高吸水性聚合物對(duì)水泥砂漿長期收縮性能的影響

文/齊懌、武海龍 凱諾斯(中國) 鋁酸鹽技術(shù)有限公司 天津 300457

孫文 北京敬業(yè)達(dá)新型建筑材料有限公司 北京 100000

王金棟 西卡(中國)有限公司 江蘇蘇州 215121

在現(xiàn)代建筑工程建設(shè)中，水泥是比較常用的一種材料，水泥基料的收縮變形情況對(duì)于工程質(zhì)量有著較大的影響。而水泥基料收縮變形主要和干燥說所以及自收縮兩個(gè)方面有關(guān)。SAP是一種能夠降低水泥基料早起收縮率的物質(zhì)，近些年來相關(guān)研究有很多，如我國孔祥明等通過研究發(fā)現(xiàn)吸水SAP可以有效降低高性能水泥混凝土的早期收縮率以及干燥收縮率。但綜合來看，關(guān)于SAP對(duì)水泥基料早期收縮變形影響規(guī)律的研究卻相對(duì)較少，本文研究就是為了填補(bǔ)這一空白。

1、材料制備與試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料的制備

本次研究選用的原料是安徽海螺水泥長生產(chǎn)的P·II52.5R型號(hào)硅酸鹽水泥，高吸水性聚合物則選用的是上海禹伊實(shí)業(yè)有限公司出品的丙烯酸/丙烯酸鈉共聚物。

在制作水泥砂漿的過程中，配合比設(shè)計(jì)十分重要，本次研究中水泥灰砂比固定為1：3，水灰比固定為0.5。在分別探究SAP粒徑和摻量變化對(duì)水泥砂漿收縮性能的影響時(shí)，一方面將SAP篩分為三個(gè)粒徑范圍，分別是0～70μm，70～106μm，106～160μm。另一方面則設(shè)置多個(gè)摻量方案，具體以水泥質(zhì)量作為參照物，分別是水泥質(zhì)量的0.2%，0.4%以及0.6%。

1.2 水泥砂漿的制備以及試驗(yàn)

根據(jù)預(yù)先制定好的配合比分別稱取各類原材料，之后利用膠砂攪拌機(jī)將水泥和SAP攪拌均勻，按照GB/T17671～1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢測方法（ISO法）》攪拌制備水泥砂漿。之后根據(jù)《干混砂漿物理性能試驗(yàn)方法》的內(nèi)容將水泥砂漿制作成干縮收縮性能測試用試件，在合理的溫度和濕度下分別進(jìn)行養(yǎng)護(hù)和測試，分別測試SAP粒徑變化以及摻量變化對(duì)其干燥收縮性能的影響。之后將水泥砂漿制作成自收縮性能測試用試件，在一定的溫度濕度條件進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，分別測試SAP粒徑變化以及摻量變化對(duì)其自收縮性能的影響。

2、試驗(yàn)結(jié)果分析討論

2.1 SAP對(duì)水泥砂漿長期干燥收縮性能的影響分析

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果來看，在不同的濕度條件下，SAP均可以起到降低水泥砂漿干燥收縮率的效果，但濕度的不同則決定著這種影響的具體程度。例如，在40%和60%RH條件下，SAP能夠大幅度的降低水泥砂漿各齡期的干燥收縮率，相較而言，在40%條件下的降幅更大。而在90%RH條件下，SAP能夠起到的效果十分有限。另一方面，SAP摻量的不同對(duì)水泥砂漿干燥收縮率產(chǎn)生的影響也存在差異性，綜合來看，當(dāng)起摻量為水泥質(zhì)量的0.4%時(shí)，起到的改善效果最為顯著。由此可見，摻入SAP可以達(dá)到降低水泥砂漿干燥收縮率的目的，一方面濕度越低，發(fā)揮的效果也就越好。

