新型高效混凝土复合早强剂

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发布时间：2021-09-03

资料介绍

新型高效混凝土复合早强剂
张长清，贺帅，查道锋，方英杰，刘宗祺，杜明阳
(华中科技大学土木工程与力学学院，湖北武汉430074)
摘要：本文选用亚硝酸钠、无水硫酸钠、三乙醇胺和聚羧酸减水剂为新型高效复合早强剂的掺料，应用正交实
验方法设计实验，从而配置新型高效复合早强剂。实验结果表明，在标准养护条件下，该新型高效复合早强剂
可以使得使得水泥试件的1 d强度提高到150％，3 d、7 d、28 d的强度并没有降低；同时，在此基础上，研究该新
型高效复合早强剂对复掺矿渣以及粉煤灰水泥强度的影响，结果表明，与不掺粉煤灰以及矿渣的水泥试块相
比，当水泥试块的粉煤灰或矿渣的掺量为10％时，该新型高效复合早强剂可以适当的提高胶凝体系的早期强
度；但是，当水泥试块的粉煤灰、矿渣掺量为20％及以上时，胶凝体系与空白组相比，抗压强度降低。
关键词：普通硅酸盐水泥；减水剂；正交试验；复合早强剂
中图分类号：TU528．042．1 文献标识码：A 文章编号：2095-0985(2014)04-0017-05
Research of New-type Composite Early Strength Accelerator for concrete
ZHANG Ch，ang—qing，HE Shuai，ZHA Dao-reng，FANG ring-fie，LIU Zong-qi，DU -yang
(School of Civil Engineering and Mechanics，Huazhong University of Science and Technology，
Wuhan 430074，China)
Abstract：U,fing orthogonal experimental design method，this paper studies the optimum ratio of new
type composite early strength accelerator which includes sodium nitrite，anhydrous sodium sulfate，
triethanolamine and polycarboxylate superplasticizer．It is shown in the experimental result that the
early strength of cement specimen is dramatically improved after mixing with this additive．Comparing
with the control group，the compressive strength of l d can reach up to 150％ with no following
strength reduction under the standard curing condition．Then the influence of this additive to cement
containing fly ash or ground granulated blast-furnace slag was explored，and the results show that
when the mixing amount of fly ash or slag is 1 0％ and the amount of the early strength accelerator
remains the same，comparing with the ordinary Portland cement，the early strength of the cementitious
system will be improved by the new type composite early strength accelerator．It had to be mentioned，
when the amount of mixture is equal to or greater than 20％，the compressive strength of the
cementitious system reduces in contrast with the control group．
Key words：ordinary Portland cement；water reducing agent；orthogonal test； compound early
strength agent
早强剂可以加快水泥胶凝体系的水化速度，
减少其凝结时间，有效提高水泥、混凝土材料的早
期强度¨ 。早强剂原料易得，成本低廉，性能稳
定，普适性强，效果显著，被广泛应用于土木工程
行业中。我国地域幅员辽阔，各地温差较大，
尤其在北方，冬季施工时温度很低，导致混凝土水
化反应速度降低，凝结时间变长，不利于工期及质
量控制。这时采用早强剂可以有效改善并解决这
一问题E3,4]。
目前我国较为常用混凝土早强剂主要有氯化
收稿日期：2014-05-23 修回日期：2014-09-25
作者简介：张长清(1964一)，男，湖北武汉人，副教授，硕士，研究方向为建筑材料(Email：changqingz2008@qq．com)
通讯作者：贺帅(1993一)，男，山西晋中人，本科生，研究方向为建筑材料(Email：hustheshuai@163．com)
· 18。土木工程与管理学报 2014年
物系、硫酸盐系、有机物系及复合早强剂。由
于复合早强剂通常情况下比单组分早强剂效果
好，并且可以弥补其不足，故本实验着眼于复合早
强剂的配制。硫酸盐系早强剂，在各种养护条件
下均可提高混凝土的强度，对其后期强度也有一
定程度的增强；在有机物系列早强剂中，三乙
醇胺是应用最广泛的，它不仅可以提高混凝土的
