聚丙烯酸钠高吸水性树脂对砂浆性能影响研究

　　摘要

高吸水性树脂((SAP)是一种最新的混凝土内养护剂，能够降低混凝土开裂的风险。目前国内外对SAP的研究不多，主要还是停留在对其本身结构的分析。本课题提出了无机-有机复合内养护剂的想法，将无机材料高岭土复合到SAP中，以探究无机材料是否能影响SAP的工作性能。

本文针对添加SAP的水泥砂浆的性能变化规律展开详细研究。首先通过针对SAP的性能试验可以得出，高岭土含量越高，SAP的吸水性能越强，但最终达到的吸水平衡点越低，并且吸水与失水的速率也越来越慢。其次，在固定粒径下，通过多掺量和不同高岭土含量的组合，对影响水泥砂浆性能的因素进行了全面的分析和探讨。干燥收缩试验结果表明，掺量和SAP含量的不同，对混凝土的干燥收缩具有明显的影响。在同等条件下，高岭土的含量对干燥收缩影响的显著性更大。力学性能试验结果表明：SAP的类型、掺量均会影响砂浆中的自由水量和孔洞数量，进而影响砂浆的力学性能，SAP中高岭土含量越多、掺量越大，对力学性能的影响就越大。SAP对砂浆力学性能的不利影响主要体现在水化早期。同时通过比较得出，SAP对早期抗折强度的不利影响大于对早期抗压强度的影响。

　　关键词:高吸水性树脂；高岭土；砂浆；干燥收缩；力学性能

　　第一章绪论

　　1.1研究背景

混凝土强度的提升一直以来都是科学家为之努力的方向，随着科技的进步，高强高性能混凝土（HSC/HPC）也得到了研究与发展。但对于高强高性能混凝土的养护一直都是一个困扰科学家的难题。其主要原因就是传统的养护方式并不能对高强高性能混凝土产生很好的效果，但高强高性能混凝土水灰比往往较低，并且HSC/HPC结构相较于普通混凝土要密实的多，通过一般的外部养护（Externalcuring）非常难让水分进入到其内部。再加上HSC/HPC常用在大型的建筑中，比如桥梁和高楼，外养护是一件非常耗费人力物力的工作。

内养护（Internalcuring）也叫自养护（Self-curing），顾名思义，是在混凝土内部添加内养护剂从而产生养护作用的一种新型养护概念。与外养护不同，内养护是指在绝湿、绝热条件下依靠预吸水材料在混凝土内部释放水分维持混凝土内部充分湿润的方法，从而使得内部可以进一步水化。X混凝土协会(ACI)[1]和国际材料与结构研究实验联合会（RILEM）认为[2]，内养护能够通过“预先内置的方法根据时机选择性释放水分”，显著增加混凝土内部相对湿度（InternalrelativehumidityIRH），从而使自干燥最小化、水泥水化最大化。而内养护剂由于其完全无需外力干预的工作方式，在其被提出的第一天，就被认为是解决HSC/HPC内部早期裂缝的有效途径。

　　1.2概述

内养护相比较于外养护，有许多的优势。首先，内养护是将预吸水材料拌入混凝土胶凝材料中，那么当胶凝材料水化消耗水时，内养护剂与胶凝材料之间就形成了一个湿度梯度，两者之间产生一定毛细压力差，从而养护剂中的水分释放出来变成自由水，补偿损失的湿度并促进水化反应继续进行，同时内养护剂在掺加时是均匀分布在混凝土内部的，如果有某个部分的水化反应未进行完全，内养护剂就能发挥作用，最大程度实现了“就近养护”、“及时养护”；而外养护时，由于水分集中分布于混凝土外表面，水分基本上只有非常少量能够深入到混凝土内部，养护深度有限，内部得不到充分养护。另一方面，在水化开始后，拌和胶凝材料中的离子浓度不断上升，而内养护剂中的离子浓度非常低，产生一个浓度梯度，促使胶凝材料中的离子向内养护剂方向迁移，离子浓度差也作为水分迁移的动力，所以内养护时水分以内养护剂为中心向四周扩散，整体来看水分“从内向外”扩散，能够更加充分养护，促进胶凝材料充分水化;而外养护时水分大多沿混凝土外表面“从外向内或从表向里”扩散。

