針對新型混凝土早強(qiáng)劑的對比研究

喬楠夫

（南陽師范學(xué)院，河南 南陽 473061）

1 引言

新型混凝土早強(qiáng)劑中蘊(yùn)含的鈣鹽、晶胚物質(zhì)、高價陽離子等物質(zhì)，可顯著強(qiáng)化混凝土早期強(qiáng)度，降低坍塌度帶來的損失，避免混凝土產(chǎn)生干縮等問題。新型早強(qiáng)劑的增添能提高混凝土抗?jié)B、抗凍性，有效提高混凝土材料質(zhì)量。

2 傳統(tǒng)混凝土早強(qiáng)劑

2.1 氯鹽系列

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

2.2 硫酸鹽系列

硫酸鹽系列的早強(qiáng)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?zé)o水環(huán)境下的優(yōu)質(zhì)水泥強(qiáng)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(qiáng)度。此外，硫酸鈉在蒸汽養(yǎng)護(hù)環(huán)境中也能強(qiáng)化混凝土強(qiáng)度。但隨著新一代水泥標(biāo)準(zhǔn)的推出，諸多水泥工廠采用的窯外分解、新燃燒等技術(shù)，致使該類水泥熟料的強(qiáng)度和等級都得到了提升，水泥中所蘊(yùn)含的各種混合料增添量大大減少，導(dǎo)致二氧化碳和硫酸鈉對該種類型的水泥無法發(fā)揮其中的作用。硫酸鈉早強(qiáng)劑中的堿性化學(xué)成分會與骨料發(fā)生反應(yīng)?；炷林械膲A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(yīng)可能會產(chǎn)生潛在危險，據(jù)此限制了硫酸鈉早強(qiáng)劑的應(yīng)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(yīng)方程式為Na2SO4+Ca(OH)2+H2O→CaSO4·2H2O+2NaOH，堿物質(zhì)的形成會直接提升其液相pH值，產(chǎn)生的塑化效果增強(qiáng)了水泥漿的可塑性。

2.3 其他無機(jī)鹽系列

有機(jī)物早強(qiáng)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(jìn)C3A的水化，以此發(fā)揮早強(qiáng)劑作用。該絡(luò)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(jié)合，最終形成更為穩(wěn)定的絡(luò)合物。此類絡(luò)合物可以在溶液內(nèi)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(yīng)效果增強(qiáng)，快速形成C4A6S。隨著C4A6S的生成，液相蘊(yùn)含的CA42+和Al3+的濃度就會逐漸降低。

3 新型混凝土早強(qiáng)劑對比研究

3.1 鈣鹽

新型水泥混凝土通過有機(jī)早強(qiáng)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(yīng)pH的反應(yīng)值，提高C3S水化反應(yīng)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(rèn)為是一種可以用來代替氯化鈣的最佳化學(xué)物質(zhì)，能有效避免傳統(tǒng)氯鹽早強(qiáng)劑內(nèi)部因氯離子濃度過高，導(dǎo)致與鋼筋間產(chǎn)生較大電極電位，鋼筋銹蝕等問題。該成分已在混凝土早強(qiáng)劑領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，許多早強(qiáng)劑中都含有鈣鹽，鈣鹽物質(zhì)如圖1所示。

圖1 鈣鹽

3.2 晶胚物質(zhì)

結(jié)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(fā)過程。但由于會受到其自身能量的阻礙，無法自發(fā)結(jié)晶，形成過飽和溶液，影響混凝土強(qiáng)度和凝結(jié)速率。若在過飽和溶液內(nèi)增添少許的同類晶體，晶體會迅速析出，推動水化反應(yīng)速率。例如，混凝土在進(jìn)行水化時添加一些晶胚物質(zhì)，即能有效減少由于水化而產(chǎn)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(qiáng)化混凝土強(qiáng)度。晶胚物質(zhì)作為新型混凝土早強(qiáng)劑成分，能有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)早強(qiáng)劑缺陷。采用晶胚物質(zhì)等其他混合物制成的新型早強(qiáng)劑，可降低坍落損失，減少泌水等現(xiàn)象產(chǎn)生，充分提高混凝土強(qiáng)度。

3.3 高價陽離子

水泥水化后的產(chǎn)物中多數(shù)都包含C-S-H凝膠體，該物質(zhì)主要由C3S、C2S水化構(gòu)成。因?yàn)槠渲懈邇r陽離子對C-S-H凝膠體顆粒中混凝土的擴(kuò)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(yīng)，加快混凝土硬化的進(jìn)程，有效地提高了混凝土硬度與質(zhì)量，發(fā)揮早強(qiáng)劑自身的作用。如Al3+的高價離子，可推動C3S、C2S水化反應(yīng)速率，強(qiáng)化混凝土硬度，并發(fā)揮早強(qiáng)劑作用。

