LWA-SAP内养护技术资料

1、主 讲 人：丁庆军 教授、博导所在单位：武汉理工大学 高强化、高性能化、绿色化高强化、高性能化、绿色化是国内外混凝土技术发展的主要趋是国内外混凝土技术发展的主要趋势。采用势。采用低水胶比设计、矿物掺合料、高效减水剂低水胶比设计、矿物掺合料、高效减水剂等是实现这些目等是实现这些目标的基本手段。但是，这些旨在优化普通混凝土性能的方法往往成标的基本手段。但是，这些旨在优化普通混凝土性能的方法往往成为现代混凝土为现代混凝土早期开裂早期开裂特别是特别是自收缩开裂自收缩开裂的主要原因。的主要原因。 现有混凝土外养护方法费时、费力、成本高、不规范，浪费宝现有混凝土外养护方法费时、费力、成本高、不规范，浪费宝

2、贵水资源；贵水资源； 一些特种混凝土结构（如钢管混凝土）或特殊部位（如剪力墙）一些特种混凝土结构（如钢管混凝土）或特殊部位（如剪力墙）不能进行传统外养护或效果不佳；不能进行传统外养护或效果不佳；内养护与外养护内养护与外养护 内养护可促进胶凝内养护可促进胶凝材料材料最大程度水化最大程度水化、混、混凝土内部凝土内部最小程度自干最小程度自干燥燥，明显区别于补偿收，明显区别于补偿收缩、纤维阻裂及外加剂缩、纤维阻裂及外加剂减缩等技术，成为一种减缩等技术，成为一种极具潜力的抗裂防裂前极具潜力的抗裂防裂前沿技术。沿技术。与与洒水洒水、喷雾喷雾、围水围水、覆盖覆盖（覆草、覆袋、覆砂）、（覆草、覆袋、覆砂）、覆

3、膜覆膜（覆盖塑料膜、（覆盖塑料膜、涂刷养护剂膜或止水剂）等外养护方法在涂刷养护剂膜或止水剂）等外养护方法在水分分布状态、水分扩散方向、水分分布状态、水分扩散方向、水分载体材料水分载体材料上有明显不同。上有明显不同。研究目的、意义研究目的、意义 针对混凝土针对混凝土碱性环境碱性环境，科学设计材料组成和结构科学设计材料组成和结构，低成本制，低成本制备了系列可控备了系列可控吸水吸水- -释水、经济实用释水、经济实用的新型内养护材料；的新型内养护材料； 为抑制采用低水胶比、矿物掺合料和高效减水剂的为抑制采用低水胶比、矿物掺合料和高效减水剂的HSC/HPCHSC/HPC早期开裂早期开裂提供了一种新选择提

4、供了一种新选择。对延长混凝土结构服役寿命具。对延长混凝土结构服役寿命具有现实意义；有现实意义； 对提升混凝土抗裂防裂技术水平具有积极意义。部分替代传对提升混凝土抗裂防裂技术水平具有积极意义。部分替代传统养护方法，优化施工工艺，促进施工技术进步；统养护方法，优化施工工艺，促进施工技术进步；项目来源：项目来源：国家自然科学基金 “基于内部相对湿度调节的钢管高强膨胀混凝土体积变形的控制基于内部相对湿度调节的钢管高强膨胀混凝土体积变形的控制”（50508034）、国家自然科学基金 “具有互穿网络结构的阴具有互穿网络结构的阴-非离子化混凝土内养护非离子化混凝土内养护材料的设计、合成与性能研究材料的设计、

5、合成与性能研究”(51202039) 、 广西自然科学基金“耐盐耐碱高释水性耐盐耐碱高释水性混凝土内养护材料的分子设计及性能研究混凝土内养护材料的分子设计及性能研究（2012GXNSFBA053157）”。 解决混凝土早期收解决混凝土早期收缩开裂问题，需要设法缩开裂问题，需要设法减小混凝土的内部湿度减小混凝土的内部湿度下降梯度。由于混凝土下降梯度。由于混凝土结构非常致密，外部水结构非常致密，外部水分难以进入混凝土内部，分难以进入混凝土内部，因而采用加强外部养护因而采用加强外部养护的方法效果将不明显。的方法效果将不明显。 据此，提出了混凝据此，提出了混凝土内部土内部湿度补偿理论湿度补偿理论，其设

