混凝土防护用吸水树脂 (聚丙烯酸钠)

5 6 月, 2024

    水泥混凝土在硬化过程中,经常会出现水化所需的水分无法得到补充 (外部养护水很难渗入到混凝土内部)的情况。这就导致了水泥石内部自干燥收缩加剧,随之产生的应力会导致硬化后的结构产生较多的原生裂缝或孔隙。这个现象对于高性能水泥混凝土尤为明显。

    在混凝土拌和物中加入高吸水树脂(SAP)后,由于其较强的吸水、释水功能,混凝土在硬化过程中得到了SAP的缓慢释放水分过程的保护,这样就防止了裂缝或孔隙的产生,显著提高了混凝土的后期抗压强度。

    * 吸水树脂-聚丙烯酸钠是一种具有吸水能力的化学物质。它是通过将聚丙烯酸与钠离子结合而形成的。这种材料能够吸收周围环境中的水分,从而膨胀并形成凝胶状态。这些关键特性可以积极地应用于混凝土。


    实验

    原材料与试验方法

    胶凝材料:42.5普通硅酸盐水泥和Ⅰ级低钙粉煤灰
    粗骨料:5~20 mm连续级配的石灰岩碎石
    细骨料:细度模数为2.8的洁净河砂
    减水剂:聚羧酸高性能减水剂,固含量25%,减水率为25%
    SAP:聚丙烯酸盐吸水树脂,白色粉末颗粒,粒径0.2~0.4 mm,其对去离子水和饱和石灰石水的吸水量为自身质量的200和30倍。

    混凝土配合比

    S-0S-1S-2S-3S-4
    157.5157.5157.5157.5157.5
    水泥405405405405405
    粉煤灰4545454545
    细骨料780780780780780
    粗骨料995995995995995
    SAP掺量/%00.10.20.30.4
    减水剂掺量/%0.80.8111.2

    结果与讨论

    各组混凝土的抗压强度测试结果如图所示。

    从图中可以看出,掺入SAP后对混凝土的初期强度影响很大,并且掺量越高其降低幅度更大。

    当掺量达到0.4%时,3 d抗压强度减小了约18%。

    但是随着养护龄期的延长,SAP的内养护效应开始显现,随着SAP掺量的增大,抗压强度逐渐提高。当掺量达到0.4%时,28 d (days)抗压强度增大了约10%,56 d抗压强度增大了约8%。


    展望

    使用吸水树脂保护混凝土的前景十分光明。这些树脂有可能通过减轻与水分有关的问题的影响来提高混凝土结构的耐久性和性能。

    吸水树脂可以加入混凝土混合物中或作为表面处理剂使用。当暴露在水分中时,这些树脂会膨胀并在混凝土内形成保护性凝胶状屏障。这种屏障有助于降低水渗透性,防止水分侵入,并抑制氯离子等有害物质的渗透。

    通过提高混凝土的防潮性,吸水树脂有助于防止各种混凝土劣化机制,包括开裂、钢筋腐蚀和冻融损坏。这反过来可以延长混凝土结构的使用寿命并降低维护和维修成本。

    此外,这些树脂还可以通过减少对额外保护涂层的需求并提高混凝土的整体耐久性来促进可持续的施工实践,从而减少材料浪费和环境影响。

    随着该领域研究和开发的不断进行,预计吸水树脂技术的进步将带来更有效、更通用的混凝土保护解决方案,为基础设施项目提供更高的性能和更长的使用寿命。


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