此外，在混凝土自收缩的过程中，化学收缩在混凝土内部留下很多孔隙，胶凝材料水化时，内部湿度降低，在孔隙中形成毛细张力，这就导致了自收缩。而在内养护条件下，当相对湿度低于100%时，这种压力差则使内养护剂释放水分，通过促进水化反应将内部的孔隙填满。Friedemann等人[3]研究水分迁移过程时发现，水分的迁移始于水化加速期，且这种迁移使得混凝土内部水分分布均匀。

　　1.3混凝土内养护剂的类别

内养护技术可以追溯到1947年，人们发现轻集料可以储存一部分水分供水泥后期水化之用。它主要指通过使用预浸轻集料或高吸水材料，改善混凝土内部湿度进而改善混凝土的收缩性能。混凝土内养护剂的分类有许多种，但主要可以分为高吸水性聚合物和多孔材料两大类。高吸水性树脂(SAP)，吸水能力很强，但释放水的速度较慢；而对于多孔材料，由于是孔隙储水，因此储水能力较弱，释放水分快速。

1.3.1多孔材料

轻集料是多孔材料中最为常见的一种，也可以称之为多孔陶粒，一般由无机质材料经高温煅烧而成。作为最早应用的内养护材料之一，轻集料的作用主要有降低自收缩，并提高内部湿度等。但同时也存在吸水能力较低、密度小、脆性孔偏多、吸水能力偏低等缺点。由于轻集料密度较小，在混凝土拌合物中会上浮，从而影响混凝土的流动性以及强度[4]。

多孔材料中，硅藻土也是常见的一种。硅藻土是一种由硅藻植物死后的遗体而形成的一种材料，其大部分为无定型SiO2，粒径在10-74μm，平均孔径3nm左右，能吸附自身质量1.54倍的水，试验表明，将其适量掺入混凝土中，强度能够提高26%[5]。同时稻壳灰由于含有大量的活性SiO2，也可以作为一种多孔材料，孔径在5-60nm，研究表明，稻壳灰也具有良好的储水性能，当混凝土内部出现自干燥效应时，稻壳灰内的水分就会释放出来促进水化反应的进行，缓解自干燥带来的危害，此外，稻壳灰中存在的活性SiO2也具有火山灰活性，对混凝土强度也有一定的提高作用[6]。赤泥也是一种多孔材料，其作为制取氧化铝过程中产生的固体废弃物，有一定的储水和释水能力，试验证明，随着水泥砂浆中赤泥含量的增加，蓄水量也增加，从而弥补水化过程中的水分缺失，砂浆的自收缩明显降低，强度有所提高；同时，赤泥的掺入会缓解新拌砂浆的泌水和离析现象但同时降低新拌砂浆的流动性[7]。同时，废陶瓷再生砂也是一种非常不错的多孔材料。由于陶瓷本身内部孔隙率就高于其他轻集料，再加上再生砂的制备过程中，表面会产生非常多的裂缝，从而提高再生砂的吸水率，它与天然砂有相近的和易性和强度，且它可以均匀分布在水泥中，内养护作用显著[8]。

大部分多孔材料都是一次性的“吸水-释水”的过程，在混凝土前期养护中能够起到良好的效果，但是由于多孔材料的强度往往小于混凝土内部骨料，再加上多孔材料无法通过水化反应减小自己的体积，故多孔材料在目前还有许多应用的限制。

1.3.2高吸水性树脂（SAP）

SAP是一种有机高分子聚合物，它的分子结构中有网状分子链。SAP遇到水以后立即发生电解，离解为带正电和负电的离子，这种带正电和负电的离子和水有强烈的亲合作用，能够吸收大量的水。同时随着SAP内部离子浓度的增加，由于水凝胶与外部环境之间的浓度差而产生反渗透，使得水进一步进入凝胶内部，因而使其具有极强的吸水性和保水性，能迅速吸收比自身重数百倍甚至上千倍的水，吸水后膨胀为水凝胶。然而，树脂本身的交联构造和氢键的结合，又限制了SAP进一步吸水，最终达到吸水平衡。

