JC/T 2551—2019《混凝土高吸水性樹脂內養(yǎng)護劑》標準解讀

王瑞，王文彬，王育江，田倩，李磊

（1.江蘇蘇博特新材料股份有限公司，江蘇 南京 211103；2.高性能土木工程材料國家重點實驗室 江蘇省建筑科學研究院有限公司，江蘇 南京 210008）

1 標準制定的背景與意義

隨著高性能減水劑的性能提升和廣泛使用，混凝土水膠比越來越低，強度越來越高。根據(jù)Powers的模型，水泥完全水化的水膠比約為0.42，低于這一數(shù)值時，水膠比越低，自收縮越大，需要從外界補充水分避免內部的自干燥。然而，由于高強混凝土結構致密、滲透性差，常規(guī)的外部養(yǎng)護水很難進入混凝土內部[1]，導致自收縮已成為高強混凝土早期收縮開裂的主要原因。近年來，采用高吸水性樹脂內養(yǎng)護劑的吸水和釋水作用，補充低水膠比混凝土膠材水化所需的水分，減小自收縮，從而解決開裂問題受到了廣泛的研究及應用[2-5]。

國內外已經(jīng)有較多廠家生產(chǎn)混凝土高吸水性樹脂內養(yǎng)護劑，并在眾多的工程中得到了應用，取得了良好的效果[6-8]。為規(guī)范混凝土高吸水性樹脂內養(yǎng)護劑產(chǎn)品的品質和性能，推進混凝土內養(yǎng)護技術的發(fā)展，由中國建筑材料聯(lián)合會提出，全國水泥制品標準化技術委員會歸口，江蘇蘇博特新材料股份有限公司和江蘇省建筑科學研究院有限公司等單位起草制定了建材行業(yè)標準JC/T 2551—2019《混凝土高吸水性樹脂內養(yǎng)護劑》。該標準已于2019年12月24日發(fā)布，2020年7月1日實施。為貫徹實施該標準的具體要求和規(guī)定，結合實施1年來的應用情況，本文對主要條款進行解讀，以期對該產(chǎn)品在混凝土工程中的正確使用提供指導，為該標準的后續(xù)修訂和應用提供參考。

2 標準制定的主要內容與依據(jù)

2.1 標準的名稱

本標準所規(guī)定的產(chǎn)品特指應用于混凝土內養(yǎng)護的高吸水性樹脂，為區(qū)別于GB/T 22905《紙尿褲高吸收性樹脂》和輕集料內養(yǎng)護技術，在標準制定過程中將標準名稱定為《混凝土高吸水性樹脂內養(yǎng)護劑》，對應的英文名稱為“Superabsorbent polymer for internal curing of concrete”。

2.2 術語和定義

本標準規(guī)定了混凝土高吸水性樹脂內養(yǎng)護劑、內養(yǎng)護、自收縮、吸液倍率、額外引水量和自收縮率比等6個術語的具體定義。

高吸水性樹脂內養(yǎng)護劑最突出的特點在于其可以吸收數(shù)倍甚至數(shù)百倍于自身質量的水。吸液倍率指在規(guī)定條件下，混凝土高吸水性樹脂內養(yǎng)護劑吸收液體的質量與其自身質量之比。因為其具有超強的吸水能力，為保障施工性能，在實際應用中，通常的做法是多加水或將其預吸水[9]，用額外引水量進行描述，其指在使用混凝土高吸水性樹脂內養(yǎng)護劑時額外增加的水的質量。

2.3 分類和標記

本標準為首次制定，為兼顧不同廠家產(chǎn)品性能，鼓勵本領域新技術的進步，按照混凝土高吸水性樹脂內養(yǎng)護劑自收縮率比分為Ⅰ型和Ⅱ型。產(chǎn)品名稱代號為SAP-IC。標記順序依次為產(chǎn)品名稱、型號和標準號。2.4要求與試驗方法

