牛茂威

（重慶建研科之杰新材料有限公司，重慶 402760）

0 前言

混凝土作為工程建設(shè)最重要的建筑結(jié)構(gòu)材料，強(qiáng)度高、可模性好、耐久性強(qiáng)，用于工民建、交通市政、水利海防等諸多領(lǐng)域。應(yīng)用于不同環(huán)境時(shí)，對(duì)混凝土的性能要求也不同，當(dāng)遇到低溫環(huán)境，水泥水化速度慢，需要加入早強(qiáng)劑提高早期強(qiáng)度；或者對(duì)工期要求高的工程項(xiàng)目，如抵抗新型冠狀病毒感染的肺炎修建的各地防疫醫(yī)療機(jī)構(gòu)等，需要混凝土盡早達(dá)到目標(biāo)強(qiáng)度，這時(shí)候混凝土的早強(qiáng)性能顯得尤為必要。

實(shí)現(xiàn)混凝土早強(qiáng)，從原材料方面，選擇 C3A、C3S含量高的水泥、優(yōu)質(zhì)骨料；在設(shè)計(jì)配合比時(shí)盡可能降低水膠比等；另外重要的一條途徑就是使用混凝土早強(qiáng)劑，通過激發(fā)膠材的活性組分，促進(jìn)水泥水化，從而達(dá)到早強(qiáng)的目的。目前常用的早強(qiáng)劑主要為以硫酸鹽、氯鹽、碳酸鹽為代表的無機(jī)早強(qiáng)劑和以三乙醇胺、復(fù)合醇胺等為代表的有機(jī)早強(qiáng)劑，另外還有有機(jī)—無機(jī)復(fù)合早強(qiáng)劑，這些早強(qiáng)劑具有自身的優(yōu)點(diǎn)，也有特色的應(yīng)用范圍。本文對(duì)常用的早強(qiáng)劑進(jìn)行分析，并對(duì)混凝土性能的影響進(jìn)行綜述，以期為早強(qiáng)劑在混凝土的應(yīng)用提供理論和技術(shù)參考。

1 早強(qiáng)劑的種類

1.1 無機(jī)鹽類早強(qiáng)劑

無機(jī)鹽類早強(qiáng)劑目前常用的有硫酸鹽、碳酸鹽以及氯鹽等種類，硫酸鹽能夠介入水泥水化進(jìn)程，促進(jìn)水泥水化，生成更多的凝膠和鈣礬石等。王薇、李亞楠[1]研究了硫酸鈉、甲酸鈣和三乙醇胺對(duì)混凝土早期性能的影響，認(rèn)為單摻情況下，甲酸鈣對(duì)混凝土早期強(qiáng)度提高效果最明顯，且存在適宜的摻量范圍，過摻后混凝土早期強(qiáng)度反而降低，研究同時(shí)發(fā)現(xiàn)無機(jī)和有機(jī)復(fù)合效果最佳。李萍、周轉(zhuǎn)運(yùn)等[2]采用硫酸鈉和聚羧酸復(fù)合，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)硫酸鈉增大了混凝土坍落度損失，凝結(jié)時(shí)間也有所縮短，且摻量增加，混凝土 28d 強(qiáng)度也會(huì)下降。

吳亞飛、劉德仁[3]研究了不同摻量的氯化鈣、硫酸鈉及碳酸鈉 3 種早強(qiáng)劑對(duì)輕質(zhì)復(fù)合發(fā)泡泡沫混凝土早期強(qiáng)度形成的影響。研究結(jié)果表明以硫酸早強(qiáng)劑的早強(qiáng)效果最好，氯化鈣早強(qiáng)劑的早強(qiáng)效果稍差，碳酸鈉早強(qiáng)劑的早強(qiáng)效果最差；3 種早強(qiáng)劑對(duì)混凝土 28d 強(qiáng)度無提高作用，甚至硫酸鈉還對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度有負(fù)面影響。周華新、何廷樹等[4]研究了亞硝酸鈉、硫代硫酸鈉、乙酸鈉及碳酸鈉添加混凝土液體防凍泵送劑后的效果，試驗(yàn)結(jié)果認(rèn)為四種早強(qiáng)組分在負(fù)溫下的混凝土具有良好的防凍效果，且混凝土強(qiáng)度有所增強(qiáng)，乙酸鈉和亞硝酸鈉效果較好。

此外硫氰酸鈉也被用于混凝土增強(qiáng)。王子明[5]發(fā)現(xiàn)硫氰酸鈉可以降低水的冰點(diǎn)，用于負(fù)溫環(huán)境下可以顯著改善砂漿抗凍性能，且硫氰酸鈉在適宜摻量下可以顯著提高砂漿 7d 強(qiáng)度，但過高會(huì)增加成本且混凝土干燥后出現(xiàn)鹽析現(xiàn)象。

