新型早強(qiáng)劑復(fù)合配制技術(shù)的試驗(yàn)研究

王成啟，劉思楠，谷坤鵬

（中交上海三航科學(xué)研究院有限公司，上海 200032）

新型早強(qiáng)劑復(fù)合配制技術(shù)的試驗(yàn)研究

王成啟，劉思楠，谷坤鵬

（中交上海三航科學(xué)研究院有限公司，上海 200032）

采用有機(jī)早強(qiáng)劑三乙醇胺和無機(jī)早強(qiáng)劑硫酸鋰，進(jìn)行了單摻和復(fù)摻早強(qiáng)劑的膠砂流動(dòng)性和強(qiáng)度的試驗(yàn)研究。結(jié)果表明，硫酸鋰和三乙醇胺復(fù)合早強(qiáng)劑可有效提高膠砂的早期強(qiáng)度，且對膠砂后期強(qiáng)度和流動(dòng)性影響較小，具有明顯的疊加效應(yīng)，是新型早強(qiáng)劑發(fā)展的方向。

三乙醇胺；硫酸鋰；復(fù)配；早強(qiáng)

0 引言

目前，常用的混凝土早強(qiáng)劑主要有無機(jī)和有機(jī)早強(qiáng)劑。采用無機(jī)和有機(jī)復(fù)合是早強(qiáng)劑的重要發(fā)展方向之一[1]。有機(jī)物系列早強(qiáng)劑主要有三乙醇胺、三異丙醇胺、甲醇、乙醇等等，最常用的是三乙醇胺[2]。硫酸鹽類早強(qiáng)劑是目前使用最廣的無機(jī)早強(qiáng)劑，應(yīng)用最多的硫酸鹽早強(qiáng)劑是硫酸鈉，采用硫酸鈉早強(qiáng)劑存在一定問題[3]。摻入硫酸鈉、硫酸鉀后，混凝土中液相的堿度增大，當(dāng)骨料中含有活性二氧化硅時(shí)，就會(huì)促使堿-骨料反應(yīng)的發(fā)生。此外，低溫下硫酸鈉溶解度小，冬季施工若摻量過大養(yǎng)護(hù)不好易在混凝土表面結(jié)晶析出形成白霜，影響表面裝飾層與底層的粘附力。Li+和Na+、K+同屬于堿金屬類物質(zhì)，由于Li+具有半徑小、極化作用強(qiáng)以及水化半徑較大的特點(diǎn)，因此，鋰鹽類物質(zhì)具有與Na+和K+鹽物質(zhì)不一樣的獨(dú)特化學(xué)性質(zhì)，如抑制堿-硅酸鹽反應(yīng)，防止水泥膨脹破壞，同時(shí)還對已發(fā)生堿骨料反應(yīng)的試樣具有一定的修復(fù)作用[4-6]。因此，本文采用新型無機(jī)早強(qiáng)劑硫酸鋰，開展其早強(qiáng)效果試驗(yàn)研究，并與三乙醇胺有機(jī)復(fù)合，探索研究新型有機(jī)和無機(jī)復(fù)合早強(qiáng)劑。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)原材料

（1）水泥：句容臺(tái)泥生產(chǎn)的52.5RⅡ型硅酸鹽水泥，其物理力學(xué)性能指標(biāo)如表1所示，安定性合格，比表面積為372 m2/kg。

表1 水泥的主要物理力學(xué)性能

（2）礦渣粉：馬鋼嘉華公司生產(chǎn)的S95粒化高爐礦渣粉，其物理力學(xué)性能指標(biāo)如表2所示，符合GB/T 18046—2008標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的S95粒化高爐礦渣粉的技術(shù)質(zhì)量要求。

表2 ?；郀t礦渣粉的物理力學(xué)性能指標(biāo)

（3）早強(qiáng)劑：三乙醇胺、硫酸鋰，均為化學(xué)純，上海國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

