復(fù)摻高倍吸水樹脂與MgO膨脹劑對(duì)砂漿性能的影響研究

胡玉慶 ，邢德進(jìn) ，張敦福 ，張波 ，劉元強(qiáng)

（1.山東大學(xué) 土建與水利學(xué)院，山東 濟(jì)南 250061；2.山東交通學(xué)院 交通土建工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250357；3.山東省路橋集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 221116）

在混凝土應(yīng)用中，混凝土收縮變形導(dǎo)致混凝土開裂的問題越發(fā)引起重視?；炷烈坏╅_裂，不僅影響結(jié)構(gòu)的安全，而且有害物質(zhì)會(huì)透過裂縫滲透到結(jié)構(gòu)內(nèi)部，引起鋼筋的銹蝕，降低混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命[1]。

高倍吸水樹脂（SAP）內(nèi)養(yǎng)護(hù)技術(shù)最早是由丹麥工業(yè)大學(xué)Jensen提出，主要是通過在砂漿或混凝土中摻加SAP內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑，利用SAP釋放的儲(chǔ)蓄水，改善漿體內(nèi)部濕度，提高水泥水化程度，降低砂漿與混凝土的自收縮，提高耐久性。但是SAP的引入會(huì)對(duì)混凝土的流動(dòng)性與強(qiáng)度產(chǎn)生不利的影響[2]。

MgO膨脹劑因其反應(yīng)過程需水量少，膨脹過程可調(diào)性強(qiáng)以及反應(yīng)產(chǎn)物穩(wěn)定等特性[3]，常被應(yīng)用到大體積混凝土中，其膨脹變形可以補(bǔ)償混凝土的溫度收縮變形，減少混凝土溫度裂縫。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)于MgO膨脹劑的特點(diǎn)與應(yīng)用做了大量研究。李承木[4]研究發(fā)現(xiàn)：MgO膨脹劑可以提高混凝土的力學(xué)性能與耐久性能；張守冶等[5]研究了輕燒MgO膨脹劑對(duì)水泥漿體自收縮的影響，結(jié)果表明，輕燒MgO膨脹劑可以抑制水泥漿體的自收縮；李延波等[6]研究發(fā)現(xiàn)，MgO膨脹效能的發(fā)揮主要是在7 d以后。

鑒于MgO膨脹劑與SAP內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑在使用過程中都有一定的優(yōu)點(diǎn)與局限性，本文提出了在砂漿中復(fù)摻SAP內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑與MgO膨脹劑，研究二者對(duì)砂漿性能的影響，具有一定的實(shí)際意義。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

（1）水泥：P·O42.5，日照中聯(lián)水泥生產(chǎn)，安定性合格，主要性能指標(biāo)見表1。

表1 水泥的主要性能指標(biāo)

（2）砂：ISO標(biāo)準(zhǔn)砂。

（3）外加劑：北京金盾生產(chǎn)的JD-1型聚羧酸減水劑，固含量28%，減水率30%。

（4）MgO膨脹劑：輕燒MgO膨脹劑，武漢三源特種建材有限責(zé)任公司生產(chǎn)，活性較高，后期體積穩(wěn)定性好，可以起到較理想的補(bǔ)償收縮效果。外摻4%、8%時(shí)壓蒸試驗(yàn)所得安定性合格。

（5）SAP內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑：聚丙烯酸酯類SAP，顆粒細(xì)度為80～100目，采用茶袋法測(cè)得SAP在水中1 h后達(dá)到飽和狀態(tài)，飽和吸水量為115 g/g。

1.2 試驗(yàn)配合比

本研究通過設(shè)置對(duì)照試驗(yàn)，橫向比較了復(fù)摻SAP內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑與MgO膨脹劑對(duì)砂漿性能的影響。試驗(yàn)所用水灰比為0.4，砂灰比為3∶1；MgO膨脹劑采用外摻法，摻量分別為水泥質(zhì)量的4%、8%；SAP內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑摻量為水泥質(zhì)量的0.2%，預(yù)吸水25倍后摻入，SAP引入水量占水泥質(zhì)量的5%[7]；減水劑摻量為膠凝材料質(zhì)量的1.0%。砂漿的試驗(yàn)配合比見表2。

