魏曉帆,陳衛(wèi)東,柯國炬

(1.河北工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院,天津 300401;2.交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院,北京 100088; 3.烏海市公路管理局,內(nèi)蒙古 016000)

高吸水樹脂對混凝土性能影響的研究現(xiàn)狀

魏曉帆1,2,3,陳衛(wèi)東3,柯國炬2

(1.河北工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院,天津 300401;2.交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院,北京 100088; 3.烏海市公路管理局,內(nèi)蒙古 016000)

高吸水樹脂內(nèi)含親水性基團(tuán)可以快速結(jié)合大量自由水,保水能力強(qiáng),并且具有很好的釋水能力,作為新型內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料相對于飽水輕集料養(yǎng)護(hù)具有非常明顯的優(yōu)勢,摻量小、養(yǎng)護(hù)效果明顯。使用預(yù)吸水高吸水樹脂作為內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑摻入混凝土中可以十分顯著地減少低水灰比混凝土構(gòu)件的塑性收縮、自收縮和干縮;同時,由于高吸水樹脂可以優(yōu)化混凝土的孔結(jié)構(gòu),因此其抗凍性耐久性得到了提高;另外,由于引入額外的養(yǎng)護(hù)水導(dǎo)致超吸水樹脂對混凝土力學(xué)性能有一定影響,但是目前尚未得到一致的結(jié)論。最后該文探討了高吸水樹脂內(nèi)養(yǎng)護(hù)的使用方法和摻量,提出了其目前使用過程中存在的問題,并對其未來的研究方向進(jìn)行了展望。

內(nèi)養(yǎng)護(hù); 高吸水樹脂; 混凝土收縮; 孔結(jié)構(gòu)

美國混凝土協(xié)會(ACI 308—2001)[1]對內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料的定義為:由存在混凝土中額外的水而非拌和用水引起的水泥水化過程的材料。RILEMTC—ICC2003[2]對內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料的定義為:向混凝土中引入可以作為養(yǎng)護(hù)因子的組分。具體來說混凝土的內(nèi)養(yǎng)護(hù)是指在混凝土拌合時加入吸水材料來引入額外的水,當(dāng)混凝土因水化反應(yīng)內(nèi)部相對濕度下降時內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料可以釋放出水分進(jìn)行補(bǔ)充。研究表明,低水膠比混凝土由自干燥引起的內(nèi)部相對濕度的降低,是自收縮的主要原因[3]。通過內(nèi)養(yǎng)護(hù)可以使混凝土內(nèi)部的相對濕度維持在比較高的水平上,從而有效地減少混凝土的自干燥現(xiàn)象和由此而引起的收縮。高性能混凝土成型后早期大量的塑性泌水以及快速水化會導(dǎo)致其內(nèi)部水分不足,這也是其在養(yǎng)護(hù)時比較突出的問題[4]。如果內(nèi)部水分不能及時得到補(bǔ)充,水泥在水化過程中混凝土基體的自干燥會使其發(fā)生較大變形,當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)的自收縮變形被限制,其內(nèi)部會產(chǎn)生拉應(yīng)力,拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時就會產(chǎn)生裂縫。

