高性能混凝土内养护技术的研究现状

高性能混凝土由于其低水胶比和高胶凝材料用量,易产生收缩开裂现象.采用内养护可以改善混凝土内部的湿度场,提高混凝土内部的含湿量,从而有效地控制混凝土收缩裂缝的产生.本文阐述了国内外内养护技术的现状,分析了内养护技术的作用机理,以及内养护材料的选择,总结了饱水轻集料(LWA)和超强吸水剂(SAP)两类内养护材料对混凝土性能的影响.     

内养护对混凝土收缩开裂性能的影响

通过对使用高吸水材料的混凝土试件的早期自收缩、长期干燥收缩及椭圆环约束开裂试验,探讨混凝土内养护措施对改善混凝土收缩开裂性能的影响.同时考察了内养护对混凝土强度及抗冻性能的影响.试验结果表明,在有矿物外加剂的情况下,该内养护剂可有效地改善混凝土的自收缩和干燥收缩,混凝土的抗开裂性能得到提高,同时一定程度上改善了混凝土强度及抗冻性能.     

混凝土内养护的研究与发展

配制低水灰比的高性能混凝土,因其内部自干燥导致混凝土易发生收缩开裂,内养护能够有效控制混凝土的收缩开裂。减缩剂会降低混凝土内部收缩应力,而内养护材料可以提高混凝土内部湿度,两者均可以抑制混凝土干燥收缩。本文主要介绍国内外关于混凝土内养护的研究现状,分析了减缩剂、轻集料和高吸水性树脂三种内养护材料使用方法对混凝土性能的影响,对目前内养护材料存在的问题进行分析及对将来发展方向进行展望。     

内养护预拌混凝土性能与应用研究

研究了高吸水树脂(SAP)对高水胶比普通预拌混凝土工作性能、力学性能、收缩性能的影响,结果表明SAP的引入会在一定程度上增加外加剂的掺量,比普通预拌混凝土约提高0.1%~0.2%。SAP对混凝土的早期强度有一定的负面影响,后期强度比普通混凝土略高。SAP对预拌混凝土的干燥收缩有较好的补偿作用,有助于降低开裂风险。对比了内养护预拌混凝土,膨胀剂混凝土及普通混凝土在高温炎热环境条件下的道面应用效果,结果表明内养护混凝土应用效果良好,而膨胀剂混凝土及普通混凝土地坪均有不同程度的开裂,显示出内养护技术对于解决混凝土的干燥收缩开裂问题具有较好的效果。     

SAP对火山灰混凝土收缩性能的改善作用

研究了高吸水树脂(SAP)对C40和C60火山灰混凝土自收缩、干燥收缩及水分损失率的影响,并探讨了SAP对火山灰混凝土收缩性能的作用机理.结果表明:SAP内养护可以显著降低C40和C60火山灰混凝土的自收缩,提高火山灰混凝土的抗裂性,且内养护减缩率与内养护水胶比呈正比关系;SAP内养护增大了火山灰混凝土的干燥收缩和水分损失率,且增大幅度随着内养护引入水量的增加而增大;根据干燥环境中火山灰混凝土的水分损失率与干燥收缩的拟合关系得出了火山灰混凝土产生干燥收缩时的临界水分损失率;虽然SAP内养护增大了火山灰混凝土的干燥收缩,但其总收缩较基准混凝土显著降低.     

SAP内养护剂改善膨胀混凝土性能及其机理研究

研究了SAP(超强吸水树脂)内养护剂对膨胀混凝土力学性能、变形开裂性能和耐久性能的影响,然后通过MIP,SEM,XRD等手段对其养护机理进行了微观分析.结果表明:掺加SAP可显著提高膨胀混凝土的早期膨胀值和限制膨胀率,降低膨胀与收缩变形的差值,且对强度、渗透性无不利影响.由于SAP具有吸水-释水功能,因此掺加SAP将有...     

采用内约束法评价轻集料混凝土的干燥收缩开裂

本文采用内约束收缩应力方法研究了轻集料混凝土表观密度、水灰比、轻集料品种、不同矿物掺合料对混凝土收缩开裂的影响。结果显示,轻集料混凝土表观密度的降低增大了干燥收缩开裂趋势,过低过高的水灰比对干燥收缩开裂均有不利影响,粉煤灰、磨细矿渣粉、硅灰的掺入降低了收缩开裂风险,混凝土收缩开裂概率随着限制程度提高明显增大。     

超强吸水树脂改善海工混凝土性能研究

通过超强吸水树脂SAP对海工混凝土及内掺粉煤灰海工混凝土的力学性能、收缩性能、抗渗性能等实验分析,结果表明:适当掺加SAP,SAP在养护期间释放出吸附的自由水供水泥颗粒继续水化,保证养护期间水分的充足,从而明显改善海工混凝土的性能,尤其是早期收缩性能。对于内掺粉煤灰海工混凝土,SAP的最佳掺量应根据粉煤灰的掺量而定。     