表2 砂漿的試驗(yàn)配合比

1.3 試驗(yàn)方法

（1）砂漿的干燥收縮：依據(jù)JGJ/T 70—2009《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》，將拌合好的砂漿裝入試模中，振動(dòng)密實(shí)，預(yù)埋砂漿測(cè)頭，置于（20±5）℃的養(yǎng)護(hù)室中，4 h后將砂漿表面抹平。砂漿帶模標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，溫度為（20±2）℃、相對(duì)濕度為90%以上，養(yǎng)護(hù)24 h后拆模，置于溫度為（20±2）℃、相對(duì)濕度為（60±5）%的環(huán)境中，測(cè)得初始長(zhǎng)度及不同齡期的干縮變形。

（2）砂漿的自收縮：試件成型方法同干燥收縮試件。試件成型后表面立即覆蓋塑料薄膜，在（20±2）℃環(huán)境下標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)（24±2）h后拆模。拆模后用薄膜包裹使試件處于絕濕狀態(tài)，測(cè)得試件的初始長(zhǎng)度，然后將試件置于溫度（20±2）℃、相對(duì)濕度為（60±5）%的環(huán)境中，測(cè)試不同齡期的自收縮變形。

（3）砂漿的抗凍性依據(jù)JGJ/T 70—2009進(jìn)行測(cè)試，砂漿的流動(dòng)性、抗壓與抗折強(qiáng)度依據(jù)JTG E30—2005《水泥與水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行測(cè)試。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 SAP和MgO對(duì)砂漿流動(dòng)性的影響（見表3）

表3 SAP和MgO對(duì)砂漿流動(dòng)性的影響

由表3可知，單摻SAP和MgO膨脹劑均會(huì)使砂漿流動(dòng)度有所降低，但是預(yù)吸水SAP對(duì)砂漿的流動(dòng)度影響不明顯，單摻膨脹劑比單摻SAP對(duì)砂漿流動(dòng)度影響稍大；復(fù)摻SAP與MgO時(shí)，砂漿的流動(dòng)度明顯降低，SSP-4的流動(dòng)度降幅最大。這主要是因?yàn)?，預(yù)吸水SAP的摻入會(huì)增大砂漿的粘聚性，外摻MgO膨脹劑降低實(shí)際水灰比，增加粘聚性，二者復(fù)合摻入不僅影響實(shí)際水灰比而且會(huì)影響其粘聚性，對(duì)砂漿流動(dòng)性影響較大。

2.2 SAP和MgO對(duì)砂漿自收縮性能的影響（見圖1）

圖1 SAP和MgO對(duì)砂漿自收縮性能的影響

由圖1可見，摻入預(yù)吸水SAP可以減小砂漿10 d之前的自收縮變形，但是在10 d以后隨著SAP中儲(chǔ)存的水分逐漸釋放完畢，SAP的減縮作用逐漸變?nèi)?。SAP可降低砂漿最終的自收縮變形，但對(duì)最終的自收縮變形抑制作用較弱。單摻MgO膨脹劑在7 d齡期之前對(duì)自收縮的抑制作用較弱，7 d之后MgO逐漸發(fā)揮膨脹作用，可降低砂漿的自收縮變形，28 d齡期時(shí)自收縮變形趨于穩(wěn)定；復(fù)摻的減縮作用比單摻好，MgO膨脹劑摻量為8%時(shí)，減縮效果更佳。復(fù)摻預(yù)吸水SAP與MgO膨脹劑之所以可以有效地降低砂漿的自收縮，主要是因?yàn)?，早期SAP引入的水分逐步釋放，改善了砂漿內(nèi)部的自干燥程度，減小了砂漿的自收縮；10 d后 SAP的水分逐漸釋放完畢，減縮效果變差，但MgO膨脹劑在此時(shí)發(fā)揮作用，彌補(bǔ)了SAP的不足，減小了砂漿的自收縮。

2.3 SAP和MgO對(duì)砂漿干燥收縮性能的影響

（見圖2）

圖2 SAP和MgO對(duì)砂漿干燥收縮性能的影響

由圖2可見，MgO膨脹劑可以減小砂漿的干燥收縮變形，這主要是因?yàn)镸gO水化需水量較低；但從抑制效果看，MgO膨脹效能較低，減縮效果不明顯。預(yù)吸水SAP的摻入同樣可以減小砂漿的干燥收縮變形，但復(fù)摻對(duì)干燥收縮的抑制更加明顯，MgO膨脹劑摻量為8%時(shí)有更好的減縮效果。此現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是MgO膨脹劑的摻入一方面增加了砂漿的粘聚性，降低水分的蒸發(fā)，另一方面在水泥水化過程中MgO水化形成氫氧化鎂晶體，結(jié)晶生長(zhǎng)產(chǎn)生膨脹變形，另外結(jié)晶填充在凝膠孔隙中，降低孔隙率，改善孔結(jié)構(gòu)。

