针对新型混凝土早强剂的对比研究

乔楠夫

（南阳师范学院，河南 南阳 473061）

1 引言

新型混凝土早强剂中蕴含的钙盐、晶胚物质、高价阳离子等物质，可显著强化混凝土早期强度，降低坍塌度带来的损失，避免混凝土产生干缩等问题。新型早强剂的增添能提高混凝土抗渗、抗冻性，有效提高混凝土材料质量。

2 传统混凝土早强剂

2.1 氯盐系列

氯盐系列的早强剂主要由氯化钙、氯化钠、氯化钾、氯化铝等物质组成，因氯化物多数属于易溶性盐类，可增强硅酸盐和水泥中熟料矿物质溶解性，推动水化反应速率，以优化混凝土硬化效果。氯盐类系列的早强剂在应用中具有较大的技术局限性，氯离子所产生的氧化反应，会大大削弱钢筋抗拉强度，对构建承载能力、混凝土结构可靠性也会造成影响，降低混凝土结构使用寿命，所以，我们要尽量减少氯盐类早强剂的应用。

2.2 硫酸盐系列

硫酸盐系列的早强剂主要种类包括羟基硫酸钙、硫酸钠、硫酸钾和铁铝等。在长期低温无水环境下的优质水泥强度会逐渐减弱，硫酸钠催化作用最为显著，能有效提高混凝土强度。此外，硫酸钠在蒸汽养护环境中也能强化混凝土强度。但随着新一代水泥标准的推出，诸多水泥工厂采用的窑外分解、新燃烧等技术，致使该类水泥熟料的强度和等级都得到了提升，水泥中所蕴含的各种混合料增添量大大减少，导致二氧化碳和硫酸钠对该种类型的水泥无法发挥其中的作用。硫酸钠早强剂中的碱性化学成分会与骨料发生反应。混凝土中的碱主要包括水泥中的K2O、Na2O和外加剂所附带到混凝土中的K+和Na+。碱-骨料的反应可能会产生潜在危险，据此限制了硫酸钠早强剂的应用。水泥浆水化时使用的硫酸钠与氢氧化钙相互作用生成石膏和氢氧化钠，主要反应方程式为Na2SO4+Ca(OH)2+H2O→CaSO4·2H2O+2NaOH，碱物质的形成会直接提升其液相pH值，产生的塑化效果增强了水泥浆的可塑性。

2.3 其他无机盐系列

有机物早强剂主要由甲醇、三乙醇胺、乙醇等组成，常用的是三乙醇胺。三乙醇胺可促进C3A的水化，以此发挥早强剂作用。该络合物的成分中含有N原子，该原子中包含有不同的未共用电子，极易与其他金属离子形成共价键，相互结合，最终形成更为稳定的络合物。此类络合物可以在溶液内部形成C4A6S和C3A水化物，致使C3A和C4AF溶解的速率加快，与石膏反应效果增强，快速形成C4A6S。随着C4A6S的生成，液相蕴含的CA42+和Al3+的浓度就会逐渐降低。

3 新型混凝土早强剂对比研究

3.1 钙盐

新型水泥混凝土通过有机早强剂去除水泥填料中的羟基钙磷酸盐，可以有效降低C3S水化反应pH的反应值，提高C3S水化反应速率，加快新型水泥的水化过程和水泥硬化过程。此外，甲酸钙被认为是一种可以用来代替氯化钙的最佳化学物质，能有效避免传统氯盐早强剂内部因氯离子浓度过高，导致与钢筋间产生较大电极电位，钢筋锈蚀等问题。该成分已在混凝土早强剂领域中得到广泛应用，许多早强剂中都含有钙盐，钙盐物质如图1所示。

图1 钙盐

3.2 晶胚物质

结晶过程是能量降低的过程，从理论角度而言，该过程属于自发过程。但由于会受到其自身能量的阻碍，无法自发结晶，形成过饱和溶液，影响混凝土强度和凝结速率。若在过饱和溶液内增添少许的同类晶体，晶体会迅速析出，推动水化反应速率。例如，混凝土在进行水化时添加一些晶胚物质，即能有效减少由于水化而产生的溶液析出所造成的能量阻力，充分提升晶体析出速率，强化混凝土强度。晶胚物质作为新型混凝土早强剂成分，能有效弥补传统早强剂缺陷。采用晶胚物质等其他混合物制成的新型早强剂，可降低坍落损失，减少泌水等现象产生，充分提高混凝土强度。

