范海潮 郑 军 邢双军

(浙江万里学院设计艺术与建筑学院，浙江宁波 315100)

1 概述

混凝土内养护指在混凝土中引入养护剂，它均匀地分散在混凝土中，起到内部蓄水池的作用，主要成分为高吸水性物质，如超强吸水树脂(Super Absorbent Polymer，SAP)。在搅拌初期，SAP吸附混凝土的自由水。随着水化反应的进行，SAP将释放自由水供水泥颗粒继续水化，保证养护期间水分的充足。

相比陆上混凝土，在海水环境里，混凝土结构需承受冰冻、风浪和海水等多种天然因素的作用，容易使海工混凝土遭受损伤而缩短其耐久年限。海工混凝土的发展方向是高性能海工混凝土，主要通过采用高胶凝材料用量、掺加粉煤灰、使用减水剂等手段来实现，但随之带来的问题是混凝土自缩大，水泥水化热高，容易引起早期裂缝，反而对海工混凝土的耐久性产生不良影响。

本文就超强吸水树脂SAP对海工混凝土尤其是内掺粉煤灰海工混凝土的力学性能、收缩性能、抗渗性能等进行实验分析，探讨海工混凝土掺加SAP后的应用效果。

2 原材料和试验方法

2．1 实验材料

水泥:采用当地42．5普通硅酸盐水泥，其物理力学性能见表1。

表1 水泥的物理力学性能

碎石:采用5 mm～31．5 mm连续级配碎石。

粉煤灰:本地电厂的Ⅰ级粉煤灰。

减水剂:液体，主要降低混凝土的水灰比，减水率为20%左右。

超强吸水树脂SAP:一种功能高分子材料，能吸收比自身重几百倍到几千倍水，保水性能优良。

2．2 实验方法

实验参照GB/T 50081-2002普通混凝土力学性能试验方法、GB/T 50082-2009普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准等标准进行。

3 海工混凝土中掺加超强吸水树脂实验及分析

3．1 普通海工混凝土力学性能实验

实验首先确定混凝土水泥用量360 kg/m3，砂率37%。在制备混凝土拌合物时，先将SAP置于水中预吸水，然后根据所需坍落度适当调整用水量。混凝土试件尺寸为150 mm×150 mm×150 mm，24 h拆模后，移入标准养护室进行养护。设计的实验配合比及实验结果见表2。

表2 内掺SAP普通海工混凝土配合比及实验结果

由表2可见，当超强吸水树脂SAP的掺量比较小时，如0．1%～0．2%，混凝土的强度(如A2组、A3组)与基准混凝土(A1组)接近，甚至高于基准混凝土。然而，随着SAP掺量的增加，混凝土的强度明显下降，如 A4 组(0．3%SAP)、A5 组(0．4%SAP)，3 d 的强度分别是基准混凝土(A1组)的85．8%，72．3%，28 d的强度分别是基准混凝土(A1 组)的 89．8%，79．2%。

这是因为在混凝土搅拌时，适量掺加SAP，SAP可以将混凝土中的自由水吸附于自身分子内部，减少自由水通过混凝土毛细孔的蒸发量和流失。而随着水化反应的进行，水泥颗粒周围的自由水不断被消耗，SAP将释放出其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，从而促进混凝土强度发展。而当SAP掺量过多时，需要较多的水来保证混凝土的流动性，无形中增加了混凝土的水灰比，比如A5组(0．4%SAP)的实际水灰比是0．46，而基准混凝土(A1 组)的水灰比是0．41，增加了0．05;同时，SAP在释放水分后，会残留一部分孔隙，尤其是掺量过多的情况下，残余的孔隙有一部分会达到有害孔的范围，造成混凝土强度明显降低，产生不利影响。另外，我们也发现，当SAP掺量为0．4%或以上时，SAP需要与较多的水才能形成团絮状水凝胶体，不易分散，导致混凝土搅拌发生困难。

