新型內(nèi)養(yǎng)生材料的摻入方式對混凝土力學性能的影響

陳顯志 董偉 喬壯 王娜 王雷

（1中鐵建設(shè)集團有限公司，北京 100040；2中國建材檢驗認證集團廈門宏業(yè)有限公司，福建 廈門 361015）

0 引言

養(yǎng)生是防治混凝土結(jié)構(gòu)施工裂縫，保障工程建設(shè)質(zhì)量的重要措施?；炷亮芽p主要由收縮造成的非荷載裂縫引起，不僅影響建筑物的外觀質(zhì)量，對混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性及使用壽命也提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。養(yǎng)生環(huán)節(jié)在混凝土力學性能和耐久性能方面有重要作用，分為外養(yǎng)生和內(nèi)養(yǎng)生。外養(yǎng)生指混凝土結(jié)構(gòu)表面的濕制養(yǎng)生（如噴水和濕覆蓋等）和保水養(yǎng)生（如表面化學養(yǎng)生和覆蓋塑料膜等）。內(nèi)養(yǎng)生指將養(yǎng)生材料均勻分散于混凝土中，通過養(yǎng)生材料存儲水份的緩慢釋放以改善混凝土內(nèi)部的濕度狀態(tài)，進而達到混凝土養(yǎng)護目的。在混凝土拌合過程中，高分子樹脂材料能均勻分散到混凝土材料的內(nèi)部，通過高分子樹脂材料的吸釋水行為，確?；炷岭S養(yǎng)護時間的延長其內(nèi)部膠凝材料水化所需要的水分，保證水泥和摻合料的二次水化，從而抑制混凝土材料的開裂，提高混凝土的強度和耐久性，改善混凝土的使用壽命[1-2]。外養(yǎng)生技術(shù)是國內(nèi)外現(xiàn)行混凝土結(jié)構(gòu)施工中的常用手段，傳統(tǒng)的混凝土外養(yǎng)生方式采用灑水和覆薄膜等方式，耗費大量的人力和財力，施工方式存在死角，建筑的側(cè)面和復(fù)雜部位難以養(yǎng)護到位，且由于其作用范圍僅局限于混凝土結(jié)構(gòu)表層，對于特殊環(huán)境施工的混凝土，養(yǎng)生質(zhì)量難以保證。而內(nèi)養(yǎng)生方式施工便捷，能較大程度上改善混凝土的力學性能和耐久性，鑒于此，近年來內(nèi)養(yǎng)生正逐步成為混凝土結(jié)構(gòu)養(yǎng)生技術(shù)的發(fā)展趨勢[3-4]。

內(nèi)養(yǎng)生材料屬高吸水樹脂是一種含有大量強親水性基團的高分子化合物。結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性決定了高分子樹脂材料內(nèi)部形成含水凝膠，其不易快速釋水，且吸水后的彈性凝膠形成一種高度飽和膨潤狀態(tài)。分子結(jié)構(gòu)中的各種直鏈及支鏈相互交叉，能包裹拌合物中的自由水。當向混凝土中直接摻加內(nèi)養(yǎng)生材料時，由于內(nèi)養(yǎng)生材料會吸收部分自由水，并將其固定于自身的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，因此易導(dǎo)致拌合物中的自由水減少，新拌混凝混凝土工作性下降[5-6]。而向混凝土摻加預(yù)飽水的內(nèi)養(yǎng)生材料時，由于預(yù)飽水的SAP在投入混凝土之前吸收了大量的自由水，因而其混凝土高堿性環(huán)境中的吸水率變小，可釋放出大量自由水，從而使得混凝土拌合物中自由水增加，新拌混凝土的和易性得到改善[7-8]。但由于這種摻入方式提前吸入了大量水分，因而勢必對混凝土的力學性能等產(chǎn)生影響。兩種方式（直接摻入和預(yù)保水）的效果優(yōu)劣，目前尚無定論。為此，本文選取一種市售高吸水內(nèi)養(yǎng)生材料，選取干拌和濕拌兩種摻入方式，研究內(nèi)養(yǎng)生材料對混凝土力學性能的影響。

