目前混凝土养护大部分采用外养护方式，主要包括传统养护方式和化学养护方式.例如洒水、覆塑料薄膜、草帘洒水以及喷涂养护剂等，不仅消耗大量的人力、物力和财力，而且实际工程中外养护质量难以控制，影响混凝土的强度和耐久性.因此养护效果并不理想.尤其对于目前应用广泛的高强高性能混凝土，与普通混凝土相比，高强高性能混凝土的水胶比不断降低，主要组分中包括矿物掺合料，后期需要足够的水分促进混凝土的二次水化反应.但是通常采用的外养护方式，使外界水分很难进入混凝土的内部从而促进水化反应，使混凝土产生自干燥和自收缩现象，造成早期裂缝增多，加速了后期结构性能的劣化，严重影响混凝土结构的力学性能、耐久性能和安全性能［1］.为了适应混凝土的养护需求，迫切需要研究一种高效绿色的养护方式，使混凝土内部存在部分养护用水，从内部产生养护作用，从而简化或不需要外部养护条件.近年来提出的在混凝土内部掺加具有吸放水特性的材料，使其在混凝土内部自行调节湿度，形成内部养护环境，对不具备外部养护条件的混凝土具有重要意义和实用价值.为此，本文将对高吸水聚合物对混凝土的力学性能、耐久性能和拌合工艺的影响进行研究.
1混凝土用高吸水聚合物
高吸水聚合物是一种能够根据环境湿度而自行吸收或释放水分的材料，实测其在自然环境下的吸放水曲线如图1、图2所示.在混凝土拌合时，加入这种具有吸放水性能的材料，这些材料可以预先吸收水分或者吸收拌合物中的自由水，拌合时均匀地分散到混凝土中，在混凝土内部产生蓄水作用.随着胶凝材料的水化和混凝土自干燥的进行，混凝土内部相对湿度降低，毛细孔产生负压，这种毛细孔压力差和湿度差便成为该材料的释水动力，使该材料开始释放水分，补充混凝土内部的水分消耗，调节混凝土内部的湿度分布状态，有效地缓解混凝土内部自收缩和干燥收缩，减小混凝土的开裂，进一步促进未水化水泥颗粒和矿物掺合料的二次水化，提高混凝土的强度、密实度和耐久性能［2］.国际材料与结构研究实验联合会（RILEM）将这种掺入高吸水聚合物的混凝土定义为内养护混凝土［2］.利用高吸水聚合物作为养护介质，该聚合物含有羧基、羟基等强亲水性基团，具有一定交联度的水溶胀作用，能够吸收自身重量几百倍甚至上千倍的水，形成高膨润状态的高含水凝胶，在环境pH值或离子浓度变大的情况下释放出水分［3-4］.在混凝土中加入占胶凝材料不同掺量的高吸水聚合物，使其均匀分散于混凝土内部，在混凝土内部形成一个蓄水源，调节混凝土内部湿度，合理优化胶凝材料的水化，能够增强混凝土的强度和耐久性［3-4］.
2高吸水聚合物对混凝土基本力学性能的影响
目前，国内外学者已经对高吸水聚合物进行了大量的试验，且取得了一些研究成果，但是由于试验环境、混凝土配合比、拌合方式、高吸水聚合物掺量、粒径、额外引水量、吸水性能等的不同，所得出的结论有所差异.关于高吸水聚合物对混凝土抗压强度的影响，目前的研究得出的结论不尽相同，存在不同的研究结论.一种观点认为［5-6］，相对于基准混凝土，高吸水聚合物的掺入没有对混凝土产生不利影响，28d强度还有所提高.掺加高吸水聚合物后，使混凝土的水化程度有所增大，约增加16%左右，抗压强度可增加19%，弹性模量也有所增大.但是，大量的研究结论表明［7-12］，当掺加的高吸水聚合物数量较大时，抗压强度会降低50%以上，但抗压强度不会随着高吸水聚合物掺加的增加持续降低，当掺量达到0.6%以上时，抗压强度损失程度不再增加.在干养条件下，高吸水聚合物混凝土的28d强度较基准混凝土有所降低，且随着高吸水聚合物掺量的增加，抗压强度呈现先增加后降低的趋势，最优掺量为6%.高吸水聚合物混凝土在干燥养护条件比在标准养护条件下的抗压强度提高7%，比干燥养护条件下不掺高吸水聚合物的混凝土抗压强度提高2%，但比标准养护条件下抗压强度降低8.5%［13］.另外，高吸水聚合物能够提高混凝土的后期强度［14-15］，在合适高吸水聚合物掺量、额外引水量下，高吸水聚合物通过提高矿物掺合料二次水化的程度，优化各龄期水化过程，使水泥石微结构更加密实，提高了混凝土的60d抗压强度，提高幅度可达15%.
