广东建材2017年第12期综合论述高吸水性树脂SAP在混凝土中的研究进展邵力1李从波1陈宇2周小强1（1广州大学土木工程学院；2广州市佳骏建材实业有限公司）阐述了高吸水性树脂SAP对混凝土力【摘要】本文总结了高吸水性树脂SAP的国内外研究现状，学性能、收缩以及微观结构的影响，分析了高吸水性树脂SAP的减缩机理，提出了高吸水性树脂SAP存在的主要问题，并针对主要问题提出了解决思路。收缩；力学性能【关键词】高吸水性树脂SAP；减缩机理；1引言其发展历史已有近200混凝土作为一种人造材料，混凝土耐久年，随着人们对工程质量的要求越来越高，裂缝是影响混凝性能已逐渐受到相关研究人员的重视，土耐久性的主要因素之一。工程中的裂缝可分为结构性结构性裂缝主要是由外荷载等因裂缝和非结构性裂缝，素引起的，非结构性裂缝是由各种变形引起的[1-2]，主要包括收缩、温度变形裂缝等。非结构性裂缝占工程裂缝国内外研究的80%左右[3]。为解决混凝土收缩开裂问题，主要包括优化混凝土人员进行了大量的相关试验研究，配合比、掺加矿物掺和料、掺加不同种类的纤维[4-7]、做掺加不同种类的内养护材料等方好混凝土早期的养护、面,研究表明应用内养护材料技术能较明显抑制混凝土的收缩[8-9]。2高吸水性树脂SAP高吸水性树脂SAP是能预先吸水和在特定的环境条件下释水的一种能在混凝土内部均匀分散的混凝土高保水性和高稳定性的特内养护材料，具有高吸水性、点。高吸水性树脂SAP作为混凝土内养护材料成为当前纤维素接枝类、的研究热点之一。SAP分为淀粉接枝类、合成树脂类和其它天然高分子类，其中合成树脂类适合作为混凝SAP工艺成熟简单，吸水保水能力较强，土内养护材料。[10]3高吸水性树脂SAP作用机理高吸水性树脂SAP通过预先吸收一部分水分保留在内养护材料内部，此时，高吸水性树脂SAP在混凝土“蓄水箱”，待混凝土内部环境湿度降内部相当于微型的的发展，材料的高性能化、高功能化和高智能化成为趋微胶囊技术从本世纪七十年始应用于胶黏剂行势。业，虽然其发展受工艺难度大、成本高等因素制约，但世每年都有新的产品出现，具有界各国的研究非常活跃，相当大的发展潜力。因此微胶囊自修复技术将在未来成为环氧树脂胶黏剂改性技术的主流。虽然微胶囊技术对于环氧树脂胶黏剂的自修复潜目前具有实力巨大，不过该技术在我国还是刚刚起步，用性的微胶囊种类有限，囊壁和囊芯材料匹配严格。而且该技术主要应用于热固性材料。关于这些方面的问题，是将来研究的关键。●【参考文献】[1]JungD,HegemanA,SottosNR,etal,Self-healingCom-positesUsingEmbeddedMicrospheres,ComposFunctGradMater,1997,80：265-275.[2]BlaiszikB.J,SottosN.R,WhiteSR.Nanocapsulesforself-healingmaterials[J].CompositesScienceandTech-nology,2008,68(3-4):978-986.[3]赵世琦,甘常林.“海岛结构”———克服环氧树脂浇注制品开裂的特效手段[J].绝缘材料通讯，1994,4.[4]MoyukuM,etal.Parametricstudiesonself-repairingapproachesforresininfusedcompositessubjectedtolowvelocityimpact[J].SmartMaterStruct,1998,18:623.[5]郝丽娜,万贤,刘亚坤,徐军,郭宝华.界面聚合法制备聚脲微胶囊[J].塑料，2013,42（5）.[6]任晓亮,王立新,任丽,苏峻峰.原位聚合法制备相变储热微胶囊[J].功能材料.2005,11（36）[7]童晓梅,张敏,陈锋,张婷,邱建辉.聚苯乙烯包覆环氧树脂自修复微胶囊的制备工艺研究[J].陕西科技大学学报，2008,26（5）.-67-综合论述低开始产生塑性收缩、自收缩、干燥收缩时，“蓄水箱”开始给周围环境提供水分，维持混凝土内部湿度长时间保持在较高水平，避免了毛细孔过早失水形成毛细孔负压，从而减缓了收缩开裂出现的时间。高吸水性树脂SAP主要作用就是延缓了混凝土内部湿度下降的时间，使混凝土有足够的时间水化，从而使混凝土产生的极限拉应力能够抵抗收缩应力。4高吸水性树脂SAP掺入工艺对混凝土工作性能影响高吸水性树脂SAP作为一种新型混凝土外加剂，其掺入工艺有干粉状态SAP掺入和预吸水SAP掺入两种主要方式。当以干粉状态SAP掺入时，SAP会吸收混凝土拌合物中的自由水，导致混凝土拌合物流动性下降，影响其工作性；当以预吸水SAP掺入时，混凝土拌合物工作性受总用水量、SAP预吸水量等的影响。