自养护材料对高强膨胀混凝土性能的影响及机理分析.pdf

2 0 1 5年第 8期 8月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA CONCRETE AND CEMENT PRODUCT S 2 01 5 No 8 Aug us t 自养护材料对高强膨胀混凝土性能的 影响及机理分析 贾丽莉 ， 赵 日煦 ， 吴 雄， 黄义雄 ， 彭 园， 杨 龙 ( 中建商品混凝土有限公司， 武汉 4 3 0 0 7 4 ) 摘 要 ： 试验通过在 高强混凝 土 内部 引入 自养护材料 的方 法， 以达到 降低 混凝土 自收缩 ， 实现 高强膨胀混凝 土 内养护的 目的。通过采用 高分子 自养护材料 S A P， 研 究了不 同掺量及掺加方式对 高强混凝 土工作性 能、 力学性能和 膨胀性 能的影响 ， 并分析其作 用机理。 S A P的最佳掺 量为 1 o ， 持 续增加会显著降低工作性能、 力 学强度和膨胀 性能 ； S A P采用附加水的方式掺入 混凝 土有利 于提高混凝土膨 胀性 能， 兼顾力学性能， 其附加水量不宜过 大。 关键词 ： 高强膨胀混凝土 ； 自养护 ； 自由膨胀率 ； 微观机理 Ab s t r a c t ：I n o r d e r t o a c h i e v e t h e p u r p o s e o f r e d u c i n g t h e s e l f s h ri n k a g e o f e o n c r e t e a n d s e l f - c u rin g o f h i g h s t r e n g t h e x t )a n s i v e c o n c r e t e t h e s e lf - c u ri n g ma t e ria l i s u s e d i n t o c o n c r e t e T h e e f f e c t s o f d i ff e r e n t d o s a g e a n d mi x i n g me tho d o n t h e wo r k a b i l i t y me c h a n i c a l p r o p e r t i e s a n d e x p a n s i v e p r o p e r t i e s of h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e a r e s t u d i e d b y u s i n g S AP T h e b e s t d o s a g e o f S AP i s 1 o ， a n d c o n s t a n tl y a d d i n g S AP w i l l s i g n i fi c a n tl y r e d u c e t h e wo r k a b i l i t y ， me c h a n i c a l s t r e n g t h a n d e x p a n s i v e p r o p e r t i e s of c o n c r e t e U s i n g a d d i t i o n a l w a t e r mi x e d i n t o c o n c r e t e f o r S A P c a n i mp rov e t h e e x p a n s i v e p r o p e r t i e s a n d t h e me c h a n i c a l p e r f o r ma n c e o f c o n c r e t e ， a n d t h e a d d i t i o n a l w a t e r c o n t e n t s h o u l d n o t b e t o o mu c h Ke y wo r ：Hi g h s t r e n gth e x p a n s i v