新型內(nèi)養(yǎng)生材料的摻入方式對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響

陳顯志 董偉 喬壯 王娜 王雷

（1中鐵建設(shè)集團(tuán)有限公司，北京 100040；2中國(guó)建材檢驗(yàn)認(rèn)證集團(tuán)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。混凝土裂縫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(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性及使用壽命也提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。養(yǎng)生環(huán)節(jié)在混凝土力學(xué)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(xué)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(guò)養(yǎng)生材料存儲(chǔ)水份的緩慢釋放以改善混凝土內(nèi)部的濕度狀態(tài)，進(jìn)而達(dá)到混凝土養(yǎng)護(hù)目的。在混凝土拌合過(guò)程中，高分子樹(shù)脂材料能均勻分散到混凝土材料的內(nèi)部，通過(guò)高分子樹(shù)脂材料的吸釋水行為，確保混凝土隨養(yǎng)護(hù)時(shí)間的延長(zhǎng)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(kāi)裂，提高混凝土的強(qiáng)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(guó)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(fèi)大量的人力和財(cái)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(hù)到位，且由于其作用范圍僅局限于混凝土結(jié)構(gòu)表層，對(duì)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(xué)性能和耐久性，鑒于此，近年來(lái)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(shì)[3-4]。

內(nèi)養(yǎng)生材料屬高吸水樹(shù)脂是一種含有大量強(qiáng)親水性基團(tuán)的高分子化合物。結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性決定了高分子樹(shù)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(rùn)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(dāng)向混凝土中直接摻加內(nèi)養(yǎng)生材料時(shí)，由于內(nèi)養(yǎng)生材料會(huì)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(shí)，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(shì)必對(duì)混凝土的力學(xué)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(wú)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?jī)?nèi)養(yǎng)生材料對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

水泥為P.O42.5水泥，粉煤灰（FA）為二級(jí)，細(xì)度15.2%，需水量98%，礦粉為S95級(jí)，有關(guān)水泥、礦粉及粉煤灰的化學(xué)組成見(jiàn)表1。細(xì)集料選用河砂，其性能指標(biāo)見(jiàn)表2。粗集料選用碎石，其性能指標(biāo)見(jiàn)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(shù)脂。

表1 水泥的化學(xué)成分

表2 河砂的性能指標(biāo)

表3 碎石的性能指標(biāo)

1.2 樣品制備

試驗(yàn)以C40混凝土基準(zhǔn)配合比設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，內(nèi)養(yǎng)護(hù)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(hù)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(jì)如表4所示。混凝土的工作性能參照《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50080標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定；混凝土的力學(xué)性能參照《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50081進(jìn)行混凝土抗壓強(qiáng)度測(cè)試。

表4 混凝土的配合比設(shè)計(jì)

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(duì)新拌混凝土工作性和力學(xué)性能的影響結(jié)果。結(jié)果表明，與空白試樣相比，當(dāng)內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料以干拌合方式摻入時(shí)，其混凝土初始坍落度和擴(kuò)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(hù)1d、3d的混凝土早期抗壓強(qiáng)度偏低，后期28d抗壓強(qiáng)度明顯提高，抗壓強(qiáng)度比為114%；當(dāng)內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料以濕拌合方式加入時(shí)，混凝土的初始坍落度和擴(kuò)展度均偏低，1h經(jīng)時(shí)損失最大，混凝土完全失去流動(dòng)性，在力學(xué)性能上，濕拌合的混凝土早期抗壓強(qiáng)度略高于干拌，7d的抗壓強(qiáng)度與干拌持平，28d抗壓強(qiáng)度明顯低于干拌。因此，在本試驗(yàn)范圍內(nèi)，綜合考慮工作性能和力學(xué)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(dāng)內(nèi)養(yǎng)生材料采用濕拌方式摻入時(shí)，由于內(nèi)養(yǎng)生材料的預(yù)吸水作用，導(dǎo)致攪拌過(guò)程中混凝土的自由水減少，工作性能變差。在力學(xué)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(jìn)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(qiáng)度略低。

表5 拌和方式對(duì)混凝土工作性和力學(xué)性能的影響

圖1 拌和方式對(duì)混凝土工作性和力學(xué)性能的影響

3 結(jié)論

1）以C40混凝土配合比設(shè)計(jì)作為基準(zhǔn)，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(xué)性能較高，抗壓強(qiáng)度比為114%；以濕拌方式摻入的混凝土流動(dòng)度損失較大，28d抗壓強(qiáng)度明顯低于干拌。在本試驗(yàn)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(shí)，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(guò)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(jìn)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(qiáng)度略低。