不同性能的SAP应当通过试验确定最终的掺入方式。5高吸水性树脂SAP对混凝土力学性能的研究Piérard[11]研究指出，预吸水SAP的掺入，混凝土28d强度下降了10%左右，Lam[12]等发现掺加SAP的混凝土强度降低幅度高达50%，Cachim[13]研究了不同湿度养护条件对掺SAP砂浆强度的影响，研究表明，随着湿度的降低，掺SAP混凝土强度降低效应越低，说明SAP对低湿度环境条件混凝土性能有积极作用。Hasholt[14]研究发现SAP会导致混凝土强度的降低，Assmann[15]发现SAP对混凝土强度并无明显影响，Espinoza-Hijazi[16]研究表明，SAP的掺入会使混凝土的抗压强度提高约20%。清华大学的张珍林[17]将SAP预吸水后加入到混凝土拌合物中，在保证混凝土拌合物的工作性不变的情况下，其研究指出，掺预吸水SAP各龄期强度都有不同程度的减小，且SAP掺量越高，其强度降低越明显，主要原因是掺预吸水SAP后增大了混凝土的水胶比，导致对强度产生了不利的影响。湖南大学的王嘉[18]研究了不同粒径、不同附加水胶比的高吸水性SAP的加入对混凝土性能的影响，粒径较小的SAP对混凝土强度降低作用影响较小，附加水胶比较小时，对强度无明显影响，附加水胶比较大时，混凝土强度降低幅度较大，结论与张珍林类似。-68-广东建材2017年第12期哈尔滨工业大学的何文慧[19]研究了SAP对砂浆性能的影响，当掺入方式为干拌方式掺入、不引入附加水的情况时，SAP对砂浆强度有一定的贡献作用，而引入附加水的条件下，随着SAP掺量的提高，砂浆强度降低较明显。中国矿业大学的逄鲁峰[20]研究了SAP对高性能混凝土性能的影响和作用机理，研究指出，适宜的SAP掺量和适量的额外引水量可以提高混凝土后期水化程度，并使混凝土后期强度有所提高，当SAP掺量增加时，混凝土后期强度降低较明显。不同研究人员对SAP作用在混凝土中的强度影响有不同的结论，其主要原因可能有以下几种：⑴SAP的合成方法不同，导致SAP的技术性能差异较大；⑵实验条件和原材料不一样，SAP的掺量和引水量对混凝土的强度影响明显。6高吸水性树脂SAP对混凝土减缩效果的研究Craeye[21]研究发现SAP提供一部分内养护水能够有效抑制塑性收缩开裂，Jensen[22]指出，在约束的条件下，掺SAP混凝土的自干燥收缩明显减小，Igarashi[23]的结论表明，掺0.35%SAP试样的张应力只有空白样的30%～50%，掺0.7%SAP试样则没有测到张应力。Soliman[24]发现，SAP能够在较低湿度作用下减小混凝土的自干燥收缩。张珍林[17]采用自收缩-干燥收缩一体化测试系统对SAP内养护混凝土的收缩进行了测试，结论指出，掺SAP混凝土减缩效果明显，适宜掺量下，混凝土14d的自收缩减缩率可达90%以上，干燥条件下总收缩可减小75%，且掺SAP会使混凝土内部湿度从100%下降的时间明显推迟。王嘉[18]采用圆环法测试混凝土的干燥收缩，在标准养护条件下，SAP可以减小混凝土的干燥收缩，降幅在20%左右。何文慧[19]测试了掺SAP的砂浆收缩量，砂浆收缩量随着SAP掺量的增加而减小，且SAP能够延长砂浆开裂的时间。额吉乐[25]的研究结论指出，SAP可以有效降低混凝土的收缩，且减缩效果随着SAP掺量的提高而越明显，其14h和72h减缩率可达到50%左右。吴文选[26]通过吸水轻集料和SAP复合制备的内养护材料对混凝土减缩效果进行了测试，其14d自收缩降低了80%。逄鲁峰[20]采用立式砂浆收缩仪测试砂浆的收广东建材2017年第12期缩，研究结果指出，适量的SAP掺量和适当的SAP预吸水倍数对砂浆的减缩效果较明显，过多的SAP掺量和过高的预吸水倍数，砂浆的收缩反而会增大。重庆大学的钟佩华[27]研究结论表明掺预吸水SAP可使混凝土自收缩降低幅度高达65%。混凝土收缩主要发生在水泥水化的早期，一般在浇筑开始后到14d内收缩最明显，减小干燥收缩的主要方式为通过外部洒水养护或密封养护，但实际上因混凝土养护导致了混凝土收缩开裂的事故时有发生。混凝土现浇楼板和预制楼板由于其表面积大、厚度小、养护困难，早期失水较快，容易产生收缩裂缝；混凝土剪力墙、柱、梁等构件，因其结构的特殊性，覆盖养护困难，洒水养护效果差，容易产生收缩裂缝。高强混凝土因其内部结构的致密性，密封养护难以解决自收缩的问题。大量的研究结果显示，高吸水性树脂SAP能有效减小混凝土收缩。高吸水性树脂SAP在混凝土内部相当于微型的“蓄水箱”，能较长时间保持混凝土内部湿度维持在较高水平，减小混凝土收缩。7高吸水性树脂SAP对混凝土微观结构的研究张珍林[17]通过压汞测试和扫描电镜试验对掺预吸水SAP高性能混凝土的微观结构进行了研究，结论指出SAP的掺量对混凝土孔隙率无明显影响，但对混凝土孔隙的连通性有阻碍作用，且SAP凝胶失水后形成一层凝胶膜包裹在孔壁上，提升了混凝土的抗渗性能。