1 試驗

1.1 原材料

水泥為P.O42.5水泥，粉煤灰（FA）為二級，細度15.2%，需水量98%，礦粉為S95級，有關(guān)水泥、礦粉及粉煤灰的化學組成見表1。細集料選用河砂，其性能指標見表2。粗集料選用碎石，其性能指標見表3。減水劑選用聚羧酸高效減水劑，固含量13.4%，減水率25%。內(nèi)養(yǎng)生材料為市售，白色粉末狀固體，屬非離子型吸水樹脂。

表1 水泥的化學成分

表2 河砂的性能指標

表3 碎石的性能指標

1.2 樣品制備

試驗以C40混凝土基準配合比設(shè)計為基礎(chǔ)，內(nèi)養(yǎng)護材料以干粉和濕拌兩種方式摻入，兩種方式的總用水量相同，其中，內(nèi)養(yǎng)護材料預(yù)吸水量為總用水量的30%。C40混凝土的配合比設(shè)計如表4所示?；炷恋墓ぷ餍阅軈⒄铡镀胀ɑ炷涟韬衔镄阅茉囼灧椒藴省稧B/T50080標準測定；混凝土的力學性能參照《普通混凝土力學性能試驗方法標準》GB/T50081進行混凝土抗壓強度測試。

表4 混凝土的配合比設(shè)計

2 結(jié)果與討論

表5和圖1為不同拌合方式的內(nèi)養(yǎng)生材料對新拌混凝土工作性和力學性能的影響結(jié)果。結(jié)果表明，與空白試樣相比，當內(nèi)養(yǎng)護材料以干拌合方式摻入時，其混凝土初始坍落度和擴展度均較高，初始拌合狀態(tài)較好，工作性和粘結(jié)性滿足要求，但養(yǎng)護1d、3d的混凝土早期抗壓強度偏低，后期28d抗壓強度明顯提高，抗壓強度比為114%；當內(nèi)養(yǎng)護材料以濕拌合方式加入時，混凝土的初始坍落度和擴展度均偏低，1h經(jīng)時損失最大，混凝土完全失去流動性，在力學性能上，濕拌合的混凝土早期抗壓強度略高于干拌，7d的抗壓強度與干拌持平，28d抗壓強度明顯低于干拌。因此，在本試驗范圍內(nèi)，綜合考慮工作性能和力學性能，內(nèi)養(yǎng)生材料以干拌方式摻入更佳。

出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因是，當內(nèi)養(yǎng)生材料采用濕拌方式摻入時，由于內(nèi)養(yǎng)生材料的預(yù)吸水作用，導(dǎo)致攪拌過程中混凝土的自由水減少，工作性能變差。在力學性能方面，濕拌方式摻入的內(nèi)養(yǎng)生材料雖在后期能釋放水分促進膠凝材料的水化，但較之干摻方式，其釋水后在混凝土內(nèi)部更易留下較大空隙，從而導(dǎo)致混凝土大孔孔隙率增大，抗壓強度略低。

表5 拌和方式對混凝土工作性和力學性能的影響

圖1 拌和方式對混凝土工作性和力學性能的影響

3 結(jié)論

1）以C40混凝土配合比設(shè)計作為基準，內(nèi)養(yǎng)生材料以干拌方式摻入的混凝土工作性較好，后期力學性能較高，抗壓強度比為114%；以濕拌方式摻入的混凝土流動度損失較大，28d抗壓強度明顯低于干拌。在本試驗范圍內(nèi)，內(nèi)養(yǎng)生材料以干拌方式摻入更佳。

2）內(nèi)養(yǎng)生材料以濕拌方式摻入時，由于內(nèi)養(yǎng)生材料的預(yù)吸水作用，導(dǎo)致混凝土攪拌過程中自由水減少，因而工作性能變差。

3）較之干摻，濕拌方式摻入的內(nèi)養(yǎng)生材料雖在后期能釋放水分促進膠凝材料的水化，但其釋水后在混凝土內(nèi)部更易留下較大空隙，從而導(dǎo)致混凝土大孔孔隙率增大，抗壓強度略低。