在SAP最佳摻量（水泥質(zhì)量的0.4%）下，SAP粒徑變化對(duì)水泥砂漿干燥收縮率也才存在著明顯的影響。結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果來看，在早齡期，粒徑處于70～160μm范圍內(nèi)時(shí)，SAP使得水泥干燥收縮率降低的幅度最大。而在中后齡期，不同粒徑范圍起到的效果則不會(huì)出現(xiàn)較大的差異。由此可見，不同范圍粒徑的SAP對(duì)水泥砂漿干燥收縮性能的影響程度并不高。

2.2 SAP對(duì)水泥砂漿長期自收縮性能的影響分析

結(jié)合不同SAP摻量下以及不同粒徑范圍內(nèi)水泥砂漿長期自收縮率受到的影響情況來看，SAP確實(shí)能夠在一定程度上起到降低水泥砂漿自收縮率的效果。當(dāng)摻量為水泥質(zhì)量的0.4%時(shí)，其對(duì)水泥砂漿收縮性能的改善效果達(dá)到最優(yōu)。另一方面，在早齡期（28天以內(nèi)），不同粒徑范圍內(nèi)水泥砂漿的自收縮率的差異性較大，中后齡期時(shí)這種差異則不甚明顯。

2.3 SAP改善水泥砂漿長期收縮性能的機(jī)理分析

結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果來看，摻入SAP的水泥砂漿，在各齡期內(nèi)，其濕度均高出基準(zhǔn)砂漿許多，且隨著SAP摻量的增加，二者濕度的之間的差異也在逐步擴(kuò)大。造成這種現(xiàn)象的主要原因在于SAP具有緩釋水分的效果，在水泥砂漿養(yǎng)護(hù)的過程中，它能夠逐步釋放出其所吸附的水分，避免水泥砂漿內(nèi)部因水分散失出現(xiàn)濕度下降的情況。

此外，SAP對(duì)水泥砂漿的孔結(jié)構(gòu)也會(huì)產(chǎn)生一定的影響，在摻入0.4%SAP的情況下，水泥砂漿的總孔隙率以及平均孔徑均比基準(zhǔn)砂漿高出許多，而孔結(jié)構(gòu)則是水泥砂漿收縮性能的重要影響因素。孔隙率的增大會(huì)導(dǎo)致水泥砂漿密度的降低，使其收縮率出現(xiàn)提升。通過提升水泥基料內(nèi)部含濕量的方式可以有效的降低其收縮率?；诖?，SAP可以使水泥砂漿的長期收縮率出現(xiàn)降低的原因就是其能夠在較長的齡期內(nèi)使水泥砂漿內(nèi)部保持在高濕度水平下，緩解因水分蒸發(fā)形成的毛細(xì)孔張力。

而環(huán)境濕度越低，SAP對(duì)水泥砂漿長期收縮性能改善越顯著的原因則是因?yàn)榈铜h(huán)境濕度有利于SAP水分緩釋作用的發(fā)揮，促進(jìn)水泥砂漿內(nèi)部相對(duì)濕度的增高，減少毛細(xì)孔張力，最終達(dá)到改善水泥砂漿收縮性能的效果。而在環(huán)境濕度偏高的情況下，SAP水分緩釋作用的發(fā)揮將受到較大的影響，使得水泥砂漿內(nèi)部處于相對(duì)濕度較低的條件下，引發(fā)毛細(xì)孔張力，以至于其改善水泥砂漿收縮性能的效果不夠理想。

結(jié)語：

綜上所述，高吸水性聚合物的粒徑范圍以及摻入量對(duì)于水泥砂漿干燥收縮性能以及自收縮性能均會(huì)產(chǎn)生一定的影響。其中粒徑范圍對(duì)水泥砂漿收縮性能的影響主要體現(xiàn)在早齡期，摻入量對(duì)水泥砂漿長期收縮性能的影響則存在一個(gè)最佳值，即水泥質(zhì)量的0.4%。