6、计思想如图所示。其设计思想如图所示。轻集料轻集料现有内养护材料现有内养护材料 现有材料常见轻集料、高吸水树脂两大类，以及重集料、木屑、塑现有材料常见轻集料、高吸水树脂两大类，以及重集料、木屑、塑料绒等。料绒等。 SAPSAP释水释水无残留无残留，不作为最终结构组成；，不作为最终结构组成； 少量即可少量即可显著增加混凝土内部相对湿度、优显著增加混凝土内部相对湿度、优化孔结构化孔结构，降低自干燥；，降低自干燥； 含大量亲水基团且呈三维网状结构，吸水量含大量亲水基团且呈三维网状结构，吸水量大大；高吸水树脂高吸水树脂 多孔结构、内部连通；多孔结构、内部连通； 少量即可少量即可改善混凝土内部相对湿度、改

7、善混凝土内部相对湿度、降低自干燥；降低自干燥；（A）管孔储水状态 （B）管孔释水状态 内养护原理高吸水率多孔材料高吸水率多孔材料可以通过外界和自身的毛细管作用调整和转换储存与释水功能。 轻集料中的水在早期水化阶段不参与化学反应，当体系中自由水分降至一定程度时，能释放水分维持体系中的反应进行。p 改变传统内养护材料的淀粉主链上接枝单一基团形式，在淀粉主链上同时接枝乙烯基阴离子基团-SO3H和乙烯基非离子基团-CONH2，形成了淀粉接枝阴/非离子高吸水性聚合物。 内养护内养护SAPSAP分子结构分子结构内养护SAP粉末及块状样品系列自制内养护材料之三系列自制内养护材料之三重集料重集料内养护混凝土内

8、部湿度变化规律内养护混凝土内部湿度变化规律6469.0)ln(9297.0RHAS（R2=0.9915） 自收缩与混凝土内部相对湿度的关系自收缩与混凝土内部相对湿度的关系 高强混凝土内部湿度补高强混凝土内部湿度补偿介质的轻集料最佳粒径范偿介质的轻集料最佳粒径范围为围为510mm 或或516mmSmaxfCSCm引入水量对内部相对湿度的影响不同龄期混凝土湿度与引入水量的关系编号2#6#7#8#9#轻集料占粗集料的体积率/%010203040引入水量/kg/m303.056.119.1512.2 同一龄期，混凝土内部相对湿度与引入水量之间呈线性关系，同一龄期，混凝土内部相对湿度与引入水量之间呈线性

9、关系，1d、3d、7d、14d和和28d的相对湿度均随引入水量的增加而增大，的相对湿度均随引入水量的增加而增大， 关系式关系式为：为： RH相对湿度相对湿度/%； Q引入水量引入水量/kg/m3；Kn内内部相对湿度的补偿效果评价参数；部相对湿度的补偿效果评价参数； n龄期；龄期； b常数。常数。nRHK Qb引入水量与混凝土自收缩的关系引入水量与混凝土自收缩的关系 相比基准混凝土，随着预湿相比基准混凝土，随着预湿轻集料的掺入，轻集料的掺入，6#9#混凝土的混凝土的自收缩减小，引入水量越大，自自收缩减小，引入水量越大，自收缩越低。收缩越低。 建立引入水量与建立引入水量与28d混凝土自混凝土自收缩

10、关系式，根据该式可确定预湿收缩关系式，根据该式可确定预湿轻集料的引入水量和掺量，从而实轻集料的引入水量和掺量，从而实现对混凝土自收缩的有效控制。现对混凝土自收缩的有效控制。 0.20812.8221ASQ R=0.976 ，AS混凝土28d自收缩/10-4；Q引入水量/kg/m3 图图2.3 2.3 内养护材料的释水特性内养护材料的释水特性0510152025303540450123456时间/h释 水 率/%SAPLA1LA2SAPSAP超吸水树脂 LA1LA1粘土陶粒 LA2LA2页岩陶粒内养护材料的养护作用内养护材料的养护作用吸水性树脂的内养护效果吸水性树脂的内养护效果 超吸水性树脂超吸