何文慧[19]指出SAP能够促进水泥的水化程度，SAP凝胶失水后呈现不规则状，与周围水化产物粘结性能差，并留下空隙。逄鲁峰[20]通过对多元胶凝材料体系混凝土掺SAP进行了研究，得出了SAP可以促进矿物掺和料的二次水化，SAP颗粒附近的钙矾石生长较其他区域多。钟佩华[27]指出SAP可促进水泥水化并保持混凝土内部湿度长期在较高水平，减少了微裂纹的产生。8高吸水性树脂SAP对混凝土耐久性能的影响研究吴文选[26]提出，SAP可提高混凝土的抗冻性能和抗碳化能力，但对混凝土的抗渗性能无明显影响。SAP提高混凝土的抗冻性能主要是由于SAP颗粒在混凝土内部形成的孔隙，凝胶失水塌陷后会进一步阻隔其与周围孔隙的连通性。秦鸿根等[28]通过对SAP混凝土进行综合论述研究发现，SAP可有效改善混凝土的抗碳化性能、抗冻性能、抗氯离子渗透性能，SAP促进了水泥的水化，提高了混凝土的致密性，导致混凝土的耐久性能得到优化。王伟等[40]探讨了SAP对混凝土耐久性的影响，结论表明，混凝土抗渗性随着SAP掺量的提高先增强后有小幅下降，SAP吸水后体积膨胀形成凝胶状，在混凝土内部形成封闭的小孔，SAP失水后促进小孔周围水泥水化，提高混凝土密实性，改善了混凝土的耐久性。9关键问题和解决思路SAP作为一种新型混凝土外加剂，能有效减小混凝土的收缩，已经成为当前的研究热点之一，但SAP作为一种内养护材料在混凝土中的应用还没得到广泛应用。其关键问题是：⑴SAP吸水倍率小，SAP在混凝土中的掺量较高，导致混凝土成本上升较明显；⑵受限于SAP合成工艺的影响，可用作混凝土内养护的SAP质量参差不齐，其吸水倍率、保水性能、颗粒形态等较难满足混凝土内养护的要求；⑶目前SAP对混凝土强度降低作用较为明显。针对SAP在混凝土应用中存在的主要问题，应该从以下几方面进行解决：⑴研究出吸水倍率高、颗粒形态规则、保水性能良好的SAP；⑵根据SAP的高吸水性特点，减少SAP在混凝土中的用量，降低使用成本。10结语高吸水性树脂SAP可有效减小混凝土收缩，并能够从一定程度上改善混凝土的耐久性，发展前景好。当前制约高吸水性树脂SAP应用的主要问题是其掺量较高，导致混凝土成本明显增大，因此，对高吸水倍率、高保水性、高稳定性、低掺量SAP的研究对SAP在混凝土中的推广应用具有很大的现实意义。●参考文献】[1]朱耀台,詹树林.混凝土裂缝成因与防治措施研究[J].材料科学与工程学报,2003,(05):727-730.[2]鞠丽艳.混凝土裂缝抑制措施的研究进展[J].混凝土,2002,(05):11-14.[3]徐铮澄.商品混凝土裂缝的成因与防治[J].混凝土,2002(5):63-.-69-【综合论述[4]林鸿斌,王冲,曾毅娟.钢纤维超高强混凝土的收缩变形及开裂研究[J].混凝土,2011,(05):80-83.[5]朱涵,杨建涛,于泳.聚丙烯纤维和膨胀剂对高强轻质混凝土收缩和抗开裂性能的影响[J].硅酸盐通报,2015,(12):3617-3621.[6]刘思国,丁一宁.纤维增强自密实混凝土早龄期非自由收缩研究[J].建筑材料学报,2008,(01):8-13.[7]QiCao,YinliangCheng,MingliCao,QuanqingGao.Work-ability,strengthandshrinkageoffiberreinforcedex-pansiveself-consolidatingconcrete[J].ConstructionandBuildingMaterials,2017,131.[8]魏亚,张倩倩,向亚平.预湿轻细骨料对混凝土内养护效率的影响[J].建筑材料学报,2014,(06):10-1059.[9]BenturA,IgarashiSI,KovlerK.Preventionofauto-genousshrinkageinhigh-strengthconcretebyinternalcuringusingwetlightweightaggregates[J].Cement&ConcreteResearch,2001,31(11):1587-1591.[10]邱海霞,于九皋,林通.高吸水性树脂[J].化学通报,2003,66(9):598-605.[11]PiérardJ.MitigatingautogenousshrinkageinHPCbyinternalcuringusingsuperabsorbentpolymers[C]//InternationalRILEMConferenceonVolumeChangesofHardeningConcrete:TestingandMitigation.2006:97-106.