CN115466081B - 一种提高水泥基材料sap内养护效率的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高水泥基材料SAP内养护效率的方法，所述方法为：往采用SAP内养护的水泥基材料中加入可溶性碳酸盐。本发明通过往水泥基材料中掺入适量的碳酸钠或碳酸钾，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，让处于初凝点的吸水量更多，即有效内养护水量更大，从而提高了内养护效率；相比于不掺杂碳酸钠/碳酸钾，本发明方法使有效内养护水量得到了大幅提高，特别是在掺入范围为0.15％‑0.50％的碳酸钠/碳酸钾时，有效内养护水量提升到不掺杂的2倍，这意味着在相同的内养护效果前提下，水泥基材料中SAP用量可降低一半，SAP用量的减少不但可以节约成本，而且对材料的力学性能也有提高。

Description

一种提高水泥基材料SAP内养护效率的方法
技术领域
本发明涉及一种提高水泥基材料SAP内养护效率的方法。
背景技术
目前对混凝土强度、耐久性等使用性能的要求越来越高，因此具有低水胶比，高比例矿物掺合料的高性能混凝土获得了越来越多的应用。但高性能混凝土早期自干燥收缩变形大，开裂问题突出，为了应对这些问题，减缩剂、膨胀剂和内养护等技术手段被提出并应用于高性能混凝土中。
由于良好的内养护效果，内养护技术自21世纪以来受到越来越多研究者的重视。2003年，国际材料与结构研究实验联合会提出了内养护技术的完整定义，即向混凝土中引入可用作养护的水，并将内养护分为轻骨料(LWA)内养护和高吸水性树脂(SAP)内养护两大类。相较于LWA，SAP因其更佳的吸水性和保水性，已作为理想的内养护材料被广泛研究，并获得了一些工程应用。研究结果表明，SAP内养护可以显著延缓混凝土内部的湿度降低，有效缓解混凝土的早期收缩尤其是自收缩。
虽然SAP内养护已有20年的研究历史，但仍存在着一些没有完全解决的问题，比如，SAP内养护的最少掺量是多少，目前采用SAP内养护过程中，为了达到一定的内养护效果，需要往混凝土中添加大量的SAP，而大量SAP的掺入不仅增加了混凝土的经济成本，而且降低了混凝土的强度。
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，需要往混凝土中添加大量SAP存在的经济成本高、影响混凝土强度的问题，提供一种提高水泥基材料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，从而降低混凝土中SAP的用量。
技术方案：本发明所述的提高水泥基材料SAP内养护效率的方法，所述方法为：往采用SAP内养护的水泥基材料中加入可溶性碳酸盐。
其中，水泥基材料中可溶性碳酸盐的加入量为水泥粉体质量的0.05％～2.0％。
其中，水泥基材料中可溶性碳酸盐的加入量为水泥粉体质量的0.15％～0.5％，优选0.2％。
其中，所述可溶性碳酸盐为碳酸钠或碳酸钾。
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。
SAP内养护是将SAP早期(加入水泥基材料后水泥初凝前)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，即有效内养护水占SAP吸水总量的比例越高，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，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初凝时间点，因此SAP内养护水的理想释放时间点应和水泥初凝时间匹配(即SAP吸水峰值出现时间与水泥初凝时间差不多)。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，只有那些在水泥初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)。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。这些离子型SAP遇水后会电离出在SAP孔隙溶液中游离的钾、钠阳离子以及固定在SAP骨架上的羧酸根阴离子(-COO-)。通过图1的示意图所示，SAP中的羧酸根阴离子遇到水泥孔隙溶液中的钙离子后会发生交联作用，让SAP体积减小，瘦身排水(即缩短了SAP吸水的时间，使吸水峰值出现时间提前)。由钙离子交联而排出的水在很大程度上决定了SAP在水泥浆体中的吸放水曲线；而且吸放水曲线峰值普遍在水泥初凝之前，即SAP在水泥初凝之前就排出了大量的水分。本发明通过控制水泥孔隙溶液中的钙离子浓度，使其与碳酸根离子进行反应，从而缓解SAP中羧酸根阴离子与水泥孔隙溶液中钙离子的反应，进而延缓SAP吸放水曲线峰值出现时间，从而提高SAP的吸水量(抑制提前放水，就增大了吸水时间，增大吸水量)；同时加入水泥基材料的碳酸钠/碳酸钾能够缩短水泥初凝时间，从而使水泥初凝时间与SAP达到吸放水曲线峰值时间(开始释放水的时间)相接近，从而使SAP吸收的水在后期水泥水化的时候再释放出来，从而提高有效内养护水量，进而提高内养护效率。