SAP对混凝土的自收缩有较好的抑制作用，降低微裂纹的形成[9]。其缓慢释放水，促进低水灰比水泥的水化和二次水化的进行，这样水化产物的增加不仅提高了混凝土的强度，而且有利于其自身密实度的提高。随着水化的进行，水化产物的不断增加，混凝土的早期收缩将会降低，后期收缩也会减小，这样有利于混凝土耐久性能的提高[10]。同时相对于多孔材料，SAP释水后体积远小于多孔材料，因此理论上对混凝土强度的影响低于多孔材料。但SAP同样也具有密度小，拌合时上浮的缺点，容易造成SAP在混凝土内部一处堆积，从而影响混凝土的内部水化，并且现有聚合物内养护材料经济性欠佳，售价高达每吨2万元，限制了其在附加值相对不高的混凝土行业的应用。

Jensen和Hansen[11]（）（1999）首次共同提出在混凝土加入高吸水性树脂(SAP)的方法，希望通过加入SAP改善混凝土的早期性能。T.C.Power[12]（2015）提出混凝土水灰比应不低于0.42，在水分充分的情况下，至少也不应低于0.36，否则水泥将不能完全水化，导致混凝土内部湿度迅速下降，出现混凝土早期自收缩的现象。同济大学的杨全兵[13]（1998）在做了水中养护两年的高性能混凝土自干燥研究，发现即使在水中养护两年试件内部自干燥现象仍然存在。研究认为最可行的办法就是从混凝土内部补充水分对混凝土进行养护，即内养护。

　　1.4研究目的及主要研究内容

1.4.1研究目的

(1)针对目前存在的有机高分子聚合物内养护材料在混凝土中的碱性环境下吸水少，释水慢且不稳定的情况，设计一种能够更加稳定发挥“吸水-释水”作用的改性SAP。

(2)阐明SAP的“吸水-释水”机理，同时比较高岭土含量的不同对SAP在水泥砂浆中的作用效果的差别。

(3)探明掺内养护材料水泥砂浆的内部相对湿度、孔结构等微观特征与混凝土干燥收缩、强度等宏观性能之间关系，为采用内养护方法抑制高强高性能混凝土（HSC/HPC）和中低强混凝土的早期收缩，以及混凝土力学性能、耐久性能改善提供理论指导。

1.4.2主要研究内容

结合无机-有机复合内养护剂的优势及混凝土表面的特性。本文的主要内容为以下几方面：

(1)SAP的设计与合成

SAP作为一种有机物，可以通过加入无机物来改变其某一方面的特性，通过前期文献阅读与资料搜集，本试验希望能够通过加入高岭土来改变SAP的内部结构，从而使得其发挥更好的作用。

(2)SAP“吸水-释水”机理研究

对SAP的吸水性能进行测试，比较不同高岭土含量的SAP在吸水性能方面的差异；比较SAP在水和饱和Ca(OH)2溶液中的吸水性能的差异，同时研究不同高岭土含量的SAP的吸水平衡点。

(3)掺SAP水泥砂浆表征及与宏观性能关系研究

确定最适合的配合比，包括SAP用量以及减水剂用量；比较不同类型SAP以及不同SAP掺量的试件的外表面孔隙是否有影响；SAP的掺量、高岭土含量、养护方式等对混凝土宏观性能（干燥收缩、工作性能、力学性能、耐久性能）等研究。

　　第二章试验内容

　　2.1试验材料

2.1.1胶凝材料

水泥:采用的P.O.52.5普通硅酸盐水泥，其化学组成和基本性能指标见表2.1和表2.2。

2.1.2细集料

本试验选用天然河砂作为细集料，表观密度为2725kg/m3，堆积密度为1525kg/m3,颗粒尺寸为0~5mm，细度模数为2.64，其筛分结果见表2.3。结果表明试验用砂属于II区中砂，颗粒级配符合试验要求。