1 內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料的養(yǎng)護(hù)機(jī)理

對于混凝土內(nèi)養(yǎng)護(hù)的研究始于上世紀(jì)九十年代,混凝土內(nèi)養(yǎng)護(hù)的概念是在1991年由Philleo首次明確提出[5],實(shí)際上早在1957年,Shideler發(fā)現(xiàn)預(yù)濕輕集料可以減小混凝土自收縮[6]。2001年Janson等首先進(jìn)行了以高吸水樹脂作為內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料的研究[7]。內(nèi)養(yǎng)護(hù)按照養(yǎng)護(hù)材料可以分為兩類:輕集料(LWA)內(nèi)養(yǎng)護(hù)技術(shù)和高吸水樹脂(SAP)內(nèi)養(yǎng)護(hù)技術(shù)[2]。對于飽水LWA內(nèi)養(yǎng)護(hù),由于輕骨料作為內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料需要具有多孔且能吸收和釋放水分的性質(zhì),相比其替代的骨料來說比較脆弱,摻量過大會對混凝土的強(qiáng)度和彈性模量等產(chǎn)生不利影響,并且由于水分在混凝土內(nèi)部遷移的距離有限,使用飽水輕集料進(jìn)行養(yǎng)護(hù)會使混凝土中仍然會存在未被養(yǎng)護(hù)的部分,從而導(dǎo)致內(nèi)部水化程度不一而產(chǎn)生有害影響。此外LWA的成本相對來說較高,大量使用會提高混凝土的成本。目前國內(nèi)對于輕骨料(LWA)內(nèi)養(yǎng)護(hù)混凝土的研究主要集中在較低強(qiáng)度混凝土上,因此主要的承重結(jié)構(gòu)上對于飽水LWA養(yǎng)護(hù)的混凝土研究以及應(yīng)用很少。高吸水樹脂作為一種新型的內(nèi)養(yǎng)護(hù)技術(shù),具有摻量小,吸水速率快、吸水倍率高等特點(diǎn),具有十分廣闊的發(fā)展前景。對于內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料的研究還在不斷的探索之中:Mitsuo OZAWA等[8]使用黃麻纖維作為混凝土內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料進(jìn)行了研究。Kawashima S等[9]對紙漿纖維應(yīng)用于混凝土內(nèi)養(yǎng)護(hù)進(jìn)行了研究。

在低水膠比水泥體系中自干燥現(xiàn)象十分顯著,并會隨著水灰比的降低而愈發(fā)嚴(yán)重。使用內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑引入額外水分可以有效改善混凝土構(gòu)件內(nèi)部濕度狀態(tài)以及分布狀況,有效地減少由于自收縮和干燥收縮引起的破壞。此外亦有少數(shù)研究證明高吸水樹脂內(nèi)養(yǎng)護(hù)可以減少水泥基材料的塑性收縮[13]。

高吸水樹脂的養(yǎng)護(hù)機(jī)理在于高吸水樹脂分子中含有大量的強(qiáng)親水性基團(tuán)如羧基(—COOH)和羥基(—OH)等,這些強(qiáng)親水性基團(tuán)可以與自由水形成氫鍵,因此高吸水樹脂可以吸收大量的自由水,理論上高吸水樹脂的吸水量可以達(dá)到自身質(zhì)量幾百倍甚至上千倍。高吸水樹脂的飽和吸水率和其與外界溶液的滲透壓有很大關(guān)系,當(dāng)外界溶液中離子濃度升高會導(dǎo)致滲透壓降低,進(jìn)而導(dǎo)致高吸水樹脂的吸收能力降低,另外混凝土中的二價鈣等陽離子與羧酸酯的絡(luò)合作用也會降低高吸水樹脂的吸水能力[10,11]。高吸水樹脂具有三維交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),可通過溶脹作用將自由水固定在聚合物網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部,所以其具有很強(qiáng)的保水能力。高吸水樹脂的吸水速率相較輕集料要快很多,如廣泛應(yīng)用的聚丙烯酸類內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑,在數(shù)分鐘之內(nèi)就可以基本達(dá)到飽和吸水率。當(dāng)外界PH值或者離子濃度變大時SAP會釋放出水分從而起到內(nèi)養(yǎng)護(hù)作用。

2 SAP內(nèi)養(yǎng)護(hù)對混凝土性能的影響

高吸水樹脂作為內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料的主要目的是為了減緩高強(qiáng)度混凝土收縮開裂,但是內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料和額外水量的引入會對混凝土各項(xiàng)性能造成不同程度的影響。

