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不同粒径及掺量的高吸水树脂对灌浆料性能的影响.pdf
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1、Aug.2023年8 月Shanxi Science&Technology of TransportationNo.4第4期(总第2 8 3期)山西交通科技不同粒径及掺量的高吸水树脂对灌浆料性能的影响李殿勤(山西路桥建设集团有限公司,山西太原030006)摘要:为了探究高吸水树脂(SAP)粒径及掺量对灌浆料性能的影响,选取了3种不同粒径(18 0 m、125m、9 8 m)的SAP通过干掺的方式掺入胶凝材料中,制备灌浆料试样,测试其初始流动度与30 min流动度、抗压强度以及竖向膨胀率,并采用扫描电镜,分析了灌浆料微观形貌的变化,探讨了SAP对灌浆料性能的影响机理。结果表明:灌浆料流动度随着S
2、AP掺量的增加而减小,SAP粒径越小,流动度减小得越迅速;灌浆料力学性能随着SAP粒径的减小而减小,随着SAP掺量的增加,灌浆料2 8 d抗压强度呈现出先增大后减小的趋势,掺量为0.2%时,2 8 d抗压强度达到9 0.4MPa,高于空白组;当掺入SAP时,2 4h内的竖向膨胀性能均表现增长趋势;SEM微观分析显示由于SAP在水化后期向灌浆料内部释水,促进粉煤灰微珠二次水化,使粉煤灰微珠表面生成了更多的水化产物。总体来看,掺入0.2%的粒径为12 5m的SAP,在损失较小流动度的同时,可以使灌浆料内部结构致密,提升力学性能,改善孔隙结构。关键词:高吸水树脂;粒径;流动度;抗压强度;竖向膨胀中图
3、分类号:U414.7文献标识码:A文章编号:10 0 6-352 8(2 0 2 3)0 4-0 0 19-0 5Influences of Grain Size and Content of Super AbsorbentPolymer on Performance of Grouting MaterialsLI Dianqin(Shanxi Road&Bridge Construction Group Co.,Ltd.,Taiyuan,Shanxi 030006,China)Abstract:To study the influences of the grain size and con
4、tent of the super absorbent polymer(SAP)onthe performance of grouting materials,this paper added SAP with sizes of 180 m,125 m,and 98 m tothe cementitious material by the dry method,and the grouting samples were prepared to test the initialfluidity,30 min fluidity,compressive strength,and vertical e
5、xpansion.The variations of the microstructure ofthe grouting materials were analyzed with the scanning electron microscope,and the influencing mechanismof the SAP on the performance of the grouting material was discussed.The results showed that the fluidity ofthe grouting material decreased with the
6、 increasing content of the SAP,and the smaller the SAP size,themore rapidly the fluidity decreased.The mechanical properties of the grouting material decreased with thedecreasing SAP size.With the increase of the SAP content,the compressive strength at 28 d of the groutingmaterial increased first an
7、d then decreased,and at the content of 0.2%,the compressive strength at 28 dreached 90.4 MPa,which was higher than that of the blank group.Adding the SAP,the vertical expansionwithin 24 h tended to be increased.According to the SEM micro-analysis,the SAP released water into thegrouting material at t
8、he later hydration stage,promoting the secondary hydration of the fly ash microbeads,which generated more hydration products on the surface of the fly ash microbeads.Overall,adding the SAPwith a content of 0.2%and a size of 125 m could densify the internal structure of the grouting material,enhance
9、the mechanical properties,and improve the pore structure with a small loss of fluidity.Key words:super absorbent polymer;grain size;fluidity;compressive strength;vertical expansion收稿日期:2 0 2 3-0 7-0 3;修回日期:2 0 2 3-0 8-0 4作者简介:李殿勤(19 6 8),男,山西临汾人,高级工程师,2 0 15年毕业于北京交通大学土木工程专业。20山西交通科技2023年第4期0引言装配式建筑以