2.1.3外加剂

试验采用陕西秦奋建材有限公司生产的PCA-Q8081均衡型聚胶酸系高性能减水剂母液，每一组试验加入的量为0.2%（与水量之比）。减水剂是一种在实际工程当中应用非常多的外加剂，其主要的用法就是将其加入拌和材料中，能够使得水泥颗粒包裹的水分释放出来，继续参与水化反应。所以减水剂能够减少拌和用水量，也能够与SAP同时使用以改善SAP的强吸水对水泥砂浆内部水化反应程度的影响。在本试验中，由于SAP吸水性能较强，拌和时水泥颗粒包裹的水分本来就不多，所以我们需要加入减水剂，减水剂不会额外提供水，只是将水泥中的水最大化地利用。

　　2.2试验仪器

SAP合成试验用到的主要仪器为电热恒温水浴锅、分析天平、电动搅拌机、电动粉碎机、干燥箱，冷凝管，温度计等，水泥砂浆干燥收缩试验主要用到的是水泥砂浆搅拌机、振动台、带孔的模具、收缩头以及千分表，水泥砂浆力学性能试验需要的试验仪器为NYL-60型压力试验机、DKZ-5000型电动抗折试验机。

　　2.3试验方法

2.3.1SAP合成方法

首先往四口烧瓶中加入1.08g的分散剂（Span-60）和146g的环己烷作为油相，随后把烧瓶放入水浴锅内，接上搅拌器、回流冷凝管、温度计以及通气管，通气管要保证下端细口不可以排到搅拌棒的末端，随后打开氮气瓶阀门，观察到通气管有少量的N2气泡冒出即可。水浴加热到45℃，搅拌30min左右，使Span-60充分溶解。同时另取一小烧杯称取36g丙烯酸，保持30℃以下，再取一小烧杯，称取22.5gNaOH倒入75ml的去离子水中形成c（NaOH）=7.5moI/L的溶液，取60.8gNaOH溶液倒入丙烯酸中，中和至要求的中和度，再分别加入0.09g的引发剂（过硫酸钾）、0.018g的NMBA（丙烯酰胺）和高岭土，搅拌20min至混合均匀作为水相，加入到四口烧瓶中，再搅拌30min后，升温到70℃再恒温搅拌3.5h，最后得到的样品经过滤、烘干、粉碎、真空干燥得小颗粒状产品，装袋备用。

需要注意的是，在搅拌过程中必须在通风环境下，这是由于丙烯酸会有非常刺鼻的味道，对人体有害。同时在将NaOH溶液倒入丙烯酸时，会产生较大的热量，必须要静置3-5分钟，保证其温度不超过30℃，否则就会影响最终的试验结果。SAP的烘干一般为5小时左右，且不加高岭土的SAP烘干后是易磨碎的颗粒，但是加入高岭土之后，SAP干燥后更偏向于塑胶的质感，非常难以磨碎，需要用到电动粉碎机。由于粒径的需要，使用电动粉碎机时间不宜太长，颗粒会太小从而无法控制SAP的粒径范围。粉碎之后就需要用到筛子将不同粒径的SAP筛分开来，由于是手工操作研磨，粒径的范围分布十分不均匀，最后将粉碎后的SAP筛分为＞30目、30-50目、50-100目、＜100目，其中占比最多的就是小于100目的粒径，约占总SAP质量的36.2%左右，最少的是50-100目的粒径，约占总SAP质量的15.8%左右。

2.3.2SAP的性能测试

为了研究SAP对水泥砂浆的影响，首先需要对SAP的“吸水-释水机理”进行研究。SAP的吸水率可以通过许多方法测试，但主要还是运用质量法测试，质量法顾名思义就是通过比较吸水和失水的质量来直观地表现出吸水性能的变化。在本试验中我们采取的就是质量法中的茶袋法。

