孙 燕

（中铁十九局集团第六工程有限公司，江苏无锡 214000）

0 引言

早强剂是混凝土生产中颇具代表性的外加剂，以无水硫酸钠与三乙醇胺单掺及复掺为试验条件，若硫酸钠取水泥的2%（按重量计），此试验条件下1 d 抗压强度增幅约44%，而相比于空白组而言，28 d 抗压强度则出现偏低的情况。复掺三乙醇胺和硫酸钠，可发现早强效果均较好，后期虽然降低但幅度微乎其微，因此复掺早强剂的方式具有较好的应用效果。

1 混凝土早强剂的概述

早强剂常见有以下几类：包含氯盐、亚硝酸盐在内的无机盐类；包含甲酸钙在内的有机物类；集早强减水剂、早强防冻剂等多种材料于一体的复合型早强类[1-2]。混凝土凝结硬化的持续时间相对较长，为减少该阶段的时间，可按需使用早强剂，以达到提高早期强度、缩短养护时间的效果。我国幅员辽阔，北方地区的冬季持续时间较长且温度偏低，混凝土生产及应用过程中易发生冻害，而通过早强剂的应用，则有助于缓解该问题[3]。早强剂的类型丰富，单一材料所取得的应用效果相对有限，由此衍生出集多类早强剂于一体的复合型应用方式，其在提高混凝土工程性能方面具有显著的应用优势，可兼顾强度等方面的要求，而多种早强剂的应用可以实现互补，由此避免钢筋锈蚀、水泥石质量不达标等不良现象。

2 试验内容

2.1 原材料

水泥：42.5R 级普通硅酸盐水泥；砂：标准砂；硫酸钠：化学纯试剂（纯度＞99%）；三乙醇胺：工业级三乙醇胺（纯度＞98%）；水：普通自来水。

2.2 仪器选择

包含JJ-5 型水泥胶砂搅拌机、2HDG-80 混凝土试验用振动台、YH-40B 型标准恒温恒湿养护箱、TYE-2000B 型液压式压力试验机等相关装置。仪器使用期间需注意以下内容：

（1）使用前检查：①用前检查设备的电源是否正常；②使用前认真检查电源插头座的PE 黄绿线是否安全接地，而不是接电源零线，确保外壳安全接地；③使用前应拿掉定位套，检查各运动部件是否运动自如，电控部分是否正常滑油后开机空转，检查正常方可使用，每次使用前必须拿掉定位套；④使用前检査振动台的振动时间及制动时间一次，试车前放上空试模及漏斗。

（2）使用后检查：①使用后检查设备在检测中有无损坏；②使用后应清理干净检测设备，并做好日常保养工作，正确填写使用维修记录；③使用后应切断电源，并将定位套放于原位。

2.3 试验方法

在硫酸钠、三乙醇胺单掺及复掺条件下组织试验，水泥∶标准砂∶水=1∶3∶0.5。取适量硫酸钠粉剂，将该部分与水泥充分混合；取适量拌合水，向其中掺入三乙醇胺液体，并给予搅拌。试验期间的各项操作均以GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO 法）》为依据，根据规范制得胶砂试件，转至水泥标准养护箱内，在相同条件下给予24 h 的养护，随后拆模，水养至28 d凝期，最后组织检测，分析各试样在各阶段的抗压强度情况。

3 试验结果及分析

3.1 单掺硫酸钠时的水泥胶砂强度

以1 d、28 d 抗压强度为分析对象，各硫酸钠掺量下的具体表现，如图1 所示。

图1 单掺硫酸钠对水泥胶砂强度的影响

根据图1 内容可知，硫酸钠在特定掺量0.5%～2%区间内，水泥胶砂的1 d 抗压强度呈逐步提高的变化趋势。随硫酸钠掺量的提高，在2%时抗压强度达到最大值，后续呈逐步降低的趋势，与空白组的差距逐步缩小。从硫酸钠的特性来看，其易溶于水，随水泥硬化进程的持续推进，能够与氢氧化钙（源自于水泥水化反应）接触，经作用后生成石膏和碱，形成较丰富的细微石膏颗粒，其活性较强，可促进水泥水化反应，因此水泥1 d 早期抗压强度较未掺入早强剂而言有所提高。当然，若硫酸铜掺量高于合理值，将生成过量的硫酸钙，即便水泥已经转变为结晶结构形态，但依然存在大量的膨胀性硫铝酸钙，导致水泥石强度下降，因此混凝土后期强度具有下降的变化特点。

