SAP的提出在国内外的发展

SAP的提出在国内外的发展如何?

在这种情况下,高吸水聚合物以其独特的、优异的性能受到研究者们的青眯。高吸水聚合物(superabsorbent polymer,SAP)是一种含有羚基、羟基等强亲水性基团能通过水合作用迅速吸收自重几十倍乃至上千倍的液态水而呈凝胶状,且即使在加压下保水性也很好,但在干燥的空气中可缓慢释放出水分的轻度交联的高分子聚合物。与一般吸水材料不同,它具有极强的保水能力,即使在高压条件下所吸收的水也较难自然溢出,且具有一般高分子化合物的基本以把它归属于功能高分子,是一种高吸水性功能高分子。与人造轻骨料相比其颗粒小,在混凝土中可分散均匀,可最大限度地发挥材料的吸水量,可以有效地补充水泥石中的消化用水。

图1是常见的高吸水聚合物分子结构。

使用SAP作为混凝土内养护材料的概念首先是由丹麦学者O.M.Jensen和P.F.Hansen在2001年提出的。他们认为,溶胀的高吸水聚合物会在环境pH或离子浓度大的情况下释放出水分。对于水泥水化的过程而言,水泥矿物开始水化以后,由于水化生成的阳离子(主要是Ca2+)溶解到水中,体系的pH上升,阳离子浓度的增加,促使SAP不断释放出水来,并供给水泥进一步水化所需的水分。另外,由于SAP与其内部未释放的水是以氢键形式结合,水被固定在高分子链上,包藏于聚合物的网络结构中,因而这部分水的蒸发需消耗的能量较大,加之SAP粒子表面成膜,使干燥速度减慢,从而减缓了由蒸发引起的水分损耗。这一方法的提出得到了国内外学者的一致认同。

随后,Lura和日本的Shin-ichi Igarashi在混凝土中掺入平均粒径数百微米、吸水率为自身重量数百倍的高吸水聚合物,显著降低甚至消除了低水胶比混凝土的自收缩,验证了Jensen的结论。

2008年Jensen又发表文章总结了高吸水聚合物在高强高性能混凝土中的影响作用。他认为,由于SAP的添加使水泥浆体内部相对湿度大为增加,使混凝土的收缩率减少、应力集中和相应的裂缝减少或消除。同时,SAP微粒收缩产生气泡,增加了混凝土的含气量,从而提高混凝土的抗冻性。这似乎与引气剂的作用类似,但与引气剂不同的是,引气剂的加入通常会导致高强高性能混凝土强度的下降,而SAP的加入却可以使混凝土强度略有上升。同年,德国斯图加特大学建材系的H.W.Reinhardt、A.Assmann和S.Monnig等在Jensen的基础上,着重研究高吸水聚合物对混凝土耐久性方面的影响。研究结果表明,加入SAP使孔结构密实、延缓干燥收缩、提高抵抗冻融循环能力并减少氯离子迁移量。

在我国,华南理工大学的叶华等在低水胶比混凝土中掺入高吸水聚合物,在缓解自干燥、减小自收缩方面取得一定成效。合肥工业大学的姚明甫等在基于Jensen的理论基础上对超强吸水剂的内养护试验进行研究,全面地验证了超强吸水剂对混凝土的收缩性能以及力学性能的影响,证实了内养护混凝土的自收缩率以及干缩率有显著的降低,而且通过表面吸水率试验表明利用SAP的内养护作用改善了混凝土内部结构,使之更加致密,养护效果也最好。东南大学的钱春香等研究SAP对混凝土收缩开裂的改善作用也取得了一定成效,实验结果证实了SAP可以显著改善混凝土的收缩开裂性能,同时也验证了SAP的使用可显著提高在自然环境中养护的混凝土的强度,甚至可以替代混凝土的标准养护。

由此可见,国外在对高吸水聚合物作为混凝土内养护剂的研究上只是处于刚刚起步的阶段,仅有丹麦、日本、德国等少数的几名科学家在从事这项研究,其发表的论文也有限。国内的研究也只是注重高吸水聚合物用作混凝土内养护剂的改善作用,关于高吸水聚合物对混凝土内养护收缩开裂及强度影响的机理方面仍存在争议。因此,对于用作混凝土内养护剂的高吸水聚合物的研究是非常必要的。

 


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