CN114956646A - 基于碳酸氢盐提高水泥基材料sap内养护效率的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于碳酸氢盐提高水泥基材料SAP内养护效率的方法，所述方法为向SAP内养护水泥基材料中加入可溶性碳酸氢盐。本发明通过往水泥基材料中掺入适量的碳酸氢钠或碳酸氢铵，可同时起到促凝和控制水泥孔隙溶液中钙离子浓度的作用，进而提高SAP在水泥浆体中的吸放水曲线峰值并延缓解析时间，提高了终凝点SAP的保水量，即提升了SAP的有效内养护水量，从而提高了内养护效率；相比于不掺杂碳酸氢钠或碳酸氢铵的含SAP水泥基材料，自收缩实验证明本发明方法能够显著提升内养护效率，降低水泥基材料的自收缩量，SAP内养护效率的提高能够降低SAP的用量，从而有利于提升水泥基材料的力学性能和降低经济成本。

Description

基于碳酸氢盐提高水泥基材料SAP内养护效率的方法
技术领域
本发明涉及一种基于碳酸氢盐提高水泥基材料SAP内养护效率的方法。
背景技术
SAP内养护是一种在低水灰比水泥基材料中通过掺入超吸水树脂形成SAP蓄水库，在水化后期再释放出早期吸收的水分来缓解自收缩的技术。在水泥基材料SAP内养护领域，目前亟待解决的问题是如何提高SAP的内养护效率。对于内养护效率较低的含SAP水泥浆体，需要增加SAP用量才能达到完全消除水泥基材料的自收缩，这不仅增加了经济成本，而且由于更多SAP用量会产生更多空隙，从而削弱了混凝土的力学性能和耐久性。因此，考虑到混凝土性能和经济成本，提高含SAP水泥基材料的内养护效率至关重要。
发明内容
发明目的：本发明针对现有技术SAP内养护效率偏低导致SAP掺量多、经济成本高、SAP水泥基材料力学性能差的问题，提供一种通过掺入碳酸氢盐提高水泥基材料SAP内养护效率的方法，该方法能够有效提高SAP内养护效率，从而降低混凝土中SAP的用量。
技术方案：本发明所述的基于碳酸氢盐提高水泥基材料SAP内养护效率的方法，所述方法为往SAP内养护水泥基材料中加入可溶性碳酸氢盐。
其中，所述可溶性碳酸氢盐为碳酸氢钠或碳酸氢铵。
其中，水泥基材料中可溶性碳酸氢盐的加入量为水泥粉体质量的0.05％～1.0％。
其中，水泥基材料中可溶性碳酸氢盐的加入量为水泥粉体质量的0.1％～0.4％。
其中，水泥基材料中SAP的掺入量为水泥粉体质量的的0.05％～0.5％。
其中，所述SAP是指离子型SAP；离子型SAP是指改性聚丙烯酸型SAP以及改性聚丙烯酸型与聚丙烯酰胺的复合型SAP。
其中，所述改性聚丙烯酸型SAP为聚丙烯酸钠型SAP和聚丙烯酸钾型SAP。
其中，所述水泥基材料为水泥净浆、水泥砂浆或水泥混凝土中的一种。
SAP内养护的主要目的是将浆体的湿度保持在较高水平，进一步缓解自收缩。理论上，SAP中的水不应该在自收缩零点之前过早释放，因为这部分水仅仅起到拌和水的作用。为了提高SAP的内养护效率，通过提高SAP在自收缩零点的保水能力，即增加有效内养护水量可以有效提高SAP的内养护效率。一般而言，水泥基材料自收缩起点接近水泥终凝时间。在内养护领域，由于浆体孔隙溶液中溶解的Ca2+离子和SAP中的-COO-之间能够形成离子交联，增加了SAP内部网络的交联度，极大地削弱了离子型SAP的保水能力。因此，降低水泥浆体早期孔隙溶液中的钙离子浓度可能是提高SAP内养护效率的有效方法。在水泥孔隙溶液的碱性环境里，碳酸氢盐比碳酸盐在引入同样数量碳酸根离子时，可大幅降低引入阳离子的数量(引入的阳离子数量多可能会使孔隙溶液中的离子总浓度变高，降低SAP的主要吸水动力渗透压，导致SAP的吸水峰值提升不够显著)，特别是碳酸氢铵在碱性环境里排出氨气几乎不引入阳离子，因此本发明一方面通过降低水泥基材料孔隙溶液中钙离子浓度起到降低SAP的交联度、提高SAP吸水率的作用，从而提高SAP的有效内养护水量，进而提高SAP内养护效率，另一方面利用碱性物质对水泥基材料有促凝的作用，可以使水泥浆体自收缩起点与SAP开始释放内养护水的时间相匹配，从而进一步提高SAP的内养护效率，同时还能尽可能少的引入外来阳离子，从而最大程度地提升渗透压，进而提高SAP有效内氧化水和内养护效率。
