CN114956734B - 基于氢氧化物提高水泥基材料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氢氧化物提高水泥基材料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掺入可溶性氢氧化物。本发明方法通过向水泥基材料中掺入适量的氢氧化钠，可起到促凝和调节水泥浆体孔隙溶液中钙离子浓度的作用，进而提高SAP在水泥浆体中的最大吸水率并延长最大吸水率保持的时间，让终凝时的吸水率更大，即有效内养护水量更大，从而提高内养护效率。相比于空白对照样，本发明方法使SAP在水泥浆体中的有效内养护水量得到了提高，自收缩实验结果也证明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，内养护效率的提升可以降低SAP用量，这不但节约了成本，而且对水泥基材料的力学性能也有帮助。

Description

基于氢氧化物提高水泥基材料SAP内养护效率的方法
技术领域
本发明涉及一种基于氢氧化物提高水泥基材料SAP内养护效率的方法。
背景技术
SAP内养护即使用SAP(超吸水树脂)作为内养护剂，在水泥基材料中预润湿后，在适当的时候释放内养护水，从而达到缓解自干燥、减少收缩开裂的效果。在研究过程中，研究人员逐渐将目光转移到有关实际应用的问题。在应用过程中由于SAP掺入会对水泥基材料的力学、耐久性等性能造成一定的损害，且SAP作为有机聚合物有着一定的生产成本，因此减少SAP用量可减少SAP对于水泥基材料力学性能的损害并且降低成本，具有很重要的应用价值。
发明内容
发明目的：本发明针对现有技术中采用SAP内养护过程中，需要向水泥基材料中添加大量SAP存在的经济成本高、影响水泥基材料强度的问题，提供一种基于可溶性氢氧化物提高水泥基材料SAP内养护效率的方法，该方法能够有效提高SAP的内养护效率，从而降低水泥基材料中SAP的用量。
技术方案：本发明所述的基于氢氧化物提高水泥基材料SAP内养护效率的方法，所述方法为向水泥基材料中加入可溶性氢氧化物；其中，所述可溶性氢氧化物为氢氧化钠。
其中，所述水泥基材料中氢氧化钠的掺入量为水泥粉体质量的0.05％～1％。
其中，所述水泥基材料中氢氧化钠的掺入量为水泥粉体质量的0.05％～0.3％。
其中，所述水泥基材料为水泥净浆、水泥砂浆或水泥混凝土。水泥基材料的组成除了包括水泥和水之外，还可以有各种粗细骨料、矿物掺合料、外加剂和纤维。
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，水泥基材料中SAP的加入量为水泥粉体质量的0.05％～0.5％。
SAP内养护是将SAP早期(加入水泥基材料后水泥终凝前)吸收的水在后期水泥水化(水泥水化过程会释放钙离子)的时候释放出来，从而达到内养护的效果。与SAP内养护效率直接相关的参数是有效内养护水，SAP吸水总量越高，有效内养护水越多，则内养护效率则越高。水泥内养护的目的是缓解混凝土的早期自干燥收缩(即SAP内养护目的是延缓水泥基材料内部相对湿度的降低，使材料内部保持一个相对高的相对湿度，从而减少自干燥、缓解收缩开裂)，低水胶比的水泥混凝土发生自干燥收缩的时间点接近水泥的终凝时间点，因此SAP内养护水的理想释放时间点应和水泥终凝时间匹配(即SAP吸水峰值出现时间与水泥终凝时间差不多)。如果SAP吸收的水分在水泥初凝前就过早释放的话，这些早期释放的水将作为拌合水，仅仅提高了水灰比，起不到内养护的作用；换句话说，只有那些在水泥终凝之后释放的水才是有效内养护水(只有在水泥凝结之后释放的水才能作为有效的内养护水，在初凝之前排出的这些水只能作为水泥浆体的拌合水)。为了提高SAP内养护效率，可以通过提高SAP在自收缩起点时的吸水率来实现。目前加入到水泥混凝土中的SAP主要是吸水量大的离子型SAP，包括聚丙烯酸钠型、聚丙烯酸钾型及改性聚丙烯酸型与聚丙烯酰胺的复合型SAP。由于SAP上的大量羧酸根离子会与水泥基材料水化产生的钙离子发生络合反应，使得SAP的交联度增加，严重削弱了离子型SAP的保水能力。因此一方面通过降低水泥基材料孔隙溶液中钙离子浓度可以起到降低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。
