新型早强剂复合配制技术的试验研究

王成启，刘思楠，谷坤鹏

（中交上海三航科学研究院有限公司，上海 200032）

新型早强剂复合配制技术的试验研究

王成启，刘思楠，谷坤鹏

（中交上海三航科学研究院有限公司，上海 200032）

采用有机早强剂三乙醇胺和无机早强剂硫酸锂，进行了单掺和复掺早强剂的胶砂流动性和强度的试验研究。结果表明，硫酸锂和三乙醇胺复合早强剂可有效提高胶砂的早期强度，且对胶砂后期强度和流动性影响较小，具有明显的叠加效应，是新型早强剂发展的方向。

三乙醇胺；硫酸锂；复配；早强

0 引言

目前，常用的混凝土早强剂主要有无机和有机早强剂。采用无机和有机复合是早强剂的重要发展方向之一[1]。有机物系列早强剂主要有三乙醇胺、三异丙醇胺、甲醇、乙醇等等，最常用的是三乙醇胺[2]。硫酸盐类早强剂是目前使用最广的无机早强剂，应用最多的硫酸盐早强剂是硫酸钠，采用硫酸钠早强剂存在一定问题[3]。掺入硫酸钠、硫酸钾后，混凝土中液相的碱度增大，当骨料中含有活性二氧化硅时，就会促使碱-骨料反应的发生。此外，低温下硫酸钠溶解度小，冬季施工若掺量过大养护不好易在混凝土表面结晶析出形成白霜，影响表面装饰层与底层的粘附力。Li+和Na+、K+同属于碱金属类物质，由于Li+具有半径小、极化作用强以及水化半径较大的特点，因此，锂盐类物质具有与Na+和K+盐物质不一样的独特化学性质，如抑制碱-硅酸盐反应，防止水泥膨胀破坏，同时还对已发生碱骨料反应的试样具有一定的修复作用[4-6]。因此，本文采用新型无机早强剂硫酸锂，开展其早强效果试验研究，并与三乙醇胺有机复合，探索研究新型有机和无机复合早强剂。

1 试验

1.1 试验原材料

（1）水泥：句容台泥生产的52.5RⅡ型硅酸盐水泥，其物理力学性能指标如表1所示，安定性合格，比表面积为372 m2/kg。

表1 水泥的主要物理力学性能

（2）矿渣粉：马钢嘉华公司生产的S95粒化高炉矿渣粉，其物理力学性能指标如表2所示，符合GB/T 18046—2008标准规定的S95粒化高炉矿渣粉的技术质量要求。

表2 粒化高炉矿渣粉的物理力学性能指标

（3）早强剂：三乙醇胺、硫酸锂，均为化学纯，上海国药集团化学试剂有限公司。

（4）标准砂：厦门艾思欧标准砂有限公司生产的ISO标准砂。

（5）高效减水剂：上海华登建材有限公司生产的HP400高性能减水剂。

（6）拌合水：自来水。

1.2 试验方法

水泥胶砂流动度：按照GB/T 2419—2005《水泥胶砂流动度测定方法》进行测试。

水泥胶砂强度：水泥胶砂搅拌、成型和养护的试验方法按照GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》测试胶砂的早期和后期抗压强度。

1.3 试验配合比

胶凝材料由水泥和适量的粒化高炉矿渣粉组成，矿渣粉占胶凝材料总质量的20%。水胶比按0.35进行控制，并按高效减水剂的减水率确定减水剂掺量，使胶砂的流动度达到（180±5）mm，胶砂比为1∶3。胶砂试验配合比如表3所示。

表3 胶砂试验质量配比

2 试验结果与分析

2.1 胶砂流动度（见表4）

表4 早强剂对胶砂流动度的影响

与基准胶砂J0流动度相比较，掺入三乙醇胺早强剂胶砂J1的流动度有所增加；掺入硫酸锂早强剂胶砂J2的流动度略有降低；复掺硫酸锂和三乙醇胺早强剂胶砂J3的流动度基本相同。因此，三乙醇胺早强剂有利于改善胶砂的流动性，而硫酸锂对胶砂的流动性产生一定影响，通过硫酸锂早强剂和三乙醇胺早强剂复合可抵消硫酸锂对胶砂流动性影响，保证复合早强剂的胶砂流动度和工作性。

2.2 抗压强度（见表5）

表5 早强剂对胶砂抗压强度的影响

从表5可以看出，三乙醇胺早强剂可提高胶砂的早期强度，并使胶砂后期强度具有一定增长，硫酸锂早强剂的早强效果明显优于三乙醇胺，但会使胶砂的后期强度略有降低。采用硫酸锂和三乙醇胺复合早强剂优于单一早强剂增强效果，具有明显的叠加效果，且可以保证胶砂的后期强度。

