高吸水性聚合物对自流平砂浆干燥及自收缩性能的影响外文翻译资料

 2022-01-02 10:01

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高吸水性聚合物对自流平砂浆干燥及自收缩性能的影响

摘要: 本文旨在通过分析水泥自流平砂浆（SLM）的收缩特性，提出用于评价自流平砂浆收缩补偿效果和机理的收缩控制措施。通过与普通砂浆的比较，分析了自流平砂浆的干燥收缩率，自收缩性和力学性能。通过水化和孔隙结构的结果解释了两种基质之间的差异。由超吸收性聚合物进行自流平砂浆的内部养护，测试了自流平砂浆的干燥收缩率和自收缩率的变化，其含量为0％wt，0.2％wt，0.4％wt和0.6％wt。还研究了孔结构和孔径分布。实验结果表明，自流平砂浆的干燥收缩率较大，自收缩率小于普通砂浆。其主要原因是水化延迟和自流平砂浆孔隙结构的变化，这是由于添加有机类添加剂引起的。当含量为0.4％wt时，使用超吸收性聚合物的内部养护对干燥收缩和自收缩补偿具有优异的效果，其分别降低10％和10.2％。

关键词：收缩；自流平砂浆；自愈合；超吸水聚合物

Abstract: This paper aims at putting forward the shrinkage control measures for evaluating the effect and mechanism of shrinkage compensation of self-leveling mortar by analyzing the shrinkage characteristics of cementitious self-leveling mortar (SLM). The drying shrinkage, autogenous shrinkage and mechanical properties of the self-leveling mortar are analyzed by comparing it with the ordinary mortar. The difference between the two kinds of matrix was explained by the result of hydration and pore structure. The internal curing of self-leveling mortar was carried out by superabsorbent polymer. The variation of drying shrinkage and autogenous shrinkage of self-leveling mortar were tested with the content at 0%wt, 0.2% wt, 0.4%wt and 0.6%wt. The pore structure and pore size distribution were also investigated. The experimental results show that the self-leveling mortar has larger the drying shrinkage and smaller the autogenous shrinkage than those of ordinary mortar. The main reasons for this are the hydration delay and the change of pore structure of self-leveling mortar caused by the addition of organic admixture. The internal curing by using superabsorbent polymer has excellent effect on drying shrinkage and autogenous shrinkage compensation which decrease by 10% and 10.2%, respectively, when the content is 0.4%wt.

Key words: Shrinkage;Self-leveling mortar ;Internal curing; Superabsorbent polymers

一、绪论

水泥基自流平砂浆（SLM）是通过混合胶凝材料，骨料和矿物掺合料以及化学外加剂制成的，它是一种新型的功能性建筑砂浆。由于节省了生产成本和劳动力，SLM在过去十二年中在中国和世界广泛使用。 SLM因其在初始状态下的特殊性能（优异的流动性，可泵送性和均匀性）和硬化状态（快速硬化，早期强度，光滑表面和稳定的体积变化）而变得流行。它适用于各种领域，如办公楼，学校，医院等。然而，为了获得这些优异的性能，在材料混合比的设计中可以采用大的水灰比和灰砂比，这就增加了砂浆的分离、分层和收缩开裂的风险。同时，自流平砂浆的大面积施工引起的蒸发和剧烈的水化反应分别导致了显着的干燥收缩和化学收缩。干燥收缩可以定义为由于砂浆干燥引起的体积变化，砂浆体积的变化与基质的水分流失有关。首先，干燥过程中游离水的流失可能导致收缩。随着砂浆干燥过程的继续，小毛细管中静水压力维持的吸附水显著减少。然后，游离水和吸附水的损失产生拉伸应力，迫使砂浆收缩，从而导致裂缝。此外，在干燥条件下，高水分水泥会增加干燥收缩率并降低砂浆的性能。至于自收缩，在一定程度的水化作用下，当水和水泥在水化过程中发生反应时，混合物中的水逐渐被水化产物取代，导致微观结构中的相对湿度降低。相对湿度的降低导致毛细管孔压力的增加，引起水合产物的固体骨架中的自生收缩变形。