2.4 SAP和MgO對(duì)砂漿強(qiáng)度的影響（見表4）

表4 SAP和MgO對(duì)砂漿強(qiáng)度的影響

由表4可見：

（1）單摻SAP對(duì)砂漿的抗折、抗壓強(qiáng)度有一定的不利影響，7 d齡期時(shí)SS1的抗折強(qiáng)度較SK0降低4.6%，28 d齡期時(shí)SS1的抗折強(qiáng)度較SK0降低5.8%，這是因?yàn)镾AP中儲(chǔ)存的水在漿體水化過程中逐漸釋放，當(dāng)釋放完畢后，SAP坍縮成孔，增大了漿體的孔隙率，減小了有效承載截面積，導(dǎo)致強(qiáng)度下降；但是SAP的摻入可提高漿體的水化程度，后期強(qiáng)度較前期強(qiáng)度有一定的增長(zhǎng)。

（2）單摻MgO膨脹劑的砂漿SP2較SK0抗折強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度均有所提高；二者復(fù)摻的砂漿SSP3與SSP4均較SS1強(qiáng)度有所提高，但是低于SP2的強(qiáng)度，SSP4的強(qiáng)度提高幅度比SSP3大。這說明外摻MgO膨脹劑不僅可以提高砂漿的密實(shí)度，降低孔隙率，而且可以改善砂漿的孔結(jié)構(gòu)分布，提高砂漿早期和后期的抗折與抗壓強(qiáng)度。復(fù)摻SAP與MgO砂漿，一方面，SAP可以提供MgO水化需要的水，促進(jìn)MgO的水化，更多的固體填充在凝膠孔隙中，提高砂漿的密實(shí)度；另一方面外摻膨脹劑降低了實(shí)際水灰比，強(qiáng)度提高。試驗(yàn)證明，MgO膨脹劑的摻量越高，強(qiáng)度提高幅度越大。

2.5 SAP和MgO對(duì)砂漿抗凍性的影響（見表5）

表5 SAP和MgO對(duì)砂漿抗凍性的影響

由表5可知，SAP和MgO膨脹劑單摻或者復(fù)摻，砂漿的抗凍性均較對(duì)照組SK0有所提高。SS1較SK0質(zhì)量損失率降低了6.8%，強(qiáng)度損失率降低了15.9%，這表明SAP預(yù)吸水量為水泥質(zhì)量的5%時(shí)，可以提高砂漿的抗凍性；SP2較SK0質(zhì)量損失率降低了27.3%，強(qiáng)度損失率降低了31.2%，抗凍性提高幅度較大，說明外摻MgO膨脹劑可以提高砂漿的抗凍性；SSP3相對(duì)于SK0質(zhì)量損失率降低了13.6%，強(qiáng)度損失率降低了23.6%；SSP4相對(duì)于SK0質(zhì)量損失率降低了20.5%，強(qiáng)度損失率降低了26.8%。復(fù)摻SAP和MgO的抗凍性優(yōu)于單摻SAP，但較單摻MgO膨脹劑砂漿抗凍性稍差，這主要是因?yàn)閺?fù)摻的砂漿粘聚性較大，相同的振搗作用下內(nèi)部存在一定的氣孔，降低了砂漿的抗凍性。

3 結(jié)論

（1）單摻預(yù)吸水SAP對(duì)砂漿流動(dòng)性的影響小于外摻MgO膨脹劑；復(fù)摻預(yù)吸水SAP與MgO膨脹劑，提高了砂漿的粘聚性，降低其流動(dòng)度。

（2）單摻MgO膨脹劑和SAP均能減小砂漿的自收縮變形和干燥收縮變形，但是SAP的減縮作用10 d齡期之前較強(qiáng)，后期減縮效果不明顯；復(fù)摻SAP與MgO膨脹劑可以減小砂漿的7 d和28 d自收縮變形，且MgO膨脹劑的摻量越高減縮效果越明顯。

（3）復(fù)摻SAP和MgO膨脹劑的砂漿強(qiáng)度高于單摻SAP，與對(duì)照組強(qiáng)度基本持平，表明復(fù)摻對(duì)砂漿的強(qiáng)度影響較小。

（4）復(fù)摻SAP和MgO膨脹劑使得砂漿的抗凍性有較大幅度的提高，且MgO膨脹劑摻量越高抗凍性越好。

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[2] 馬先偉.高性能水泥基材料內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑用高吸水樹脂的研究進(jìn)展[J].硅酸鹽學(xué)報(bào)，2015（8）：1099-1110.

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