2.1 SAP內(nèi)養(yǎng)護(hù)對混凝土收縮的影響

內(nèi)養(yǎng)護(hù)的主要目的就是保證混凝土內(nèi)部濕度,減少混凝土由于內(nèi)部干燥造成的收縮和開裂。何真等[12]通過使用非金屬礦物高分子吸水釋水復(fù)合材料對混凝土進(jìn)行內(nèi)養(yǎng)護(hù),使混凝土的自收縮和干燥收縮得到了明顯改善,提高了混凝土的抗開裂性能。朱長華等[13]通過研究得出:SAP可顯著減小混凝土的塑性收縮, SAP的粒徑對于養(yǎng)護(hù)效果有一定影響,其減小塑性收縮的效果隨著粒徑的增大而提高,最大可降低至基準(zhǔn)混凝土的50%左右?？紫槊鞯萚14]研究發(fā)現(xiàn)預(yù)吸水SAP的摻入對高強(qiáng)混凝土的早期自收縮的減縮效果非常顯著,減縮率達(dá)90%以上。內(nèi)養(yǎng)護(hù)減少混凝土收縮這一性質(zhì)已經(jīng)被充分證明并且得到了廣泛的認(rèn)可。

以上研究結(jié)果表明,由于水化反應(yīng)、蒸發(fā)所消耗的水分被內(nèi)養(yǎng)護(hù)所引入的額外水分補(bǔ)償,水泥基材料毛細(xì)孔溶液負(fù)壓降低,水泥及材料內(nèi)部相對濕度的降低得到了緩解,因此超吸水樹脂具有十分明顯的減縮效果,最大減縮率可達(dá)90%,是一種非常有效的減少高強(qiáng)混凝土收縮開裂的內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料。

2.2 SAP內(nèi)養(yǎng)護(hù)對混凝土力學(xué)性能的影響

Lam和Hooton[15]通過在0.35水灰比的混凝土中摻入相當(dāng)于水泥質(zhì)量0.3%的高吸水樹脂,結(jié)果發(fā)現(xiàn)抗壓強(qiáng)度降低了50%以上。Piérard等[16]通過在水灰比0.35的混凝土中加入相當(dāng)于水泥質(zhì)量0.3%和0.6%的預(yù)吸水SAP,發(fā)現(xiàn)混凝土強(qiáng)度在28 d時分別降低7%和13%。Lura等[17]發(fā)現(xiàn)摻入相對于水泥質(zhì)量0.4%的預(yù)吸水SAP對于水灰比0.3的水泥砂漿強(qiáng)度幾乎沒有影響,對于水灰比0.4的水泥凈漿則使其7 d強(qiáng)度降低了20%。Mechtcherine等[18]對0.22水灰比混凝土摻加相對于水泥質(zhì)量0.3%和0.6%的預(yù)吸水SAP,混凝土的7 d抗壓強(qiáng)度分別降低了12%和30%,28 d抗壓強(qiáng)度分別降低了4%和20%。還有一些文獻(xiàn)得出了與前述文獻(xiàn)相反的結(jié)果。Geiker M R等[19]的研究表明,由于摻入SAP提高了混凝土的水化程度,因此混凝土的抗壓強(qiáng)度相較于對照組變高了。Gao等[20]對水灰比為0.4的鋁酸鹽水泥凈漿分別摻入相對于水泥質(zhì)量為0.2%和0.6%的無預(yù)吸水的SAP,水泥凈漿的抗壓強(qiáng)度由空白組的36.1 MPa提高為40.5 MPa和44.4 MPa。

由前述可知,高吸水樹脂對于混凝土的強(qiáng)度影響并未有一致結(jié)論,這可能是由于:1)高吸水樹脂吸水后屬于凝膠體,在拌合時由于其吸水后顆粒發(fā)生團(tuán)聚,導(dǎo)致養(yǎng)護(hù)材料分散不均勻影響?zhàn)B護(hù)效果。釋水后聚集成團(tuán)的高吸水樹脂顆粒體積會縮小,從而在混凝土內(nèi)部形成蜂窩狀空洞,對混凝土構(gòu)件的耐久性和強(qiáng)度等產(chǎn)生很大影響。2)高吸水樹脂在使用時引入的額外水量并沒有相關(guān)的細(xì)則規(guī)定,在實(shí)際應(yīng)用中如何適當(dāng)控制其引入水量仍然存在疑問,這也是導(dǎo)致SAP內(nèi)養(yǎng)護(hù)混凝土強(qiáng)度測試結(jié)果互相矛盾的原因之一。3)SAP顆粒的粒徑以及化學(xué)結(jié)構(gòu)對于其養(yǎng)護(hù)效果有著很大影響,但是目前針對這一方面的系統(tǒng)科學(xué)的研究相對比較缺失。

