0引言
在混凝土結構的施工過程中，新拌混凝土要達到預期的強度，需經過較長時間地凝結硬化。摻加早強劑，可顯著提高混凝土的凝結硬化時間，在冬季施工、應急搶險工程、加速模具周轉等方面，發揮著重要的作用。作為混凝土常用外加劑之一，早強劑的摻加，在提高混凝土早期強度的同時，對混凝土後期強度的發展影響較小，可以加快施工進度，節約生產成本。
目前，國內的早強劑種類主要分為無機鹽類、有機物類及複合型早強劑三大類。其中，無機鹽類早強劑又可分為硫酸鹽類、碳酸鹽類、氯化物、硝酸鹽類及亞硝酸鹽類等；有機物類又可分為三乙醇胺、三異丙醇胺、甲酸鈣及乙二醇等；複合型早強劑主要是指無機鹽類與有機物結合使用的早強劑。在無機鹽類早強劑中，氯化物類早強劑因其加入混凝土中，所含的Cl-易引起鋼筋的鏽蝕，在國家標準中對此類早強劑的使用有著嚴格限制，故多用於素混凝土。
本試驗研究在C50混凝土配合比的基礎上，以混凝土立方體早期抗壓強度作為主要控制指標，對比分析甲酸鈣、三乙醇胺、硫酸鈉三種早強劑，在單摻或複合時，對混凝土早期強度的影響，以期為早強劑與混凝土類似實驗研究提供借鑑與參考。
1原材料及實驗方法
原材料的測定及試驗的進行全部在現場試驗室內完成。
1.1原材料
水泥：P·O42.5級，密度3.05g/cm3；
粉煤灰：I級，比表面積370cm2/g；
砂子：洞庭湖砂，細度模數Mx=2.8，表觀密度為2610kg/m3，含泥量0.8%；
石子：重慶產碎石，連續級配5～20mm，級配良好，鬆散堆密度為1460kg/m3，緊密堆積密度為1670kg/m3，表觀密度為2690kg/m3，含泥量0.60%；
聚羧酸系減水劑：烯丙基聚醚類，減水率26%，建議最佳摻量0.8%。
1.2試驗方法
試驗選取硫酸鈉、甲酸鈣、三乙醇胺三種早強劑作為研究對象，在C50混凝土配合比的基礎上，測定在早強劑不同摻量下，混凝土立方體試件的1d、3d、28d抗壓強度，確定出每種早強劑在單摻時的最佳摻量。在此基礎上，測定不同早強劑以最佳摻量複合時，混凝土1d、3d、28d的抗壓強度，以混凝土的早期強度作為主要控制指標，對比分析早強劑單摻及複合時對混凝土的影響。
試驗過程當中，控制新拌混凝土的坍落度範圍處於70～100mm之間，混凝土試件成型採用機械攪拌、機械振搗成型的方法。混凝土立方體1d的抗壓強度測定時採用自然養護，脫模試驗為試件成型後17～18h，溫度記錄時，取該時段內最高溫與最低溫的平均值（約為26～28℃）；試件3d、28d抗壓強度測定時，將試件脫模後放入標養室養護至齡期。試件尺寸為100mm×100mm×100mm。其中，1d抗壓強度測定時，由於其值較低，為儘量避免數據波動對試驗結果的影響，每組6個試塊，從中選取3個數據較為收斂的取其平均值。3d和28d抗壓強度測定時，則每組3個試塊。
試驗前，先通過混凝土坍落度試驗，確定出減水劑的合理摻量。混凝土攪拌時，首先將早強劑充分溶解在水溶液當中，等水泥、砂、石子在攪拌機內攪拌均勻以後，將水與早強劑分兩次倒入攪拌機內，第一次加入約2/3的水，待水將水泥顆粒潤溼以後，加入聚羧酸系減水劑，攪拌約30s，然後將剩餘的水及早強劑一次性倒入，總攪拌時間持續180s。
2試驗過程及結果分析
試驗所選取的C50混凝土配合比主要參數為：水膠比0.32，用水量144kg/m3，砂率37%，粉煤灰摻量20%，其具體的混凝土配合比見表1。
2.1早強劑單摻時結果及分析
