复合型早强剂与聚羧酸减水剂复配试验研究

梁 庆，周汉章

1.广东南粤勘察设计有限公司，广东 广州 511453；2.广州市正江混凝土有限公司，广东 广州 510000

0 前言

混凝土是基建最主要用的最多的原材料，在混凝土施工的过程中，混凝土需要经过长时间的凝固和硬化，才能达到预期的强度。掺入混凝土早强剂可有效缩短混凝土凝结硬化时间，提高混凝土早强，改善施工进度，节省人力物力资源和生产成本。

1 关于早强剂

早强剂主要可以分强电解质无机盐类、水溶性有机物类、有机类和无机物复合的复合早强剂三大类，无机类主要有硫酸盐类、氯化盐类、碳酸盐类、硝酸盐类以及亚硝酸盐类等［1］。有机物主要有三异丙醇胺、二异丙基乙胺、甲酸钙、乙酸钠、草酸钙等、三乙醇胺、三异丙醇胺以及尿素乙二醇、以及甲酸钙等［1］。而复合型早强剂主要是指无机盐类与有机物结合的早强剂，在无机盐类早强剂中，氯化物类早强剂因其加入混凝土中，所含的Cl-易引起钢筋的锈蚀，在国家标准中对此类早强剂的使用有着严格限制［1］，在水泥和外加剂工艺中最经常用到的是醇胺类化合物早强剂，尤其是三乙醇胺（TEA）、三异丙醇胺（TIPA）的应用最为成熟广泛。根据单个醇胺分子中轻基的数量选取三乙醇胺（3 个羟基）、三异丙醇胺（3 个羟基一位于异丙基上）醇胺分子结构中的醇轻基的亲水性随碳原子数量增加而降低，亲油性则相反。醇胺分子中官能团的结构差异直接决定其在混凝土中的分散及吸附性能、水泥水化过程中对离子络合的选择性及在水化产物表面的吸附，进而影响水泥的强度及其他性能［2］。

2 聚羧酸减水剂与早强剂复配试验

2.1 试验原材料的选择

表1 试验原材料信息

2.2 减水剂与早强剂复配配方

表2 复配配方 g

2.3 混凝土试验配方及试验结果

选取强度为C30 泵送混凝土配合比，配方为水泥：190kg，粉煤灰：90kg，矿粉：70kg，砂：800kg，石头：1070kg，水：160kg，外加剂：7kg，外加剂有10 个样品试验数据如表3。

样品2 掺0.051%TEA 混凝土状态、出机扩展度及保塌能力与基准组相当，含气量和凝结时间比样品1组低0.5%和0.8h，3d、7d 强度比样品1 组低1.4MPa、0.7MPa 但28d 强度比其高1.7MPa，前期强度低于样品1 后期强度优于样品1 组。

样品3 组掺0.026%TEA 出机状态和塌损情况、含气量、凝结时间与基准组最接近，3d、7d抗压强度均比基准组高5.3MPa，但28d 抗压强度低1.2MPa 后期强度弱。

样品4 掺0.105%TIPA 后混凝土出机粘稠流动性比较差扩展度小保塌能力一般，含气量和凝结时间比基准组高1.2%和时间长3.8h，3d、7d、28d抗压强度比基准组高0.6MPa、1.0MPa、0.7MPa，早强强度比不明显。

样品5 掺0.051%TIPA 出机状态和保塌能力优于样品4 组，含气量和凝结时间均低于样品4 组，前期后期抗压强度高于样品4 组0.8MPa、3.3MPa、0.6MPa。

样品6 组掺0.026%TIPA 出机状态良好保塌能力好，3d、7d、28d 抗压强度比样品5 和基准组略高，但前期抗压强度不明显。

样品7、8、9 分别是TEA 和TIPA 双掺，样品7 为0.0765%TEA+0.051%TIPA掺量料出机比较粘稠2小时塌损较大凝结时间比基准长4h，3d、7d 抗压强度比基准高5.0MPa、和5.1MPa，28d抗压强度比基准低1.0MPa，样品8组掺0.051%TEA+0.051%TIPA 混凝土出机和易性和保塌能力均比样品7 组好，含气量比基准高1%，凝结时间比基准1.5h，3d、7d 抗压强度比基准高7.7MPa、8.4MPa，28d抗压强度比基准低0.6MPa。样品9 组掺0.046%TEA+0.031%TIPA 混凝土出机和易性好，流动性

