SAP內(nèi)養(yǎng)生混凝土試驗(yàn)研究

胡立楷，陶小磊

(1.廣西路建工程集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530001；2.南寧市筑路技術(shù)與筑路材料工程技術(shù)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(biāo)，而養(yǎng)護(hù)是保證混凝土耐久性的重要措施[1]。傳統(tǒng)的外部養(yǎng)生方法如化學(xué)養(yǎng)護(hù)、濕制養(yǎng)護(hù)等方式僅能對(duì)混凝土表面進(jìn)行養(yǎng)生，無(wú)法根治因水分喪失而引起的混凝土的早期開(kāi)裂的問(wèn)題，且這種養(yǎng)護(hù)方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，成本較高[2]，因此，混凝土內(nèi)養(yǎng)生方法應(yīng)運(yùn)而生。目前，混凝土內(nèi)養(yǎng)生方法主要采用兩種材料：輕集料和高吸水性樹(shù)脂(SAP)。新型的SAP內(nèi)養(yǎng)生技術(shù)，可以使SAP材料與內(nèi)養(yǎng)生水均勻分布在混凝土中，促進(jìn)膠凝材料最大程度水化、混凝土內(nèi)部最小程度自干燥，提升混凝土相關(guān)的力學(xué)性能與抗?jié)B性能，從而提高混凝土的耐久性[3-4]。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)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(guò)研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)SAP的摻量為膠凝材料的0.2%～0.3%時(shí)，可以明顯改善膨脹混凝土的力學(xué)性能、變形性能、抗塑性開(kāi)裂性能和耐久性；朱長(zhǎng)華等[3]通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，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(kāi)裂的能力，還可以提高水泥的水化程度；胡曙光等[6]通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)增大SAP的引入水量可提高其減小自收縮的效果，但當(dāng)引入水量大于膠凝材料總重量的4%時(shí)，增大引入水量并不能明顯減小混凝土的自收縮，反而會(huì)引起抗壓強(qiáng)度的顯著下降；Dang等[7]通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，SAP有效提高了混凝土抗氯離子的滲透能力，且微觀試驗(yàn)表明SAP可以有效改善混凝土微觀結(jié)構(gòu)，細(xì)化孔隙；Ma等[8]通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)SAP的摻入降低了氯離子擴(kuò)散系數(shù)，水化作用減少了SAP殘留孔隙的尺寸。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者大多是針對(duì)SAP對(duì)內(nèi)養(yǎng)生混凝土的抗?jié)B性能和細(xì)觀孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行單一性研究，但對(duì)其在工程實(shí)例中的應(yīng)用研究較少。鑒于此，本文通過(guò)試驗(yàn)研究分析了SAP摻量對(duì)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(jù)研究結(jié)果，將內(nèi)養(yǎng)生混凝土應(yīng)用到高速公路橋梁工程中，為內(nèi)養(yǎng)生混凝土的推廣應(yīng)用提供有效支撐。

1 摻SAP內(nèi)養(yǎng)生劑試驗(yàn)

1.1 原材料

水泥采用華潤(rùn)(上思)公司生產(chǎn)的P.O42.5普通硅酸鹽水泥；粗集料采用更嶺樓石場(chǎng)生產(chǎn)的連續(xù)級(jí)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(xì)集料采用合浦汗馬砂場(chǎng)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(nèi)養(yǎng)生劑采用BX-960混凝土內(nèi)養(yǎng)生劑(SAP)，主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1，粒徑分布見(jiàn)表2。

表1 內(nèi)養(yǎng)生劑主要技術(shù)指標(biāo)表

表2 內(nèi)養(yǎng)生劑粒徑分布情況表

1.2 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)的混凝土配合比見(jiàn)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(duì)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(cè)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(cè)量試樣頂面至地面的高度，精確至1 mm。

(2)干縮性測(cè)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(yǎng)護(hù)和標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)兩組，每組制作試件3個(gè)，在制作時(shí)預(yù)埋測(cè)釘。試件某一齡期混凝土干縮率按式(1)計(jì)算：

(1)

式中：Sd——混凝土干縮率(%)；

X01——試件初始長(zhǎng)度；

Xt1——齡期t天時(shí)干縮長(zhǎng)度測(cè)值；

L0——試件測(cè)量標(biāo)距。

取3個(gè)試件干縮率的平均值作為試驗(yàn)結(jié)果，精確至0.000 1%。

(3)混凝土抗壓強(qiáng)度測(cè)量：制作尺寸為150 mm×150 mm×150 mm的標(biāo)準(zhǔn)立方體試件，每組制作3個(gè)，然后采用自然養(yǎng)護(hù)與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)兩種方式，分別測(cè)量試件在兩種養(yǎng)護(hù)方式下的7 d齡期抗壓強(qiáng)度與28 d齡期抗壓強(qiáng)度。取3個(gè)試件測(cè)值的平均值作為測(cè)定值，精確至0.1 MPa。

