復合型早強劑與聚羧酸減水劑復配試驗研究

梁 慶，周漢章

1.廣東南粵勘察設計有限公司，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，混凝土需要經過長時間的凝固和硬化，才能達到預期的強度。摻入混凝土早強劑可有效縮短混凝土凝結硬化時間，提高混凝土早強，改善施工進度，節省人力物力資源和生產成本。

1 關于早強劑

早強劑主要可以分強電解質無機鹽類、水溶性有機物類、有機類和無機物復合的復合早強劑三大類，無機類主要有硫酸鹽類、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］。而復合型早強劑主要是指無機鹽類與有機物結合的早強劑，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［1］，在水泥和外加劑工藝中最經常用到的是醇胺類化合物早強劑，尤其是三乙醇胺（TEA）、三異丙醇胺（TIPA）的應用最為成熟廣泛。根據單個醇胺分子中輕基的數量選取三乙醇胺（3 個羥基）、三異丙醇胺（3 個羥基一位于異丙基上）醇胺分子結構中的醇輕基的親水性隨碳原子數量增加而降低，親油性則相反。醇胺分子中官能團的結構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合的選擇性及在水化產物表面的吸附，進而影響水泥的強度及其他性能［2］。

2 聚羧酸減水劑與早強劑復配試驗

2.1 試驗原材料的選擇

表1 試驗原材料信息

2.2 減水劑與早強劑復配配方

表2 復配配方 g

2.3 混凝土試驗配方及試驗結果

選取強度為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 個樣品試驗數據如表3。

樣品2 摻0.051%TEA 混凝土狀態、出機擴展度及保塌能力與基準組相當，含氣量和凝結時間比樣品1組低0.5%和0.8h，3d、7d 強度比樣品1 組低1.4MPa、0.7MPa 但28d 強度比其高1.7MPa，前期強度低于樣品1 后期強度優于樣品1 組。

樣品3 組摻0.026%TEA 出機狀態和塌損情況、含氣量、凝結時間與基準組最接近，3d、7d抗壓強度均比基準組高5.3MPa，但28d 抗壓強度低1.2MPa 后期強度弱。

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

樣品5 摻0.051%TIPA 出機狀態和保塌能力優于樣品4 組，含氣量和凝結時間均低于樣品4 組，前期后期抗壓強度高于樣品4 組0.8MPa、3.3MPa、0.6MPa。

樣品6 組摻0.026%TIPA 出機狀態良好保塌能力好，3d、7d、28d 抗壓強度比樣品5 和基準組略高，但前期抗壓強度不明顯。

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

表3 試配數據

3 試驗數據綜合分析

3.1 數據解讀

從表3 試配數據可以看出：摻入基準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 強度達到了58.3%、7d強度達到了69.3%、28d強度達到116%，前期強度低，達不到早強混凝土要求；

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

3.2 綜合分析

醇胺類早強劑促進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+等金屬離子發生絡合，生成胺-鈣（胺-鐵）絡合物，從而促進水泥中C3A、C4AF 以及C3S 等的溶解水化，促進C-S-H、CH、Aft、AFm 等水化產物形成，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度，而三異丙醇胺（TIPA）主要功能是助力混凝土后期強度。

在商品混凝土中的應用三異丙醇胺和三乙醇胺有各自的優勢。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度有一定的優勢由于其三維結構的烷烴鏈和羥基異構。乙醇胺在早期增強性能上促進了鋁酸鹽的早期水化，能夠使水泥誘導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，推動水化產物晶體、增強分散性，致使形成致密的微觀結構可加快水泥中早期鈣礬石形成，加速早期強度發展。28 天強度方面三乙醇胺貢獻早期強度，三異丙醇胺通過促進難水化礦物的水化和提高水泥的分散性推動后期強度增長［3］。

絡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 促進氧化鋁的溶解抑制了水泥漿早期鈣礬石的形成，同時優化硬化水泥漿體的孔結構和微觀形貌，從而影響硬化水泥漿體強度的生長［4］。TEA 在摻量0.105%時可以提高硬化水泥漿體的早期強度，但會降低后期強度。

4 總結

單摻有機早強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劑的混凝土綜合試驗，結果表明摻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時間都有明顯影響，低摻量下能夠促進石膏與C3A 反應并生成鈣礬石，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度有不同明顯增長但后期強度不理想，同等條件下同種方法按0.105%、0.051%、0.026%摻三異丙醇胺發現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%雙摻可發揮兩種早強劑協同互補效應具有明顯的早強效果并可以保持后期強度增長，混凝土的和易性、流動度、保塌性能、凝結時間影響較小，三乙醇胺和三異丙醇胺適量的雙摻具有顯著疊加效應。