早强剂对混凝土早期抗压强度影响试验研究

王薇（中交一公局土木工程建筑研究院有限公司 北京 朝阳 100024）

李亚楠（山东省建筑材料工业设计研究院 山东 济南 250022）

0 引言

在混凝土结构的施工过程中，新拌混凝土要达到预期的强度，需经过较长时间地凝结硬化。掺加早强剂，可显著提高混凝土的凝结硬化时间，在冬季施工、应急抢险工程、加速模具周转等方面，发挥着重要的作用 [1-2]。作为混凝土常用外加剂之一，早强剂的掺加，在提高混凝土早期强度的同时，对混凝土后期强度的发展影响较小，可以加快施工进度，节约生产成本。

目前，国内的早强剂种类主要分为无机盐类、有机物类及复合型早强剂三大类[3]。其中，无机盐类早强剂又可分为硫酸盐类、碳酸盐类、氯化物、硝酸盐类及亚硝酸盐类等；有机物类又可分为三乙醇胺、三异丙醇胺、甲酸钙及乙二醇等；复合型早强剂主要是指无机盐类与有机物结合使用的早强剂。在无机盐类早强剂中，氯化物类早强剂因其加入混凝土中，所含的Cl-易引起钢筋的锈蚀，在国家标准中对此类早强剂的使用有着严格限制，故多用于素混凝土[4]。

本试验研究在C50混凝土配合比的基础上，以混凝土立方体早期抗压强度作为主要控制指标，对比分析甲酸钙、三乙醇胺、硫酸钠三种早强剂，在单掺或复合时，对混凝土早期强度的影响，以期为早强剂与混凝土类似实验研究提供借鉴与参考。

1 原材料及实验方法

原材料的测定及试验的进行全部在现场试验室内完成。

1.1 原材料

水泥：P·O42.5级，密度3.05g/cm3；粉煤灰：I级，比表面积370cm2/g；砂子：洞庭湖砂，细度模数Mx=2.8，表观密度为2610kg/m3，含泥量0.8%；

石子：重庆产碎石，连续级配5~20mm，级配良好，松散堆积密度为1460kg/m3，紧密堆积密度为1670kg/m3，表观密度为2690kg/m3，含泥量0.60%；

聚羧酸系减水剂：烯丙基聚醚类，减水率26%，建议最佳掺量0.8%。

1.2 试验方法

试验选取硫酸钠[5]、甲酸钙[3]、三乙醇胺[6]三种早强剂作为研究对象，在C50混凝土配合比的基础上，测定在早强剂不同掺量下，混凝土立方体试件的1d、3d、28d抗压强度，确定出每种早强剂在单掺时的最佳掺量。在此基础上，测定不同早强剂以最佳掺量复合时，混凝土1d、3d、28d的抗压强度，以混凝土的早期强度作为主要控制指标，对比分析早强剂单掺及复合时对混凝土的影响。

试验过程当中，控制新拌混凝土的坍落度范围处于70~100mm之间，混凝土试件成型采用机械搅拌、机械振捣成型的方法。混凝土立方体1d的抗压强度测定时采用自然养护，脱模试验为试件成型后17~18h，温度记录时，取该时段内最高温与最低温的平均值（约为26~28℃）；试件3d、28d抗压强度测定时，将试件脱模后放入标养室养护至龄期。试件尺寸为100mm×100mm×100mm。其中，1d抗压强度测定时，由于其值较低，为尽量避免数据波动对试验结果的影响，每组6个试块，从中选取3个数据较为收敛的取其平均值。3 d和28d抗压强度测定时，则每组3个试块。

试验前，先通过混凝土坍落度试验，确定出减水剂的合理掺量。混凝土搅拌时，首先将早强剂充分溶解在水溶液当中，等水泥、砂、石子在搅拌机内搅拌均匀以后，将水与早强剂分两次倒入搅拌机内，第一次加入约2/3的水，待水将水泥颗粒润湿以后，加入聚羧酸系减水剂，搅拌约30s，然后将剩余的水及早强剂一次性倒入，总搅拌时间持续180s。

2 试验过程及结果分析

试验所选取的C50混凝土配合比主要参数为：水胶比0.32，用水量144kg/m3，砂率37%，粉煤灰掺量20%，其具体的混凝土配合比见表1。

表1C50混凝土配合比/（kg/m3）

2.1 早强剂单掺时结果及分析

由于试验原材料的不同，如水泥中硅酸三钙等成分组成的差异及混凝土配合比的改变等，对不同早强组分的最佳掺量及其早强效果均产生一定的影响。首先确定出在试验所用原材料下，三种早强剂单独掺加时的最佳掺入比例。试验过程中参考其他学者的相关研究成果，将甲酸钙的掺量范围确定在1.5%~3.0%，三乙醇胺的掺量范围确定在0.05%~0.11%，硫酸钠的掺量范围确定在0.5%~2.0%，其具体的用量及不同龄期混凝土立方体抗压强度试验结果见表2。