2 內(nèi)養(yǎng)生劑對(duì)混凝土性能的影響及應(yīng)用

2.1 SAP摻量對(duì)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(dòng)性是和易性的主要指標(biāo)之一，通過(guò)測(cè)量坍落度可以確定拌和物的流動(dòng)性。SAP摻量與坍落度的關(guān)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(shuō)明摻加SPA可以有效降低混凝土拌和物的流動(dòng)性。同時(shí)，通過(guò)對(duì)比不同配合比混凝土坍落度的變化情況可知，當(dāng)混凝土配合比減小時(shí)，SPA摻量對(duì)混凝土拌和物的流動(dòng)性影響減弱。

2.2 SAP摻量對(duì)混凝土干縮性的影響

SAP摻量與混凝土的干縮率的關(guān)系如圖2所示。由圖2可知，對(duì)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(nèi)養(yǎng)生劑均能有效降低混凝土的干縮率，且SAP摻量為0.3%時(shí)混凝土的干縮率相對(duì)較低，當(dāng)SAP摻量超過(guò)0.3%時(shí)，混凝土的干縮率會(huì)逐漸增大；對(duì)于放入干縮室28 d的混凝土，當(dāng)水灰比較大時(shí)(C1)，混凝土的干縮率呈波浪式變化，在SAP摻量為0.3%時(shí)，干縮率相對(duì)較??；當(dāng)水灰比較小時(shí)(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(guān)系圖

圖2 SAP摻量與混凝土干縮率關(guān)系圖

2.3 SAP摻量對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

SAP摻量與混凝土抗壓強(qiáng)度的關(guān)系如圖3、圖4所示。由圖3和圖4可知，對(duì)于7 d養(yǎng)護(hù)(包括自然養(yǎng)護(hù)和標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù))齡期混凝土，SAP的摻量對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響較小；對(duì)于28 d養(yǎng)護(hù)齡期混凝土，SAP的摻量會(huì)減小混凝土的抗壓強(qiáng)度。對(duì)比圖3和圖4可知，在自然養(yǎng)護(hù)條件下28 d齡期的混凝土，當(dāng)SAP摻量為0.2%時(shí)，其抗壓強(qiáng)度減小程度相對(duì)較低；對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下28 d齡期的混凝土，當(dāng)SAP摻量為0.1%時(shí)，其抗壓強(qiáng)度減小程度相對(duì)較低。

綜合對(duì)比分析SAP摻量對(duì)于內(nèi)養(yǎng)生混凝土坍落度、干縮性能以及抗壓強(qiáng)度的影響可知，當(dāng)SAP摻量為0.2%時(shí)，既能滿(mǎn)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(shí)避免因SAP摻入所引起的混凝土抗壓強(qiáng)度減小程度較大的問(wèn)題。鑒于此，本研究將內(nèi)養(yǎng)生混凝土的最佳SAP摻入量確定為0.2%，制備內(nèi)養(yǎng)生混凝土應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工程。

圖3 SAP摻量與混凝土(C1)抗壓強(qiáng)度關(guān)系圖

圖4 SAP摻量與混凝土(C2)抗壓強(qiáng)度關(guān)系圖

2.4 內(nèi)養(yǎng)生混凝土工程應(yīng)用實(shí)例

根據(jù)試驗(yàn)研究確定的內(nèi)養(yǎng)生混凝土SAP最佳摻入量，在混凝土拌和站制備內(nèi)養(yǎng)生混凝土。根據(jù)表3中C1混凝土的試驗(yàn)室配合比，換算成施工配合比，配合比參數(shù)如表5所示。通過(guò)測(cè)定現(xiàn)場(chǎng)拌和物的坍落度，確定混凝土坍落度滿(mǎn)足泵送要求。在后期對(duì)橋梁墩身結(jié)構(gòu)跟蹤測(cè)量回彈強(qiáng)度，如表6所示。由表6可知，摻加SAP內(nèi)養(yǎng)生劑的混凝土墩身強(qiáng)度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

表5 內(nèi)養(yǎng)生混凝土施工配合比表

表6 橋梁墩身回彈強(qiáng)度記錄表

3 結(jié)語(yǔ)

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

(2)摻SAP內(nèi)養(yǎng)生劑對(duì)混凝土干縮性影響較為顯著，當(dāng)SAP摻量為0.3%，混凝土的干縮率相對(duì)較小。

(3)對(duì)于7 d養(yǎng)護(hù)齡期的混凝土，SAP摻量變化對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響不顯著；對(duì)于28 d養(yǎng)護(hù)齡期的混凝土，摻加SAP會(huì)降低混凝土的抗壓強(qiáng)度，當(dāng)SAP摻量為0.2%，混凝土抗壓強(qiáng)度減小程度相對(duì)較低。

(4)根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果確定最佳SAP摻量，并配制相應(yīng)混凝土應(yīng)用于高速公路橋梁工程結(jié)構(gòu)中，根據(jù)后期的監(jiān)測(cè)情況，混凝土的強(qiáng)度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。