Badania nad trwałością i mechanizmem działania polimerów superabsorbujących [SAP] w zaprawach z wodą i piaskiem morskim [SSCM]

• Autorzy: Li Faping , Liu Lisheng , Wang Huan

Identyfikatory

DOI

10.32047/CWB.2025.30.4.4

Warianty tytułu

EN

Research on the durability and mechanism of super absorbent polymer [SAP] on seawater sea sand cement matrix [SSCM]

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Zaprawa cementowa z wody morskiej i piasku morskiego [SSCM] jest materiałem obficie dostępnym, ekonomicznym oraz posiadającym korzystne właściwości mechaniczne, co czyni ją obiecującym materiałem budowlanym przyjaznym środowisku. W artykule przygotowano zmodyfikowaną zaprawę SSCM poprzez wprowadzenie polimerów superabsorbujących [SAP]. Systematycznie zbadano trwałość, skurcz przy wysychaniu, nieprzepuszczalność oraz odporność na zamrażanie-rozmrażanie. Ponadto przeanalizowano mechanizmy działania i mikrostrukturę SSCM na podstawie analizy stopnia hydratacji oraz obserwacji z użyciem skaningowego mikroskopu elektronowego [SEM]. Wyniki eksperymentalne wskazują, że dodatek SAP może znacząco poprawić odporność SSCM na skurcz wysychania oraz na cykle zamrażania-rozmrażania. Gdy zawartość SAP osiąga 1,0%, skurcz przy wysychaniu zmniejsza się o 18,0%. Jednocześnie przy zawartości SAP równej 0,5% zmodyfikowana SSCM wykazuje najwyższą nieprzepuszczalność - 4,95 MPa, co stanowi wzrost o 86,8% względem SSCM kontrolnej. Analiza stopnia hydratacji i SEM pokazała ponadto, że SAP wspomaga hydratację cementu w SSCM. Udział 1,0% SAP zwiększa stopień hydratacji po 14 dniach o 7,3% względem próbki kontrolnej. Większa zawartość SAP sprzyja także powstawaniu produktów hydratacji C-S-H i AFt.

EN

Seawater sea-sand cement matrix [SSCM] is an abundant, cost-effective material with favorable mechanical properties, making it a promising eco-friendly building material. In this study, modified SSCM is prepared by incorporating superabsorbent polymers [SAP]. The durability characteristics, including drying shrinkage, impermeability, and freeze-thaw resistance, are systematically investigated. Additionally, the underlying mechanisms and micro-structural characteristics of SSCM are examined through hydration degree analysis and scanning electron microscopy [SEM]. The experimental results indicate that the incorporation of SAP can significantly improve the anti-drying shrinkage behavior and anti-freeze-thaw of SSCM. When the SAP content reaches 1.0 %, the drying shrinkage is reduced by 18.0 %. Meanwhile, when the SAP content is 0.5 %, the modified SSCM exhibits the strongest impermeability, reaching 4.95 MPa an increase of 86.8 % compared to the control SSCM. In addition, the hydration degree and SEM analysis indicates that the incorporation of SAP enhances cement hydration of SSCM, with a 1.0 % SAP dosage increasing the 14-day hydration degree by 7.3 % compared to the control SSCM. Additionally, higher SAP content promotes the formation of C-S-H and AFt hydration products.

Słowa kluczowe

PL

zaprawa; polimer superabsorpcyjny; skurcz; wysychanie; nieprzepuszczalność; mikrostruktura

EN

mortar; super absorbent polymer; drying; shrinkage; impermeability; microstructure

• Wydawca: Fundacja Cement, Wapno, Beton
• Czasopismo: Cement Wapno Beton
• Rocznik: 2025
• Tom: R. 30, nr 4
• Strony: 310--324
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Li Faping

• College of Intelligent Construction, Wuchang University of Technology, PR China

autor

Liu Lisheng

• College of Intelligent Construction, Wuchang University of Technology, PR China

autor

Wang Huan

• College of Intelligent Construction, Wuchang University of Technology, PR China