由於試驗原材料的不同，如水泥中矽酸三鈣等成分組成的差異及混凝土配合比的改變等，對不同早強組分的最佳摻量及其早強效果均產生一定的影響。首先確定出在試驗所用原材料下，三種早強劑單獨摻加時的最佳摻入比例。試驗過程中參考其他學者的相關研究成果，將甲酸鈣的摻量範圍確定在1.5%～3.0%，三乙醇胺的摻量範圍確定在0.05%～0.11%，硫酸鈉的摻量範圍確定在0.5%～2.0%，其具體的用量及不同齡期混凝土立方體抗壓強度試驗結果見表2。
對比表中數據，可以看出，當早強劑單獨摻加，以甲酸鈣摻量為2.0%，三乙醇胺摻量為0.07%，硫酸鈉摻量為1.5%時，其1d和3d強度分別達到最高，在達到最佳摻量以後，隨著早強劑摻量的增加，早期強度反而有所降低，且隨著摻量比例的不斷加大，早期強度降低越為明顯。在最佳摻量情況下，對於1d和3d抗壓強度，摻加甲酸鈣、三乙醇胺、硫酸鈉的混凝土比同齡期素混凝土分別提高了36.23%和33.55%、33.78%和30.71%、29.44%和31.27%。而對於28d混凝土立方體抗壓強度，整體趨勢表現為，隨著早強劑摻量的增加，混凝土的強度呈現出不同程度的倒縮趨勢，其中以三乙醇胺對於混凝土後期強度發展影響最小。
三種早強劑單摻時，以甲酸鈣的促凝效果最好，這可能與三種早強劑的作用機理與水泥的成分組成有關。在普通矽酸鹽水泥漿體系中甲酸鈣中的甲酸根梨子（HCOO-）能夠形成同AFt和AFm相近的類似物，且甲酸根離子的擴散速度要大於Ca2+，並可以滲透到C2S與C3S的水化層，從而加快矽酸鈣的水化與氫氧化鈣的沉澱，其早強效果隨矽酸鹽水泥中C3S含量的降低而提高。硫酸鈉作為強電解質，能夠增強水泥漿體中的離子濃度，其溶於水後，可與氫氧化鈣反應生成CaSO4與NaOH，NaOH可以增強體系的鹼性，加速C3A與石膏的溶出速率，從而提高硫鋁酸鈣含量，達到早強的效果。三乙醇胺在水泥水化的過程當中，可以與Fe3＋、Al3＋等形成易溶於水的絡合離子，從而促進C3A與C4AF的溶解，加速硫鋁酸鈣的生成，同時降低體系中鋁離子與鈣離子濃度，促進C3S水化，進一步加速了混凝土早期強度的發展。
2.2早強劑複合時的結果及分析
在上述試驗結果的基礎上，分別選取三種早強劑的最佳摻量，作為複合時早強劑的摻量，進一步對比分析在早強劑複合的情況下，對混凝土早期強度及28d強度的影響，其具體的複合比例及試驗結果見表3。
對比表3中數據，當甲酸鈣摻量2.0%，三乙醇胺摻量0.07%時，混凝土早期強度的促進效果最好，其1d和3d立方體抗壓強度相較於素混凝土，分別提高了48.84%和34.63%。同時，在複合情況下，其它各組對混凝土早期強度的促進效果均好於早強劑單摻時的作用效果。可見，合理地進行早強劑的複合，可以充分發揮不同早強劑間的協同作用，進一步促進混凝土早期強度的發展，但並非早強劑複合的種類越多對於混凝土的促凝效果越好，當三種早強劑均採用最佳摻量加入混凝土中時，其早強效果反而低於甲酸鈣與三乙醇胺及甲酸鈣與硫酸鈉這兩種組合。目前，在對早強劑進行複合時，多採用無機鹽類與有機物類進行複合，以期獲得更高的混凝土早期強度，通過本試驗研究結果，建議在進行早強劑的複合時，可以同時在有機物類之間進行相互的組合。
3結論
通過對試驗結果的對比分析，本試驗研究主要得出如下結論：
（1）在早強劑單摻時，對於本試驗所選取的混凝土配合比，以甲酸鈣的早強效果最為明顯，其次分別為三乙醇胺和硫酸鈉；
（2）在三種早強劑進行複合時，以甲酸鈣和三乙醇胺複合效果最好，混凝土1d和3d的立方體抗壓強度分別提高了48.84%和34.63%；
（3）對早強劑進行複合時，並非所選取的種類越多，對於混凝土的早強效果越好，實際使用時應當合理選取早強劑的種類及其摻量。同時，對於目前早強劑複合時多採用無機物類與有機物類進行複合的情況，建議可以考慮更為多元化的組合，如有機物類與有機物類的組合等。（來源：《建材發展導向》2019.04）