[12]LamH,HootonRD.Effcetsofinternalcuringmeth-odsonrestrainedshrinkageandpermeability[A].Pro-ceeding.4thint.sem.onself-desiccationanditsimpor-tanceinconcretetechnology,LundUniversity.2005:210-228.[13]CachimPB,FerreiraVM.MECHANICALPROPERTIESOFCEMENTMORTARSWITHSUPERABSORBENT[J].AdvancesinCon-structionMaterials,2007:451-462.[14]HasholtM.MechanicalpropertiesofConcretewithSAP.PartI:Developmentofcompressivestrength[J].Poly-merScienceU.s.s.r,2010,11(10):2572-2577.[15]AssmannA,ReinhardtHW.Tensilecreepandshrink-ageofSAPmodifiedconcrete[J].Cement&ConcreteRe-search,2014,58(2):179–185.[16]Espinoza-HijazinG,LopezM.Extendinginternalcur-ingtoconcretemixtureswithW/Chigherthan0.42[J].Construction&BuildingMaterials,2011,25(3):1236-1242.[17]张珍林.高吸水性树脂对高强混凝土早期减缩效果及机理研究[D].清华大学,2013.[18]王嘉.高吸水性树脂对超高性能混凝土性能的影响[D].湖南大学,2012.[19]何文慧.内养护水泥基材料的力学及变形性能[D].哈尔滨工业大学,2011.-70-广东建材2017年第12期[20]逄鲁峰.掺高吸水树脂内养护高性能混凝土的性能和作用机理研究[D].中国矿业大学（北京）,2013.[21]CraeyeB,GeirnaertM,SchutterGD.Superabsorbingpolymersasaninternalcuringagentformitigationofearly-agecrackingofhigh-performanceconcretebridgedecks[J].Construction&BuildingMaterials,2011,25(1):1-13.[22]JensenOM,HansenPF.Water-entrainedcement-basedmaterials☆:II.Experimentalobservations[J].Cement&ConcreteResearch,2002,32(6):973-978.[23]IgarashiSI.Experimentalstudyonpreventionofautogenousdeformationbyinternalcuringusingsu-per-absorbentpolymerparticles[C]//InternationalRILEMConferenceonVolumeChangesofHardeningConcrete:TestingandMitigation.2006:77-86.[24]SolimanAM,NehdiML.Effectofdryingconditionsonautogenousshrinkageinultra-highperformancecon-creteatearly-age[J].MaterialsandStructures,2011,44(5):879-9.[25]额吉乐.高强高性能混凝土早期收缩及开裂抑制措施研究[D].北京交通大学,2011.[26]吴文选.内养护混凝土的微观结构及其性能研究[D].武汉理工大学,2010.[27]钟佩华.高吸水性树脂（SAP）对高强混凝土自收缩性能的影响及作用机理[D].重庆大学,2015.[28]秦鸿根,高美蓉,庞超明,孙伟.SAP内养护剂改善膨胀混凝土性能及其机理研究[J].建筑材料学报,2011,(03):394-399.[29]王伟,王中华,罗云龙,刘天赐,唐伟剑.超吸水聚合物对混凝土渗透性及耐久性的影响[J].西北农林科技大学学报(自然科学版),2010,(10):229-234.新型胶凝材料、新型墙体材料等的研究。［通讯作者］李从波(1967-),男,博士,高级工程师,从事高性能混凝土、