3.3 高价阳离子

水泥水化后的产物中多数都包含C-S-H凝胶体，该物质主要由C3S、C2S水化构成。因为其中高价阳离子对C-S-H凝胶体颗粒中混凝土的扩散和双电层聚集有一定的压缩功能，能有效地提高C-S-H凝胶体颗粒中混凝土的聚集速度，减少该颗粒在液相中的浓度，促使C3S、C2S的水化反应，加快混凝土硬化的进程，有效地提高了混凝土硬度与质量，发挥早强剂自身的作用。如Al3+的高价离子，可推动C3S、C2S水化反应速率，强化混凝土硬度，并发挥早强剂作用。

3.4 复合类早强剂

复合类早强剂效果与单一类型的早强剂相比，效果更加优异，为充分提高混凝土强度，通常会将常用早强剂混合使用，以此强化混凝土硬度与质量。应用复合类早强剂能为后期强化工作提供物质基础，有利于提高混凝土综合性能。超早强剂包含氟化钠、硫酸铝、三乙醇胺和甲酸，利用常规施工技术，即可制造出高强度混凝土，并使混凝土在6h内抗压强度提到10MPa,1d矿抗压强度远高于40MPa。

根据其他实验可知，将甲酸钙、硫酸铁、晶胚按照4∶3∶5配比配置，其早强性能会得到显著提高。最终结果表明，1d抗压强度强化50%以上，3d抗压强度强化47%,7d强化30%。应用新型混凝土早强剂，能使混凝土的强度和稳定性得到明显提高，但要注意将早强剂复合应用时，要科学选择配比材料与比例，以制备出稳定性更强、早强性更好的复合类早强剂，避免早强剂配置不当，导致混凝土抗侵蚀、抗冻性较差，影响混凝土功能。尿素主要是作为混凝土的表面活性材料，能对混凝土拌合物的稳定性起到塑化作用，和钠盐反应生成一种可溶性的复盐，适当调整难溶物的结晶速率，以提高水泥水化速率。

4 新型混凝土早强剂

新型混凝土早强剂主要包括低氯低碳新型混凝土早强剂，低氯低碳早强剂主要由水泥、砂子、石子、高价阳离子硫酸盐和羟基羧酸组成，可有效减少混凝土坍塌度，通过利用羟基羧酸，增强混凝土硬化程度。根据实验资料可知，应用低氯低碳早强剂的钢筋混凝土，抗冻性能得到有效改善。

此外，低氯低碳早强剂能完善混凝土抗渗性。新型早强剂中含有高价阳离子和结晶物，生成了更多的水化硅酸钙凝胶和磷灰镁铝锌矾石，确保了水化后的产物相互搭接性能更加紧密，为强化混凝土渗水性打下坚实基础。

根据低氯低碳新型钢筋混凝土早强剂的实验资料可知，早强剂内含碱量的实测资料数值大约为0.65%，掺量应依照2.5%进行计算，最终结果设定为1m3混凝土内含碱量大约为0.057kg。据此可知，适当地增添一些新型钢筋混凝土的早强剂，并不会对碱-酸-水和骨料反应产生任何危害。甲酸钙能改变混凝土系统中的C3S浓度，降低体系pH值，提高C3S水化速率，促使液相中的Ca2+浓度提升，硅酸钙析出效率加快，有效强化水泥早期强度。

新型早强剂中还包括其他无机类早强剂，依照相关数据可知，利用结晶方法所获取的高品质钙铝层状双氢氧化物，可将其应用到混凝土，以强化混凝土硬度，缩减凝固时长。钙铝层状双氢氧化物可以有效地降低分层离析、泌水等现象，与原来的混凝土相比，其抗压性和耐折能力都得到有效地强化，分别达到了61%、71%。根据我国现存的研究报告资料可知，无机盐类早强剂在混凝土中适用范围广泛，有利于提高混凝土的早期强度。

5 结语

综上所述，传统混凝土早强剂所蕴含的氯离子、硫酸钠等，该类成分都有一定局限性，通过与新型混凝土早强剂对比，得出结论：新型早强剂要优于传统早强剂，其效果也要远高于传统早强剂应用效果。应用新型混凝土早强剂的混凝土材料，早期水产物数量能逐渐增多，混凝土结构更加密实，孔洞结构能得到优化，混凝土的抗渗、抗冻、耐久等性能会得到显著提高。