茶袋的制作是将65μm尼龙网切成边长20cm的正方形，再对折，将两边热封，留一短边开口做成袋子，随后称取一定量的样品放入茶袋，均匀地分布于底部。再将茶袋浸入装有常温生理盐水的烧杯，静置30min后将茶袋提起,用夹子轻轻吊起，并悬挂控水一段时间后，测定茶袋的质量为W2，而空的干燥的茶袋的质量记为W1。结果按下式计算:

吸盐/水量(g/g)=W2-W1

本试验在测试SAP在去离子水中吸水率时，取三种不同高岭土掺量、粒径为100目的SAP各0.2g，置于去离子水中，测试经时吸水倍率。测试SAP在饱和Ca(OH)2溶液中吸水率时，取三种不同高岭土掺量、粒径为100目的SAP各0.2g，置于饱和Ca(OH)2溶液中，测试经时吸水率。测量SAP吸水饱和后的经时失水率时取三种不同高岭土掺量、粒径为100目的SAP各0.2g，先置于去离子水中预吸水饱和，再置于饱和氢氧化钙溶液中，测试经时失水率。

由图2.4可知，SAP在水中的吸水倍率与是否添加高岭土有关，吸水性能为7.5%＞4.2%＞0%，说明高岭土能够有效增强SAP的吸水性能，且高岭土含量越高，吸水性能越强。同时从吸水速率来看，在前5分钟的时间内，三种SAP的吸水速率相差不大，但是5-15分钟内，添加高岭土的SAP的吸水速率明显高于未添加高岭土的SAP。

从图2.5可知，在饱和Ca(OH)2溶液中SAP会迅速吸水到达饱和状态，又迅速进入失水阶段，通过比较可以得出，未添加高岭土的SAP吸水量与吸水速率均高于加入了高岭土的SAP，同时在失水速率上也高于其他两组，在20分钟左右达到吸水平衡点。同时随着高岭土含量的增加，SAP的吸水量与吸水率均下降，4.2%高岭土的SAP到达吸水平衡点的时间大概为20分钟，7.5%高岭土的SAP到达吸水平衡点的时间大概为30分钟。三种SAP的最终平衡吸水率从0%到7.5%分别为8.95倍、4倍、7.25倍。

由图2.6可知，预吸水饱和的SAP在饱和Ca(OH)2溶液中能够更快地达到吸水平衡点，在吸水量远高于图二的情况下，未加入高岭土的SAP在15分钟左右就达到了吸水平衡点，4.2%高岭土的SAP到达吸水平衡点的时间大概为20分钟，7.5%高岭土的SAP到达吸水平衡点的时间大概为30分钟。同时吸水倍率相比干粉加入饱和Ca(OH)2溶液有所提高，分别为10.15倍、5.25倍、10.9倍。

2.3.3水泥砂浆干燥收缩试验

关于SAP的掺加方式，目前常用的有2种。第一种是对SAP进行预吸水处理，但是由于SAP是胶凝材料，实验室条件下，SAP预吸水后会在烧杯中残留一部分无法完全倒出，会导致试验的误差。同时由于SAP吸水速率过快，再加入到水泥砂浆中非常容易出现拌不开的情况，故本次试验不选择对SAP进行预吸水处理。第二种是将SAP干粉直接加入水泥砂浆拌合物中并继续搅拌。经过对两种掺加方式的试验，可以得出这两种掺加SAP的方式虽然只是制备顺序的不同，但是从试验结果来看第一种掺加方式的流动度明显低于第二种，故本次试验都采用第二种SAP掺加方式。