3．2 内掺粉煤灰海工混凝土力学性能实验

粉煤灰掺合料采用内掺法，等量取代水泥用量，实验配合比及结果见表3。

由此可见，当粉煤灰内掺比例为10%时，B2组(0．1%SAP)强度最高，是基准B1组的105%，其次是B3组(0．2%SAP)，当SAP的掺量超出0．3%时，其抗压强度明显下降，因而SAP的合适掺量为0．1% ～0．2%左右。而当粉煤灰内掺比例为30%时，SAP的合适掺量为0．2% ～0．3%左右。因而，对于粉煤灰海工混凝土，SAP对其力学性能的影响与普通海工混凝土稍有不同。我们认为，这主要是SAP的引入，一方面，改善了混凝土内部的水分分布情况，使水化反应得以继续进行，提高了胶凝材料的水化程度，使混凝土内水化产物增多，密实度提高，从而提高混凝土的早期及后期水化程度，对提高混凝土强度方面有利。另一方面，SAP在释放水分后，会残留一部分孔隙。而混凝土是一种典型的多孔介质材料，孔隙分布错综复杂，孔径尺寸跨越微观尺度和宏观尺度，对混凝土的耐久性产生一定的影响。当内掺粉煤灰后，一部分粉煤灰参与了水泥的水化历程，而另一部分粉煤灰起填充混凝土结构空隙的作用，因而对混凝土的强度发展产生影响，导致SAP的最佳掺量与普通海工混凝土有所不同。

表3 内掺粉煤灰海工混凝土配合比及结果

3．3 海工混凝土收缩实验

海工混凝土的收缩试验采用100 mm×100 mm×515 mm的棱柱体试件，两端预埋测头，用卧式混凝土收缩仪测量各个龄期的收缩变形。试验结果见图1。

图1 内掺SAP海工混凝土的收缩试验结果

对混凝土来说，随着SAP掺量的增加，混凝土的收缩变形明显减少，如B3组(粉煤灰内掺10%，0．2%SAP)的3 d收缩变形为－0．58 ×10－4，为基准混凝土(A1 组)的74．4%，28 d 的收缩变形为 －1．40×10－4，为基准混凝土(A1 组)的 75．3%，也比仅内掺10%粉煤灰而没有掺加 SAP的 B1组低。B8组(粉煤灰内掺30%，0．3%SAP)的 3 d收缩变形为基准混凝土(A1组)的69．2%，28 d的收缩变形仅为基准混凝土的71．53%。这是因为内掺SAP后，SAP通过内部蓄水，为水泥水化提供水分，降低混凝土内部的湿度损失，从而改善海工混凝土的收缩性能，尤其是早期收缩问题。

3．4 海工混凝土抗渗性能试验

海工混凝土的抗渗性能除关系到挡水作用外，还直接影响抗冻性和抗腐蚀性、防止钢筋锈蚀等的强弱，是保证混凝土耐久性的必要条件。混凝土的抗渗性能有渗水高度法和逐级加压法两种方法。

渗水高度法采用测定混凝土在恒定水压力下的平均渗水高度，来表示混凝土的抗水渗透性能。试验时，采用上口直径为175 mm，下口直径为185 mm，高为150 mm的圆台，混凝土养护27 d后从养护室内取出，采用水泥加黄油密封。试件准备好后启动抗渗仪，开通设在试件下面的阀门，使水从孔中渗出，充满整个试验坑。然后关闭阀门，将6个混凝土试件放到抗渗仪中，开通试件的阀门，使水压在24 h内恒定在(1．2±0．05)MPa，在稳压的过程中随时观察试件端面的渗水情况。试验结果见表4。

表4 内掺SAP海工混凝土的抗渗试验结果

可知，掺加SAP后，混凝土的抗渗性能得到改善，如B3组(粉煤灰内掺10%，0．2%SAP)的平均渗水高度为19．8 mm，B8组(粉煤灰内掺30%，0．3%SAP)的平均渗水高度为20．4 mm，均低于基准混凝土(A1组)的25．3 mm。可见SAP的引入，可以使混凝土内水化产物增多，密实度提高，从而提高混凝土的抗渗能力。

4 结语

1)对于普通海工混凝土，适量掺加SAP(0．1% ～0．2%)，SAP可以将混凝土中的自由水吸附于自身分子内部，减小自由水通过混凝土毛细孔的蒸发量和流失，因而可以改善混凝土的力学性能。

2)对于内掺粉煤灰海工混凝土，当粉煤灰内掺比例为10%时，SAP的合适掺量为0．1% ～0．2%左右。当粉煤灰内掺比例为30%时，SAP的合适掺量为0．2% ～0．3%左右。这主要是一部分粉煤灰参与了水泥的水化历程，而另一部分粉煤灰起填充混凝土结构空隙的作用，因而对混凝土的强度发展产生影响，导致SAP的最佳掺量与普通海工混凝土有所不同。

3)海工混凝土内掺适量SAP后，可较好地改善混凝土的抗渗性能和收缩变形，尤其是早期收缩性能。

［1］何 真，陈 衍，梁文泉，等．内养护对混凝土收缩开裂性能的影响［J］．新型建筑材料，2008(8):7-11．

［2］陈德鹏，钱春香，高桂波，等．高吸水树脂对混凝土收缩开裂的改善作用及其机理［J］．东南大学学报，2007，38(3):475-478．