復(fù)合型早強(qiáng)劑與聚羧酸減水劑復(fù)配試驗研究

梁 慶，周漢章

1.廣東南粵勘察設(shè)計有限公司，廣東 廣州 511453；2.廣州市正江混凝土有限公司，廣東 廣州 510000

0 前言

混凝土是基建最主要用的最多的原材料，在混凝土施工的過程中，混凝土需要經(jīng)過長時間的凝固和硬化，才能達(dá)到預(yù)期的強(qiáng)度。摻入混凝土早強(qiáng)劑可有效縮短混凝土凝結(jié)硬化時間，提高混凝土早強(qiáng)，改善施工進(jìn)度，節(jié)省人力物力資源和生產(chǎn)成本。

1 關(guān)于早強(qiáng)劑

早強(qiáng)劑主要可以分強(qiáng)電解質(zhì)無機(jī)鹽類、水溶性有機(jī)物類、有機(jī)類和無機(jī)物復(fù)合的復(fù)合早強(qiáng)劑三大類，無機(jī)類主要有硫酸鹽類、氯化鹽類、碳酸鹽類、硝酸鹽類以及亞硝酸鹽類等［1］。有機(jī)物主要有三異丙醇胺、二異丙基乙胺、甲酸鈣、乙酸鈉、草酸鈣等、三乙醇胺、三異丙醇胺以及尿素乙二醇、以及甲酸鈣等［1］。而復(fù)合型早強(qiáng)劑主要是指無機(jī)鹽類與有機(jī)物結(jié)合的早強(qiáng)劑，在無機(jī)鹽類早強(qiáng)劑中，氯化物類早強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)中對此類早強(qiáng)劑的使用有著嚴(yán)格限制［1］，在水泥和外加劑工藝中最經(jīng)常用到的是醇胺類化合物早強(qiáng)劑，尤其是三乙醇胺（TEA）、三異丙醇胺（TIPA）的應(yīng)用最為成熟廣泛。根據(jù)單個醇胺分子中輕基的數(shù)量選取三乙醇胺（3 個羥基）、三異丙醇胺（3 個羥基一位于異丙基上）醇胺分子結(jié)構(gòu)中的醇輕基的親水性隨碳原子數(shù)量增加而降低，親油性則相反。醇胺分子中官能團(tuán)的結(jié)構(gòu)差異直接決定其在混凝土中的分散及吸附性能、水泥水化過程中對離子絡(luò)合的選擇性及在水化產(chǎn)物表面的吸附，進(jìn)而影響水泥的強(qiáng)度及其他性能［2］。

2 聚羧酸減水劑與早強(qiáng)劑復(fù)配試驗

2.1 試驗原材料的選擇

表1 試驗原材料信息

2.2 減水劑與早強(qiáng)劑復(fù)配配方

表2 復(fù)配配方 g

2.3 混凝土試驗配方及試驗結(jié)果

選取強(qiáng)度為C30 泵送混凝土配合比，配方為水泥：190kg，粉煤灰：90kg，礦粉：70kg，砂：800kg，石頭：1070kg，水：160kg，外加劑：7kg，外加劑有10 個樣品試驗數(shù)據(jù)如表3。

樣品2 摻0.051%TEA 混凝土狀態(tài)、出機(jī)擴(kuò)展度及保塌能力與基準(zhǔn)組相當(dāng)，含氣量和凝結(jié)時間比樣品1組低0.5%和0.8h，3d、7d 強(qiáng)度比樣品1 組低1.4MPa、0.7MPa 但28d 強(qiáng)度比其高1.7MPa，前期強(qiáng)度低于樣品1 后期強(qiáng)度優(yōu)于樣品1 組。

樣品3 組摻0.026%TEA 出機(jī)狀態(tài)和塌損情況、含氣量、凝結(jié)時間與基準(zhǔn)組最接近，3d、7d抗壓強(qiáng)度均比基準(zhǔn)組高5.3MPa，但28d 抗壓強(qiáng)度低1.2MPa 后期強(qiáng)度弱。

樣品4 摻0.105%TIPA 后混凝土出機(jī)粘稠流動性比較差擴(kuò)展度小保塌能力一般，含氣量和凝結(jié)時間比基準(zhǔn)組高1.2%和時間長3.8h，3d、7d、28d抗壓強(qiáng)度比基準(zhǔn)組高0.6MPa、1.0MPa、0.7MPa，早強(qiáng)強(qiáng)度比不明顯。

樣品5 摻0.051%TIPA 出機(jī)狀態(tài)和保塌能力優(yōu)于樣品4 組，含氣量和凝結(jié)時間均低于樣品4 組，前期后期抗壓強(qiáng)度高于樣品4 組0.8MPa、3.3MPa、0.6MPa。

樣品6 組摻0.026%TIPA 出機(jī)狀態(tài)良好保塌能力好，3d、7d、28d 抗壓強(qiáng)度比樣品5 和基準(zhǔn)組略高，但前期抗壓強(qiáng)度不明顯。

樣品7、8、9 分別是TEA 和TIPA 雙摻，樣品7 為0.0765%TEA+0.051%TIPA摻量料出機(jī)比較粘稠2小時塌損較大凝結(jié)時間比基準(zhǔn)長4h，3d、7d 抗壓強(qiáng)度比基準(zhǔn)高5.0MPa、和5.1MPa，28d抗壓強(qiáng)度比基準(zhǔn)低1.0MPa，樣品8組摻0.051%TEA+0.051%TIPA 混凝土出機(jī)和易性和保塌能力均比樣品7 組好，含氣量比基準(zhǔn)高1%，凝結(jié)時間比基準(zhǔn)1.5h，3d、7d 抗壓強(qiáng)度比基準(zhǔn)高7.7MPa、8.4MPa，28d抗壓強(qiáng)度比基準(zhǔn)低0.6MPa。樣品9 組摻0.046%TEA+0.031%TIPA 混凝土出機(jī)和易性好，流動性

