SAP內養生混凝土試驗研究

胡立楷，陶小磊

(1.廣西路建工程集團有限公司，廣西 南寧 530001；2.南寧市筑路技術與筑路材料工程技術研究中心，廣西 南寧 530001)

0 引言

耐久性是混凝土的最重要性能指標，而養護是保證混凝土耐久性的重要措施[1]。傳統的外部養生方法如化學養護、濕制養護等方式僅能對混凝土表面進行養生，無法根治因水分喪失而引起的混凝土的早期開裂的問題，且這種養護方法費時費力，成本較高[2]，因此，混凝土內養生方法應運而生。目前，混凝土內養生方法主要采用兩種材料：輕集料和高吸水性樹脂(SAP)。新型的SAP內養生技術，可以使SAP材料與內養生水均勻分布在混凝土中，促進膠凝材料最大程度水化、混凝土內部最小程度自干燥，提升混凝土相關的力學性能與抗滲性能，從而提高混凝土的耐久性[3-4]。

近年來，國內外學者針對SAP提高混凝土的耐久性做了一定的研究工作。秦鴻根等[5]通過研究發現當SAP的摻量為膠凝材料的0.2%～0.3%時，可以明顯改善膨脹混凝土的力學性能、變形性能、抗塑性開裂性能和耐久性；朱長華等[3]通過研究發現，摻加SAP可以減小混凝土的早期變形，提高混凝土抵抗塑性收縮、自收縮開裂的能力，還可以提高水泥的水化程度；胡曙光等[6]通過研究發現增大SAP的引入水量可提高其減小自收縮的效果，但當引入水量大于膠凝材料總重量的4%時，增大引入水量并不能明顯減小混凝土的自收縮，反而會引起抗壓強度的顯著下降；Dang等[7]通過研究發現，SAP有效提高了混凝土抗氯離子的滲透能力，且微觀試驗表明SAP可以有效改善混凝土微觀結構，細化孔隙；Ma等[8]通過研究發現SAP的摻入降低了氯離子擴散系數，水化作用減少了SAP殘留孔隙的尺寸。

目前，國內外學者大多是針對SAP對內養生混凝土的抗滲性能和細觀孔結構進行單一性研究，但對其在工程實例中的應用研究較少。鑒于此，本文通過試驗研究分析了SAP摻量對于混凝土性能的影響，確定了高速公路橋梁工程混凝土的最佳SAP摻量，并根據研究結果，將內養生混凝土應用到高速公路橋梁工程中，為內養生混凝土的推廣應用提供有效支撐。

1 摻SAP內養生劑試驗

1.1 原材料

水泥采用華潤(上思)公司生產的P.O42.5普通硅酸鹽水泥；粗集料采用更嶺樓石場生產的連續級配碎石(5～31.5 mm)，直徑范圍在16～31.5 mm、9.5～19 mm、4.75～9.5 mm的碎石所占比例分別為15%、75%、10%；細集料采用合浦汗馬砂場提供的中砂(河砂)；減水劑采用江蘇超力建材科技有限公司CPA-R型聚羧酸緩凝高效減水劑；水采用飲用水；混凝土內養生劑采用BX-960混凝土內養生劑(SAP)，主要技術參數見表1，粒徑分布見表2。

表1 內養生劑主要技術指標表

表2 內養生劑粒徑分布情況表

1.2 試驗方法

本試驗的混凝土配合比見表3，制備C1和C2兩種不同水灰比混凝土，水灰比分別為0.37和0.32。

表3 混凝土配合比表

為了研究SAP摻量對混凝土性能的影響，控制SAP摻量分別為0.1%、0.2%、0.3%、0.4%和不摻加共五種情況，如表4所示。

表4 SAP摻量情況表

(1)坍落度測量：將拌制好的混凝土分3層裝入坍落筒中，用搗棒在每一層均勻插搗25次，待頂層插搗完畢，清除多余混凝土，抹平筒口，而后立即提起坍落筒，用鋼尺測量試樣頂面至地面的高度，精確至1 mm。

(2)干縮性測量：制作尺寸為100 mm×100 mm×515 mm的混凝土立方體試件，分為自然養護和標準養護兩組，每組制作試件3個，在制作時預埋測釘。試件某一齡期混凝土干縮率按式(1)計算：

(1)