（1）试件制备

a.按试验要求确定的各材料比例称量，将水、水泥、砂和高吸水性树脂混合倒入水泥胶砂搅拌锅内，干拌3分钟。

b.由于SAP会大量吸水，水泥砂浆会容易拌不开，故选择加入减水剂，根据前期预试验，确定当减水剂的量为水量的0.2%时最为合适。

c.选择收缩模具在收缩模具内表面涂一层脱模油，然后小心将收缩头固定在试模两端面的孔洞中，使收缩头露出试件端面8mm左右，操作中避免出现收缩头粘上脱模油。将拌和的砂浆倒入收缩模具内，然后在振动台上振动60秒，震动结束后用金属刮刀清除多余砂浆，使砂浆完全充满模具，并使表面平整三个试件为一组[14]。

d.成型，在振动台上振动60s，制成40mmX40mmX160mm试件。

(2)养护制度

在标准条件下养护24小时脱模，然后编号,标明测试方向。脱模后按标明的测量方向立即测定试件长度，即为试件的初始长度。测试前用标准杆标定千分表零点的高度。

(3)测试方法

测定砂浆试件初始长度后，置于温度（20±2）℃，相对湿度为（60±5）%的室内，到第3d、7d、14d、28d分别测定试件的长度，即为自然干燥后长度。

2.3.4水泥砂浆抗折与抗压强度试验

（1）试件制备

a.按试验要求确定的各材料比例称量，将水、水泥、砂和高吸水性树脂混合倒入水泥胶砂搅拌锅内，干拌3分钟。

b.加入减水剂的量与干燥收缩试验相同。

c.将水泥砂浆倒入三联模中，分两次倒入，用小铲子多次插捣。

d.成型，在振动台上振动60s，制成40mmX40mmX160mm试件。

(2)养护制度

试件成型后，将试件移入标准养护室(20±2℃)养护48小时拆模，再将试件进行标准养护(在20±2℃水中养护至28天)。

(3)测试方法

力学性能的测定主要是测试抗折强度和抗压强度，测定步骤按GB-177《水泥胶砂强度检测方法》进行。

　　第三章SAP对水泥砂浆干燥收缩的影响分析

　　3.1水泥砂浆干燥收缩试验结果

　　3.2水泥砂浆干燥收缩试验结果分析

由图3.1与图3.2可知，在其他条件相同的情况下，不同SAP掺量对水泥砂浆的干燥收缩有着完全不同的影响。根据图1可得，当SAP掺量逐渐增大，砂浆的干燥收缩率不断降低，我们将3d-7d模拟为早期收缩，7d-28d模拟为后期收缩。可以看到，未加入高岭土的水泥砂浆对照组早期收缩率明显高于其他组，这说明加入SAP对缓解水泥砂浆的早期收缩确实有着非常明显的作用，试验组中缓解早期收缩效果最好的是加入0.2%SAP的试验组，在7d时降低了74.9%的早期收缩。对于后期而言，SAP的存在也能够缓解后期的干燥收缩，但加入0.6%SAP的试验组在后期对干燥收缩的缓解效果没有其他试验组那么好，加入0.2%SAP的试验组在7d之后收缩率还有明显的上升，但是加入0.4%SAP的试验组在7d之后收缩率就保持稳定了，最终在28d时降低了66.6%的早期收缩。综上所述，SAP对减少水泥砂浆的干燥收缩有着明显的作用，但SAP对干燥收缩缓解的效果并不随着SAP的掺量的增加而增加，在试验组中效果最好的是加入0.4%SAP的试验组，这说明SAP的掺量应当保持适量，在水泥量的0.4%左右对水泥砂浆的干燥收缩缓解效果最好。

由于时间原因，试验中只比较了含有7.5%高岭土的SAP与不加高岭土的SAP对水泥砂浆干燥收缩的影响。通过图二可知，加入了高岭土的SAP能够明显减少水泥砂浆的干燥收缩，尤其是早期的干燥收缩，在7d时降低了69.9%的早期收缩，在28d时降低了41.6%的早期收缩。综上所述，在普通的SAP合成中添加高岭土而产生的改性SAP确实能够减少水泥砂浆的干燥收缩，但由于试验组的缺少，目前还不能确定比较合适的高岭土含量范围，