不同类型减缩剂减缩效果比较分析

在高水胶比混凝土中掺加不同类型减缩剂(内养护剂(SAP)、膨胀剂及有机减缩剂),然后研究不同类型减缩剂对混凝土抗压强度、化学收缩、自收缩、干燥收缩、塑性开裂的影响,对比分析不同类型减缩剂在不同混凝土养护条件下的减缩效果.结果表明:SAP、膨胀剂、有机减缩剂对混凝土3d抗压强度均有不同程度的负面影响,其中有机减缩剂负面影响最大,但SAP可促进混凝土28d抗压强度增长;SAP对混凝土化学收缩、自收缩、干燥收缩及塑性开裂均具有较好改善效果,这缘自于SAP对混凝土内部相对湿度的调控作用;膨胀剂对混凝土养护条件要求苛刻,在密封条件下膨胀剂具有较好的补偿自收缩作用,但在干燥养护条件下膨胀剂补偿干燥收缩的效果并不理想;有机减缩剂对密封条件下混凝土自收缩的补偿效果不如SAP及膨胀剂,但在干燥条件下其具有良好的补偿混凝土干燥收缩的效果,这是因其能降低混凝土溶液表面张力和内部水分蒸发速率的缘故.     

硅烷偶联剂改性轻集料及其内养护性能

采用硅烷偶联剂(SCA)溶液改性轻集料,研究了改性轻集料作为内养护介质时的性能.结果表明:SCA溶液对轻集料内养护性能的影响与其质量分数有关,当SCA的质量分数为0.05%和0.10%时,可进一步优化轻集料与水泥石的界面过渡区,提高内养护混凝土的力学性能及内养护减缩效率;采用适宜质量分数的SCA改性后的轻集料在实现混凝土内部湿度调控、降低收缩的同时,还可提高混凝土结构的自身抗力,有助于提升混凝土的抗裂性能.     

Super absorbing polymers as an internal curing agent for mitigation of early-age cracking of high-performance concrete bridge decks

High-performance concrete (HPC) with low w/b-ratio experiences a considerable chemical shrinkage and self-desiccation during its hydration process, leading to a rather high autogenous shrinkage deformation during hardening. In case the free deformation of the concrete is prevented, internal stresses are introduced, which can lead to premature cracks. These early-age cracks can severely affect the durability of a concrete structure. By adding super absorbing polymers (SAP) into the HPC as an internal curing agent, and by adding additional curing water to the concrete mixture, the chemical shrinkage and the self-desiccation during hydration of the concrete is counteracted and thus the autogenous shrinkage of the HPC can be significantly reduced. Unfortunately, this process of internal curing also has some disadvantageous effects on the mechanical properties. In search of an optimization of the internal curing process, an extensive experimental program was performed on HPC, using different degrees of internal curing, to assess the mechanical and thermal properties of the HPC, and to evaluate the effectiveness of the performed curing. The goal is to obtain a maximal autogenous shrinkage reduction and a minimal strength reduction. The resulting effect on the early-age cracking risk is simulated by means of finite element calculations. The simulations also include thermal stress development due to the heat of hydration. In case 70 kg/m³ of internal curing water is provided via the SAP, an optimal reduction of the cracking risk is noticed, mainly caused by the autogenous shrinkage reduction and the appearing expansive deformation peak directly after setting takes place.     

混凝土内养护技术研究进展

高强混凝土水胶比低、渗透性差,外部养护水难以进入混凝土内部,造成传统外部养护效果变差,由此产生的自收缩会导致材料的开裂敏感性提高.通过在混凝土配合比中引入高吸水性材料来实现内养护是解决此问题的有效途径.综述了目前混凝土常用的内养护材料及其物理力学特征和用量,阐述了混凝土内养护理论基础、自收缩产生机理和内养护减缩机制,总结了不同内养护材料对减少混凝土收缩和影响力学性能的规律：一般来说,内养护可以减少自收缩,但对干燥收缩的影响与引入水量有关,对混凝土强度和弹性模量则会产生不利影响.最后,提出了当前混凝土内养护技术研究存在的问题及未来可能的研究方向.     