目前，解决这一矛盾的既定策略如下：首先，使用快速硬水泥系统，如铝酸钙水泥（CAC）和硫铝酸钙水泥（CSC），这不仅减少了分离和分层的风险，也可以获得较高的早期力学性能，并可以提高施工效率。在这些水泥体系中，钙矾石起到膨胀源的作用，它可以补偿干燥收缩并提高SLM的早期强度。此外，有机类添加剂如纤维素醚，可再分散乳胶粉，减水剂和消泡剂可用于减少塑性收缩引起的问题。上述方法解决了自流平砂浆在施工阶段和硬化阶段之前的大多数问题，但很难研究硬化砂浆基体（1d）的长期使用性能。工程实践表明，快速失水和水泥水化引起的开裂，干燥收缩和自收缩是自流平砂浆破坏和破坏的主要形式，应重点研究和解决。

随着自流平砂浆理论和应用基础研究的深入，人们越来越关注硬化SLM的综合应用效果，尤其是收缩开裂引起的使用性能和使用寿命的下降。最新研究表明，铝酸钙水泥基自流平砂浆的干燥收缩率随着养护时间的延长而线性增加。具有

alpha;-半水石膏和二水合石膏的样品的干燥收缩值大于0.1％。它表明添加石膏总量为铝酸钙水泥基自流平砂浆对干燥收缩补偿影响不大。许玲琳等人的同一研究表明硫铝酸盐水泥基自流平砂浆的干燥收缩率也大于0.1％，且趋势与铝酸钙水泥的干燥收缩率相同。并且通过添加石灰石粉和硬石膏对干燥收缩没有积极影响。 B. Yuan等发现随着石灰石粉末的增加，干燥收缩率显着增加。此外，在SLM中使用无水物会导致较低的强度和较高的干燥收缩。总之，上述结果表明，快速硬质胶结体系的干燥收缩率会随着浆体硬化后相对湿度的持续下降而增加。而且砂浆体积连续收缩的趋势仍然不稳定，这将显着增加砂浆开裂和失效的风险。高吸水性聚合物（SAP）作为高性能混凝土中的内养护剂，因为它们能够快速吸收水分并在水合物基质中缓慢释放水泥基质。发现它们对于内部养护特别有效，以减轻波特兰水泥基材料的自收缩。采用高吸水性聚合物的高强度混凝土和超高强度混凝土的内部养护大大降低了自收缩的程度。与参考样品相比，内部养护方法可以显着改善水泥水化引起的化学收缩和干缩。随着养护年限的增加，砂浆的相对湿度迅速下降，湿度梯度增加。同时，超吸水性聚合物中的游离水不断释放，缓解了内部相对湿度的迅速下降。从超吸收性聚合物中释放的游离水促进了水泥的水合。在聚合物溶解后留下的孔隙中充满大量的水合产物，并且在游离水蒸发后留下孔隙，并优化基质的孔结构。结果表明，水泥基材料中相对湿度的降低将导致毛细管中水的表面张力迅速增加，从而在毛细管壁上产生压力。实际上，当相对湿度（35％）降低时，基质发生变形，凝胶水和夹层水失去，这是水泥石收缩的重要原因。虽然含水量（相对湿度）的变化是水泥基材料收缩和开裂的关键因素，但考虑到材料设计，施工工艺和使用环境的综合因素，硅酸盐水泥收缩形式存在显着差异。基于自流平砂浆。因此，自流平砂浆的收缩特性是研究收缩开裂问题的关键，并提出了相应的解决方案。

尽管先前的工作涉及SAP对胶凝材料性能的影响，但对SLM的影响尚不清楚，之前尚未进行过研究。因此，本文旨在通过与普通砂浆的比较，明确SLM的收缩特性，力学性能，水化热和孔结构特征。为研究超吸水性聚合物用量对自流平砂浆干燥收缩率和自收缩率的影响，采用压汞法（MIP）测定28天后孔结构。初步分析了高吸水性树脂对砂浆收缩补偿作用机理。

二、材料和方法

2.1 原材料

在该研究中，使用PO 42.5波特兰水泥，水泥的化学成分通过X射线荧光（XRF）分析，如表1所示。骨料由粗石英砂（40-70目，A级）和细石英砂（70-140目，B类）。粘合剂和砂子之间的质量比为1：1.5。石灰石粉末为矿物填料，为砂质量的10％。本研究中使用的化学外加剂包含基于聚羧酸盐的减水剂（SP）干粉，保水剂，羟丙基甲基纤维素（HPMC），可再分散乳胶粉，并且还使用消泡剂。

