应用于管桩生产的两种新型外加剂的研究*

上海建工集团工程研究总院 上海 201114

0 前言

CTF 混凝土增效剂是一种新型混凝土外加剂，它能在减少 10%～15% 水泥用量的情况下，使强度仍保持甚至超过原有基准混凝土的强度，而且拌合物的和易性和工作性能都能得到提升。CTF增效剂能明显改善工作性能，提高胶凝材料的分散性，表现为浆体增多，从而可以实现在原配合比基础上节约水泥10%～15%。

CTF 混凝土增效剂在很多地区已得到广泛应用，也取得了不错的效益，但同时也出现一些不同的问题，有的混凝土搅拌站试验室甚至出现负面作用，偶有混凝土性能下降、强度减少的情况出现[1]。因此，有必要对CTF增效剂的应用性能作进一步的研究。

另外，在工程上，使用早强剂可以加快混凝土的凝结硬化过程，促进混凝土早期强度的发展，达到加速模板周转，快速施工，节约水泥和便于冬季（低温）施工的目的，特别是对管桩的生产非常有利。晶种早强剂就是这样一类新型的混凝土早强剂。因为混凝土的强度来源于水泥水化产物从液相中析出，将水泥水化产物作晶种引入混凝土中可以诱导水化产物更快地析晶，从而加速水泥的凝结硬化，提高混凝土早期强度，所以，晶种可以在提高混凝土早期强度中作为一种有效的外加剂使用[2]。例如，向矿渣水泥中加入人工合成的晶种如Ca（OH）2、钙矾石、水化铝酸钙和水化硅酸钙，可明显提高矿渣水泥的早期强度，且不影响矿渣水泥的物理力学性能。这种人工晶种制备方便，成本低，具有与水泥相同的水化产物。因此，人工晶种是水泥的理想早强剂。

本文研究了两种适用于管桩生产的新型混凝土化学外加剂：即CTF增效剂和晶种早强剂的性能，并对两种外加剂的发展前景作出比较，以便指导生产实践。

1 试验研究

1.1 原材料

1.1.1 水泥

CTF增效剂采用P.Ⅱ 52.5水泥，其质量符合GB 175—2007中的相应规定。

晶种早强剂采用P.O 42.5水泥，其质量符合GB 175—2007中的相应规定。

1.1.2 细骨料

胶砂试验采用ISO标准砂，其质量符合GB/T 17671—1999中的相应规定。

1.1.3 水

符合JGJ 63—2006《混凝土拌和用水》技术要求的自来水。

1.1.4 晶种

采用Na2SiO3·5H2O与Ca（NO3）2·4H2O反应合成的C-S-H凝胶晶种。晶种的制备过程中，将钙硅比（按质量比）设定为1。

1.1.5 CTF增效剂

采用广州三骏建材科技有限公司生产CTF-8#型混凝土增效剂，其外观呈无分层半透明液体状，pH值为10.0±1.0，密度为1.03 g/cm3±0.05 g/cm3。

1.2 试验方法

CTF增效剂和晶种早强剂的工作性能分析，采用常用的的混凝土减水剂的工作性能检测规范试验方法，通过比较他们的常见性能，指导其在生产中的应用。根据以上思路，选用减水率、胶砂流动度、胶砂强度3 个试验作为主要试验方式进行验证。

2 试验结果及分析

2.1 砂浆减水率

本试验选取了几种减水剂以及CTF增效剂、晶种早强剂，按GB 8077—2008《混凝土外加剂匀质性试验方法》中水泥砂浆减水率的测定方法进行检测。以不掺外加剂的胶砂作为基准胶砂，以掺不同外加剂的胶砂作为对比胶砂，在胶砂流动度相同（流动度达到180 mm±5 mm）的情况下，对比需水量，分析减水率。试验数据见表1。

表1 不同外加剂对砂浆减水率的影响

试验表明CTF增效剂和晶种早强剂减水率都较低，与减水剂有明显差异，但观察砂浆状态，掺CTF的砂浆不易泌水，其对浆体的保水性改善明显。掺入晶种早强剂的砂浆外观则与基准砂浆基本相同。

2.2 胶砂强度

胶砂强度按GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO）法》进行检测。

晶种早强剂主要体现其早强效果，故只检测了净浆试条的1 d强度。

CTF增效剂配比方案及试验结果见表2，晶种早强剂配比方案及试验结果见表3。

由表2、表3数据可知：

添加CTF增效剂的胶砂，3 d抗折强度和28 d抗折强度随增效剂掺量增加有上升趋势，当掺量超过0.6%时，又有下降趋势。随着增效剂掺量的增加，3 d抗压强度有上升趋势，但超过0.6%掺量，强度下降明显；28 d抗压强度随着增效剂掺量的增加上升明显，超过0.6%掺量后趋于稳定。

由用水量数据及观察新拌胶砂状态可知，增效剂对砂浆基本没有减水效果，但对胶砂的工作性能有明显改良作用。增效剂的掺量在0.6%时胶砂强度有明显提高。

晶种1与晶种2为两种不同制备工艺的产物，晶种1相对粗糙，粒径在微米级以上，晶种2粒径较小。添加晶种1的1 d净浆强度有小幅提高，幅度大致与CTF相同，晶种1是手工捣磨，分析认为应该是颗粒没有达到纳米级别所致。晶种2对强度有明显提高。

表2 CTF增效剂配比方案及试验结果

表3 晶种早强剂配比方案及试验结果

3 结语

综合以上试验结果，可以看出CTF 增效剂作为一种新一代功能型外加剂，的确可以激发和分散胶凝材料，提高水泥的利用率，使水化反应更充分，混凝土更匀质更密实。此外，由减水率试验可看出CTF能有效保持新拌混凝土的工作性，使混凝土便于操作，从而提升混凝土的品质，有利于管桩生产。晶种类早强剂，从理论上讲，晶体从液相中析出时，需突破一能量阻碍，这一能量阻碍使得晶体析出有时很难自然进行，这也是过饱和溶液的存在原因。在过饱和溶液中加入微量的同种晶体，即可使溶液迅速地析出晶体。如在水泥水化过程中加入晶体胚物质，即可降低水化产物析出的能量阻碍，从而加速析出的速度。它的出现主要是为了替代传统的早强剂，弥补其在混凝土应用中的不足。实际试验证明，晶种的确可以提高胶砂早期强度，但目前的技术瓶颈主要在于纳米级别颗粒的制备。

CTF混凝土增效剂与晶种类这两种新型外加剂，应用于管桩生产，各有长处。CTF增效剂早强效果一般，长处在于明显的改善了操作性。晶种类外加剂重点在于早强，对操作性改善不显著。两种外加剂应用于生产实践，都有自己的适用范围，但要在工程上大规模应用，还需要进行制备技术革新和改良，这样才能体现出它们的生命力。