針對新型混凝土早強劑的對比研究

喬楠夫

（南陽師范學院，河南 南陽 473061）

1 引言

新型混凝土早強劑中蘊含的鈣鹽、晶胚物質、高價陽離子等物質，可顯著強化混凝土早期強度，降低坍塌度帶來的損失，避免混凝土產生干縮等問題。新型早強劑的增添能提高混凝土抗滲、抗凍性，有效提高混凝土材料質量。

2 傳統混凝土早強劑

2.1 氯鹽系列

氯鹽系列的早強劑主要由氯化鈣、氯化鈉、氯化鉀、氯化鋁等物質組成，因氯化物多數屬于易溶性鹽類，可增強硅酸鹽和水泥中熟料礦物質溶解性，推動水化反應速率，以優化混凝土硬化效果。氯鹽類系列的早強劑在應用中具有較大的技術局限性，氯離子所產生的氧化反應，會大大削弱鋼筋抗拉強度，對構建承載能力、混凝土結構可靠性也會造成影響，降低混凝土結構使用壽命，所以，我們要盡量減少氯鹽類早強劑的應用。

2.2 硫酸鹽系列

硫酸鹽系列的早強劑主要種類包括羥基硫酸鈣、硫酸鈉、硫酸鉀和鐵鋁等。在長期低溫無水環境下的優質水泥強度會逐漸減弱，硫酸鈉催化作用最為顯著，能有效提高混凝土強度。此外，硫酸鈉在蒸汽養護環境中也能強化混凝土強度。但隨著新一代水泥標準的推出，諸多水泥工廠采用的窯外分解、新燃燒等技術，致使該類水泥熟料的強度和等級都得到了提升，水泥中所蘊含的各種混合料增添量大大減少，導致二氧化碳和硫酸鈉對該種類型的水泥無法發揮其中的作用。硫酸鈉早強劑中的堿性化學成分會與骨料發生反應。混凝土中的堿主要包括水泥中的K2O、Na2O和外加劑所附帶到混凝土中的K+和Na+。堿-骨料的反應可能會產生潛在危險，據此限制了硫酸鈉早強劑的應用。水泥漿水化時使用的硫酸鈉與氫氧化鈣相互作用生成石膏和氫氧化鈉，主要反應方程式為Na2SO4+Ca(OH)2+H2O→CaSO4·2H2O+2NaOH，堿物質的形成會直接提升其液相pH值，產生的塑化效果增強了水泥漿的可塑性。

2.3 其他無機鹽系列

有機物早強劑主要由甲醇、三乙醇胺、乙醇等組成，常用的是三乙醇胺。三乙醇胺可促進C3A的水化，以此發揮早強劑作用。該絡合物的成分中含有N原子，該原子中包含有不同的未共用電子，極易與其他金屬離子形成共價鍵，相互結合，最終形成更為穩定的絡合物。此類絡合物可以在溶液內部形成C4A6S和C3A水化物，致使C3A和C4AF溶解的速率加快，與石膏反應效果增強，快速形成C4A6S。隨著C4A6S的生成，液相蘊含的CA42+和Al3+的濃度就會逐漸降低。

3 新型混凝土早強劑對比研究

3.1 鈣鹽

新型水泥混凝土通過有機早強劑去除水泥填料中的羥基鈣磷酸鹽，可以有效降低C3S水化反應pH的反應值，提高C3S水化反應速率，加快新型水泥的水化過程和水泥硬化過程。此外，甲酸鈣被認為是一種可以用來代替氯化鈣的最佳化學物質，能有效避免傳統氯鹽早強劑內部因氯離子濃度過高，導致與鋼筋間產生較大電極電位，鋼筋銹蝕等問題。該成分已在混凝土早強劑領域中得到廣泛應用，許多早強劑中都含有鈣鹽，鈣鹽物質如圖1所示。

圖1 鈣鹽

3.2 晶胚物質

結晶過程是能量降低的過程，從理論角度而言，該過程屬于自發過程。但由于會受到其自身能量的阻礙，無法自發結晶，形成過飽和溶液，影響混凝土強度和凝結速率。若在過飽和溶液內增添少許的同類晶體，晶體會迅速析出，推動水化反應速率。例如，混凝土在進行水化時添加一些晶胚物質，即能有效減少由于水化而產生的溶液析出所造成的能量阻力，充分提升晶體析出速率，強化混凝土強度。晶胚物質作為新型混凝土早強劑成分，能有效彌補傳統早強劑缺陷。采用晶胚物質等其他混合物制成的新型早強劑，可降低坍落損失，減少泌水等現象產生，充分提高混凝土強度。