2.3 SAP內(nèi)養(yǎng)護(hù)對混凝土耐久性的影響

孔祥明等[21]通過壓汞實(shí)驗(yàn),SEM觀察以及氯離子擴(kuò)散系數(shù)快速測定等手段得出以下結(jié)論:1)由于摻加預(yù)吸水SAP引入了額外內(nèi)養(yǎng)護(hù)水,硬化水泥漿的總孔隙率增大了,但對閾值孔徑的影響不大;2)在水泥漿硬化干燥后,由于失水SAP顆粒粒徑變小會在水泥漿體中引入少量幾百微米大小的形狀不規(guī)則的大孔,這些孔會對混凝土的抗凍性產(chǎn)生一定影響。3)摻入預(yù)吸水SAP及簡單增大拌合水量都會增大混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)。預(yù)吸水SAP顆粒會在水泥水化的過程中釋放出水分,進(jìn)而在混凝土構(gòu)件內(nèi)部形成孔隙,提高了混凝土的抗凍性。王德志等[22]研究發(fā)現(xiàn)使用超吸水聚合物進(jìn)行內(nèi)養(yǎng)護(hù)可以改善混凝土的抗凍性,通過250次凍融循環(huán)試驗(yàn)后,內(nèi)養(yǎng)護(hù)混凝土的抗壓強(qiáng)度損失相比對照組減少了4%～8%。

預(yù)吸水高吸水樹脂在釋放水分后會在混凝土中留下孔隙,這些孔隙相當(dāng)于在混凝土中加入引氣劑引入的氣泡,可以提高混凝土的抗凍性能[23]。SAP內(nèi)養(yǎng)護(hù)對于氯離子擴(kuò)散也產(chǎn)生了一定影響?；炷翗?gòu)件的耐久性與其內(nèi)部孔隙率及孔隙尺寸分布密切相關(guān),但是對于SAP對水泥基材料孔隙的影響目前尚未統(tǒng)一: Mechtcherine等[24]使用壓汞法研究表明SAP的加入會顯著增大水泥基材料的總孔隙率;M?nnig[25]則通過壓汞法研究說明在總水灰比相同時加入SAP使總孔隙率略微降低了。由于這方面存在著分歧和矛盾,應(yīng)該展開更加深入和系統(tǒng)的研究。

3 SAP內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料選擇和使用

在對混凝土構(gòu)件進(jìn)行內(nèi)養(yǎng)護(hù)時,選擇合適的養(yǎng)護(hù)材料及其摻量和引水量非常重要,不同的材料摻量和引水量會使養(yǎng)護(hù)效果產(chǎn)生很大差異。Henkensiefken等[26]研究發(fā)現(xiàn)即使是在內(nèi)部養(yǎng)護(hù)水量相等的情況下,內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料的空間分布對養(yǎng)護(hù)效果也有很大影響。對于高吸水樹脂來說由于其吸水后的凝膠性質(zhì),實(shí)際應(yīng)用中同樣會存在預(yù)吸水材料分布對于養(yǎng)護(hù)效果影響的問題。除此之外內(nèi)高吸水樹脂的粒徑以及引水方式對于其內(nèi)養(yǎng)護(hù)效果也有很大影響。

SAP典型的摻量為水泥質(zhì)量的0.3%～0.6%。SAP使用方式一般為預(yù)吸水然后在拌合混凝土?xí)r加入。也有研究直接加入干燥的高吸水樹脂[27],這樣可以解決預(yù)吸水SAP因?yàn)槠淠z性質(zhì)產(chǎn)生的不均勻分布問題,但是干燥的SAP在加入后會吸收混凝土中的自由水分從而降低新拌混凝土的工作性。SAP內(nèi)養(yǎng)護(hù)水量依據(jù)的是Powers T C和Brownyard T L在1948年提出的水泥水化模型,即Powers模型[28]。Jensen O M據(jù)此模型給出了內(nèi)養(yǎng)護(hù)水量的理論計(jì)算方法[29]

