高吸水聚合物对混凝土的影响

目前混凝土养护大部分采用外养护方式，主要包括传统养护方式和化学养护方式.例如洒水、覆塑料薄膜、草帘洒水以及喷涂养护剂等，不仅消耗大量的人力、物力和财力，而且实际工程中外养护质量难以控制，影响混凝土的强度和耐久性.因此养护效果并不理想.尤其对于目前应用广泛的高强高性能混凝土，与普通混凝土相比，高强高性能混凝土的水胶比不断降低，主要组分中包括矿物掺合料，后期需要足够的水分促进混凝土的二次水化反应.但是通常采用的外养护方式，使外界水分很难进入混凝土的内部从而促进水化反应，使混凝土产生自干燥和自收缩现象，造成早期裂缝增多，加速了后期结构性能的劣化，严重影响混凝土结构的力学性能、耐久性能和安全性能［1］.为了适应混凝土的养护需求，迫切需要研究一种高效绿色的养护方式，使混凝土内部存在部分养护用水，从内部产生养护作用，从而简化或不需要外部养护条件.近年来提出的在混凝土内部掺加具有吸放水特性的材料，使其在混凝土内部自行调节湿度，形成内部养护环境，对不具备外部养护条件的混凝土具有重要意义和实用价值.为此，本文将对高吸水聚合物对混凝土的力学性能、耐久性能和拌合工艺的影响进行研究.

1混凝土用高吸水聚合物

高吸水聚合物是一种能够根据环境湿度而自行吸收或释放水分的材料，实测其在自然环境下的吸放水曲线如图1、图2所示.在混凝土拌合时，加入这种具有吸放水性能的材料，这些材料可以预先吸收水分或者吸收拌合物中的自由水，拌合时均匀地分散到混凝土中，在混凝土内部产生蓄水作用.随着胶凝材料的水化和混凝土自干燥的进行，混凝土内部相对湿度降低，毛细孔产生负压，这种毛细孔压力差和湿度差便成为该材料的释水动力，使该材料开始释放水分，补充混凝土内部的水分消耗，调节混凝土内部的湿度分布状态，有效地缓解混凝土内部自收缩和干燥收缩，减小混凝土的开裂，进一步促进未水化水泥颗粒和矿物掺合料的二次水化，提高混凝土的强度、密实度和耐久性能［2］.

2高吸水聚合物对混凝土基本力学性能的影响

目前，国内外学者已经对高吸水聚合物进行了大量的试验，且取得了一些研究成果，但是由于试验环境、混凝土配合比、拌合方式、高吸水聚合物掺量、粒径、额外引水量、吸水性能等的不同，所得出的结论有所差异.关于高吸水聚合物对混凝土抗压强度的影响，目前的研究得出的结论不尽相同，存在不同的研究结论.一种观点认为［5-6］，相对于基准混凝土，高吸水聚合物的掺入没有对混凝土产生不利影响，28d强度还有所提高.掺加高吸水聚合物后，使混凝土的水化程度有所增大，约增加16%左右，抗压强度可增加19%，弹性模量也有所增大.但是，大量的研究结论表明［7-12］，当掺加的高吸水聚合物数量较大时，抗压强度会降低50%以上，但抗压强度不会随着高吸水聚合物掺加的增加持续降低，当掺量达到0.6%以上时，抗压强度损失程度不再增加.

3高吸水聚合物对混凝土耐久性能的影响

混凝土耐久性是在外界环境或本身内部抵抗物理、化学作用破坏的能力，自养护混凝土也存在耐久性问题，比如抗氯离子性能、抗冻性能、抗渗性能、抗碳化性能等.关于高吸水聚合物对混凝土耐久性的影响，国内外已经有了试验研究和理论分析结果.关于高吸水聚合物对混凝土抗冻性能和抗渗性能的影响，国内外的研究都得出了一致的结论，高吸水聚合物能够明显提高混凝土的抗冻性能.与基准混凝土相比［15-17］，高吸水聚合物混凝土的抗渗性提高了83.8%，掺入矿物细掺料的高吸水聚合物混凝土的抗渗性提高了40%，高吸水聚合物含量为0.2%时具有较好的抗冻融能力.

4高吸水聚合物混凝土的拌合工艺

目前对于高吸水聚合物混凝土的拌合工艺没有开展较多的研究，一般认为和普通混凝土的拌合工艺基本相同，但是，在现有的研究中采用的拌合方式有所不同.作者的研究认为，高吸水聚合物混凝土的拌合方式可根据高吸水聚合物是否需要预先吸水，分为两种拌合方式：普通拌合方式和预吸水拌合方式.如果高吸水聚合物不需要预先吸水，可采用普通拌合方式，即在拌合粗细骨料和水泥的过程中，均匀洒入高吸水聚合物材料，然后再加水继续拌合至拌合物均匀即可.如果需要高吸水聚合物预先吸水，可先将其加入部分拌合水中，按照图1所示的吸水倍率控制预先吸水量，在其他所有材料拌合均匀时，加入预吸水的高吸水聚合物，再搅拌至均匀.总之，由于高吸水聚合物自身的吸放水特性，在水泥水化过程中，混凝土内部产生湿度差的时候，高吸水聚合物就会释放出自身的水分后，如果拌合不均匀，高吸水聚合物就会产生聚集现象，将会产生蜂窝状的孔洞，这就对混凝土的耐久性和力学性能产生不利影响，所以自养护混凝土的搅拌顺序有所不同，搅拌时间应该有所延长.

5高吸水聚合物对混凝土的影响机理

一般认为，当在混凝土中掺入高吸水聚合物，高吸水聚合物的吸释水特性能够产生调节混凝土内部湿度的作用，使混凝土的水胶比和水化程度产生一定的变化，而且，高吸水聚合物的粒径与吸水倍率也影响混凝土内部孔径，从而影响混凝土的孔隙率和强度.1）混凝土硬化早期在混凝土硬化早期，混凝土内部湿度较大，有足够的水分使混凝土产生水化.此时，预吸水的高吸水聚合物不会释放出水分，而且没有达到水饱和的高吸水聚合物还有可能继续吸收胶凝材料中的水分.随着混凝土的不断水化，混凝土内部的湿度开始降低，高吸水聚合物会逐渐释放出水分，高吸水聚合物释水后萎缩而产生一定的孔隙，使混凝土中的孔隙率增加，还有可能在混凝土中留下蜂窝状孔洞，从而增加毛细孔和大孔的含量，其中包括部分有害孔或者多害孔，将对混凝土性能产生不利影响，降低混凝土的密实度.