新型內養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中鐵建設集團有限公司，北京 100040；2中國建材檢驗認證集團廈門宏業有限公司，福建 廈門 361015）

0 引言

養生是防治混凝土結構施工裂縫，保障工程建設質量的重要措施。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量，對混凝土結構的耐久性及使用壽命也提出了嚴峻的挑戰。養生環節在混凝土力學性能和耐久性能方面有重要作用，分為外養生和內養生。外養生指混凝土結構表面的濕制養生（如噴水和濕覆蓋等）和保水養生（如表面化學養生和覆蓋塑料膜等）。內養生指將養生材料均勻分散于混凝土中，通過養生材料存儲水份的緩慢釋放以改善混凝土內部的濕度狀態，進而達到混凝土養護目的。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部，通過高分子樹脂材料的吸釋水行為，確保混凝土隨養護時間的延長其內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]。外養生技術是國內外現行混凝土結構施工中的常用手段，傳統的混凝土外養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，建筑的側面和復雜部位難以養護到位，且由于其作用范圍僅局限于混凝土結構表層，對于特殊環境施工的混凝土，養生質量難以保證。而內養生方式施工便捷，能較大程度上改善混凝土的力學性能和耐久性，鑒于此，近年來內養生正逐步成為混凝土結構養生技術的發展趨勢[3-4]。

內養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。結構的復雜性決定了高分子樹脂材料內部形成含水凝膠，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。分子結構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養生材料時，由于內養生材料會吸收部分自由水，并將其固定于自身的三維網絡結構中，因此易導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]。而向混凝土摻加預飽水的內養生材料時，由于預飽水的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生影響。兩種方式（直接摻入和預保水）的效果優劣，目前尚無定論。為此，本文選取一種市售高吸水內養生材料，選取干拌和濕拌兩種摻入方式，研究內養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%。內養生材料為市售，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計為基礎，內養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，內養護材料預吸水量為總用水量的30%。C40混凝土的配合比設計如表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方法標準》GB/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 混凝土的配合比設計

2 結果與討論

表5和圖1為不同拌合方式的內養生材料對新拌混凝土工作性和力學性能的影響結果。結果表明，與空白試樣相比，當內養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，初始拌合狀態較好，工作性和粘結性滿足要求，但養護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%；當內養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，綜合考慮工作性能和力學性能，內養生材料以干拌方式摻入更佳。

出現這一現象的原因是，當內養生材料采用濕拌方式摻入時，由于內養生材料的預吸水作用，導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，濕拌方式摻入的內養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部更易留下較大空隙，從而導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 結論

1）以C40混凝土配合比設計作為基準，內養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，內養生材料以干拌方式摻入更佳。

2）內養生材料以濕拌方式摻入時，由于內養生材料的預吸水作用，導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，濕拌方式摻入的內養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部更易留下較大空隙，從而導致混凝土大孔孔隙率增大，抗壓強度略低。