引言

近年来，随着我国基础设施建设的不断加大，在低温或负温气候条件下进行混凝土施工已成为常态。混凝土强度的发展与环境温度有着极大的关系，环境温度越低，早期强度越低，会对施工进度有影响，且在负温下施工，早期强度低，不能很快达到临界强度，存在冻坏混凝土的风险。在混凝土中掺入早强剂可以加速水泥的水化反应，提高混凝土的早期强度。目前，国内早强剂的类型主要有以NaCl、CaCl2、Na2SO4和Na2S2O3等为代表的无机盐类，以三乙醇胺、甲酸钙及三异丙醇胺等为代表的有机物类。其中氯盐类早强剂会对钢筋产生腐蚀作用，硫酸盐类早强剂会影响混凝土后期强度的发展，也有可能导致混凝土后期强度降低。三乙醇胺是一种有机物，可以加快铝酸三钙的水化反应，对钢筋无腐蚀作用，不会影响混凝土的耐久性。在掺量适当的情况下，可以提高混凝土的早期强度及其他物理力学性能、长期性能、耐久性能。

聚羧酸高性能减水剂属于第三代减水剂，由于其掺量小、减水率大、收缩小、抗压强度比高、有害成分少及生产环保等优点，随着混凝土技术及施工工艺的不断进步，已成为现代混凝土必不可少的组分之一。

试验拟在保持聚羧酸高性能减水剂掺量不变的情况下，研究不同掺量的三乙醇胺对混凝土拌合物性能、物理力学性能及长期性能、耐久性能的影响，以期为配制在低温或负温环境条件下使用的早强混凝土进行探索。

1　试验

1.1　试验材料

水泥：由太原智海水泥有限公司生产的P·O42.5水泥，主要技术性能指标见表1。

细集料：由山西阳曲县泥屯生产的石灰石机制砂，2区中砂，主要技术指标见表2。

外加剂：由山西华凯伟业科技有限公司生产的聚羧酸高性能减水剂，主要技术性能指标见表3。

粉煤灰：太原二电厂的Ⅱ级灰，主要技术性能指标见表4。

三乙醇胺：分析纯，无色透明黏稠液体，由天津市科密欧化学试剂有限公司生产。

水：普通自来水。

1.2　试验方法

按照GB/T50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》对三乙醇胺不同掺量的混凝土拌合物进行坍落度、扩展度和凝结时间试验；按照GB/T50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》对三乙醇胺不同掺量的硬化混凝土进行立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、轴心抗压强度和28d静力受压弹性模试验；按照GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》对三乙醇胺不同掺量的硬化混凝土进行渗透高度、碳化深度、电通量、耐锈蚀系数和收缩率试验。

1.3　试验用主要仪器设备

试验过程所用的仪器设备有混凝土搅拌机、贯入阻力仪、2000kN压力试验机、静力受压弹性模量测定仪、混凝土收缩仪、混凝土碳化箱、混凝土抗渗仪、混凝土冻融箱、混凝土电通量试验装置及混凝土干湿循环试验仪等。

1.4　混凝土配合比设计

试验根据三乙醇胺掺量的不同设计出8组混凝土配合比，具体见表5。

2　不同掺量三乙醇胺对混凝土性能的影响

2.1　对混凝土拌合物性能的影响

在保持水泥用量、粉煤灰用量、外加剂掺量、砂率和水胶比不变的条件下，对8组配合比的混凝土坍落度、扩展度和凝结时间进行试验，试验结果见表6，并如图1～图3所示。

从表6和图1可以看出，三乙醇胺掺量为0.02%～0.06%时，混凝土坍落度与不掺三乙醇胺的混凝土坍落度基本相近，变化不大；三乙醇胺掺量>0.06%时，随着掺量的增加，坍落度呈不断减小趋势；当掺量为0.15%时，坍落度为160mm，与不掺的相比，减小了50mm。

从表6和图2可以看出，三乙醇胺掺量为0.02%～0.06%时，混凝土扩展度与不掺三乙醇胺的混凝土扩展度基本相近，变化不大；三乙醇胺掺量>0.06%时，随着掺量的增加，扩展度也呈不断减小趋势；当掺量为0.15%时，扩展度为450mm，与不掺的相比，减小了150mm。

从表6和图3可以看出，随着三乙醇胺掺量的增加，混凝土初凝时间和终凝时间均呈不断缩短趋势，三乙醇胺掺量为0.02%～0.06%时，与不掺的相比，初凝时间缩短15～30min，终凝时间缩短20～50min；三乙醇胺掺量为0.08%～0.15%时，与不掺的相比，初凝时间缩短45～75min，终凝时间缩短85～115min。