　　第四章SAP对水泥砂浆强度的影响分析

　　4.1水泥砂浆力学性能试验结果

　　4.2水泥砂浆抗折强度试验结果分析

由之前的分析可知，SAP对水泥砂浆的干燥收缩有着明显的作用，但对于抗折强度来说，情况则完全相反。从图4.1-4.3可知，加入SAP明显降低了水泥砂浆的抗折强度。水泥砂浆的抗折强度在3d、7d、28d分别最高下降了9.71%、11.01%、24.32%，可知随着龄期的增加，水泥砂浆的抗折强度受SAP的影响越大。同时以上三张图反映出了同样的规律，当SAP的掺量不停增加，水泥砂浆的抗折强度就不停降低，根据绪论中了解到的试验背景，造成抗折强度下降的主要原因有两个，首先是因为SAP早期大量吸水，导致早期水泥砂浆内用于水化的自由水减少，所以不利于水泥砂浆早期强度的发展。其次是因为SAP吸水膨胀，占据了砂浆的内部空间，但洗水后的SAP并不能提供强度，所以在砂浆内部形成了比较多的孔洞，造成砂浆的抗折强度明显下降。这也解释了为何随着掺量增加，砂浆的抗折强度不断下降，是由于SAP越多，那么砂浆内部的孔洞也就越多，虽然在养护过程中，SAP不断释水促进水泥的水化从而填补孔洞，但是考虑到试验的SAP的固定粒径为＞50目，猜测可能是由于粒径偏大，SAP无法达到预期效果，所以抗折强度才会有如此明显的下降。

同时，高岭土的含量对砂浆的抗折也是一个影响因素，从图4.4可知，加入高岭土对抗折强度的影响并不大，但是可以看到，7.5%含量的高岭土，在28d时的抗折强度明显大于其他两组，而28d时对照组的抗折强度为11.1MPa，考虑到试验误差，我们可以得出含有高岭土的SAP相对于不含高岭土的SAP，在抗折强度方面能够减少下降的趋势，但效果十分有限，同时随着高岭土的含量增加，砂浆的抗折强度也逐渐增加，这说明高岭土的含量越高，减少抗折强度下降的效果越明显。

综上所述，由于SAP的特殊结构，必定会造成水泥砂浆抗折强度的下降，而且随着养护龄期的增加，抗折强度下降的幅度一直变大。即使加入了高岭土，对这种趋势还是不能延缓，考虑到实际的工程当中，对抗折强度的要求相当高，如果需要加入SAP的话，粒径的选择也是非常重要的一点，尽量选择粒径小一些的，因为粒径越小，孔洞也就越小，那么SAP释水后的水化产物更加容易填满孔洞，减少抗折强度的损失。

　　4.3水泥砂浆抗压强度试验结果分析

相比于抗折强度，SAP对抗压强度的影响有非常明显的时间段区分，由图4.5-4.7可得，在早期3d时，SAP的加入对抗压强度的影响很小，波动范围在-0.11%-2.22%，但是在7d时，抗压强度的波动范围为-13.77%–5.19%，而28d的波动范围更是达到了-28.77%–5.3%。可以得出随着龄期的增加，抗压强度的波动范围不断增加，说明SAP对水泥砂浆后期的抗压强度也造成了很大的影响。同时随着掺量的增加，抗压强度不断下降，这说明SAP膨胀所形成的孔洞并没有被水化产物所填满，这可能是由于SAP掺量偏多，同时粒径偏大造成的。

同时，在图4.8中我们可以看出，高岭土的含量对砂浆的抗压强度所造成的影响很小，以0%高岭土含量的SAP为基准，在3d、7d、14d的波动范围分别为：-3.11%-5.17%、-3.72%–0.36%、-0.09%-1.8%。可以看出，与抗折试验得出的规律基本相同，高岭土的含量对水泥砂浆的抗压强度影响很小。因此在实际的应用当中，选用不同的高岭土含量的SAP对混凝土的抗压强度也基本上没有影响。