（4）標(biāo)準(zhǔn)砂：廈門艾思?xì)W標(biāo)準(zhǔn)砂有限公司生產(chǎn)的ISO標(biāo)準(zhǔn)砂。

（5）高效減水劑：上海華登建材有限公司生產(chǎn)的HP400高性能減水劑。

（6）拌合水：自來水。

1.2 試驗(yàn)方法

水泥膠砂流動(dòng)度：按照GB/T 2419—2005《水泥膠砂流動(dòng)度測定方法》進(jìn)行測試。

水泥膠砂強(qiáng)度：水泥膠砂攪拌、成型和養(yǎng)護(hù)的試驗(yàn)方法按照GB/T 17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO法）》測試膠砂的早期和后期抗壓強(qiáng)度。

1.3 試驗(yàn)配合比

膠凝材料由水泥和適量的?；郀t礦渣粉組成，礦渣粉占膠凝材料總質(zhì)量的20%。水膠比按0.35進(jìn)行控制，并按高效減水劑的減水率確定減水劑摻量，使膠砂的流動(dòng)度達(dá)到（180±5）mm，膠砂比為1∶3。膠砂試驗(yàn)配合比如表3所示。

表3 膠砂試驗(yàn)質(zhì)量配比

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 膠砂流動(dòng)度（見表4）

表4 早強(qiáng)劑對膠砂流動(dòng)度的影響

與基準(zhǔn)膠砂J0流動(dòng)度相比較，摻入三乙醇胺早強(qiáng)劑膠砂J1的流動(dòng)度有所增加；摻入硫酸鋰早強(qiáng)劑膠砂J2的流動(dòng)度略有降低；復(fù)摻硫酸鋰和三乙醇胺早強(qiáng)劑膠砂J3的流動(dòng)度基本相同。因此，三乙醇胺早強(qiáng)劑有利于改善膠砂的流動(dòng)性，而硫酸鋰對膠砂的流動(dòng)性產(chǎn)生一定影響，通過硫酸鋰早強(qiáng)劑和三乙醇胺早強(qiáng)劑復(fù)合可抵消硫酸鋰對膠砂流動(dòng)性影響，保證復(fù)合早強(qiáng)劑的膠砂流動(dòng)度和工作性。

2.2 抗壓強(qiáng)度（見表5）

表5 早強(qiáng)劑對膠砂抗壓強(qiáng)度的影響

從表5可以看出，三乙醇胺早強(qiáng)劑可提高膠砂的早期強(qiáng)度，并使膠砂后期強(qiáng)度具有一定增長，硫酸鋰早強(qiáng)劑的早強(qiáng)效果明顯優(yōu)于三乙醇胺，但會(huì)使膠砂的后期強(qiáng)度略有降低。采用硫酸鋰和三乙醇胺復(fù)合早強(qiáng)劑優(yōu)于單一早強(qiáng)劑增強(qiáng)效果，具有明顯的疊加效果，且可以保證膠砂的后期強(qiáng)度。

摻入一定量的三乙醇胺早強(qiáng)劑可促進(jìn)C3A的水化，加快鈣礬石的形成，促進(jìn)早期強(qiáng)度的發(fā)展，可一定程度上提高膠砂早期強(qiáng)度。鋰鹽具有半徑小、極化作用強(qiáng)等特性，鋰離子更容易穿過水化膜進(jìn)入膜內(nèi)，加快水化保護(hù)膜破裂，由于同離子效應(yīng)的作用促進(jìn)膜內(nèi)鈣離子流到膜外而沖破水化膜，促進(jìn)水泥水化的進(jìn)行，使水泥誘導(dǎo)期縮短和水化反應(yīng)提前進(jìn)入加速期階段，提高水泥中C3S和C2S的低溫水化能力[7]。鋰鹽早強(qiáng)劑還有助于水化產(chǎn)物晶體均勻、分散方式生長，有利于水化產(chǎn)物形成致密的微觀結(jié)構(gòu)，明顯縮短水泥的稠化時(shí)間[8-9]。同時(shí)，硫酸中的硫酸根離子可加快水泥中早期鈣礬石形成，有利于膠砂早期強(qiáng)度發(fā)展。采用硫酸鋰和三乙醇胺早強(qiáng)劑復(fù)合可發(fā)揮兩種早強(qiáng)劑協(xié)同互補(bǔ)效應(yīng)，有效提高水泥膠砂的早期強(qiáng)度，并保證后期強(qiáng)度。