有益效果：本发明通过往水泥基材料中掺入适量的碳酸钠或碳酸钾，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，让处于初凝点的吸水量更多，即有效内养护水量更大，从而提高了内养护效率；相比于不掺杂碳酸钠/碳酸钾，本发明方法使有效内养护水量得到了大幅提高，特别是在掺入范围为0.15％-0.50％的碳酸钠/碳酸钾时，有效内养护水量提升到不掺杂的2倍，这意味着在相同的内养护效果前提下，水泥基材料中SAP用量可大幅降低(使用量降低一半)，SAP用量的减少不但可以节约成本，而且对材料的力学性能也有提升。
附图说明
图1为钙离子让离子型SAP体积减小从而瘦身放水的原理图；
图2为实施例1中不同碳酸钠掺量情况下SAP在水泥浆体中的吸放水曲线；
图3为实施例1中不同碳酸钠掺量情况下SAP在水泥浆体中的吸放水曲线；
图4为实施例2中掺杂碳酸钾实验组和不掺杂对照组的SAP吸放水曲线。
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为不同碳酸钠掺量对SAP在水泥浆体中的吸放水曲线影响：
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，多组平行实验碳酸钠的加入量分别为0，0.05，0.10，0.15，0.18，0.20，0.30，0.50，1.0，2.0,3.0份；其中，碳酸钠加入量为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，获取不同碳酸钠掺量实验组和对照组浆体的初凝时间。初凝时间通过维卡仪实验测定。经测试，碳酸钠掺量从低到高的各组样品的初凝时间分别为280min，260min，250min，245min，220min，210min，200min，195min，165min，60min和14min。
其次，获取不同碳酸钠掺量样品的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2和图3所示，图中标注了对应的初凝时间。有效内养护水量为浆体初凝之后的SAP放水量。实施例1中不同碳酸钠掺量情况下的SAP的峰值吸水率及有效内养护水量如表1所示。
表1
从图2、图3和表1中可见，碳酸钠的掺入，可提高SAP峰值吸水率，延迟SAP峰值出现时间，缩短浆体初凝时间，最终提高有效内养护水量。
其中，相对于对照组，掺入0.15％-0.50％碳酸钠的实验组，其有效内养护水量至少提高2倍。
实施例2
实施例2为掺杂碳酸钾对SAP在水泥浆体中的吸放水曲线影响：
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，两组平行实验碳酸钾的加入量分别为0和0.2份；其中，碳酸钾加入量为0作为对照样品。将上述两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，获取掺杂有碳酸钾实验组和对照组水泥浆体的初凝时间。初凝时间通过维卡仪实验测定。掺杂有碳酸钾实验组和对照组水泥浆体的初凝时间分别为170min和280min。其次，获取不同碳酸钠掺量样品的SAP的吸放水曲线。获得的吸放水曲线如图4所示，图4中标注了浆体的初凝时间，通过图4可知，加入碳酸钾后，延缓了SAP吸水峰值出现时间。表2为实施例2中掺杂有碳酸钾实验组和对照组的SAP的峰值吸水率及有效内养护水量。
表2
从表2中可见，掺杂有碳酸钾实验组的峰值吸水率和有效内养护水量远高于对照组，有效内养护水量基本达到了对照组的2倍。
综上，适量碳酸钠或碳酸钾的加入，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，从而增加有效内养护水量，改善内养护效率，降低水泥基材料中SAP的用量。

Claims (3)

1.一种提高水泥基材料SAP内养护效率的方法，其特征在于：所述方法为：往采用SAP内养护的水泥基材料中加入可溶性碳酸盐；所述可溶性碳酸盐为碳酸钠或碳酸钾；水泥基材料中可溶性碳酸盐的加入量为水泥粉体质量的0.15%~0.5%；所述水泥基材料为水泥净浆、水泥砂浆或水泥混凝土。
2.根据权利要求1所述的提高水泥基材料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。
3.根据权利要求2所述的提高水泥基材料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。
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