3.2 单掺三乙醇胺时的水泥胶砂强度

以1 d、28 d 抗压强度为分析对象，各三乙醇胺掺量的具体表现，如图2 所示。

图2 单掺三乙醇胺对水泥胶砂强度的影响

根据图2 内容可知，硫酸钠在特定掺量0.02%～0.06%内，水泥胶砂的1 d、28 d 抗压强度均呈逐步提高的变化趋势，但幅度相对较小。现阶段，业内对三乙醇胺促进水泥强度提高的作用机制并未形成统一的认识，但在多数观点里，认为三乙醇胺N 原子的未共用电子对将与金属离子发生作用，形成共价键，产生的络合物具有易溶于水的特性，受此影响，水泥颗粒的表面将产生可溶区点，可见C3A 和C4AF 的溶解速率均有所提高，能够与石膏发生更为剧烈的反应，生成丰富的硫酸铝钙，可提高水泥石的早期强度。在络合物的作用下，促使液相中Ca（OH）2介稳过饱和度提高，所带来的效果则是C3A 水化期间的疏松结晶物生成进程受阻，水泥石在致密性和强度方面均有所提高。

3.3 复掺硫酸钠与三乙醇胺时的水泥胶砂强度

以1 d、28 d 抗压强度为分析对象，不同硫酸钠与三乙醇胺复掺的具体表现，如图3 所示。

图3 复掺硫酸钠与三乙醇胺对水泥胶砂强度的影响

根据图3 内容可知，在采取硫酸钠与三乙醇胺复掺的方式后，随掺量的增加，水泥胶砂1 d 抗压强度呈提高的变化趋势，且相比于单掺而言具有更良好的应用效果。28 d 抗压强度与空白样相比，未见提升，或存在小幅度下降的变化趋势。经复掺后，可以解决前述单掺硫酸钠后28 d 强度偏低的问题，而在相同的早强效果下，复掺硫酸钠用量明显少于单掺，可缓解对水泥石质量所带来的负面影响。

3.4 最优复合早强剂在某隧道衬砌混凝土中的应用效果验证

在前述复掺试验的基础上做进一步的分析。以某公路隧道C30 二衬混凝土配合比为依据，组织试验并检测1 d、28 d 条件下的抗压强度。在硫酸钠为1%和三乙醇胺为0.03%的条件下，该混凝土1 d 的抗压强度为9.3 MPa，相比于未掺入该类物质的空白组而言增幅约33%，可满足二衬混凝土拆模要求；此外，28 d 抗压强度表现依然良好，未见强度减小的情况。总体来看，在应用复合早强剂后，有助于提高混凝土的强度，其产生的促进作用与水泥胶砂试验结果吻合，该类材料具有可行性。

4 结束语

经过上述分析可知：

（1）硫酸钠对于提高水泥胶砂的早期抗压强度而言具有显著的应用效果，其中以2%的掺量最为适宜，相比于空白组而言，1 d的抗压强度增幅约44%，但其后期强度呈下降的趋势。

（2）三乙醇胺对水泥胶砂的强度提升效果相对较差，但其优势在于后期强度无降低的变化趋势。但根据铁路隧道衬砌混凝土施工要求，不宜单独使用三乙醇胺。

（3）通过硫酸钠与三乙醇胺两类材料复掺的方式，可有效提高早强效果，并且在三乙醇胺的作用下，可解决单掺硫酸铵时后期强度偏低的问题。在应用复掺的方式后，硫酸钠的用量相比于单掺方式而言明显减少，可有效保证水泥石的质量。

（4）经过胶砂试验后，可确定最佳的复合早强剂掺量值，而将其应用于隧道工程中加以验证后发现，两者结果基本一致。由此说明，通过复合早强剂的应用，可兼顾早期强度和后期强度的双重要求，同时衬砌混凝土脱模时间可提前，施工效率得以提高，创造良好的社会效益和经济效益。