2.3 X射線衍射分析

采用表3中的配合比，分別拌制不含標(biāo)準(zhǔn)砂的基準(zhǔn)凈漿和復(fù)合硫酸鋰和三乙醇胺的凈漿，對1 d齡期的漿體進(jìn)行X射線衍射分析，結(jié)果如圖1所示。

從圖1可以看出，基準(zhǔn)漿體幾乎看不到鈣礬石衍射峰，且氫氧化鈣衍射峰也比較弱，而復(fù)摻硫酸鋰和三乙醇胺早強(qiáng)劑漿體具有明顯的鈣礬石（AFt）衍射峰，且氫氧化鈣衍射峰比基準(zhǔn)漿體明顯增強(qiáng)，表明早強(qiáng)劑有效提高水泥水化反應(yīng)，產(chǎn)生大量水泥水化產(chǎn)物鈣礬石和氫氧化鈣，提高水泥早期強(qiáng)度，具有明顯早強(qiáng)效果。

圖1 基準(zhǔn)凈漿和復(fù)摻早強(qiáng)劑凈漿的X射線衍射圖譜

3 結(jié)論

常用的混凝土早強(qiáng)劑主要有無機(jī)和有機(jī)早強(qiáng)劑。本研究進(jìn)行了單摻有機(jī)早強(qiáng)劑三乙醇胺和無機(jī)早強(qiáng)劑硫酸鋰早強(qiáng)劑以及復(fù)摻硫酸鋰和三乙醇胺早強(qiáng)劑的膠砂流動(dòng)性和抗壓強(qiáng)度的試驗(yàn)。結(jié)果表明，復(fù)摻硫酸鋰和三乙醇胺早強(qiáng)劑比單一早強(qiáng)劑具有較高早強(qiáng)效果，且對膠砂后期強(qiáng)度和流動(dòng)度影響較小，具有顯著疊加效應(yīng)。采用有機(jī)和無機(jī)早強(qiáng)劑復(fù)合是開發(fā)新型早強(qiáng)劑的發(fā)展方向。

[1]天立安.有機(jī)-無機(jī)復(fù)合早強(qiáng)劑的研制[J].水泥工程，2011（1）：36-37.

[2]謝興建.混凝土早強(qiáng)劑應(yīng)用技術(shù)研究[J].新型建筑材料，2005（5）：33-35.

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[5]俞琛捷，莫祥銀，鄧敏.鋰離子在混凝土堿集料反應(yīng)過程中的作用[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，39：50-51.

[6]于洋，李國忠.鋰鹽對水泥砂漿堿骨料反應(yīng)抑制效果的研究[J].混凝土，2009（3）：50-51.

[7]吳海龍，劉健，吉小利.新型硫酸鋰復(fù)合早強(qiáng)劑對煤礦封孔水泥早強(qiáng)效果的影響研究[J].中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2014（8）：34-38.

[8]王成文，王瑞和，陳二丁.鋰鹽早強(qiáng)劑改善油井水泥的低溫性能及其作用機(jī)理[J].石油學(xué)報(bào)，2011，32：140-144.

[9]王成文，王瑞和，步玉環(huán).深水固井水泥性能及水化機(jī)理[J].石油學(xué)報(bào)，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

王成啟，男，1964年生，安徽繁昌人，教授級高級工程師，博士，從事工程材料的研究工作。