早強劑對混凝土早期抗壓強度影響試驗研究

王薇（中交一公局土木工程建筑研究院有限公司 北京 朝陽 100024）

李亞楠（山東省建筑材料工業(yè)設(shè)計研究院 山東 濟南 250022）

0 引言

在混凝土結(jié)構(gòu)的施工過程中，新拌混凝土要達到預(yù)期的強度，需經(jīng)過較長時間地凝結(jié)硬化。摻加早強劑，可顯著提高混凝土的凝結(jié)硬化時間，在冬季施工、應(yīng)急搶險工程、加速模具周轉(zhuǎn)等方面，發(fā)揮著重要的作用 [1-2]。作為混凝土常用外加劑之一，早強劑的摻加，在提高混凝土早期強度的同時，對混凝土后期強度的發(fā)展影響較小，可以加快施工進度，節(jié)約生產(chǎn)成本。

目前，國內(nèi)的早強劑種類主要分為無機鹽類、有機物類及復(fù)合型早強劑三大類[3]。其中，無機鹽類早強劑又可分為硫酸鹽類、碳酸鹽類、氯化物、硝酸鹽類及亞硝酸鹽類等；有機物類又可分為三乙醇胺、三異丙醇胺、甲酸鈣及乙二醇等；復(fù)合型早強劑主要是指無機鹽類與有機物結(jié)合使用的早強劑。在無機鹽類早強劑中，氯化物類早強劑因其加入混凝土中，所含的Cl-易引起鋼筋的銹蝕，在國家標準中對此類早強劑的使用有著嚴格限制，故多用于素混凝土[4]。

本試驗研究在C50混凝土配合比的基礎(chǔ)上，以混凝土立方體早期抗壓強度作為主要控制指標，對比分析甲酸鈣、三乙醇胺、硫酸鈉三種早強劑，在單摻或復(fù)合時，對混凝土早期強度的影響，以期為早強劑與混凝土類似實驗研究提供借鑒與參考。

1 原材料及實驗方法

原材料的測定及試驗的進行全部在現(xiàn)場試驗室內(nèi)完成。

1.1 原材料

水泥：P·O42.5級，密度3.05g/cm3；粉煤灰：I級，比表面積370cm2/g；砂子：洞庭湖砂，細度模數(shù)Mx=2.8，表觀密度為2610kg/m3，含泥量0.8%；

石子：重慶產(chǎn)碎石，連續(xù)級配5~20mm，級配良好，松散堆積密度為1460kg/m3，緊密堆積密度為1670kg/m3，表觀密度為2690kg/m3，含泥量0.60%；

聚羧酸系減水劑：烯丙基聚醚類，減水率26%，建議最佳摻量0.8%。

1.2 試驗方法

試驗選取硫酸鈉[5]、甲酸鈣[3]、三乙醇胺[6]三種早強劑作為研究對象，在C50混凝土配合比的基礎(chǔ)上，測定在早強劑不同摻量下，混凝土立方體試件的1d、3d、28d抗壓強度，確定出每種早強劑在單摻時的最佳摻量。在此基礎(chǔ)上，測定不同早強劑以最佳摻量復(fù)合時，混凝土1d、3d、28d的抗壓強度，以混凝土的早期強度作為主要控制指標，對比分析早強劑單摻及復(fù)合時對混凝土的影響。

試驗過程當(dāng)中，控制新拌混凝土的坍落度范圍處于70~100mm之間，混凝土試件成型采用機械攪拌、機械振搗成型的方法?；炷亮⒎襟w1d的抗壓強度測定時采用自然養(yǎng)護，脫模試驗為試件成型后17~18h，溫度記錄時，取該時段內(nèi)最高溫與最低溫的平均值（約為26~28℃）；試件3d、28d抗壓強度測定時，將試件脫模后放入標養(yǎng)室養(yǎng)護至齡期。試件尺寸為100mm×100mm×100mm。其中，1d抗壓強度測定時，由于其值較低，為盡量避免數(shù)據(jù)波動對試驗結(jié)果的影響，每組6個試塊，從中選取3個數(shù)據(jù)較為收斂的取其平均值。3 d和28d抗壓強度測定時，則每組3個試塊。

試驗前，先通過混凝土坍落度試驗，確定出減水劑的合理摻量?；炷翑嚢钑r，首先將早強劑充分溶解在水溶液當(dāng)中，等水泥、砂、石子在攪拌機內(nèi)攪拌均勻以后，將水與早強劑分兩次倒入攪拌機內(nèi)，第一次加入約2/3的水，待水將水泥顆粒潤濕以后，加入聚羧酸系減水劑，攪拌約30s，然后將剩余的水及早強劑一次性倒入，總攪拌時間持續(xù)180s。