有益效果：本发明通过往水泥基材料中掺入适量的碳酸氢钠或碳酸氢铵，可同时起到促凝和控制水泥孔隙溶液中钙离子浓度的作用，进而提高SAP在水泥浆体中的吸放水曲线峰值并延缓峰值出现时间，让处于终凝点的吸水量更多，即有效内养护水量更大，从而提高了内养护效率；相比于不掺杂碳酸氢钠碳酸氢铵的SAP内养护水泥基材料，本发明方法使SAP内养护水泥基材料有效内养护水量得到了大幅提高，自收缩曲线直接验证了本发明方法能够显著提升内养护效率，降低水泥基材料的自收缩量，SAP内养护效率的提高，不但能够降低SAP的用量，节约成本，而且对水泥基材料的力学性能也有帮助。
附图说明
图1为实施例1中不同碳酸氢钠掺量情况下SAP在水泥浆体中的吸放水曲线；
图2为实施例1中掺入碳酸氢钠和不掺入碳酸氢钠的含SAP的水泥浆体的自收缩曲线；
图3为实施例2中掺入碳酸氢铵和不掺入碳酸氢铵的含SAP的水泥浆体的自收缩曲线；
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。
实施例1
实施例1为碳酸氢钠对SAP在水泥浆体中的吸放水曲线和自收缩曲线的影响：
吸放水曲线实验原材料由以下成分组成：以硅酸盐水泥粉体质量100份为基准，自来水的加入量为35份，聚丙烯酸钠型SAP的掺量为0.2份，碳酸氢钠的掺量分别为0，0.1，0.2，0.3，0.4份；其中，碳酸氢钠加入量为0作为对照样品。
将上述多组平行实验的原材料在水泥净浆搅拌机中混合搅拌成型后，分别进行凝结时间测试和水泥浆体中吸放水曲线测试。首先，在室温下，获取不同碳酸氢钠掺量实验组和对照组浆体终凝时间。初凝时间通过维卡仪实验测定。经测试，碳酸氢钠掺量从低到高的各组样品的终凝时间分别为380min，355min，330min，310min，290min。
其次，获取不同碳酸氢钠掺量样品的SAP的吸放水曲线。SAP吸放水曲线的获取方法参见专利(专利公开号为CN110967353A)公开的方法。
获得的吸放水曲线如图1所示，图1中标注了对应的终凝时间。有效内养护水量为浆体终凝点SAP的吸水率。实施例1中不同碳酸氢钠掺量情况下的SAP的有效内养护水量如表1所示。
表1
Figure BDA0003691183910000031
从图1和表1中可见，碳酸氢钠的掺入，可提高SAP峰值吸水率，延迟SAP峰值出现时间，缩短浆体终凝时间，最终提高有效内养护水量。其中，相对于对照组，掺入0.20％碳酸氢钠的实验组，有效内养护水量可提高约49.2％。
进一步，在最佳碳酸氢钠掺量下(水泥质量的0.20％)，通过波纹管法测量掺碳酸氢钠和不掺碳酸氢钠的SAP水泥浆体的自收缩曲线，来比较内养护效率。
自收缩曲线的实验由如下成分组成：以硅酸盐水泥粉体质量100份为基准，自来水的加入量为35份，聚丙烯酸钠型SAP的掺量为0，0.2和0.3份，碳酸氢钠的掺量固定为0.2(最佳掺量)。具体实验设计如表2所示。
表2
Figure BDA0003691183910000032
Figure BDA0003691183910000041
其中0SAP-0NaH组为空白对照，没有掺入SAP和碳酸氢钠；0.2SAP-0Na组掺入了0.2wt％的SAP，没有掺入碳酸氢钠；0.2SAP-0.2Na组掺入了0.2wt％的SAP，掺入了0.2wt％的碳酸氢钠；其余组别命名类似。测试周期定为14d。此实验中wt％以水泥质量为基准。