多孔无机保水材料对混凝土性能的影响研究

将试验制得的硅凝胶作为内养护材料,分别按胶凝材料质量的1%、3%、5%掺入到混凝土当中,通过对混凝土开裂面积、自收缩、强度以及耐久性等方面试验,分析硅凝胶对混凝土的内养护作用。结果表明掺加硅凝胶可以使混凝土的开裂面积减小45%。关于耐久性,硅凝胶的内养护作用使混凝土在经过冻融试验后强度损失仅降低8%,质量损失减小率达到30%。掺加5%硅凝胶的混凝土,抗渗能力明显提高。通过低场核磁共振测试发现掺加硅凝胶的混凝土孔隙结构细化;SEM图像显示裂缝明显减少。试验证明硅凝胶作为内养护材料对减小混凝土收缩开裂、提高耐久性效果显著。     

SAP对低收缩超高性能混凝土性能的影响

针对机制砂超高性能混凝土水胶比极低,后期干燥收缩较大等问题,探究了SAP内养护效果对混凝土工作性能、力学性能及耐久性的影响。研究表明,浆体中掺入SAP可提升混凝土的体积稳定性,但会降低其抗压强度。采用掺量为0.3%,粒径为75~125μm的C型SAP时,其内养护效应最佳,在SAP颗粒周围形成致密的层面过渡区壳,可最大程度减小SAP对混凝土的抗压强度的负面作用。     

高吸水性聚合物对水泥砂浆长期收缩性能的影响

研究了高吸水性聚合物(SAP)掺量和粒径范围变化对水泥砂浆长期干燥收缩性能和自收缩性能的影响规律,探讨了SAP影响水泥砂浆收缩性能的作用机理.结果表明:SAP能显著改善水泥砂浆在不同湿度条件下的长期干燥收缩性能,且湿度越低时,SAP改善作用越显著;SAP还能显著改善水泥砂浆的自收缩性能,尤其是早龄期时;SAP掺量和粒径范围变化显著影响到水泥砂浆的干燥收缩性能和自收缩性能,且存在着较佳掺量,但粒径范围不同的SAP对水泥砂浆中后期收缩性能的影响基本相同.SAP能显著改善水泥砂浆的长期收缩性能,主要原因在于SAP能显著提高水泥砂浆内部湿度,降低其水分散失速率;SAP的较佳掺量与其改善水泥砂浆内部湿度及溶胀颗粒失水坍缩的综合作用密切相关.     

高吸水树脂对高强混凝土早期减缩效果及机理研究

研究了预吸水高吸水树脂(super absorbent polymer, SAP)作为内养护剂掺入高强混凝土后对其早期收缩及力学性能的影响.预吸水SAP额外引入的水量分别控制为水泥质量的5%和10%.研究结果表明：（1）预吸水SAP对高强混凝土自收缩及早期干燥条件下的总收缩有明显的减缩作用,14d自收缩减缩率可达90%以上,干燥条件下总收缩可减少75%,其机理主要在于掺入SAP后可大大提高相同龄期混凝土的内部相对湿度,减小自收缩和干燥收缩产生的驱动力;（2）预吸水SAP的加入会对高强混凝土的强度发展造成不利影响,但对其后期强度影响不大;当SAP额外引入的水量控制在水泥质量的5%时,高强混凝土28d抗压强度可达基准组的95%以上,因此不会影响SAP作为内养护剂在高强混凝土中的工程应用;（3）与简单增加拌和水量相比,加入预吸水SAP对于混凝土的减缩作用更为显著,掺量适中时对其强度的不利影响更小.     

养护剂对道床板现浇混凝土收缩开裂性能的影响

为解决道床板现浇混凝土养护难、易开裂的问题,研究了自制高效养护剂对道床板现浇混凝土的强度、塑性收缩变形和抗裂性的影响。结果表明,采用养护剂养护有利于提高混凝土的抗压强度,其早期(7d)抗压强度高于标准养护下的抗压强度,后期(28d和56d)抗压强度与标准养护下的抗压强度相近,但其7d和28d抗折强度略低于标准养护下的抗折强度。在混凝土浇筑成型后立即喷涂养护剂,可有效降低混凝土塑性收缩。72h后,TJ-A、TJ-B和C型3种养护剂分别降低混凝土塑性收缩率为42%、27%和27%,同时,这3种养护剂养护下的混凝土表面水分蒸发量比自然养护下分别降低了60%、54%、60%。养护剂养护有效地防止了混凝土早期裂缝的产生,提高了混凝土的抗裂性能。     

陶粒内养护高性能混凝土抗裂性能研究

通过平板开裂试验,研究陶粒内养护对不同强度混凝土早期抗裂性能的影响规律,并结合混凝土塑性收缩试验、绝热温升试验和内部相对湿度变化,探明陶粒内养护提高混凝土早期抗裂性能的微观机理.结果表明:在混凝土中使用饱水陶粒替代部分粗骨料,能够减少混凝土材料的早期塑性收缩,降低大体积混凝土内部的水化温升,有效提高混凝土早期的抗裂性能,达到显著的内养护效果;饱水陶粒通过减缓早龄期试件内部相对湿度的快速下降,改善了胶凝材料水化环境,有效抑制了胶凝材料水化过程引发的自干燥作用,降低了混凝土材料早期收缩,从而提高了混凝土材料的抗裂性能;C30与C60两个强度混凝土中饱水陶粒替代粗骨料的最佳比例均为20%(体积分数).