11、水性树脂(SAP)：聚丙烯酸钠吸水树脂，最大粒径小于聚丙烯酸钠吸水树脂，最大粒径小于0.5mm, 密度密度0.75g/ml, 掺量掺量1.59 +水泥：华新水泥：华新P.I. 52.5P.I. 52.5硅酸盐水泥；硅酸盐水泥；粉煤灰：武汉汉川热电厂粉煤灰：武汉汉川热电厂I I级粉煤灰，比表面积级粉煤灰，比表面积380m380m2 2/kg/kg；超吸水性树脂超吸水性树脂(SAP)(SAP)：聚丙烯酸钠吸水树脂，最大粒径小于：聚丙烯酸钠吸水树脂，最大粒径小于0.5mm0.5mm， 密度密度0.75g/ml0.75g/ml；减水剂：减水剂：FDNFDN型高效减水剂；型高效减水剂；LSLS：最大粒径

12、为：最大粒径为4.75mm4.75mm的陶砂，吸水率的陶砂，吸水率7%7%。 编号编号水水水泥水泥粉煤灰粉煤灰减水剂减水剂SAPLS引入水量引入水量内养护混凝土长期力学性能内养护混凝土长期力学性能编号编号3d7d28d60d180d01020304050607080901003d7d28d60d180d龄期/d抗压强度/MPaSH-1SH-2SH-3SH-4图图3.1 3.1 不同水灰比条件下不同水灰比条件下内养护效果对比内养护效果对比20304050607080901003d7d28d60d180d龄期/d抗压强度/MPaSH-3SH-4SH-5图图3.2 3.2 不同内养护材料的不同内养护

13、材料的 内养护效果对比内养护效果对比抗抗 压压 强强 度度 随随 龄龄 期期 的的 变变 化化 规规 律律编号编号3d7d28d孔孔 隙隙 率率 随随 龄龄 期期 的的 变变 化化 规规 律律（1）随着水灰比降低，孔分布图向细孔方向偏移；（2）随着龄期增长，孔分布趋于集中；（3）内养护条件下，水泥石后期孔分布更加趋于集中。 7d 28d 90dSH-1SH-4SH-2SH-3SH-5编号编号水泥水泥粉煤灰粉煤灰矿粉矿粉硅灰硅灰河砂河砂碎石碎石轻集轻集料料SPAPC水水编编号号初裂时初裂时间间/h/h初裂初裂宽度宽度/mm/mm24h24h最大裂最大裂缝宽度缝宽度/mm/mm24h24h裂缝总裂

14、缝总长度长度/mm/mm24h24h裂缝数量裂缝数量/ /根根单位面积裂缝数单位面积裂缝数目目/根根/m21 11 10.200.200.760.76352352232364642 21.51.50.080.080.400.4018618614143939（1）与混凝土中的水分散失相比，内养护材料中的水分散失相对较难，）与混凝土中的水分散失相比，内养护材料中的水分散失相对较难，在混凝土失水时能逐步释放，减少因表面失水过快导致的开裂；在混凝土失水时能逐步释放，减少因表面失水过快导致的开裂；（2）SAP中部分水以氢键的形式被固定在高分子链上，其蒸发需消耗中部分水以氢键的形式被固定在高分子链上，其蒸

15、发需消耗的能量更大，且的能量更大，且SAP粒子表面成膜也降低了干燥速度。粒子表面成膜也降低了干燥速度。编号编号水泥水泥粉煤粉煤灰灰矿粉矿粉硅灰硅灰河砂河砂碎石碎石轻集料轻集料SAP水水编号编号抗压强度（抗压强度（MPa）电通量（电通量（C） 28d 56d28d56d编编号号水水泥泥粉煤粉煤灰灰矿矿粉粉硅硅灰灰河河砂砂碎碎石石轻集轻集料料SAPPC水水试验编号试验编号 冻融次数冻融次数性能指标性能指标0100200300编编号号水泥水泥河砂河砂碎石碎石轻集料轻集料SAP水水碳化深度碳化深度/mm3d7d14d28d012345678371428龄期（d）碳化深度（mm）普通混凝土自养护混凝土碳化深度随龄期变化规律碳化深度随龄期变化规律 混凝土在内养护条件混凝土在内养护条件下，水泥水化程度更高，下，水泥水化程度更高，集料与水