3.4 復(fù)合類早強(qiáng)劑

復(fù)合類早強(qiáng)劑效果與單一類型的早強(qiáng)劑相比，效果更加優(yōu)異，為充分提高混凝土強(qiáng)度，通常會將常用早強(qiáng)劑混合使用，以此強(qiáng)化混凝土硬度與質(zhì)量。應(yīng)用復(fù)合類早強(qiáng)劑能為后期強(qiáng)化工作提供物質(zhì)基礎(chǔ)，有利于提高混凝土綜合性能。超早強(qiáng)劑包含氟化鈉、硫酸鋁、三乙醇胺和甲酸，利用常規(guī)施工技術(shù)，即可制造出高強(qiáng)度混凝土，并使混凝土在6h內(nèi)抗壓強(qiáng)度提到10MPa,1d礦抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)高于40MPa。

根據(jù)其他實(shí)驗(yàn)可知，將甲酸鈣、硫酸鐵、晶胚按照4∶3∶5配比配置，其早強(qiáng)性能會得到顯著提高。最終結(jié)果表明，1d抗壓強(qiáng)度強(qiáng)化50%以上，3d抗壓強(qiáng)度強(qiáng)化47%,7d強(qiáng)化30%。應(yīng)用新型混凝土早強(qiáng)劑，能使混凝土的強(qiáng)度和穩(wěn)定性得到明顯提高，但要注意將早強(qiáng)劑復(fù)合應(yīng)用時，要科學(xué)選擇配比材料與比例，以制備出穩(wěn)定性更強(qiáng)、早強(qiáng)性更好的復(fù)合類早強(qiáng)劑，避免早強(qiáng)劑配置不當(dāng)，導(dǎo)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(wěn)定性起到塑化作用，和鈉鹽反應(yīng)生成一種可溶性的復(fù)鹽，適當(dāng)調(diào)整難溶物的結(jié)晶速率，以提高水泥水化速率。

4 新型混凝土早強(qiáng)劑

新型混凝土早強(qiáng)劑主要包括低氯低碳新型混凝土早強(qiáng)劑，低氯低碳早強(qiáng)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(qiáng)混凝土硬化程度。根據(jù)實(shí)驗(yàn)資料可知，應(yīng)用低氯低碳早強(qiáng)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(qiáng)劑能完善混凝土抗?jié)B性。新型早強(qiáng)劑中含有高價陽離子和結(jié)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(chǎn)物相互搭接性能更加緊密，為強(qiáng)化混凝土滲水性打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

根據(jù)低氯低碳新型鋼筋混凝土早強(qiáng)劑的實(shí)驗(yàn)資料可知，早強(qiáng)劑內(nèi)含堿量的實(shí)測資料數(shù)值大約為0.65%，摻量應(yīng)依照2.5%進(jìn)行計算，最終結(jié)果設(shè)定為1m3混凝土內(nèi)含堿量大約為0.057kg。據(jù)此可知，適當(dāng)?shù)卦鎏硪恍┬滦弯摻罨炷恋脑鐝?qiáng)劑，并不會對堿-酸-水和骨料反應(yīng)產(chǎn)生任何危害。甲酸鈣能改變混凝土系統(tǒng)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(qiáng)化水泥早期強(qiáng)度。

新型早強(qiáng)劑中還包括其他無機(jī)類早強(qiáng)劑，依照相關(guān)數(shù)據(jù)可知，利用結(jié)晶方法所獲取的高品質(zhì)鈣鋁層狀雙氫氧化物，可將其應(yīng)用到混凝土，以強(qiáng)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(xiàn)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(qiáng)化，分別達(dá)到了61%、71%。根據(jù)我國現(xiàn)存的研究報告資料可知，無機(jī)鹽類早強(qiáng)劑在混凝土中適用范圍廣泛，有利于提高混凝土的早期強(qiáng)度。

5 結(jié)語

綜上所述，傳統(tǒng)混凝土早強(qiáng)劑所蘊(yùn)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(qiáng)劑對比，得出結(jié)論：新型早強(qiáng)劑要優(yōu)于傳統(tǒng)早強(qiáng)劑，其效果也要遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)早強(qiáng)劑應(yīng)用效果。應(yīng)用新型混凝土早強(qiáng)劑的混凝土材料，早期水產(chǎn)物數(shù)量能逐漸增多，混凝土結(jié)構(gòu)更加密實(shí)，孔洞結(jié)構(gòu)能得到優(yōu)化，混凝土的抗?jié)B、抗凍、耐久等性能會得到顯著提高。