本標準規(guī)定了外觀、通用性指標和性能指標。

2.4.1 外觀

混凝土高吸水性樹脂內養(yǎng)護劑外觀需為顏色均勻的粉末，試驗方法為觀察法。標準編制中，收集的樣品均為白色或略帶黃色的粉末。

2.4.2 通用性指標

混凝土高吸水性樹脂內養(yǎng)護劑通用性指標應符合表1的規(guī)定，主要對影響其抑制自收縮性能的理化性能進行了規(guī)定。

表1 通用性指標

細度是所有粉體功能材料的重要指標之一，其主要影響使用時的分散性能。混凝土高吸水性樹脂內養(yǎng)護劑一旦分散不好，出現(xiàn)團聚等現(xiàn)象，會顯著降低其抑制自收縮的性能[10]。本標準規(guī)定的細度試驗方法為手工篩析法，因其具有極強的吸水、吸潮性，限定試驗時環(huán)境的濕度不大于60%。

典型樣品的形貌和粒徑如圖1所示，主要粒徑分布范圍為100~300 μm，標準編制中收集的樣品300 μm的篩余最高為4.1%。

圖1 典型樣品的SEM照片及粒徑

在產(chǎn)品的制備過程中，一般不會引入氯離子。但氯離子對鋼筋混凝土中鋼筋的腐蝕破壞作用強，為避免潛在的危害，對氯離子含量進行了限定，試驗方法按照GB/T 8077《混凝土外加劑勻質性試驗方法》進行。標準編制過程中，收集的樣品氯離子含量范圍為0.012%~0.05%。

高吸水性樹脂內養(yǎng)護劑一般由丙烯酸、丙烯酸鈉或丙烯酰胺等單體聚合制備而成，具有超強的吸潮和吸水特性，暴露于空氣中易吸潮，從而影響計量的準確性，因此有必要對其有效含量進行檢測。除含水外，還會有部分殘留的單體等，基于此，本標準將檢驗項目名稱定為揮發(fā)物含量。揮發(fā)物含量的試驗方法參照GB/T 22905附錄B進行，標準編制中測試樣品的揮發(fā)物含量范圍為4.0%~9.5%。

吸液倍率與高吸水性樹脂內養(yǎng)護劑抑制收縮性能息息相關[11-12]。但并非吸液倍率越高，性能越好。不同類型的產(chǎn)品，因單體組成、結構和制備方法不同，同一個樣品吸收蒸餾水、自來水及飽和氫氧化鈣水溶液的規(guī)律并不完全相同，有時甚至完全相反，如圖2所示。

圖2 溶液類型對吸液倍率的影響

與純水和自來水相比，飽和氫氧化鈣溶液更接近水泥漿體中的孔溶液。本標準規(guī)定的吸液倍率以其吸收飽和氫氧化鈣水溶液的能力進行衡量。具體試驗方法在規(guī)范性附錄A中進行了規(guī)定。幾種典型樣品的吸液倍率如表2所示。

表2 幾種典型樣品的吸液倍率

由表2可見，幾種典型樣品的吸液倍率相差較多，最高的吸液倍率為98.0，最低值僅15.2。

2.4.3 性能指標

混凝土高吸水性樹脂內養(yǎng)護劑的性能指標應符合表3的規(guī)定，表3主要規(guī)定了摻加內養(yǎng)護劑后受檢砂漿的相關性能指標。

表3 性能指標

本標準規(guī)定的砂漿中水泥與砂的質量比為1∶2，受檢砂漿在基準砂漿水灰比0.35的基礎上再增加額外的引水量，即受檢砂漿的水灰比高于基準砂漿。未規(guī)定額外引水量和內養(yǎng)護劑的具體摻量，均采用廠家的推薦值。

凝結時間之差是指受檢砂漿與基準砂漿的凝結時間之差，測試方法參照GB 8076《混凝土外加劑》進行。一般情況下，實際工程中并不希望混凝土凝結硬化太早或太晚。標準編制過程中實際測試的結果表明，所有收集的樣品基本不影響凝結時間。