3.3 高價陽離子

水泥水化后的產物中多數都包含C-S-H凝膠體，該物質主要由C3S、C2S水化構成。因為其中高價陽離子對C-S-H凝膠體顆粒中混凝土的擴散和雙電層聚集有一定的壓縮功能，能有效地提高C-S-H凝膠體顆粒中混凝土的聚集速度，減少該顆粒在液相中的濃度，促使C3S、C2S的水化反應，加快混凝土硬化的進程，有效地提高了混凝土硬度與質量，發揮早強劑自身的作用。如Al3+的高價離子，可推動C3S、C2S水化反應速率，強化混凝土硬度，并發揮早強劑作用。

3.4 復合類早強劑

復合類早強劑效果與單一類型的早強劑相比，效果更加優異，為充分提高混凝土強度，通常會將常用早強劑混合使用，以此強化混凝土硬度與質量。應用復合類早強劑能為后期強化工作提供物質基礎，有利于提高混凝土綜合性能。超早強劑包含氟化鈉、硫酸鋁、三乙醇胺和甲酸，利用常規施工技術，即可制造出高強度混凝土，并使混凝土在6h內抗壓強度提到10MPa,1d礦抗壓強度遠高于40MPa。

根據其他實驗可知，將甲酸鈣、硫酸鐵、晶胚按照4∶3∶5配比配置，其早強性能會得到顯著提高。最終結果表明，1d抗壓強度強化50%以上，3d抗壓強度強化47%,7d強化30%。應用新型混凝土早強劑，能使混凝土的強度和穩定性得到明顯提高，但要注意將早強劑復合應用時，要科學選擇配比材料與比例，以制備出穩定性更強、早強性更好的復合類早強劑，避免早強劑配置不當，導致混凝土抗侵蝕、抗凍性較差，影響混凝土功能。尿素主要是作為混凝土的表面活性材料，能對混凝土拌合物的穩定性起到塑化作用，和鈉鹽反應生成一種可溶性的復鹽，適當調整難溶物的結晶速率，以提高水泥水化速率。

4 新型混凝土早強劑

新型混凝土早強劑主要包括低氯低碳新型混凝土早強劑，低氯低碳早強劑主要由水泥、砂子、石子、高價陽離子硫酸鹽和羥基羧酸組成，可有效減少混凝土坍塌度，通過利用羥基羧酸，增強混凝土硬化程度。根據實驗資料可知，應用低氯低碳早強劑的鋼筋混凝土，抗凍性能得到有效改善。

此外，低氯低碳早強劑能完善混凝土抗滲性。新型早強劑中含有高價陽離子和結晶物，生成了更多的水化硅酸鈣凝膠和磷灰鎂鋁鋅礬石，確保了水化后的產物相互搭接性能更加緊密，為強化混凝土滲水性打下堅實基礎。

根據低氯低碳新型鋼筋混凝土早強劑的實驗資料可知，早強劑內含堿量的實測資料數值大約為0.65%，摻量應依照2.5%進行計算，最終結果設定為1m3混凝土內含堿量大約為0.057kg。據此可知，適當地增添一些新型鋼筋混凝土的早強劑，并不會對堿-酸-水和骨料反應產生任何危害。甲酸鈣能改變混凝土系統中的C3S濃度，降低體系pH值，提高C3S水化速率，促使液相中的Ca2+濃度提升，硅酸鈣析出效率加快，有效強化水泥早期強度。

新型早強劑中還包括其他無機類早強劑，依照相關數據可知，利用結晶方法所獲取的高品質鈣鋁層狀雙氫氧化物，可將其應用到混凝土，以強化混凝土硬度，縮減凝固時長。鈣鋁層狀雙氫氧化物可以有效地降低分層離析、泌水等現象，與原來的混凝土相比，其抗壓性和耐折能力都得到有效地強化，分別達到了61%、71%。根據我國現存的研究報告資料可知，無機鹽類早強劑在混凝土中適用范圍廣泛，有利于提高混凝土的早期強度。

5 結語

綜上所述，傳統混凝土早強劑所蘊含的氯離子、硫酸鈉等，該類成分都有一定局限性，通過與新型混凝土早強劑對比，得出結論：新型早強劑要優于傳統早強劑，其效果也要遠高于傳統早強劑應用效果。應用新型混凝土早強劑的混凝土材料，早期水產物數量能逐漸增多，混凝土結構更加密實，孔洞結構能得到優化，混凝土的抗滲、抗凍、耐久等性能會得到顯著提高。