　　第五章结论与展望

　　5.1结论

SAP作为最新的混凝土外加剂的研究时间还不长，但是，无可置疑的是高吸水树脂可以多方面提高混凝土的许多特性，例如，作为内养护剂可减少混凝土的自收缩;可提高水泥的水化程度;有效的引气效果，有效提高混凝土的耐久性能等特性。因此如何更好地将SAP应用于混凝土工程是之后混凝土研究的一个重要方向。通过2个月的SAP合成试验与2个月的水泥砂浆试验，对于SAP的性能、在水泥砂浆以及混凝土中的作用效果我们已经有了一个大致的判断。

SAP是一种胶凝材料，在实验室中试验的时候，经常需要注意的就是不能在手上有任何水分时触碰SAP，就算是刚刚洗过擦干的勺子，也会吸附上许多的SAP颗粒。这说明了SAP是吸水性非常非常强的一种材料，并且从SAP的性能试验来看，高岭土的加入能够明显增强SAP的吸水性，但是通过观察SAP在饱和Ca(OH)2溶液中的吸水平衡点来看，未加入高岭土的SAP最终吸水平衡点是最高的，这也说明了虽然加入高岭土可以增加SAP的吸水性能，但是释放给水泥水化的自由水相差不多。

SAP最为有效的就是缓解水泥砂浆的干燥收缩，通过试验可以得知，SAP在水泥砂浆的早期收缩方面有着非常明显的效果，并且高岭土的加入也能够加强这种效果。但是在抗折与抗压方面，SAP的存在似乎是一个“拖后腿”的角色，参考之前各类文献的结果，SAP确实会降低水泥砂浆的抗折强度与抗压强度。童彦伟[15]在硕士毕业论文《高吸水性树脂对水泥砂浆性能影响的研究》中的研究得出，掺加SAP后砂浆早期抗压抗折强度有了明显的降低，砂浆3d抗压强度下降幅度最高达12.4%，砂浆3d抗折强度下降幅度最高达28.4%。Jensen和Hansen在研究柱状砂浆试件抗压强度后(密封养护27天，养护温度20℃)，发现基准砂浆(SAP=0%)平均抗压强度为134MPa，而SAP砂浆平均抗压强度109MPa，强度缩减了19%（W/C=0.3,We/C=0.05,SAP/C=0.6%,We为额外引水量)。而本次试验28d平均抗折强度下降了11.71%，平均抗压强度下降了14.12%，这充分证明SAP在实际应用当中，最大的弊端就是SAP会影响到试件的抗折与抗压强度，并且在实际的工程当中，会使用非常大量的SAP，成本也会上升。但是考虑到高强高性能混凝在早期时会产生比较多的裂缝，SAP的加入可以有效缓解干燥收缩，减少裂缝的发生，并且在高强高性能混凝土中，水化反应相比较于普通混凝土更为激烈，猜测SAP在高强高性能混凝土当中，不利影响会被减弱。

　　5.2展望

(1)目前所做的SAP对于混凝土力学性能的研究，还只是停留在比较基础的阶段，单纯的强度试验只能证明局部的特性，由于时间原因，本次试验没办法扩大研究的范围和深度，之后可以从各种无机添加剂的种类、SAP合成方法、粒径、是否预吸水等条件对各类型的水泥材料以及混凝土材料的性能影响，同时也可以研究SAP在实际施工中的诸多施工工艺细节。SAP目前在实际工程当中的使用率还不是很高，主要是考虑到成本问题，之后我们也可以通过各类研究，寻找出更为经济也更为高效的SAP类别。

(2)无机-有机复合的SAP在目前来看，有其存在的意义，但是我认为无机材料对SAP的影响不仅仅是简单的吸水性能的变化而已，在之后的研究中，应该多加分析无机材料对SAP的微观结构的影响，结合传统的混凝土理论分析，更加深入地探讨无机材料复合SAP的可行性。

(3)SAP在今后的实际施工中会有非常大的用途，这能够减少实际工程当中的维护支出，并且进一步加强工程的安全性，不仅仅能够改善现有的建筑规范，更能够促进我国在建筑施工材料与绿色环保施工领域研究工作的开展。