对比表中数据，可以看出，当早强剂单独掺加，以甲酸钙掺量为2.0%，三乙醇胺掺量为0.07%，硫酸钠掺量为1.5%时，其1d和3d强度分别达到最高，在达到最佳掺量以后，随着早强剂掺量的增加，早期强度反而有所降低，且随着掺量比例的不断加大，早期强度降低越为明显。在最佳掺量情况下，对于1d和3d抗压强度，掺加甲酸钙、三乙醇胺、硫酸钠的混凝土比同龄期素混凝土分别提高了36.23%和33.55%、33.78%和30.71%、29.44%和31.27%。而对于28d混凝土立方体抗压强度，整体趋势表现为，随着早强剂掺量的增加，混凝土的强度呈现出不同程度的倒缩趋势，其中以三乙醇胺对于混凝土后期强度发展影响最小。

表2 早强剂单掺时混凝土立方体不同龄期抗压强度

三种早强剂单掺时，以甲酸钙的促凝效果最好，这可能与三种早强剂的作用机理与水泥的成分组成有关。在普通硅酸盐水泥浆体系中甲酸钙中的甲酸根梨子（HCOO-）能够形成同AFt和AFm相近的类似物，

且甲酸根离子的扩散速度要大于Ca2+，并可以渗透到C2S与C3S的水化层，从而加快硅酸钙的水化与氢氧化钙的沉淀，其早强效果随硅酸盐水泥中C3S含量的降低而提高。硫酸钠作为强电解质，能够增强水泥浆体中的离子浓度，其溶于水后，可与氢氧化钙反应生成CaSO4与NaOH，NaOH可以增强体系的碱性，加速C3A与石膏的溶出速率，从而提高硫铝酸钙含量，达到早强的效果。三乙醇胺在水泥水化的过程当中，可以与Fe3＋、Al3＋等形成易溶于水的络合离子，从而促进C3A与C4AF的溶解，加速硫铝酸钙的生成，同时降低体系中铝离子与钙离子浓度，促进C3S水化，进一步加速了混凝土早期强度的发展。

2.2 早强剂复合时的结果及分析

在上述试验结果的基础上，分别选取三种早强剂的最佳掺量，作为复合时早强剂的掺量，进一步对比分析在早强剂复合的情况下，对混凝土早期强度及28d强度的影响，其具体的复合比例及试验结果见表3。

表3 早强剂复合时混凝土立方体不同龄期抗压强度

对比表3中数据，当甲酸钙掺量2.0%，三乙醇胺掺量0.07%时，混凝土早期强度的促进效果最好，其1d和3d立方体抗压强度相较于素混凝土，分别提高了48.84%和34.63%。同时，在复合情况下，其它各组对混凝土早期强度的促进效果均好于早强剂单掺时的作用效果。可见，合理地进行早强剂的复合，可以充分发挥不同早强剂间的协同作用，进一步促进混凝土早期强度的发展，但并非早强剂复合的种类越多对于混凝土的促凝效果越好，当三种早强剂均采用最佳掺量加入混凝土中时，其早强效果反而低于甲酸钙与三乙醇胺及甲酸钙与硫酸钠这两种组合。目前，在对早强剂进行复合时，多采用无机盐类与有机物类进行复合，以期获得更高的混凝土早期强度，通过本试验研究结果，建议在进行早强剂的复合时，可以同时在有机物类之间进行相互的组合。

3 结论

通过对试验结果的对比分析，本试验研究主要得出如下结论：

（1）在早强剂单掺时，对于本试验所选取的混凝土配合比，以甲酸钙的早强效果最为明显，其次分别为三乙醇胺和硫酸钠；

（2）在三种早强剂进行复合时，以甲酸钙和三乙醇胺复合效果最好，混凝土1d和3d的立方体抗压强度分别提高了48.84%和34.63%；

（3） 对早强剂进行复合时，并非所选取的种类越多，对于混凝土的早强效果越好，实际使用时应当合理选取早强剂的种类及其掺量。同时，对于目前早强剂复合时多采用无机物类与有机物类进行复合的情况，建议可以考虑更为多元化的组合，如有机物类与有机物类的组合等。