表3 試配數(shù)據(jù)

3 試驗數(shù)據(jù)綜合分析

3.1 數(shù)據(jù)解讀

從表3 試配數(shù)據(jù)可以看出：摻入基準(zhǔn)樣外加劑后混凝土和易性良好，0.5h、2h 保塌好，含氣量為4.0%，3d 強(qiáng)度達(dá)到了58.3%、7d強(qiáng)度達(dá)到了69.3%、28d強(qiáng)度達(dá)到116%，前期強(qiáng)度低，達(dá)不到早強(qiáng)混凝土要求；

樣品1 摻0.105%TEA 混凝土和易性、0.5h 保塌、2h 保塌均略差于基準(zhǔn)組，含氣量高于基準(zhǔn)組1.5%，凝結(jié)時間長2.5h，3d、7d 強(qiáng)度高于基準(zhǔn)組6.9MPa、7.4MPa 前期強(qiáng)度分別達(dá)到81.3%、94%，但是28d 強(qiáng)度比基準(zhǔn)低3.3MPa 后期基本沒有強(qiáng)度增長。和保塌能力優(yōu)于基準(zhǔn)，也是10 組樣品中流動性和保塌能力最優(yōu)組，含氣量和凝結(jié)時間最接近基準(zhǔn)組含氣量僅高于基準(zhǔn)0.2%，凝結(jié)時間高于基準(zhǔn)組0.5h，3d、7d、28d 抗壓強(qiáng)度比基準(zhǔn)組高11MPa、10.7MPa、3MPa，3d 強(qiáng)度達(dá)到95%、7d 強(qiáng)度達(dá)到105%、28d 強(qiáng)度達(dá)到126%，前期強(qiáng)度達(dá)到早強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)且后期強(qiáng)度有增長。

3.2 綜合分析

醇胺類早強(qiáng)劑促進(jìn)水泥水化是通過醇胺分子中羥基上的氧原子與水泥漿體中Ca2+、Fe3+等金屬離子發(fā)生絡(luò)合，生成胺-鈣（胺-鐵）絡(luò)合物，從而促進(jìn)水泥中C3A、C4AF 以及C3S 等的溶解水化，促進(jìn)C-S-H、CH、Aft、AFm 等水化產(chǎn)物形成，加深水泥的水化程度［2］，適量的三乙醇胺TEA 摻量能提高硬化混凝土前期強(qiáng)度，而三異丙醇胺（TIPA）主要功能是助力混凝土后期強(qiáng)度。

在商品混凝土中的應(yīng)用三異丙醇胺和三乙醇胺有各自的優(yōu)勢。異丙醇胺的分散性略高于三乙醇胺。作為表面活性劑，三異丙醇胺刺激混凝土強(qiáng)度有一定的優(yōu)勢由于其三維結(jié)構(gòu)的烷烴鏈和羥基異構(gòu)。乙醇胺在早期增強(qiáng)性能上促進(jìn)了鋁酸鹽的早期水化，能夠使水泥誘導(dǎo)期縮短和加速水化反，促使水泥中的礦物元素C3S 和C2S 的常溫水化能力，推動水化產(chǎn)物晶體、增強(qiáng)分散性，致使形成致密的微觀結(jié)構(gòu)可加快水泥中早期鈣礬石形成，加速早期強(qiáng)度發(fā)展。28 天強(qiáng)度方面三乙醇胺貢獻(xiàn)早期強(qiáng)度，三異丙醇胺通過促進(jìn)難水化礦物的水化和提高水泥的分散性推動后期強(qiáng)度增長［3］。

絡(luò)合劑的作用是破壞了孔溶液，氫氧化鈣溶解和沉淀的平衡，TIPA 和TEA 促進(jìn)氧化鋁的溶解抑制了水泥漿早期鈣礬石的形成，同時優(yōu)化硬化水泥漿體的孔結(jié)構(gòu)和微觀形貌，從而影響硬化水泥漿體強(qiáng)度的生長［4］。TEA 在摻量0.105%時可以提高硬化水泥漿體的早期強(qiáng)度，但會降低后期強(qiáng)度。

4 總結(jié)

單摻有機(jī)早強(qiáng)劑三乙醇胺和三異丙醇胺以及雙摻三異丙醇和三乙醇胺早強(qiáng)劑的混凝土綜合試驗，結(jié)果表明摻0.105%、0.051%、0.026%三乙醇胺從高摻到低摻時對混凝土保塌和凝結(jié)時間都有明顯影響，低摻量下能夠促進(jìn)石膏與C3A 反應(yīng)并生成鈣礬石，鈣礬石大量生成，消耗了體系的自由水，使凈漿失去了流動性雖前期強(qiáng)度有不同明顯增長但后期強(qiáng)度不理想，同等條件下同種方法按0.105%、0.051%、0.026%摻三異丙醇胺發(fā)現(xiàn)TIPA 對水泥的初始分散性和分散性保持能力有一定影響并且混凝土前期強(qiáng)度增長不明顯，三乙醇胺和三異丙醇胺按0.046%+0.031%雙摻可發(fā)揮兩種早強(qiáng)劑協(xié)同互補(bǔ)效應(yīng)具有明顯的早強(qiáng)效果并可以保持后期強(qiáng)度增長，混凝土的和易性、流動度、保塌性能、凝結(jié)時間影響較小，三乙醇胺和三異丙醇胺適量的雙摻具有顯著疊加效應(yīng)。