内养护对混凝土抗裂性及水化的影响

第ｌ６卷第２期　建筑材料学报　Ｖｏ１．１６，ＮＯ．２　２０１３年４月　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＢＵＩＬＤＩＮＧ　ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ　Ａｐｒ．，２０１３　文章编号：１００７—９６２９（２０１３）０２—０２２１—０５　内养护对混凝土抗裂性及水化的影响　朱长华　，　李享涛　。，　王　江　一，　谢永江　（１．中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京１０００８１；　２．中国铁道科学研究院高速铁路轨道技术国家重点实验室，北京１０００８１）　摘要：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）　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．　关键词：高吸水聚合物；内养护；引入水；抗裂性；水化程度　中图分类号：ＴＵ５２８．０１　文献标志码：Ａ　ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７—９６２９．２０１３．０２．００７　Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　Ｉｎｔｅｒｎａｌ　Ｃｕｒｉｎｇ　ｏｎ　Ｃｒａｃｋ　Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ａｎｄ　Ｈｙｄｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ＺＨＵＣｈａｎｇ—ｈｕａ　，ＬＩ　Ｘｉａｎｇ—ｔａｏ　，ＷＡＮＧ　Ｂａｏ－ｊｉａｎｇ　，ＸＩＥ　Ｙｏｎｇ－ｊｉａｎｇ　・　（１．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，Ｃｈｉｎａ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００８１，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｔａｔｅ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｆｏｒ　Ｔｒａｃｋ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ　Ｒａｉｌｗａｙ，Ｃｈｉｎａ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００８１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｓｉｎｇ　ｔｈｒｅｅ　ｔｙｐｅｓ　ｏｆ　ＳＡＰｓ　ａｓ　ｉｎｔｅｒｎａｌ　ａｇｅｎｔ，ｔｈｅ　ＳＡＰｓ　ｗｅｒｅ　ｃｏｍｐａｒｅｄ　ａｎｄ　ｓｅｌｅｃｔｅｄ　ｂｙ　ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　ｗａｔｅｒ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ｉｎ　ｓａｔｕｒａｔｅｄ　ｃａｌｃｉｕｍ　ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｗｏｒｋａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｆｒｅｓｈ　ｃｏｎ—　ｃｒｅｔｅ　ｗｉｔｈ　ｓｕｃｈ　ＳＡＰｓ．Ｔｈｅｎ　ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ　ＳＡＰ　ｄｏｓａｇｅ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｐａｒｔｉｃｌｅ　ｓｉｚｅ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｅａｒｌｙ　ｄｅ—　ｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｃｒａｃｋ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｏｆ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｗａｓ　ｓｔｕｄｉｅｄ；ｔｈｅ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｈｙｄｒａｔｉｏｎ　ｈｅａｔ　ａｎｄ　ＸＲＤ　ｗｅｒｅ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ａｎａｌｙｚｅ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｎａｌ　ｃｕｒｉｎｇ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＳＡＰ．Ｉｔ　ｗａｓ　ｉｎｄｉｃａｔｅｄ　ｆｒｏｍ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｅａｒｌｙ　ｄｅ—　ｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｃａｎ　ｂｅ　ｒｅｄｕｃｅｄ　ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ　ＳＡＰ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｔｏ　ｃｒａｃｋ　ｉｎｄｕｃｅｄ　ｂｙ　ｉｎｉｔｉａｌ　ｓｈｒｉｎｋａｇｅ　ｏｒ　ａｕｔｏｇｅｎｏｕｓ　ｓｈｒｉｎｋａｇｅ　ｃａｎ　ｂｅ　ｅｎｈａｎｃｅｄ，ｂｅｓｉｄｅｓ，ｔｈｅ　ｈｙｄｒａｔｉｏｎ　ｄｅｇｒｅｅ　ｏｆ　ｃｅｍｅｎｔ　ｃａｎ　ｂｅ　ｐｒｏｍｏｔｅｄ　ａｓ　ｗｅｌｌ；ａｓ　ＳＡＰ　ｄｏｓａｇｅ　ｗａｓ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ　ｉｎｓｔｅａｄ　ｏｆ　ｔｈａｔ　ｐａｒｔｉｃｌｅ　ｓｉｚｅ　ｗａｓ　ｖａｒｉｅｄ，ｔｈｅ　ｃｒａｃｋ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｏｆ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ａｎｄ　ｈｙｄｒａｔｉｏｎ　ｄｅｇｒｅｅ　ｏｆ　ｃｅｍｅｎｔ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ　ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｕｐｅｒ　ａｂｓｏｒｂｅｎｔ　ｐｏｌｙｍｅｒ；ｉｎｔｅｒｎａｌ　ｃｕｒｉｎｇ；ｗａｔｅｒ　ｅｎｔｒａｉｎｅｄ；ｃｒａｃｋ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ；ｄｅｇｒｅｅ　ｏｆ　ｈｙｄｒａｔｉｏｎ　内养护是混凝土自浇注成型后实现无间歇养护　ｓｏｒｂｅｎｔ　ｐｏｌｙｍｅｒ，ＳＡＰ）为内养护剂，通过研究不同　的新技术，是自２０世纪引气技术以来最重要的混凝　种类、粒径的ＳＡＰ吸水特性及其对混凝土拌和物　土耐久性提升技术之一．Ｐｈｉｌｌｅｏ于１９９１年最先提　性能的影响，比选出适用于混凝土的内养护剂，在　出混凝土内养护的概念Ｌ１］．目前国内外已有学者对　此基础上，通过非接触式收缩法、圆环开裂法　混凝土内养护进行了研究，如内养护对混凝土力学　和水化热、ＸＲＤ等手段研究掺ＳＡＰ混凝土的早期　性能、内部湿度、收缩和微结构特征等的影响［２　］，并　变形、抗裂性和水化程度，并分析ＳＡＰ内养护的作　取得了一定的成果．现以高吸水聚合物（ｓｕｐｐｅｒ　ａｂ—　用机理．　收稿日期：２０１１—１２—１６；修订日期：２０１２—０３—２７　基金项目：铁擅部科技研究开发计划项目（２０１０Ｇ０１９一Ａ）　第一作者：朱长华（１９７６一），男，湖北钟祥人，中国铁道科学研究院博士生．Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｃｈｕａｌｌＯ＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｒｎ．ｃｎ　第２期　朱长华，等：内养护对混凝土抗裂性及水化的影响　２２５　２．５　ＳＡＰ内养护作用机理分析　水泥、ＳＡＰ与水（拌和水与引人水的总和）混合　后成为含多种离子（Ｃａ抖，ＯＨ一，ＳＯ；一，Ｋ　，Ｎａ　等）　参考文献：　［１］ＳＫＡＬＮＹ　Ｊ　Ｐ，ＭＩＮＤＥＳＳ　Ｓ．Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｓｃｉｅｎｃｅ　ｏｆ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ（ＩＩ）　的浆体，ＳＡＰ依靠自身的亲水基团和网络结构，通　过水合、电离和渗透作用迅速吸蓄一部分水形成溶　胀颗粒而均匀分布于水泥浆体中．在水泥浆体凝结、　硬化过程中，因ＳＡＰ引入水能持续补偿水化反应、　蒸发所消耗的水分，减小毛细孔溶液负压，延缓混凝　［Ｍ］．ｓ．１．］：Ａｍｅｒｉｃａｎ　Ｃｅｒａｍｉｃ　Ｓｏｃｉｅｔｙ，１９９１：卜８．　［Ｚ］ＪＥＮＳＥＮ　Ｏ　Ｍ，ＨＡＮＳＥＮ　Ｐ　Ｆ．Ｗａｔｅｒ－ｅｎｔｒａｉｎｅｄ　ｃｅｍｅｎｔ－ｂａｓｅｄ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ（Ⅱ）：Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．Ｃｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ，２００２，３２（６）：９７３—９７８．　［３］孔祥明，李启宏．高吸水性树脂对水泥砂浆体积收缩及力学性　能的影响口］．硅酸盐学报，２００９，３７（５）：８５５—８６１．　ＫＯＮＧ　Ｘｉａｎｇ－ｍｉｎｇ，ＬＩ　Ｑｉ—ｈｏｎｇ．Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｓｕｐｅｒ　ａｂｓｏｒｂｅｎｔ　ｐｏｌｙｍｅｒ　ｏｎ　ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ　ｓｈｒｉｎｋａｇｅ　ａｎｄ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　土内部相对湿度的降低速率，从而减小了塑性收缩、　自收缩开裂的可能性．ＳＡＰ的持续补水，可提高水　泥水化程度，弥补ＳＡＰ萎缩对水泥石强度的不利作　用．