -s t r e n gth l i g h t we i g h t a g g r e g a t e e o n e r e t e a t e a r a g e s - t h e e f f e c t o f s p e c i me n s i z e I n：Pr o c e e d i n g s of RI LE M I n t e ma t i o m C o n f e r e n c e o n E a r l y Ag e Cr a c k i n g i n Ce me n t i t i o u s S y s t e ms ，Ha iti I s r a e 1 2 o 01 ：3 3 7 3 4 4 8 】O l e Me j l h e d e J e n s e n ，P e r F r e i e s l e b e n H a n s e n Wa t e r e n t r a i n c c e me n t - b a s e d m a t e r i als ：I P ri n c i p l e s a n d t h e o r e t i c a l b a c k g r o u n d IJ Ce me n t a n d C o n c r e t e Re s e a r c h ， 2 0 01 ( 31 ) ：6 47 - 6 5 4 收稿 日期 ： 2 0 0 9 1 1 1 2 作者简介 ： 王德志( 1 9 8 1 一 ) ， 男 ， 博士研究生 。 通讯地址 ： 银川市 ， 宁夏大学土木和水利工程学院 联系电话 ： 1 3 7 0 9 5 7 4 1 1 4 Email ! wdz a z dw 1 6 3c om 四川省 自贡市佳世特密封制品有限公司 本 公司是 国内最大 、 最专业生产管 道橡胶密封 圈的厂家之一 ， 产品销往全 国各地并 随管道 出口东 亚 、 东 南亚 、 中亚 、 中东 、 欧洲 、 美 国等地 ， 年生产能力可达 3 0 0 0吨。 本公 司拥有 目前 国内最大型 ， 最专业 的生产设 备 ， 技术力 量雄厚 ， 检测手段齐备 ， 通过 了 I S O 9 0 0 1 ： 2 0 0 0国 际质量管理体系认证 ( 含设计 ) 。本公 司生产 的优质 、 高弹管道用密封圈 ， 经 国家权威机构检测 ， 其寿命可达 7 9 年 ， 开创 了国内同类产品寿命 测试 的先河 ， 处 于国内管道用橡胶密封圈产 品的领先地位 。 主要产 品 ： P C C P钢筒管用密封圈 自应力与预应力输 水管用 密封 圈 钢承 口企 口管用密封圈 F型顶管用密封圈 滚射机胶轮 玻璃 钢管用 密封 圈 球 墨铸铁管用密封 圈 塑料管用密封 圈 截 面形状 ： O形 、 楔形 、 T形 、 A形 、 K形 管道 密 封 圈 郑重承诺 ： 同枉晌价趋 、 质量更 好 ； 同鞋昀生产周期 、 供货更快 ； 同柱帕产品 ， 服务更专业。 销售热线 ： 0 8 1 3 5 8 0 4 6 6 3 5 8 0 1 9 5 0 5 8 0 3 1 4 9 1 3 9 8 0 2 2 3 7 1 6 1 3 0 3 8 1 0 9 6 8 5 成都公司电话 ： 1 3 8 8 1 7 0 9 5 2 1 传 真 ： 0 8 1 3 5 8 0 1 9 5 0 售后服务 ： 1 3 9 8 0 2 2 3 7 1 6 网址： h t t p ： w ww j u s t mf c a 企业邮箱 ： o ff i c e j u s t m f c a 地址 ： 四川省 自贡市大安区凉高山街黄桷湾七 组 一 3 一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m