由此可知，三乙醇胺不同掺量对混凝土坍落度、扩展度和凝结时间具有影响，但当三乙醇胺掺量为0.02%～0.06%时，影响不大。这主要是因为三乙醇胺的加入，促进了水泥中铝酸三钙的水化反应，消耗了一定量的拌合水，导致混凝土坍落度、扩展度和凝结时间均呈减小趋势。

2.2　对混凝土物理力学性能的影响

在保持水泥用量、粉煤灰用量、外加剂掺量、砂率和水胶比不变的条件下，对8组配合比的混凝土立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、轴心抗压强度和28d静力受压弹性模量进行试验，试验结果见表7，并如图4～图7所示。

从表7和图4～图7可以看出，混凝土立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、轴心抗压强度和静力受压弹性模量随着三乙醇胺掺量的增加，呈先增加后下降的趋势。当三乙醇胺掺量为0.04%时，各龄期的强度和28d静力受压弹性模量均最大。这是因为三乙醇胺的加入，促使铝酸三钙和铁铝酸四钙的溶解速率提高，生成大量的硫铝酸钙，由于硫铝酸钙的微膨胀作用，使得混凝土更加致密，强度增强。但随着三乙醇胺掺量的不断增大，硫铝酸钙生成量不断增多，吸附在水泥表面，阻碍了水泥的进一步水化，不利于硅酸三钙的后期水化，导致随着掺量的增大而强度降低。

2.3　对混凝土长期性能和耐久性能的影响

在保持水泥用量、粉煤灰用量、外加剂掺量、砂率和水胶比不变的条件下，对8组配合比28d龄期混凝土的渗透高度、碳化深度、电通量、耐锈蚀系数和收缩率进行试验，试验结果见表8，并如图8～图12所示。

从表8和图8～图12可以看出，混凝土渗透高度、碳化深度、电通量和收缩率随着三乙醇胺掺量的增加，呈先降低后增大的趋势，混凝土耐锈蚀系数呈先增大后降低的趋势。当三乙醇胺掺量为0.04%时，混凝土渗透高度、碳化深度、电通量和收缩率均最小。这是因为三乙醇胺的加入，改善了混凝土的力学性能，使得混凝土的长期性能和耐久性能得到提高。

3　工程应用

某新建办公楼为8层框架剪力墙结构，一、二层柱及剪力墙混凝土设计强度等级为C40，坍落度要求180～200mm，由于工期紧，一、二层柱及剪力墙要求在2024年的11月底完成浇筑。此时当地平均气温为-3～5℃，为了能够提高混凝土的早期强度，按时拆模，不影响工程施工进度，在混凝土中掺入0.04%的三乙醇胺。同时为了验证三乙醇胺的早强效果，在混凝土配合比设计时，共设计2组配合比，一组为掺三乙醇胺，一组为不掺三乙醇胺，配合比设计见表9。

按表9配合比进行搅拌，进行混凝土坍落度、扩展度和凝结试验，观察拌合物的保水性和黏聚性，并成型混凝土抗压强度试件。试件拆模后，采用与结构实体同条件养护，试验结果见表10和表11。

由表10可知，掺三乙醇胺的混凝土坍落度和扩展度，均比不掺的有所减小；掺三乙醇胺的混凝土初凝时间和终凝时间均比不掺的有所提前。经现场观察，掺三乙醇胺的混凝土，保水性和黏聚性均良好，不影响混凝土的浇筑施工。由表11可知，掺三乙醇胺的混凝土3d、7d和28d抗压强度均比不掺的高。由此可见，当三乙醇胺的掺量适当时，可以提高混凝土的早期强度，并为混凝土在低温或负温条件下施工提供了质量保证。

4　结论

通过在聚羧酸高性能减水剂中复配三乙醇胺，研究了三乙醇胺对混凝土性能的影响，主要结论如下：

(1)当三乙醇胺掺量为0.02%～0.06%时，混凝土坍落度、扩展度与不掺的基本相近，变化不大；当掺量>0.06%时，随着掺量的增加，坍落度和扩展度呈不断减小趋势。

(2)三乙醇胺的加入能够缩短混凝土凝结时间。当三乙醇胺掺量为0.02%～0.06%时，与不掺相比，凝结时间缩短幅度不大；当三乙醇胺掺量为0.08%～0.15%时，与不掺相比，凝结时间缩短幅度显著。

(3)当三乙醇胺掺量为0.04%时，混凝土的力学性能、长期性能和耐久性能最优，立方体早期抗压强度的提高，可为低温或负温环境条件下的混凝土施工提供技术支撑，但随着三乙醇胺掺量的增大，各性能呈现下降的趋势。