當(dāng)水灰比大于0.42時則無需引入內(nèi)養(yǎng)護(hù)水,因此一般對于SAP的應(yīng)用研究都集中在低水灰比混凝土,但是亦有較高水灰比內(nèi)養(yǎng)護(hù)的相關(guān)文獻(xiàn):D.Snoeck等[30]用高摻量SAP對水灰比0.5的混凝土做內(nèi)養(yǎng)護(hù)的效果進(jìn)行了研究。

上述公式是理論上SAP需要引入的內(nèi)養(yǎng)護(hù)水質(zhì)量,但是因?yàn)榇鎯υ赟AP中的水的釋放被限制,實(shí)際引入水量要大于理論計(jì)算量,但是具體細(xì)則并沒有定論。因?yàn)轲B(yǎng)護(hù)水在混凝土中遷移距離有限,所以部分理論認(rèn)為應(yīng)該增加實(shí)際引入水量,目前對于實(shí)際應(yīng)引入的內(nèi)養(yǎng)護(hù)水量還需要更多系統(tǒng)的研究和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

4 SAP內(nèi)養(yǎng)護(hù)存在的問題及其展望

當(dāng)前的施工建設(shè)中,由于對混凝土強(qiáng)度的要求愈來愈高,低水灰比混凝土的使用也愈來愈廣泛,其存在的問題也逐漸暴露出來,其實(shí)際應(yīng)用并不成熟并且其對混凝土某些方面的影響如強(qiáng)度孔隙度等的影響并未得到一致的結(jié)論。沒有相關(guān)的材料選擇指導(dǎo)和使用技術(shù)規(guī)范,導(dǎo)致使用過程中存在很多問題。如對所選取的SAP材料的吸水倍率,SAP的吸水倍率不宜過低,過低會使其摻量增加,導(dǎo)致預(yù)吸水的SAP顆粒在失水后形成的孔洞過多從而影響混凝土性能,SAP的吸水倍率也不宜過高,過高會使SAP在拌合后繼續(xù)吸收混凝土中的拌合水從而影響新拌混凝土的工作性。SAP作為一種外加劑有其獨(dú)有的特性:需要與自由水配合使用,但是目前對于SAP的使用方式如直接增加拌合水或者預(yù)吸水等并未有統(tǒng)一意見,對于所需添加水量也沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。這些都是導(dǎo)致目前關(guān)于SAP對于混凝土性能影響的結(jié)論出現(xiàn)矛盾的原因。未來對于高吸水樹脂內(nèi)養(yǎng)護(hù)技術(shù)應(yīng)該從以下幾個方面開展研究:

1)對于內(nèi)養(yǎng)護(hù)的機(jī)理進(jìn)行更深入的研究,例如國內(nèi)少有對于內(nèi)養(yǎng)護(hù)混凝土長齡期表現(xiàn)的研究。運(yùn)用科學(xué)的手段精確地闡述出內(nèi)養(yǎng)護(hù)與混凝土內(nèi)部其他成分相互作用的機(jī)理。為高吸水樹脂內(nèi)養(yǎng)護(hù)大規(guī)模應(yīng)用于工程實(shí)踐打下理論基礎(chǔ)。

2)研發(fā)出與已大規(guī)模使用的外加劑如減水劑相容性好、與堿溶液相容性好、吸水速率快、具有更優(yōu)化分子結(jié)構(gòu)的內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料,開發(fā)配套工程化技術(shù)以降低成本方便大規(guī)模應(yīng)用推廣。

3)制定高吸水樹脂內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料的應(yīng)用技術(shù)規(guī)程,比如SAP的粒徑和額外引水量在什么范圍以內(nèi)是對于混凝土和施工來說最為合適;SAP以何種方式(干拌、預(yù)吸水)摻入混凝土以及各自的優(yōu)缺點(diǎn)等。

[1] ACI Committee 308,Standard Practice for Curing Concerte[S].American Concrete Insititute,Farmington Hills,MI.

[2] RILEM TC—ICC2003,Internal Curing of Concrete[S].RILEM Techical Committee.

[3] 王立霞.混凝土內(nèi)養(yǎng)護(hù)技術(shù)國內(nèi)外研究進(jìn)展[J].混凝土,2014(5):30-34.