流動度比和抗壓強度比均指受檢砂漿與基準砂漿相同條件下的比值。其它條件相同的情況下，砂漿水膠比越大，流動度越大，抗壓強度越低。摻加混凝土高吸水性內養(yǎng)護劑后，由于其超強的吸水性，導致砂漿流動度降低。因此需要額外引水，勢必導致強度的降低[13]。如表4所示，砂漿中摻加0.1%內養(yǎng)護劑后，水膠比由基準砂漿的0.35增大至0.36~0.41，砂漿流動度比分別為55%、67%、73%、89%、95%和102%，降幅逐漸收窄直至基本相等。砂漿28 d抗壓強度則隨水膠比的增大而逐漸降低。其中，0.36水膠比砂漿因流動性太差，以致不能成型；其余總水膠比從0.37增大到0.41的砂漿抗壓強度比分別為100%、97%、88%、88%和82%。水膠比的增大，即額外引水量的增加，雖然可以增大砂漿的流動度，但與此同時帶來的副作用是抗壓強度的降低。抗壓強度是實際工程最重要的指標，不能有明顯的降低；而流動度可以通過增加減水劑等措施進行調整。綜合編制過程中所有樣品的數(shù)據(jù)，本標準規(guī)定流動度比不低于60%，7 d和28 d抗壓強度比不低于80%和95%。

表4 摻加典型內養(yǎng)護劑砂漿的流動度和28 d抗壓強度

降低水泥基材料的自收縮，從而減小混凝土的開裂風險，是內養(yǎng)護劑最重要的作用[14-15]。本標準以7 d齡期時受檢砂漿與基準砂漿自收縮率之比（自收縮率比）對混凝土高吸水性內養(yǎng)護劑抑制自收縮性能進行評定。根據(jù)自收縮率比大小，本標準將產(chǎn)品分為Ⅰ型和Ⅱ型，其中Ⅰ型品自收縮率比介于0~50%之間；Ⅱ型品自收縮率比≤0，即意味著Ⅱ型品內養(yǎng)護劑完全抑制了受檢砂漿的自收縮，甚至產(chǎn)生膨脹。

水泥基材料的自收縮指其在恒溫、無約束且密封條件下，自身宏觀體積的減小。在實際測試中，不同組織或國家對零點的選取各異，RELIM是從加水開始計算，日本混凝土協(xié)會JCI從初凝開始計算，美國混凝土協(xié)會ACI從終凝開始計算，GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》早期自身體積變形從初凝開始計算。

本標準采用JCI[16]和GB/T 50082—2009的描述，自收縮定義為水泥基材料在恒溫、無約束及密封條件下，從初凝開始自身體積的減小。測試方法參考ASTM-C1698，將水泥基材料密封在低密度聚乙烯波紋管內，通過位移傳感器監(jiān)測波紋管試件長度變化來表征其自收縮變形；并將具體方法寫進了規(guī)范性附錄B，測試儀器如圖3所示。在實際操作中，需要同步采用貫入阻力儀進行凝結時間測試，以便確定零點。

圖3 自收縮率測試儀示意

按照上述方法測試的2種典型樣品的自收縮變形曲線如圖4所示，其中膨脹變形為正值，收縮為負值。

圖4 典型樣品的自收縮變形曲線

由圖4可見，基準砂漿的自收縮變形隨齡期延長，先發(fā)生膨脹變形，后轉變?yōu)槌掷m(xù)的收縮。相關研究也表明[17]，采用本方法測試變形時，試件早期通常會表現(xiàn)出階段性膨脹，造成這種膨脹的原因有泌水回吸、鈣礬石或氫氧化鈣等水化產(chǎn)物的生成和熱變形等。通常認為泌水回吸可能是造成這種階段性膨脹的主要原因。摻加典型樣品1和樣品2的自收縮變形趨勢類似，即早期膨脹隨后收縮。但與基準砂漿不同的是，摻加樣品1的砂漿7 d齡期時，自收縮變形仍為正值，即表現(xiàn)為微微的膨脹；摻樣品2的砂漿盡管7 d齡期自收縮變形為負值，即表現(xiàn)為收縮，但與基準相比，收縮絕對值顯著減??；二者7 d自收縮率比分別為-11%和25%。

3 結 語

JC/T 2551—2019填補了國內外混凝土內養(yǎng)護產(chǎn)品標準的空白。在標準編制過程中通過廣泛調研，借鑒了國內外相關標準和工程實踐經(jīng)驗，體現(xiàn)了高吸水性樹脂內養(yǎng)護劑的特點，符合我國相關法規(guī)規(guī)定和標準要求，與現(xiàn)行相關標準相協(xié)調，完善了混凝土抗裂技術，推動了相關技術的進步，有利于混凝土工程質量的不斷提高。