式中：Sd——混凝土干縮率(%)；

X01——試件初始長度；

Xt1——齡期t天時干縮長度測值；

L0——試件測量標距。

取3個試件干縮率的平均值作為試驗結果，精確至0.000 1%。

(3)混凝土抗壓強度測量：制作尺寸為150 mm×150 mm×150 mm的標準立方體試件，每組制作3個，然后采用自然養護與標準養護兩種方式，分別測量試件在兩種養護方式下的7 d齡期抗壓強度與28 d齡期抗壓強度。取3個試件測值的平均值作為測定值，精確至0.1 MPa。

2 內養生劑對混凝土性能的影響及應用

2.1 SAP摻量對混凝土坍落度的影響

和易性是混凝土的重要工作性能，流動性是和易性的主要指標之一，通過測量坍落度可以確定拌和物的流動性。SAP摻量與坍落度的關系如圖1所示。由圖1可知，隨著SPA摻量的增加，混凝土拌和物的坍落度不斷減小，說明摻加SPA可以有效降低混凝土拌和物的流動性。同時，通過對比不同配合比混凝土坍落度的變化情況可知，當混凝土配合比減小時，SPA摻量對混凝土拌和物的流動性影響減弱。

2.2 SAP摻量對混凝土干縮性的影響

SAP摻量與混凝土的干縮率的關系如圖2所示。由圖2可知，對于放入干縮室7 d的混凝土，在不同的水灰比條件下，摻加SAP內養生劑均能有效降低混凝土的干縮率，且SAP摻量為0.3%時混凝土的干縮率相對較低，當SAP摻量超過0.3%時，混凝土的干縮率會逐漸增大；對于放入干縮室28 d的混凝土，當水灰比較大時(C1)，混凝土的干縮率呈波浪式變化，在SAP摻量為0.3%時，干縮率相對較小；當水灰比較小時(C2)，摻加SAP可以有效降低混凝土的干縮率。

圖1 SAP摻量與混凝土坍落度關系圖

圖2 SAP摻量與混凝土干縮率關系圖

2.3 SAP摻量對混凝土抗壓強度的影響

SAP摻量與混凝土抗壓強度的關系如圖3、圖4所示。由圖3和圖4可知，對于7 d養護(包括自然養護和標準養護)齡期混凝土，SAP的摻量對混凝土抗壓強度的影響較小；對于28 d養護齡期混凝土，SAP的摻量會減小混凝土的抗壓強度。對比圖3和圖4可知，在自然養護條件下28 d齡期的混凝土，當SAP摻量為0.2%時，其抗壓強度減小程度相對較低；對于標準養護條件下28 d齡期的混凝土，當SAP摻量為0.1%時，其抗壓強度減小程度相對較低。

綜合對比分析SAP摻量對于內養生混凝土坍落度、干縮性能以及抗壓強度的影響可知，當SAP摻量為0.2%時，既能滿足混凝土拌和物的坍落度要求，還能有效降低混凝土的干縮，同時避免因SAP摻入所引起的混凝土抗壓強度減小程度較大的問題。鑒于此，本研究將內養生混凝土的最佳SAP摻入量確定為0.2%，制備內養生混凝土應用于現場實際工程。

圖3 SAP摻量與混凝土(C1)抗壓強度關系圖

圖4 SAP摻量與混凝土(C2)抗壓強度關系圖

2.4 內養生混凝土工程應用實例

根據試驗研究確定的內養生混凝土SAP最佳摻入量，在混凝土拌和站制備內養生混凝土。根據表3中C1混凝土的試驗室配合比，換算成施工配合比，配合比參數如表5所示。通過測定現場拌和物的坍落度，確定混凝土坍落度滿足泵送要求。在后期對橋梁墩身結構跟蹤測量回彈強度，如表6所示。由表6可知，摻加SAP內養生劑的混凝土墩身強度滿足設計要求。

表5 內養生混凝土施工配合比表

表6 橋梁墩身回彈強度記錄表

3 結語

(1)混凝土拌和物的流動性隨SAP摻量的增加不斷降低，當混凝土配合比降低時，SAP摻量對混凝土拌和物流動性的影響減弱。

(2)摻SAP內養生劑對混凝土干縮性影響較為顯著，當SAP摻量為0.3%，混凝土的干縮率相對較小。

(3)對于7 d養護齡期的混凝土，SAP摻量變化對混凝土抗壓強度的影響不顯著；對于28 d養護齡期的混凝土，摻加SAP會降低混凝土的抗壓強度，當SAP摻量為0.2%，混凝土抗壓強度減小程度相對較低。

(4)根據試驗結果確定最佳SAP摻量，并配制相應混凝土應用于高速公路橋梁工程結構中，根據后期的監測情況，混凝土的強度滿足設計要求。