[4] 高美蓉,秦鴻根,龐超明.高性能混凝土內(nèi)養(yǎng)護(hù)技術(shù)的研究現(xiàn)狀[J],混凝土與水泥制品,2009(3):9-12.

[5] Philleo R.Concrete Science and Reality.In:J.P.Skalny,S.Mindess(Eds.),Materials Science of Concrete II[M].American Ceramic Society,1991:1-8.

[6] Shideler J J.Lightweight-aggregate Concrete for Structural Use[J].ACI Journal Proceedings,1957,54(4):299-328.

[7] Jensen O.M,Hansen P.F.Water-entrained Cement-based Materials I:Principles and Theoretical Background[J].Cement and Concrete Research,2002,32(6):973.

[8] Mitsuo OZAWA,Kazuki OHASHI.Reduction of Autogenous Shrinkage in Cement by Internal Curing Using jute Fiber[J].Cement Science and Concrete Technology,2011(65).

[9] Kawashima S,Shah S.P.Early-age Autogenous and Drying Shrinkage Behavior of Cellulose Fiber-reinforced Cementitious Materials[J].Cement and Concrete Composites.2011,33(2):201–208.

[10]Horkay F,Tasaki I,Basser P.Effect of Monovalent–divalent Cation Exchange on the Swelling of Polyacrylate Hydrogels in Physiological Salt Solutions.Biomacromolecule 2001,2(1):195–199.

[11]Schr?fl C,Mechtcherine V,Gorges M.Relation Between the Molecular Structure and the Efficiency of Super-absorbent Polymers(SAP)as Concrete Admixture to Mitigate Autogenous Shrinkage[J].Cement and Concrete Research,2012, 42(6):865-873.

[12]何 真,陳衍,梁文泉,楊華全.內(nèi)養(yǎng)護(hù)對混凝土收縮開裂性能的影響[J].新型建筑材料,2008(8):7-11.

[13]朱長華,李享濤,王保江,等.內(nèi)養(yǎng)護(hù)對混凝土抗裂性及水化的影響[J].建筑材料學(xué)報(bào),2013,16(2):221-225.

[14]孔祥明,張珍林.高吸水性樹脂對高強(qiáng)混凝土自收縮的減縮機(jī)理[J].硅酸鹽學(xué)報(bào),2014,42(2):150-155.

[15]Lam Hoa,Hooton RD.Effects of Internal Curing Methods on Restrained Shrinkage and Permeability[C]//Persson B, Bentz D,Nilsson L-O,editors.Proc.4th Int.Sem.on Self-desiccation and Its Importance in Concrete Technology.Lund,(Sweden):Lund University,2005:210-228.

[16]Piérard J,Pollet V,Cauberg N.Mitigating Autogenous Shrinkage in HPC by Internal Curing Using Superabsorbent Polymers[C].Jensen OM,Lura P,Kovler K,editors.RILEM proc.PRO 52,Volume Changes of Hardening Concrete:Testing and Mitigation.Bagneux(France):RILEM Publications SARL,2006:97-106.

[17]Lura P,Durand F,Loukili A,et al.Compressive Strength of Cement Pastes and Mortars with Suberabsorbent Polymers [C].Jensen O M,Lura P,Kovler K,editors.RILEM proc.PRO 52,Volume Changes of Hardening Concrete:Testing and Mitigation.Bagneux(France):RILEM Publications SARL,2006:117-126.

[18]Mechtcherine V,Dudziak L,Hempel S.Mitigating Early Age Shrinkage of Ultrahigh Performance Concrete by Using Super Absorbent Polymers(SAP)[C]//Tanabe T,et al.Creep,Shrinkage and Durability Mechanics of Concrete and Concrete Structures-Concreep-8.London,UK:Taylor&Francis Group,2009:847-853.

[19]Geiker M R,Bente D P,Jensen O M.Mitigation of Autogenous Shrinkage by Internal Curing[J].American Concrete Institute Special Publication 218.High-performance Structural Lightweight Concrete,2004:143-158.