表3 试配数据

3 试验数据综合分析

3.1 数据解读

从表3 试配数据可以看出：掺入基准样外加剂后混凝土和易性良好，0.5h、2h 保塌好，含气量为4.0%，3d 强度达到了58.3%、7d强度达到了69.3%、28d强度达到116%，前期强度低，达不到早强混凝土要求；

样品1 掺0.105%TEA 混凝土和易性、0.5h 保塌、2h 保塌均略差于基准组，含气量高于基准组1.5%，凝结时间长2.5h，3d、7d 强度高于基准组6.9MPa、7.4MPa 前期强度分别达到81.3%、94%，但是28d 强度比基准低3.3MPa 后期基本没有强度增长。和保塌能力优于基准，也是10 组样品中流动性和保塌能力最优组，含气量和凝结时间最接近基准组含气量仅高于基准0.2%，凝结时间高于基准组0.5h，3d、7d、28d 抗压强度比基准组高11MPa、10.7MPa、3MPa，3d 强度达到95%、7d 强度达到105%、28d 强度达到126%，前期强度达到早强标准且后期强度有增长。

3.2 综合分析

醇胺类早强剂促进水泥水化是通过醇胺分子中羟基上的氧原子与水泥浆体中Ca2+、Fe3+等金属离子发生络合，生成胺-钙（胺-铁）络合物，从而促进水泥中C3A、C4AF 以及C3S 等的溶解水化，促进C-S-H、CH、Aft、AFm 等水化产物形成，加深水泥的水化程度［2］，适量的三乙醇胺TEA 掺量能提高硬化混凝土前期强度，而三异丙醇胺（TIPA）主要功能是助力混凝土后期强度。

在商品混凝土中的应用三异丙醇胺和三乙醇胺有各自的优势。异丙醇胺的分散性略高于三乙醇胺。作为表面活性剂，三异丙醇胺刺激混凝土强度有一定的优势由于其三维结构的烷烃链和羟基异构。乙醇胺在早期增强性能上促进了铝酸盐的早期水化，能够使水泥诱导期缩短和加速水化反，促使水泥中的矿物元素C3S 和C2S 的常温水化能力，推动水化产物晶体、增强分散性，致使形成致密的微观结构可加快水泥中早期钙矾石形成，加速早期强度发展。28 天强度方面三乙醇胺贡献早期强度，三异丙醇胺通过促进难水化矿物的水化和提高水泥的分散性推动后期强度增长［3］。

络合剂的作用是破坏了孔溶液，氢氧化钙溶解和沉淀的平衡，TIPA 和TEA 促进氧化铝的溶解抑制了水泥浆早期钙矾石的形成，同时优化硬化水泥浆体的孔结构和微观形貌，从而影响硬化水泥浆体强度的生长［4］。TEA 在掺量0.105%时可以提高硬化水泥浆体的早期强度，但会降低后期强度。

4 总结

单掺有机早强剂三乙醇胺和三异丙醇胺以及双掺三异丙醇和三乙醇胺早强剂的混凝土综合试验，结果表明掺0.105%、0.051%、0.026%三乙醇胺从高掺到低掺时对混凝土保塌和凝结时间都有明显影响，低掺量下能够促进石膏与C3A 反应并生成钙矾石，钙矾石大量生成，消耗了体系的自由水，使净浆失去了流动性虽前期强度有不同明显增长但后期强度不理想，同等条件下同种方法按0.105%、0.051%、0.026%掺三异丙醇胺发现TIPA 对水泥的初始分散性和分散性保持能力有一定影响并且混凝土前期强度增长不明显，三乙醇胺和三异丙醇胺按0.046%+0.031%双掺可发挥两种早强剂协同互补效应具有明显的早强效果并可以保持后期强度增长，混凝土的和易性、流动度、保塌性能、凝结时间影响较小，三乙醇胺和三异丙醇胺适量的双掺具有显著叠加效应。