1.2 有機(jī)類早強(qiáng)劑

有機(jī)類早強(qiáng)劑以三乙醇胺、三異丙醇胺等為主，起初主要用于助磨劑當(dāng)中，用以提高水泥的出廠強(qiáng)度，后來逐步作為早強(qiáng)組分用來提高混凝土強(qiáng)度。尹壽生、劉雯[6]利用三乙醇胺復(fù)合聚羧酸減水劑，發(fā)現(xiàn)水泥標(biāo)稠用水量提高，凝結(jié)時(shí)間縮短，水泥凈漿流動(dòng)度下降，水泥早期強(qiáng)度增加明顯，28d 強(qiáng)度隨三乙醇胺摻量增加而降低。關(guān)于三乙醇胺的作用機(jī)理，王薇、李亞楠[1]認(rèn)為三乙醇胺可以與 Fe3+、Al3+等形成易溶于水的絡(luò)合離子，促進(jìn) C3A 與 C4AF 的溶解，加速硫鋁酸鈣的生成，同時(shí)降低體系中鋁離子與鈣離子濃度，促進(jìn) C3S 水化，從而加速混凝土早期強(qiáng)度發(fā)展。

甲酸鈣作為一種有機(jī)早強(qiáng)劑，被認(rèn)為可以增加水化環(huán)境里的鈣離子濃度從而促進(jìn)水泥水化，縮短凝結(jié)時(shí)間，因此在冬季施工中用來促凝增強(qiáng)。王娟等[7]發(fā)現(xiàn)，摻入 0.5%～1.2% 的甲酸鈣，常溫可以使得砂漿 7d 抗壓強(qiáng)度提高 9MPa，28d 強(qiáng)度提高近 15MPa，這是因?yàn)榧姿徕}促進(jìn)水泥水化生成更多鈣礬石類產(chǎn)物，且生成水化硅酸凝膠的量也更大。

尿素作為防凍劑在北方寒冷地區(qū)多有應(yīng)用，可與鈣鹽生成可溶性復(fù)鹽以調(diào)節(jié)難溶物的結(jié)晶速度，從而加速水泥水化[8]。

1.3 新型早強(qiáng)劑

隨著納米科技的發(fā)展，納米材料的低尺度、高活性等優(yōu)勢明顯，國內(nèi)外學(xué)者針對(duì)納米二氧化硅、納米碳酸鈣等在混凝土中的應(yīng)用進(jìn)行了大量研究。納米二氧化硅可以與 Ca(OH)2在水化早期生成大量的小粒徑的 C-S-H凝膠，這些凝膠附著在納米顆粒附近并不斷生成，從而大幅提高水泥水化程度，使得混凝土抗壓強(qiáng)度迅速提高。戎志丹等[9]研究發(fā)現(xiàn)摻入 3% 的納米 SiO2使得混凝土 1d、3d、7d 和 28d 強(qiáng)度分別提高 20%～30%，且反應(yīng)活性高于硅粉，但納米 SiO2在混凝土中的摻量不宜過高，一方面納米材料的分散性較差，另外納米 SiO2的比表面積較大，能吸附較多的外加劑和水分，使得混凝土流動(dòng)性和坍落度降幅增大。

納米 CaCO3主要在水泥基材料中起到誘導(dǎo)結(jié)晶作用，促進(jìn) C3S、C2S 的水化，使得水泥早期水化放熱速率加快，混凝土內(nèi)部更為密實(shí)。浙江大學(xué)孟濤等人[10]的研究發(fā)現(xiàn)，摻 2% 納米 CaCO3可使水泥試塊 1d、3d強(qiáng)度分別提高 34% 和 15%，微觀尺度下的水化產(chǎn)物更多且呈放射狀。黃政宇[11]研究發(fā)現(xiàn)納米 CaCO3對(duì)混凝土和易性無顯著影響，但摻加過多對(duì)混凝土中后期強(qiáng)度無明顯作用，甚至能夠增加混凝土收縮和碳化。

2 混凝土早強(qiáng)劑研究面臨的問題

（1）環(huán)保壓力下，當(dāng)今砂石原材料質(zhì)量波動(dòng)較大，且水泥細(xì)度增加、粉煤灰和礦粉等活性摻和料質(zhì)量參差不齊，混凝土的富余強(qiáng)度系數(shù)越來越低，面臨著混凝土后期增長的難題。由于早強(qiáng)劑主要與水泥或礦物摻和料中的火山灰質(zhì)組份反應(yīng)，熟料比例的降低和礦摻品質(zhì)的下降都會(huì)使得早強(qiáng)劑作用效果下降或早期強(qiáng)度增加，后期強(qiáng)度不增長甚至倒縮。

（2）當(dāng)前的早強(qiáng)劑，例如硫酸鹽類和醇胺類應(yīng)用于混凝土中，會(huì)不可避免的對(duì)混凝土工作性能造成影響，尤其是硫酸鹽類早強(qiáng)劑和聚羧酸減水劑會(huì)發(fā)生競爭吸附，從而影響聚羧酸減水劑的減水和保坍效果。

（3）目前幾種早強(qiáng)劑都有一定的適用范圍，對(duì)于特殊環(huán)境下，如低溫甚至負(fù)溫環(huán)境及海工環(huán)境等應(yīng)用的早強(qiáng)劑研究還比較少。

3 結(jié)語

當(dāng)前我國建筑工業(yè)化建設(shè)進(jìn)行得如火如荼，建筑PC 構(gòu)件在各地政策推動(dòng)下得到極大發(fā)展，降低構(gòu)件預(yù)制過程能耗、降低蒸養(yǎng)工藝比例甚至常溫養(yǎng)護(hù)成為研究重點(diǎn)，在這方面早強(qiáng)劑可以發(fā)揮作用。另外，關(guān)于早強(qiáng)劑的機(jī)理和對(duì)混凝土耐久性的影響也需要進(jìn)一步研究。