Bibliografia

• 1. W.F. Laurance, A. Peletier-Jellema, B. Geenen et al., Reducing the global environmental impacts of rapid infrastructure expansion. Curr. Biol. 25 (7) 259-262 (2015). https://doi.org/10.1016/j.cub.2015.02.050
• 2. P.J.M. Monteiro, S.A. Miller, A. Horvath, Towards sustainable concrete. Nat. Mater. 16 (7) 698-702 (2017). https://doi.org/10.1038/nmat4930
• 3. H. Shi, Z.Q. Yu, J. Ma et al., Properties of Portland cement paste blended with coral sand powder. Constr. Build. Mater. 203 662-669 (2019). https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.01.100
• 4. L. Wang, Z.P. Song, J. Yi et al., Experimental studies on bond performance of BFRP bars reinforced coral aggregate concrete. Int. J. Concr. Struct. Mater. 13 1-10 (2019). https://doi.org/10.1186/s40069-019-0367-7
• 5. J.K. Yuan, L.Y. Chen, Study on the properties of modified grouting materials with ordinary Portland cement and sulfoaluminate cement. Bull. Chin. Ceram. Soc. 1 128-130 (2011). https://dx.doi.org/10.2139/ssrn.4549293
• 6. O.M. Jensen, P.F. Hansen, Water-entrained cement-based materials: I. Principles and theoretical background. Cem. Concr. Res. 31 (4) 647-654 (2001). https://doi.org/10.1016/S0008-8846(01)00463-X
• 7. S. Mönnig, Superabsorbing additions in concrete – applications, modeling and comparison of different internal water sources. Stuttgart University, Stuttgart (2009).
• 8. O.M. Jensen, P.F. Hansen, Water-entrained cement-based materials: II. Experimental observations. Cem. Concr. Res. 32 (6) 973-978 (2002). https://doi.org/10.1016/S0008-8846(02)00737-8
• 9. A.J. Klemm, K.S. Sikora, The effect of superabsorbent polymers (SAP) on microstructure and mechanical properties of fly ash cementitious mortars. Constr. Build. Mater. 16 134-143 (2013). https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2013.07.039
• 10. H. Beushausen, M. Gillmer, The use of superabsorbent polymers to reduce cracking of bonded mortar overlay. Cem. Concr. Compos. 52 1-8 (2014). https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2014.03.009
• 11. P. Lura, G.P. Terrasi, Reduction of fire spalling in high-performance concrete by means of superabsorbent polymers and polypropylene fibers. Cem. Concr. Compos. 49 36-42 (2014). https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2014.02.001
• 12. H. Beushausen, M. Gillmer, M. Alexander, The influence of superabsorbent polymers on strength and durability properties of blended cement mortars. Cem. Concr. Res. 52 73-80 (2014). https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2014.03.008
• 13. D. Snoeck, O.M. Jensen, N. De Belie, The influence of superabsorbent polymers on the autogenous shrinkage properties of cement pastes with supplementary cementitious materials. Cem. Concr. Res. 74 59-67 (2015). https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2015.03.020
• 14. J. Justs, M. Wyrzykowski, D. Bajare et al., Internal curing by superabsorbent polymers in ultra-high performance concrete. Cem. Concr. Res. 76 82-90 (2015). https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2015.05.005
• 15. F.Z. Wang, D.C. Shang, G.H. Qi, Effect of SAP on plastic cracking of high water-cement ratio concrete. J. Build. Mater. 18 (2) 190-194 (2015). https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.11.050
• 16. X.W. Ma, Y.H. Zhang, S.L. Wu, Effect of superabsorbent polymer on the properties of high water-cement ratio cement mortar. Concrete 7 124-127 (2015).
• 17. L.K. Zou, Influence of superabsorbent polymers on the strength and shrinkage properties of concrete. Fujian Build. Mater. 8 21-22 (2015).
• 18. X.F. Wei, G.J. Ke, Z.Y. Hou et al., Study on the influence of superabsorbent polymers on concrete properties. Concrete Cem. Prod. 11 1-7 (2015).
• 19. Y.Y. Yu, Study on properties and mechanism of superabsorbent polymer modified cement mortar. Wuhan Polytechnic University, Wuhan (2017).
• 20. W. Shen, W.X. Huang, P.R. Min, Cement Technology. Wuhan University of Technology Press, Wuhan (1991).
• 21. X.W. Ma, J.K. Zhang, J.H. Liu, Research progress on superabsorbent polymers as internal curing agents for high-performance cement-based materials. J. Chin. Ceram. Soc. 43 (8) 1099-1110 (2015).
• 22. W. Wang, Z.H. Wang, Y.L. Luo et al., Effects of superabsorbent polymers on the permeability and durability of concrete. J. Northwest A&F Univ. (Nat. Sci. Ed.) 10 229-234 (2010).