表2中的各组自收缩测量结果如图2所示。从图2可知：无论是0.2SAP-0Na组与0.2SAP-0.2Na组还是0.3SAP-0Na组与0.3SAP-0.2Na组，可以发现，掺入碳酸氢钠的SAP组的自收缩曲线都要显著高于不掺入碳酸氢钠的SAP组，降低了水泥基材料的自收缩，甚至引发早期膨胀，这说明自收缩得到缓解的根本原因是掺入碳酸氢钠可以使SAP有效内养护水量增多，进而提高内养护效率，因此本发明方法能够显著提升内养护效率，降低早期自收缩甚至让样品早期一定龄期内保持膨胀。
实施例2
实施例2为碳酸氢铵对SAP在水泥浆体中自收缩曲线的影响：
自收缩曲线的实验如下成分组成：以硅酸盐水泥粉体质量100份为基准，自来水的加入量为35份，聚丙烯酸钠型SAP的掺量为0，0.2和0.3份，碳酸氢铵的掺量固定为0.2份(参照实施例1中碳酸氢钠的掺量)。具体实验设计如表3所示。
表3
Figure BDA0003691183910000042
同样的，0SAP-0NH4组为空白对照，没有掺入SAP和碳酸氢铵；0.2SAP-0NH4组掺入了0.2wt％的SAP，没有掺入碳酸氢铵；0.2SAP-0.2NH4组掺入了0.2wt％的SAP和0.2wt％的碳酸氢铵；其余组别命名类似。测试周期定为14d。此实验中wt％以水泥质量为基准。
表3中的各组自收缩测量结果如图3所示。从图3可知：同样地，无论是0.2SAP-0NH4组与0.2SAP-0.2NH4组还是0.3SAP-0NH4组与0.3SAP-0.2NH4组，可以发现，掺入碳酸氢铵的SAP组的自收缩曲线都要高于不掺入碳酸氢铵的SAP组，从而说明本发明方法降低了水泥基材料的自收缩，甚至引发早期膨胀，同时也说明了自收缩得到缓解的根本原因是掺入碳酸氢钠可以使SAP有效内养护水量增多，进而提高内养护效率。
本发明通过在SAP内养护水泥基材料中加入适量碳酸氢盐，不但可以调控水泥凝结时间，而且通过控制钙离子的量调控SAP吸放水曲线，增加了有效内养护水量(即增加SAP的吸水率)，从而改善内养护效率，降低水泥基材料中SAP的用量。

Claims (8)

1.一种基于碳酸氢盐提高水泥基材料SAP内养护效率的方法，其特征在于：所述方法为往SAP内养护水泥基材料中加入可溶性碳酸氢盐。
2.根据权利要求1所述的基于碳酸氢盐提高水泥基材料SAP内养护效率的方法，其特征在于：所述可溶性碳酸氢盐为碳酸氢钠或碳酸氢铵。
3.根据权利要求2所述的基于碳酸氢盐提高水泥基材料SAP内养护效率的方法，其特征在于：水泥基材料中可溶性碳酸氢盐的加入量为水泥粉体质量的0.05％～1.0％。
4.根据权利要求3所述的基于碳酸氢盐提高水泥基材料SAP内养护效率的方法，其特征在于：水泥基材料中可溶性碳酸氢盐的加入量为水泥粉体质量的0.1％～0.4％。
5.根据权利要求1所述的基于碳酸氢盐提高水泥基材料SAP内养护效率的方法，其特征在于：水泥基材料中SAP的掺入量为水泥粉体质量的的0.05％～0.5％。
6.根据权利要求5所述的基于碳酸氢盐提高水泥基材料SAP内养护效率的方法，其特征在于：所述SAP是指离子型SAP；离子型SAP是指改性聚丙烯酸型SAP以及改性聚丙烯酸型与聚丙烯酰胺的复合型SAP。
7.根据权利要求6所述的基于碳酸氢盐提高水泥基材料SAP内养护效率的方法，其特征在于：所述改性聚丙烯酸型SAP为聚丙烯酸钠型SAP和聚丙烯酸钾型SAP。
8.根据权利要求1所述的基于碳酸氢盐提高水泥基材料SAP内养护效率的方法，其特征在于：所述水泥基材料为水泥净浆、水泥砂浆或水泥混凝土中的一种。
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