e c o n c r e t e ； S e l f - c u r i n g ； F r e e e x p a n s i o n r a t e ； Mi c r o me c h a n i s m 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 ) 0 8 2 4 0 5 0前言 高强混凝土 的制备通常采用高性能减水剂 、 掺 加硅灰等高活性矿物掺合料 ， 以及 降低混凝土水胶 比等措施 ， 使混凝土强度得到显著改善 ， 但 同时大 量消耗混凝土 内部水 ， 由此产生较大的自收缩 。混 凝土的 自收缩与内部相对湿度有直接关系 ， 内部相 对湿度的逐渐下降 会引起毛细孔溶液表面张力的 增大 ， 在 毛细孑 L 拉应力 的作用下 ， 混凝土 自收缩产 生 并增 大 。对 于 高强 混凝 土 而 言 ， 自收缩 的 增 大意 味着早 期 收缩 应 力可 能 造成 的 开裂 问 题显 现 ； 对 于 自应力高强混凝土而言 ， 自收缩 的增大也会使膨胀 剂 由于弥补混凝土收缩而难以实现膨胀性能。解决 这些问题的关键之一是降低高强混凝土的 自收缩 ， 即设法减小混凝土内部湿度的下降梯度 。由于高强 混凝土结构非常致密 外部水分一般较难进入混凝 土内部 。 因而采用外部养护的方法效果不明显 。 本试验 旨在通过在混凝土 内部引入 自养护材 料的方法 ，以期在混凝土 内部湿度下降过程中 ， 自 养护材料释放 出预先储存 的水分 ， 进而调控混凝土 内部相对湿度 ， 降低混凝土的 自收缩。通过 自养护 基金项 目： 中建股份科技资助项 目( C S C E C 一 2 0 1 3 一 Z 一 3 1 ) 。 一 2 4 一 材料后期 的缓释作用 ， 为水泥的持续水化及膨胀剂 的持续膨胀提供水分。试验采用高分子 自养护材料 S A P， 通过研究不 同掺加方式 、 用量对于 C 6 0膨胀混 凝 土工 作 性 能 、 力学 性 能 和膨 胀 性 能 的影 响 ， 并 进 行作用机理的分析3 。 1 原材 料及试 验 方法 1 1 原材 料 采用亚东 P 0 4 2 5级水泥 其基本性能指标如 表 1所 示 ；粉 煤 灰 采 用 麻 城 I级 粉 煤 灰( D 卯为 1 2 1* m) 和天 津 微珠 ( D 5 0 为 1 0 1x m) ； 矿 粉 为 武汉 $ 9 5 矿粉， 基本性能如表 2所示。 自养护材料采用具有三维 网状结构 的高分 子 自养护材料高吸水树脂 S A P，具有较好的保水效果 和较强 吸水 性 ， 吸水 倍率 为 6 0 0倍 ， 细度 为 2 5 0 2 8 0 目， 如图 1 所示 。 膨胀剂选择三膨胀源的高效复合 HC S A膨 胀 剂 ， 7 d水养的砂浆 限制膨胀率达到 0 1 5 ， 2 1 d空气 养护 限制膨 胀率 为 0 2 2 。 细骨 料 ： 采 用天 然河 砂 ， 表 观 密 度 为 2 6 6 g c m ， 细度模数 2 6 ； 碎石 ： 采用全级配碎石 ， 粒径范 围 5 2 0 mm 表 观密 度为 2 7 6 g c m。 。 高性能减水剂采用聚羧酸高效减水剂 ， 固含量 2 0 1 5年第 8期 混凝土与水泥制品 总第 2 3 2期 2 褂 当 渣 血 血 赠 6 -2 4 O l O 2 O 3 O 4 0 5 0 60 龄期， d 图 3 不 同 S A P掺量对混凝 土 自由膨胀率 的影响 如图 3所示 ， C 6 0 ( 基准配 比) 混凝土随着龄期 的增长呈现收缩的变化规律 ，主要收缩发生于 2 1 d 内， C S 6 0 1为不掺 S A P的膨胀混凝土试件 ， 随着龄 期的增加膨胀率先增加 ，在 7 d内达到最大膨胀率 0 5 1 之后膨胀率在混凝土后期收缩 的作用下 ， 呈 现降低后平衡 的趋势 。C S 6 0 2 、 C S 6 0 3和 C S 6 0 4 为 S A P掺量分别为 1 、 2 和 3 0 的膨胀混凝土试 件 ， C S 6 0 2在 1 o S A P的作用下 ，膨胀率略高于不 掺 S A P的 C S 6 0 1 试 件 ， 而 C S 6 0 3和 C S 6 0 4随着 S A P掺量的增加 ， 膨胀率反而降低 明显 ， 低于 C S 6 0 1 。