有益效果：本发明通过向水泥基材料中掺入适量的氢氧化钠，可同时起到促凝和调节水泥浆体孔隙溶液中钙离子浓度的作用，进而提高SAP在水泥浆体中的最大吸水率并延长最大吸水率保持的时间，让终凝时的吸水率更大，即有效内养护水量更大，从而提高内养护效率；相比于不掺入氢氧化钠的水泥浆体，本发明方法使SAP在水泥浆体中的有效内养护水量得到了提高，在向水泥浆体中掺入质量分数范围为0.3％-0.6％的氢氧化钠时，有效内养护水量提升到不掺入氢氧化钠的1.3倍。这意味着在相同的内养护效果前提下，水泥基材料中SAP用量可降低23％；相比于不掺入氢氧化钠的含SAP的水泥基材料，自收缩实验结果证明本发明方法能够显著提升内养护效率，SAP用量的减少不但可以节约成本，而且对水泥基材料的力学性能也有帮助。
附图说明
图1为不同氢氧化钠掺量情况下SAP在水泥浆体中的吸放水曲线；
图2为掺入氢氧化钠和不掺入氢氧化钠的含SAP的水泥浆体的自收缩曲线I；
图3为掺入氢氧化钠和不掺入氢氧化钠的含SAP的水泥浆体的自收缩曲线II。
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
氢氧化钠对SAP在水泥浆体中的吸放水曲线和自收缩曲线的影响：
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的加入量为0.2份，多组平行实验氢氧化钠的加入量分别为0，0.3，0.4，0.6份；其中，氢氧化钠加入量为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，获取不同氢氧化钠掺量实验组和对照组浆体的终凝时间。终凝时间通过维卡仪实验测定。经测试，氢氧化钠掺量从低到高的各组样品的终凝时间分别为320min，272min，260min。
其次，获取不同氢氧化钠掺量样品的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中标注了对应的水泥浆体的终凝时间及SAP在此时的吸水率。有效内养护水量为浆体终凝之后的SAP放水量，有效内养护水量可以由终凝时SAP的吸水率表示。实施例1中不同氢氧化钠掺量情况下的SAP的有效内养护水量如表1所示。
表1
从图1和表1中可见，氢氧化钠的掺入，可提高SAP最大吸水率，延迟SAP最大吸水率出现时间，缩短浆体终凝(凝结)时间，最终提高有效内养护水量和内养护效果。
其中，相对于对照组，掺入0.3％-0.6％氢氧化钠的实验组，其有效内养护水量提高了约28％。
进一步，在适当的氢氧化钠掺量下(0.3％和0.6％)，通过波纹管法测量掺氢氧化钠和不掺氢氧化钠的含SAP水泥浆体的自收缩曲线，来比较内养护效率。
自收缩曲线的实验原材料由如下成分组成：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份，氢氧化钠的掺量为0.3份和0.6份。具体实验设计如表2所示。
其中0.0SAP-0.0Na组为空白对照，没有掺入SAP和氢氧化钠；0.2SAP-0.0Na组掺入了0.2％的SAP，没有掺入氢氧化钠；0.2SAP-0.3Na组掺入了0.2％的SAP和0.3％的氢氧化钠；其余组别命名类似。测试周期定为7d。此实验中wt％以水泥质量为基准。
表2中各组的自收缩测量结果如图2和图3所示。从图2和图3可知：掺入氢氧化钠的SAP组的自收缩曲线的自收缩减少量都要高于不掺入氢氧化钠的SAP组，但掺入0.3％氢氧化钠的SAP组的自收缩减少的更多，甚至有了明显的膨胀现象，这说明自收缩得到缓解的根本原因是掺入氢氧化钠可以使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。

Claims (3)

1.一种基于氢氧化物提高水泥基材料SAP内养护效率的方法，其特征在于：所述方法为向SAP内养护水泥基材料中掺入可溶性氢氧化物；所述可溶性氢氧化物为氢氧化钠；所述水泥基材料中氢氧化钠的掺入量为水泥粉体质量的0.3%；水泥基材料中SAP的掺入量为水泥粉体质量的0.05%~0.5%；所述水泥基材料为水泥净浆、水泥砂浆或水泥混凝土；在向水泥浆体中掺入质量分数为0.3%的氢氧化钠时，在相同SAP的掺量下，有效内养护水量提升到不掺入氢氧化钠的1.3倍。
2.根据权利要求1所述的基于氢氧化物提高水泥基材料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或改性聚丙烯酸与聚丙烯酰胺的复合型SAP。
3.根据权利要求2所述的基于氢氧化物提高水泥基材料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或聚丙烯酸钾型SAP。
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