[20]Gao D,Heimann R B,Alexander S D B.Box-behnken Design Applied to Study the Strengthening of Aluminate Concrete Modified by a Super-absorbent Polymer/clay Composite[J].Adv Chem Res,1997(9):93-97.

[21]孔祥明,張珍林.高吸水性樹脂對高強(qiáng)混凝土漿體孔結(jié)構(gòu)的影響[J].硅酸鹽學(xué)報(bào),2013,41(11):150-155.

[22]王德志,孟云芳,韓靜云.超吸水聚合物內(nèi)養(yǎng)護(hù)對混凝土抗凍性的影響[J].混凝土與水泥制品,2010(1):1-3.

[23]Jensen O M,Hansen P F.Water-entrained Cement-based Materials:I Principles and Theoretical Background[J].Cement and Concrete Research,2002(31):647-654.

[24]Mechtcherine V,Dudziak L,Hempel S.Mitigating Early Age Shrinkage of Ultra-high Performance Concrete by Using Super Absorbent Polymers(SAP)[J].Creep Shrinkage and Durability Mechanics of Concrete and Concrete Structures-CONCREEP-8,Tanabe T et al(eds)Taylor&Francis Group,London,UK,2009:847-853.

[25]M?nnig S.Water Saturated Super-absorbent Polymers Used in High Strength Concrete[J].Otto-Graf-Journal,2005,16: 193-203.

[26]Henkensiefken R,Bentz D,Nantung T,et al.Volume Change and Cracking in Internally Cured Mixtures Made with Saturated Lightweight Aggregate Under Sealed and Unsealed Conditions[J].Cement and Concrete Composites,2009,31(7): 427-437.

[27]葉 華,趙建青,張 宇.吸水樹脂水泥基材料自養(yǎng)護(hù)外加劑的研究[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(bào),2003(11):41.

[28]Powers T C,Brownyard T L.Studies of the Physical Properties of Hardened Portland Cement Paste[J].Bulletin,1947, 22.

[29]RILEM Report 4.State of the Art Report of RILEM Technical Committee Internal Curing of Concrete[R].Kovler K, Jensen OM(eds),RILEM Publications S.A.R.L.,Bagneux,France,2007:15-26.

[30]Snoeck D,Schaubroeck D,Dubruel P,et al.Effect of High Amounts of Super-absorbent Polymers and Additional Water on the Workability,Microstructure and Strength of Mortars with a Water-to-cement Ratio of 0.50[J].Construction and Building Materials,2014(72):148-157.

Research Status of the Influence of Super-absorbent Polymers on the Concrete Performance

WEI Xiao-fan1,2,3,CHEN Wei-dong3,KE Guo-ju2
(1.Hebei University of Technology,Tianjin 300401,China;2.Research Institute of Highway Ministry of Transport,Beijing 100088,China;3.Wuhai Highway Administration Bureau,The Inner Mongolia Autonomous Region,Neimenggu 016000,China)

Super-absorbent polymers containing hydrophilic groups can absorb a large amount of water.Both its water-retention and water-release capacity is very well.Super-absorbent polymers outperform the lightweight aggregate evidently as internal curing materials:smaller mixing amount and better curing effect.Super-absorbent polymers as admixtures can mitigates the autogenous shrinkage,self-desiccation and plastic shrinkage of the low water-cement ratio concrete effectively.Meanwhile,because super-absorbent polymers can optimize the pore structure of the concrete,so that the frost resistance durability is improved.Moreover super-absorbent polymers have an undefined influence on the mechanical properties of the concrete because of the adjunction of the extra curing water.At last,this paper disscusses the use of super-absorbent polymers,puts forward the existing problems and forecasts the prospect of research directions.

internal curing; super-absorbent polymers; concrete shrinkage; pore structure

10.3963/j.issn.1674-6066.2015.05.002

2015-06-11.

國家國際科技合作專項(xiàng)項(xiàng)目(2014DFR81000);二秦高速公路科技示范工程項(xiàng)目(H-2014-1)和內(nèi)蒙古自治區(qū)交通運(yùn)輸廳建設(shè)科技項(xiàng)目(NJ-2013-31).

魏曉帆(1989-),碩士生.E-mail:545145098@qq.com