由于 S A P的 自养护及缓释作用可降低混凝土的 自收缩 ， 并提供后期膨胀剂水化需水 ， 对膨胀混 凝 土膨胀率 的发展有利 ； 但 S A P掺量过高时 ， 由于其 为柔性 高分子材料 ， 可抵消一定 的膨胀应力 因而 膨胀性能下降。 2 2 自养护材料掺加方式对 于 C 6 0膨胀混凝土性 能 的影 响 S A P具 有较 强 的吸水 能力 其掺 加方 式 的差异 对 混凝 土性 能具 有一 定 的影 响 ：以干 粉形 式 掺 加 若搅拌不均匀 ， 易在 内部结 团 。 影响混凝 土强度且 对工作性能不利 ； 在干拌 的同时加入附加水 ， 可保 证拌合过程中的工作性能不受影响 ， 而附加水的用 量需通过试验确定。 试验对 比几种 S A P的掺加方式对 C 6 0膨胀混 凝土性能的影响 ，分别为以 S A P干粉掺加 、 S A P 附 加水= 1 7 、 1 1 5和 1 3 0的质量 比进行干拌粉料 附加 水的添加 ， 研究其对混凝土工作性 能 、 力学性能和 膨胀性能的影响， 配合比如表 5所示。 S A P掺加方式对混凝土强度 、工作性能的影响 如表 6所示 。干粉掺加和采用 1 ， 7的附加水对于混 凝土性能影响差异不大 ，在搅拌均匀的条件下 都 表 5 不同S A P掺加方式 C 6 0膨胀混凝土的配制 k 咖 一 2 6 贾丽 莉 ， 赵 日煦 ， 吴雄 ， 等 自养 护材 料对 高强 膨胀 混凝 土性 能 的影 响及机 理分 析 能达到较好 的流动性和力学强度 ，后者稍有提高 ； 随着附加水用量的增加 ，混凝 土工作性 能明显提 高 ， 但强度有一定 的降低 ； 附加水用量过大 ， 会造成 混凝 土实际用水量的增加 ， 降低其强 度 ， 因而附加 水用量不宜过高。 S A P掺加方式对混凝土膨胀性能的影响如图 4 所示。随着附加水掺量 的增加 ， 膨胀混凝土的膨胀 率增大 ： 干粉掺加的膨胀率最低 ， 而 1 3 0附加水掺 加 的膨胀率最高。由于附加水量 的增加 ， 膨胀剂水 化所需水分较充足 ， 水化迅速 ， 因而膨胀率发展较 快且膨胀效能较 大， 然而综合考虑力学强度和工作 性能 ， 附加水用量不宜过大。 3 0 4 0 5 0 6 0 龄期， d 图 4 S A P掺加方式对混凝 土膨胀性 能的影 响 2 3 微观机理分析 通过对 比掺膨胀剂水泥净浆试 件与纯水泥净 浆试件不 同水化 时间( 3 d和 2 8 d ) 的 X RD谱 图( 见 图 5 ) 分析高性能膨胀剂 以及 自养护材料 S A P对水 泥各矿物组分水化过程 的影响。表 7为微观测试水 泥试样配比，水泥试样在进行 S E M 和 X R D测试之 前均采用无水 乙醇浸泡终止水化 ， 并在 4 O c I = 下干燥 处理 8 h。 对 比 X R D图谱发现 ， 水化 3 d后 ， 在 2 O为 9 1 。 附近出现 明显的衍射峰 ，是 AF t 的特征衍射峰 ， 2 # 和 3 #试样的 A F t 衍射峰强度高于 1 #试样 ， 说明在 膨胀剂 的作用下 ，水化 3 d的硬化水泥石 中产生了 _ ： d “ 图 5 硬化 水泥石水 化的 X R D图谱 表7 微观测试水泥斌样配比 较多 的 A F t 。2 0为 1 8 0 。 是 C a ( O H ) ： 的特征衍射 峰 ， C a ( O H ) 是水泥水化的主要产物 ， C a ( O H ) 生成量的 变化是水泥水化过程发生变化的重要标志。如 图 5 所示 。 水化 3 d和 2 8 d ， 同时掺膨胀剂和 S A P的 3 #试 样 ， C a ( O H ) 的衍射峰强度 明显高于 1 #和 2 #试样 ， 因而对水泥过程的影响作用更 明显 ， 对早期 的水化 一 2 7一 如 o、 2) 7 6 5 4 3 l I ， 褂 蛰 忸皿 赠 口、 b 0 3 O 2 O I