早期强度，还可以增加其密实度和抗渗性；亚
硝酸钠能够使混凝土各龄期的强度得到平稳增
长，且其本身又是一种良好的阻锈剂，可以用于钢
筋混凝土中，因此采用这三种物质作为早强剂的
原料 J。通过大量资料我们发现，早强剂对于水
泥胶凝体系的强度提升作用有限，而保持流动性
一定的情况下通过降低水灰比，即掺人聚羧酸减
水剂，可以大幅度提高水泥的早期强度。本
文着眼于研究新型高效复合早强剂，以达到大幅
度提高水泥早期强度的效果。
1 实验原料及仪器
实验原料包括：华新P．0 42．5普通硅酸盐水
泥、无水硫酸钠(分析纯，精细化工有限公司)、亚
硝酸钠(分析纯，上海风舜精细化工有限公司)、
三乙醇胺(分析纯，天津市科密欧化学试剂有限
公司)、聚羧酸减水剂、二级粉煤灰与矿渣。
仪器包括：JJ．1型水泥搅拌机、40ram×40mm
水泥模具、电子天平(精度0．01 g及0．1 g)、YE一
30型液压式压力实验机、YY 40B型标准恒温恒
湿养护箱、水泥净浆流动度试验锥模。
2 实验基本步骤
本次试验主要是通过电阻率实验选出三种早
强剂；接着通过固定水灰比来选择减水剂掺量，固
定减水剂掺量来选择水灰比；通过正交试验来确
定早强剂各组分的掺量；最后在水泥中复掺粉煤
灰与矿渣来模拟实际工程内容。
2．1 电阻率实验
实验步骤：称量2600 g水泥，同时按照表1
称量出各试剂，与水泥混合搅拌后，将其灌入电阻
率实验仪器中，记录一天的电阻率变化。
表I 电阻率实验各试剂掺量％
试剂硫酸钠三乙醇胺甲酸钙硫酸钾NaNO。
掺量 1 0．03 1．5 1 1．5
2．2 流动性实验
2．2．1 固定水灰比探寻减水剂的合适掺入量
配制水灰比为0．3的水泥浆，借助电子天平
秤量0．2％、0．5％、1％减水剂并与水混合，倒入
水泥搅拌机搅拌。充分拌匀后，按标准流动性测
量程序测量其所对应的流动性，根据实验所测得
的流动性指标确定减水剂合适掺人量。
2．2．2 以合适减水剂掺量探寻合适实验水灰比
设立水灰比为0．4的不添加减水剂空白组，
同时设三组水灰比分别为0．2、0．24、0．28对照
组，对照组加入0．5％减水剂与水混合(加入减水
剂后，水的掺入量应扣除相应水的重量)，倒入水
泥搅拌机搅拌，充分拌匀后，按标准流动性i贝4量程
序测量其所对应的流动性。加入减水剂的三组流
动性数据分别与空白组对照得到最佳减水剂掺
量，以得到流动性在180～220mm之问的组合。
2．3 正交试验
本次试验采用正交设计，可科学分析多因素
对试验的影响。它可在多个试验方案中挑选出代
表性强的因素，并且通过分析试验结果，直观地判
断出最优方案，亦可作进一步的分析，从而得到更
多有关各因素的潜在信息。本实验采用L9(33)
正交表，因素水平表见表2。
表2 正交实验配比及分组％
正交实验设9组实验，在水灰比0．24，减水
剂含量0．5％的水泥浆中掺入三种不同水平的早
强剂。
按表1称量NaNO：、Na：SO 、三乙醇胺(表中
数值均为百分比，以水泥质量为基准确定早强剂
掺量)，混合搅拌。
配置三乙醇胺溶液，按正交表中所需要的量
进行稀释，称量NaNO 、Na SO ，混合搅拌，其溶
质含量见表3所示(表中数值均为百分比，以水
泥质量为基准确定早强剂掺量)。
表3 试验正交设计因素水平％
第4期张长清等：新型高效混凝土复合早强剂 ·19·
配制水灰比为0．24，减水剂含量0．5％的水
泥浆，将配制好的溶液与水泥一起倒入水泥搅拌
锅中先手工搅拌．后使用JJ一1型水泥搅拌机充分
搅拌。充分拌匀后测试水泥浆的流动性，并倒入
水泥模具中，采用人工插捣成型的方法制作水泥
强度试件。在插捣完毕后进行人工振捣以减少水
泥中的气孔，制作成边长为40 mm的立方体水泥
试件，放入标准养护箱中进行标准养护(温度20
±1℃ ，相对湿度90％以上)，养护至1、3、7、28 d
时分别取出6块试件进行水泥抗压实验，取6块
平均值作为实验结果。
同时，本组实验设两组空白组，一组水灰比
0．4不加减水剂以及早强剂，另一组水灰比为
0．24加入0．5％的减水剂但不加早强剂，具体操
作步骤同上。
2．4 矿渣、粉煤灰实验
后续实验对复掺粉煤灰或矿渣的普通硅酸盐
水泥进行测试，以探究该最佳掺量对掺粉煤灰、矿
渣的普通硅酸盐水泥的早强效果。实验选用水灰
比0．3，减水剂含量0．5％以及最佳配比的早强
剂，实验步骤同前。对照组实验仅将其中部分水
泥替换为10％、20％、30％的粉煤灰或矿渣，其他
掺人量将保持不变，具体掺量见下表3。
表4 粉煤灰及矿渣配比 g
注：该空白组用来怍为与复掺粉煤灰或矿渣水泥的对比试验。
3 实验结果与分析
3．1 电阻率实验
相关电阻率分布见图1。
0 200 加O 600
—
800 1000 1200 1400
时间／min
图1 电阻率分布
水泥浆的电阻率能反映水泥的水化过程，根
据其电阻率发展的特征曲线，可将水泥水化过程
分为溶解期、诱导形成期和诱导期、凝结硬化期。
其中，凝结硬化期阶段，其电阻率特征曲线明显加
速上升。曲线的上升拐点出现越早，斜率越大，说
明其早强效果就越好。从电阻率随时间变化
的曲线图中可知，三乙醇胺和甲酸钙的拐点出现
较早，但由于甲酸钙在后期的电阻率增长较慢，因
此不考虑甲酸钙作为本次实验的早强剂。在剩下
的几种早强剂中，虽然其出现拐点时问都相对较
晚，但由于硫酸钠的电阻率随时间变化增长较快，
因此将其作为本次实验的早强剂之一。
3．2 流动性实验
试验后得到的实验数据见下表5。
表5 流动性与减水剂掺量关系
经多方面考虑，为保证流动性在合适范围内，
考虑到流动性在180～220 mm范围内效果较好，但
是聚羧酸减水剂的推荐掺量在0．5％～1．5％之间，
为了保证掺减水剂有效果且其效果较好，选择0．5％
的掺量，这也是后面选择降低水灰比的原因。
表6 流动性与水灰比关系
实验可得水灰比为0．20和0．24的水泥浆流
动性均在180～220 mm范围内，效果较好，但由
于水灰比太小，其工程意义不大，故选用0．24作
为正式实验所用水灰比。
3．3 复合早强剂最佳配合比的确定
3．3．1 抗压强度
由标准抗压实验得到的数据表