掺入一定量的三乙醇胺早强剂可促进C3A的水化，加快钙矾石的形成，促进早期强度的发展，可一定程度上提高胶砂早期强度。锂盐具有半径小、极化作用强等特性，锂离子更容易穿过水化膜进入膜内，加快水化保护膜破裂，由于同离子效应的作用促进膜内钙离子流到膜外而冲破水化膜，促进水泥水化的进行，使水泥诱导期缩短和水化反应提前进入加速期阶段，提高水泥中C3S和C2S的低温水化能力[7]。锂盐早强剂还有助于水化产物晶体均匀、分散方式生长，有利于水化产物形成致密的微观结构，明显缩短水泥的稠化时间[8-9]。同时，硫酸中的硫酸根离子可加快水泥中早期钙矾石形成，有利于胶砂早期强度发展。采用硫酸锂和三乙醇胺早强剂复合可发挥两种早强剂协同互补效应，有效提高水泥胶砂的早期强度，并保证后期强度。

2.3 X射线衍射分析

采用表3中的配合比，分别拌制不含标准砂的基准净浆和复合硫酸锂和三乙醇胺的净浆，对1 d龄期的浆体进行X射线衍射分析，结果如图1所示。

从图1可以看出，基准浆体几乎看不到钙矾石衍射峰，且氢氧化钙衍射峰也比较弱，而复掺硫酸锂和三乙醇胺早强剂浆体具有明显的钙矾石（AFt）衍射峰，且氢氧化钙衍射峰比基准浆体明显增强，表明早强剂有效提高水泥水化反应，产生大量水泥水化产物钙矾石和氢氧化钙，提高水泥早期强度，具有明显早强效果。

图1 基准净浆和复掺早强剂净浆的X射线衍射图谱

3 结论

常用的混凝土早强剂主要有无机和有机早强剂。本研究进行了单掺有机早强剂三乙醇胺和无机早强剂硫酸锂早强剂以及复掺硫酸锂和三乙醇胺早强剂的胶砂流动性和抗压强度的试验。结果表明，复掺硫酸锂和三乙醇胺早强剂比单一早强剂具有较高早强效果，且对胶砂后期强度和流动度影响较小，具有显著叠加效应。采用有机和无机早强剂复合是开发新型早强剂的发展方向。

[1]天立安.有机-无机复合早强剂的研制[J].水泥工程，2011（1）：36-37.

[2]谢兴建.混凝土早强剂应用技术研究[J].新型建筑材料，2005（5）：33-35.

[3]要秉文，丁庆军，梅世刚.新型早强剂对混凝土性能的影响研究[J].混凝土，2005（9）：49-54.

[4]高振国，罗永会，石浩.无钠（钾）混凝土早强剂的研究及开发[J].低温建筑技术，2002（3）：69-70.

[5]俞琛捷，莫祥银，邓敏.锂离子在混凝土碱集料反应过程中的作用[J].东南大学学报，2009，39：50-51.

[6]于洋，李国忠.锂盐对水泥砂浆碱骨料反应抑制效果的研究[J].混凝土，2009（3）：50-51.

[7]吴海龙，刘健，吉小利.新型硫酸锂复合早强剂对煤矿封孔水泥早强效果的影响研究[J].中国安全生产科学技术，2014（8）：34-38.

[8]王成文，王瑞和，陈二丁.锂盐早强剂改善油井水泥的低温性能及其作用机理[J].石油学报，2011，32：140-144.

[9]王成文，王瑞和，步玉环.深水固井水泥性能及水化机理[J].石油学报，2009，30：280-284.

Experimental study of new early strength agent composite preparation technique

WANG Chengqi，LIU Sinan，GU Kunpeng
（China Communications Shanghai Third Harbor Engineering Science and Technology Research Institute Co.Ltd.，Shanghai 200032，China）

The fluidity and strength of mortar with single or multiple early strength agents were experimentally studied by using triethanolamine and lithium sulfate.The experimental results show that composite early strength agents with triethanolamine and lithium sulfate can remarkably enhance the early strength of mortar，the influence of composite early strength agents on later period strength and fluidity is little.Composite early strength agents with organic and inorganic have obvious superimposed effect，may be the direction of development of new early strength agents.

triethanolamine，lithium sulfate，composite，early strength

TU528.042.1

A

1001-702X（2016）11-0087-03

2016-04-03；

2016-05-04

王成启，男，1964年生，安徽繁昌人，教授级高级工程师，博士，从事工程材料的研究工作。