10、其低能耗、高效率、可持续的工程特点,在建筑领域的关注度越来越高-2 。对于装配式建筑来说,构件间的“可靠连接”极为重要,是整体结构安全的基本保证。钢筋套筒灌浆连接是装配式构件间连接的主要方式,因而套筒灌浆料的性能直接决定了构件间的连接质量套筒灌浆料还具有低水灰比(wlc)、大流态微膨胀等特点。套筒灌浆料在工程应用中外部水分难以到达高性能混凝土内部,难以在套筒灌浆料内部提供足够的养护水分,导致水泥基材料水化作用有限,工程应用期间易出现微开裂。高吸水树脂(Superabsorbentpoly-mer,SAP)是一种具有三维亲水网络结构的高分子材料,通过渗透压、氢键和毛细压力,能够快速吸收和储存相对
11、于自身质量的数十倍甚至数千倍的水或含水液体 3-5。当SAP暴露于混凝土混合料中时,在三维网络的内外之间会发生渗透压梯度和化学势的转变,导致SAP吸水和蓄水 6 。随着水泥基材料的水化或水分的蒸发,SAP会不断释放水泥基材料内部的水分,以补偿水泥基材料内部的水分损失,减少收缩 7 。SAP提供的水可以提高水泥基材料的水化程度,显著减缓收缩,减少微裂缝的发生,提高水泥基材料的耐久性 8-9。叶华等人0 的研究表明,在混凝土中直接加人未预吸水的SAP时,由于SAP可以吸收部分自由水,降低内部水灰比,使新拌混凝土的工作性降低。PierardJ等人的研究结果表明,在新拌混凝土中分别加人预吸水的SAP,
12、质量为胶凝材料的0.3%与0.6%,硬化混凝土弹性模量与2 8 d抗压强度下降,但是硬化混凝土弹性模量下降幅度显著低于抗压强度下降幅度。胡曙光等12 研究发现,在混凝土中加人预吸水的SAP,质量不大于胶凝材料总质量的0.5%,能有效地减小混凝土收缩且强度损失小。综上所述,目前有关SAP在水泥基灌浆材料中的应用研究仅停留在掺量对性能的影响阶段,而有关微珠粒径大小对水泥基灌浆料性能的影响尚鲜有报道,且有学者研究表明,SAP粒径大小对自密实混凝土力学性能和体积稳定性有重要影响。鉴于此,本文采用胶凝材料中干掺SAP的方式,系统研究SAP的粒径与掺量对灌浆料流动度、抗压强度与灌浆料竖向膨胀率的影响,并采
13、用扫描电镜分析灌浆料微观形貌的变化,探讨SAP对灌浆料性能的影响机理。研究结论将为SAP在灌浆料中的应用提供一定的理论依据。1试验材料及方法1.1原材料胶凝材料选用选用P.I52.5硅酸盐水泥和粉煤灰微珠,技术指标见表1,化学组成见表2;集料选用ISO标准砂中砂;膨胀剂选用UEA型混凝土膨胀剂;减水剂选用西卡P530聚羧酸高性能减水剂,减水率25%;消泡剂选用工业级消泡剂,pH值为6 8;拌和水使用自来水。表1PI52.5硅酸盐水泥技术指标密度/比表面积/凝结时间/min抗折强度/MPa抗压强度/MPa(gcm3)(mkg)初凝终凝3d28d3d28d3.163511261755.878.92
14、32.1757.97表2化学组成表SioAl,0,Fe,0,CaoK,0MgoNa,0SO,成分0(M)/10-2水泥25.098.123.0354.670.723.940.323.39FAM57.4630.183.163.33 1.92 0.880.610.83选用丙烯酸型商用非离子型SAP。将其在6 0 下干燥至恒重后采用筛网为8 0 目、12 0 目、16 0 目、2 0 0 目的筛子进行筛分,将筛选出12 5m180m、9 8 m125m、和7 4m98m的SAP分别标记为SAP-A、SAP-B和SAP-C。采用茶包法研究SAP的吸收特性 9 。将重量约为1g的干SAP颗粒(m,)放置
15、在茶包(m)的底部,茶包在去离子水、自来水和水泥滤液中预湿。将含SAP的茶包浸人去离子水、自来水和水泥滤液中18 0 min,然后将肿胀的茶包悬浮在空气中10 min;最后,对茶包称重(m)。吸水率(Q)可由式(1)计算。每批茶包和试液中至少有3个个体,结果如表3所示m3m2m一Q(1)表3SAP在不同液体中的吸液特性测试方法SAP-ASAP-BSAP-C去离子水gg)44.552.360.3自来水/gg)38.745.035.2水泥滤液八g:g)31.733.629.4水泥滤液饱和时间/min8111.2试验方案为探究SAP的粒径与掺量对灌浆料性能的影响,以SAP粒径与掺量为变量进行试验设计
16、。固定水胶比为0.2 4,胶砂比为1:1;胶凝材料中,水泥质量:粉煤灰微珠质量为0.9 5:0.0 5;外加剂中,减水剂掺量为1%,膨胀剂掺量为0.5%,消泡剂掺量为0.1%。1.3测试方法根据钢筋连接用套筒灌浆料(JGT4082019)进行流动度、抗压强度测试,对灌浆料进行3h和2 4h膨胀数值的测量与记录。将养护2 8 d灌浆料试块破碎成0.8 g左右的小块,并放人丙酮中脱水2 4h,干燥至21李殿勤:不同粒径及掺量浆料性能的影响2023年第4期恒重并密封保存,采用HitachiS-4800冷场发射扫描电子显微镜,观察灌浆料内部水化产物的微观结构形貌。2结果与讨论2.1SAP对工作性能的影
17、响流动度是评价灌浆料工作性能的重要指标,它直接反应了灌浆料施工的难易程度及其均匀性。不同粒径与掺量下SAP对灌浆料初始流动度和30 min流动度的影响分别如图1和图2 所示350SAP-A340-SAP-B-SAP-C330320310F300290F0.00.10.20.30.4SAP掺量/%图1SAP粒径与掺量对灌浆料初始流动度的影响340330SAP-A-SAP-B320A-SAP-C3103002902802702600.00.10.20.30.4SAP掺量/%图2SAP粒径与掺量对灌浆料30 min流动度的影响从图1和图2 可以看出,灌浆料初始流动度和30 min流动度随SAP掺量的
18、增加总体上呈现减小的趋势。当SAP粒径一定时,其初始流动度与30 min流动度随SAP掺量的增加而减小,SAP掺量每增加0.1%,初始流动度减小10 15mm,30 m i n 流动度减小10 2 0 mm,而且SAP粒径越小,降低幅度越大。当掺人0.4%的SAP-A和SAP-C后,灌浆料初始流动度比未掺SAP的空白组初始流动度降低了11.5%和14.7%。这一现象在30 min流动度中更明显,当掺人0.4%的SAP-A和SAP-C后,灌浆料30 min流动度比未掺SAP的空白组30min流动度分别降低了12.5%和18.8%。产生这一现象的原因是SAP具有高吸水率,在灌浆料浆体中前期快速吸水
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