2.2 配比和材料准备

实验中样品的混合比例列于表2.此外，高效减水剂，可再分散粉末，HPMC和缓凝剂的用量分别为胶材质量的0.6％，0.5％，0.01％和0.02％。普通砂浆和自流平砂浆的混合物用于研究普通砂浆和自流平砂浆之间的特性。测量流动性的模具尺寸为Phi;30 mmtimes;50 mm。

按水泥重量加入不同剂量的超强吸水性聚合物（SAP 120-180目）以0,0.2,0.4和0.6％（S-1-S-4），以研究内部养护效果和减少收缩率。在烧杯中将SAP预润湿（水是其自身质量的20倍）30分钟。

所有样品在20plusmn;2℃下养护，相对湿度为50plusmn;5％。

2.3 测试方法

2.3.1 抗折强度和抗压强度

强度试验按GB/T 17671-1999进行（参见ISO：679）

2.3.2 收缩

根据JC/T 603-2004（参见ASTM C596-2001）进行收缩试验。样品规格为

25 mmtimes;25 mmtimes;280 mm。对于干燥收缩试验，在养护24小时后测量每组的参考长度。对于自收缩试验，在脱模后用石蜡密封样品。样品可插入部分嵌入两端的钢钉。然后，每天测量样品直至28天，然后每周记录一次。收缩率根据方程式计算。S=(ln-l0)/250*100%

其中S是收缩率,％；l0是脱模后测量的初始长度，ln是在n天内养护的样品的测量长度，250是试样的有效长度。

2.3.3 描述

等温热传导量热计（TA AIR，USA）用于测量72小时后样品的放热。样品水灰比为0.5 进行汞侵入孔隙率测定（MIP）分析（Auto pore IV9500，USA）以确定微观结构特征，例如样品的总孔隙率（％）和孔径分布。扫描电子显微镜（SEM，TM-4000，HITACHI）用于表征典型的孔，水化砂浆的内表面需要镀金。

三、结果与讨论

普通砂浆（M1）和自流平砂浆（M2）

图1显示了养护龄期对砂浆干收缩和自收缩的影响。显然，随着养护龄期的延长，自流平砂浆显示出与普通砂浆相同的体积变化规律。换句话说，自流平砂浆和普通砂浆的干燥收缩率和自收缩率急剧上升，并在第28天达到稳定状态。不同之处在于自流平砂浆的干燥收缩率总是大于普通砂浆的干燥收缩率。同时，其自收缩率较小，分别是普通砂浆的1.08倍和93％。可以得出结论，有机类添加剂，如纤维素醚，可再分散乳胶粉和添加减水剂和消泡剂，可能对硬化的自流平砂浆产生两种影响：a）砂浆的干燥收缩率增加; b）水泥的水化过程延迟。

图1 M1,M2的收缩（a.干燥收缩b.自收缩）

自流平砂浆和普通砂浆力学性能的试验结果如图2所示。自流平砂浆的抗折强度和抗压强度分别为2.1 MPa和10.1 MPa，分别为51.22％和43.72％。 普通砂浆分别随着养护龄期的增加逐渐赶上弯曲和抗压强度，并且比普通砂浆更大。 两种材料力学性能的实验结果表明，有机类外加剂可显着降低砂浆的早期力学性能，对水化和结构形成过程有显着影响。

图2 M1,M2的强度（a.抗折强度b.抗压强度）

两种水泥浆的水化热释放速率和水化热如图3所示。可以看出，有机类添加剂可以有效地延缓水泥的水化过程，其显着特征包括：1.自流平砂浆系统的水化热释放的第二个峰值从14小时延迟到33小时。2.水化热显着下降，12 h，24 h和72 h分别为40.1 J/g，61.9 J/g和302.8 J/g，无掺杂时分别为47.5％，30.3％和85.8％。纤维素醚和可再分散乳胶粉通常是用于水泥基材料的有机聚合物混合物，这对于其工作性能，机械性能和微观结构是有益的。当加水时，水泥颗粒的表面开始迅速分解，释放出大量的Ca2 ，Al3 和SO2-，并形成水合产物，如CH，Aft和C-S-H凝胶。同时，有机聚合物也会大量水解。由于水泥颗粒表面的吸附，水合作用被延迟。随着渗透压的增加，膜层被

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资料编号：[2398]

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