2 試驗過程及結(jié)果分析

試驗所選取的C50混凝土配合比主要參數(shù)為：水膠比0.32，用水量144kg/m3，砂率37%，粉煤灰摻量20%，其具體的混凝土配合比見表1。

表1C50混凝土配合比/（kg/m3）

2.1 早強劑單摻時結(jié)果及分析

由于試驗原材料的不同，如水泥中硅酸三鈣等成分組成的差異及混凝土配合比的改變等，對不同早強組分的最佳摻量及其早強效果均產(chǎn)生一定的影響。首先確定出在試驗所用原材料下，三種早強劑單獨摻加時的最佳摻入比例。試驗過程中參考其他學(xué)者的相關(guān)研究成果，將甲酸鈣的摻量范圍確定在1.5%~3.0%，三乙醇胺的摻量范圍確定在0.05%~0.11%，硫酸鈉的摻量范圍確定在0.5%~2.0%，其具體的用量及不同齡期混凝土立方體抗壓強度試驗結(jié)果見表2。

對比表中數(shù)據(jù)，可以看出，當(dāng)早強劑單獨摻加，以甲酸鈣摻量為2.0%，三乙醇胺摻量為0.07%，硫酸鈉摻量為1.5%時，其1d和3d強度分別達到最高，在達到最佳摻量以后，隨著早強劑摻量的增加，早期強度反而有所降低，且隨著摻量比例的不斷加大，早期強度降低越為明顯。在最佳摻量情況下，對于1d和3d抗壓強度，摻加甲酸鈣、三乙醇胺、硫酸鈉的混凝土比同齡期素混凝土分別提高了36.23%和33.55%、33.78%和30.71%、29.44%和31.27%。而對于28d混凝土立方體抗壓強度，整體趨勢表現(xiàn)為，隨著早強劑摻量的增加，混凝土的強度呈現(xiàn)出不同程度的倒縮趨勢，其中以三乙醇胺對于混凝土后期強度發(fā)展影響最小。

表2 早強劑單摻時混凝土立方體不同齡期抗壓強度

三種早強劑單摻時，以甲酸鈣的促凝效果最好，這可能與三種早強劑的作用機理與水泥的成分組成有關(guān)。在普通硅酸鹽水泥漿體系中甲酸鈣中的甲酸根梨子（HCOO-）能夠形成同AFt和AFm相近的類似物，

且甲酸根離子的擴散速度要大于Ca2+，并可以滲透到C2S與C3S的水化層，從而加快硅酸鈣的水化與氫氧化鈣的沉淀，其早強效果隨硅酸鹽水泥中C3S含量的降低而提高。硫酸鈉作為強電解質(zhì)，能夠增強水泥漿體中的離子濃度，其溶于水后，可與氫氧化鈣反應(yīng)生成CaSO4與NaOH，NaOH可以增強體系的堿性，加速C3A與石膏的溶出速率，從而提高硫鋁酸鈣含量，達到早強的效果。三乙醇胺在水泥水化的過程當(dāng)中，可以與Fe3＋、Al3＋等形成易溶于水的絡(luò)合離子，從而促進C3A與C4AF的溶解，加速硫鋁酸鈣的生成，同時降低體系中鋁離子與鈣離子濃度，促進C3S水化，進一步加速了混凝土早期強度的發(fā)展。

2.2 早強劑復(fù)合時的結(jié)果及分析

在上述試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，分別選取三種早強劑的最佳摻量，作為復(fù)合時早強劑的摻量，進一步對比分析在早強劑復(fù)合的情況下，對混凝土早期強度及28d強度的影響，其具體的復(fù)合比例及試驗結(jié)果見表3。

表3 早強劑復(fù)合時混凝土立方體不同齡期抗壓強度

對比表3中數(shù)據(jù)，當(dāng)甲酸鈣摻量2.0%，三乙醇胺摻量0.07%時，混凝土早期強度的促進效果最好，其1d和3d立方體抗壓強度相較于素混凝土，分別提高了48.84%和34.63%。同時，在復(fù)合情況下，其它各組對混凝土早期強度的促進效果均好于早強劑單摻時的作用效果。可見，合理地進行早強劑的復(fù)合，可以充分發(fā)揮不同早強劑間的協(xié)同作用，進一步促進混凝土早期強度的發(fā)展，但并非早強劑復(fù)合的種類越多對于混凝土的促凝效果越好，當(dāng)三種早強劑均采用最佳摻量加入混凝土中時，其早強效果反而低于甲酸鈣與三乙醇胺及甲酸鈣與硫酸鈉這兩種組合。目前，在對早強劑進行復(fù)合時，多采用無機鹽類與有機物類進行復(fù)合，以期獲得更高的混凝土早期強度，通過本試驗研究結(jié)果，建議在進行早強劑的復(fù)合時，可以同時在有機物類之間進行相互的組合。

3 結(jié)論

通過對試驗結(jié)果的對比分析，本試驗研究主要得出如下結(jié)論：

（1）在早強劑單摻時，對于本試驗所選取的混凝土配合比，以甲酸鈣的早強效果最為明顯，其次分別為三乙醇胺和硫酸鈉；

（2）在三種早強劑進行復(fù)合時，以甲酸鈣和三乙醇胺復(fù)合效果最好，混凝土1d和3d的立方體抗壓強度分別提高了48.84%和34.63%；

（3） 對早強劑進行復(fù)合時，并非所選取的種類越多，對于混凝土的早強效果越好，實際使用時應(yīng)當(dāng)合理選取早強劑的種類及其摻量。同時，對于目前早強劑復(fù)合時多采用無機物類與有機物類進行復(fù)合的情況，建議可以考慮更為多元化的組合，如有機物類與有機物類的組合等。