由此可见，ＳＡＰ的内养护有利于提供额外水源　使水泥浆体的毛细孔保持饱水状态，从而使自收缩　应力减小到最小程度，同时最大程度促进水泥水化，　细化水泥石的孔结构．　３　结论　（１）在一般施工工艺条件下，配制混凝土用　ＳＡＰ应具有在碱性环境下相容性好、吸水速率快和　吸水倍率适宜等优点．　（２）掺加ＳＡＰ－Ｂ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；随着　ＳＡＰ．Ｂ掺量的提高，混凝土抗裂性的改善效果越　来越明显，但混凝土强度会有所降低，应引’起　重视．　（３）掺加ＳＡＰ－Ｂ可提高水泥水化程度，随着其　掺量的增加，水泥水化程度明显提高，而其粒径变化　对水泥后期水化程度的影响相对较小．　（４）ＳＡＰ掺量及粒径的选择应从ＳＡＰ自身吸　水特性、混凝土配合比及混凝土性能设计等多方面　综合考虑，在本文试验条件下ＳＡＰ—Ｂ的掺量为　０．１　～０．２　，粒径为１８Ｏ～２５０肚ｉｎ．　ｃｅｍｅｎｔ　ｍｏｒｔａｒ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｃｅｒａｍｉｃ　Ｓｏｃｉｅｔｙ，　２００９，３７（５）：８５５—８６１．（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）　［４］詹炳根，丁以兵．超强吸水剂对混凝土早期内部相对湿度的影　响Ｉ－Ｊ］．合肥工业大学学报，２００６，２９（９）：１１５１—１１５４．　ＺＨＡＮ　Ｂｉｎｇ—ｇｅｎ，ＤＩＮＧ　Ｙｉ—ｂｉｎｇ．Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｓｕｐｅｒ　ａｂｓｏｒｂｅｎｔ　ｐｏｌ—　ｙｍｅｒｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｎａｌ　ｒｅｌａｔｉｖｅ　ｈｕｍｉｄｉｔｙ　ｉｎ　ｈｉｇｈ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ａｔ　ｅａｒｌｙ　ａｇｅ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｈｅｆｅｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈ一　ｎｏｌｏｇｙ，２００６，２９（９）：１１５１—１１５４．（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）　［５］ＪＥＮＳＥＮ　Ｏ　Ｍ，ＨＡＮＳＥＮ　Ｐ　Ｆ．Ｗａｔｅｒ－ｅｎｔｒａｉｎｅｄ　ｃｅｍｅｎｔ—ｂａｓｅｄ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ（Ｉ）：Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ　ａｎｄ　ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ［Ｊ］．Ｃｅ—　ｍｅｎｔ　ａｎｄ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ，２００１，３１（４）：６４７－６５４．　［６］吴季怀，林建明，魏月琳，等．高吸水保水材料［Ｍ］．北京；化学　工业出版社，２００５：１３５—１３７．　ＷＵ　Ｊｉ—ｈｕａｉ，ＬＩＮ　Ｊｉａｎ—ｍｉｎｇ，ＷＥＩ　Ｙｕｅ－ｌｉｎ，ｅｔ　ａ１．Ｈｉｇｈ　ａｂｓｏｒｂｅｎｔ　ａｎｄ　ｒｅｔｅｎｔｉｖｅ　ｍａｔｅｒｉａｌｓｌ，Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　Ｐｒｅｓｓ，　２００５：１３５—１３７．（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）　［７］　ＢＥＮＴＺ　Ｄ　Ｐ，ＳＮＹＤＥＲ　Ｋ　Ａ．Ｅｒｏｔｅｃｔｅｄ　ｐａｓｔｅ　ｖｏｌｕｍｅ　ｉｎ　ｃｏｎ—　ｃｒｅｔｅ－－Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ　ｔｏ　ｉｎｔｅｒｎａｌ　ｃｕｒｉｎｇ　ｕｓｉｎｇ　ｓａｔｕｒａｔｅｄ　ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ　ｆｉｎｅ　ａｇｇｒｅｇａｔｅ［Ｊ］．Ｃｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ，１９９９，２９　（１１）：１８６３—１８６７．　［８］胡曙光，周宇飞，王发洲，等．高吸水性树脂颗粒对混凝土自收　缩与强度的影响口］．华中科技大学学报，２００８，２５（１）：１－４．　ＨＵ　Ｓｈｕ—ｇｕａｎｇ，ＺＨＯＵ　Ｙｕ—ｆｅｉ，ＷＡＮＧ　Ｆａ—ｚｈｏｕ，ａｔ　ａ１．Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｓｕｐｅｒ　ａｂｓｏｒｂｅｎｔ　ｐｏｌｙｍｅｒ　ｐａｒｔｉｃｌｅｓ　ｏｎ　ａｕｔｏｇｅｎｏｕｓ　ｓｈｒｉｎｋａｇｅ　ａｎｄ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｏｆ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｈｕａｚｈｏｎｇ　Ｕｎｉ—　ｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００８，２５（１）：卜４．（ｉｎ　Ｃｈｉ—　ｎｅｓｅ）