3高吸水聚合物对混凝土耐久性能的影响
混凝土耐久性是在外界环境或本身内部抵抗物理、化学作用破坏的能力，自养护混凝土也存在耐久性问题，比如抗氯离子性能、抗冻性能、抗渗性能、抗碳化性能等.关于高吸水聚合物对混凝土耐久性的影响，国内外已经有了试验研究和理论分析结果.关于高吸水聚合物对混凝土抗冻性能和抗渗性能的影响，国内外的研究都得出了一致的结论，高吸水聚合物能够明显提高混凝土的抗冻性能.与基准混凝土相比［15-17］，高吸水聚合物混凝土的抗渗性提高了83.8%，掺入矿物细掺料的高吸水聚合物混凝土的抗渗性提高了40%，高吸水聚合物含量为0.2%时具有较好的抗冻融能力.掺入高吸水聚合物的混凝土的质量损失率在300次冻融循环后才开始下降，在各碳化龄期内的碳化深度都小于空白混凝土，经过250次冻融循环后，混凝土的抗压强度仅损失4%~8%.经过对高吸水聚合物混凝土进行X射线微断面成像技术分析和孔结构分析，发现掺入高吸水聚合物后，砂浆的孔隙数量有所增加，孔隙以球形小孔为主，同时，高吸水聚合物释水之后留下的微孔，使气泡数量增多，气泡间距降低［17-20］.对于高吸水聚合物对混凝土抗氯离子能力的影响，目前的研究结论表明［21-22］，高吸水聚合物能够显著提高混凝土的抗氯离子侵入能力，大大减小氯离子在混凝土中的扩散速率.综上所述，掺入一定量的高吸水聚合物后混凝土的耐久性能得到提高，这是由于在胶凝材料水化时，高吸水聚合物的加入可以释放吸收的水分，提高了胶凝材料的水化程度，使混凝土更加的密实，所以提高了混凝土的抗冻性能、抗渗性能以及抗氯离子性能.
4高吸水聚合物混凝土的拌合工艺
目前对于高吸水聚合物混凝土的拌合工艺没有开展较多的研究，一般认为和普通混凝土的拌合工艺基本相同，但是，在现有的研究中采用的拌合方式有所不同.作者的研究认为，高吸水聚合物混凝土的拌合方式可根据高吸水聚合物是否需要预先吸水，分为两种拌合方式：普通拌合方式和预吸水拌合方式.如果高吸水聚合物不需要预先吸水，可采用普通拌合方式，即在拌合粗细骨料和水泥的过程中，均匀洒入高吸水聚合物材料，然后再加水继续拌合至拌合物均匀即可.如果需要高吸水聚合物预先吸水，可先将其加入部分拌合水中，按照图1所示的吸水倍率控制预先吸水量，在其他所有材料拌合均匀时，加入预吸水的高吸水聚合物，再搅拌至均匀.总之，由于高吸水聚合物自身的吸放水特性，在水泥水化过程中，混凝土内部产生湿度差的时候，高吸水聚合物就会释放出自身的水分后，如果拌合不均匀，高吸水聚合物就会产生聚集现象，将会产生蜂窝状的孔洞，这就对混凝土的耐久性和力学性能产生不利影响，所以自养护混凝土的搅拌顺序有所不同，搅拌时间应该有所延长.
5高吸水聚合物对混凝土的影响机理
一般认为，当在混凝土中掺入高吸水聚合物，高吸水聚合物的吸释水特性能够产生调节混凝土内部湿度的作用，使混凝土的水胶比和水化程度产生一定的变化，而且，高吸水聚合物的粒径与吸水倍率也影响混凝土内部孔径，从而影响混凝土的孔隙率和强度.1）混凝土硬化早期在混凝土硬化早期，混凝土内部湿度较大，有足够的水分使混凝土产生水化.此时，预吸水的高吸水聚合物不会释放出水分，而且没有达到水饱和的高吸水聚合物还有可能继续吸收胶凝材料中的水分.随着混凝土的不断水化，混凝土内部的湿度开始降低，高吸水聚合物会逐渐释放出水分，高吸水聚合物释水后萎缩而产生一定的孔隙，使混凝土中的孔隙率增加，还有可能在混凝土中留下蜂窝状孔洞，从而增加毛细孔和大孔的含量，其中包括部分有害孔或者多害孔，将对混凝土性能产生不利影响，降低混凝土的密实度.此阶段，高吸水聚合物主要表现为对混凝土内部孔隙率的影响.2）混凝土硬化后期高吸水聚合物均匀地加入到混凝土内部，随着混凝土胶凝材料水化的不断进行，内部出现湿度差的时候，高吸水聚合物将释放出水分，改善部分胶凝材料水化后混凝土内部的湿度分布，并使混凝土内部的胶凝材料持续进行水化，促进胶凝材料的二次水化，混凝土内水化产物增多，提高了胶凝材料的水化程度，从而提高了混凝土的强度.此阶段，高吸水聚合物主要表现为对混凝土水化程度的影响，能够调节胶凝材料在各个龄期的水化速率，缓解内部自收缩、干燥收缩以及早期开裂等问题.
6结语
1）关于高吸水聚合物对混凝土早期抗压强度的影响规律，目前还没有一致的研究结果，仍需要开展进一步的试验研究；但是高吸水聚合物可降低混凝土的弹性模量，提高混凝土的后期抗压强度.2）高吸水聚合物可使混凝土内部的气泡数量增多，气泡间距减小，从而提高了混凝土的抗冻性能.3）高吸水聚合物能够提高混凝土中水泥的水化程度，降低烟草经济论文混凝土内部孔隙的连通性，从而提高了混凝土的抗渗能力.
作者：尹雷 党钧陶 赵军 王振兴 单位：中国建筑第七工程局质量检测中心 郑州大学土木工程学院
