喷射混凝土广泛用于地下隧道的支护工程中。无碱速凝剂是实现喷射混凝土性能的关键外加剂，其主要功能组分为硫酸铝（AS）。AS的加入能够提高混凝土的早期强度，但是混凝土早期强度的主要来源尚未完全明晰。此外，作为无碱速凝剂的另一主要组分，醇胺类外加剂能够提高AS的溶解度并进一步缩短混凝土的凝结时间，但由于其敏感性较强，限制了进一步应用。尽管诸多研究聚焦于AS或者TEA单掺对水泥水化的影响，但AS与TEA的协同作用机制仍未清晰认知。

近日，同济大学材料科学与工程学院混凝土外加剂团队系统研究了AS和TEA协同作用下对水泥水化进程，凝结时间及强度的影响，并探讨了其内在作用机制。研究成果以“New insight into the combined effect of aluminum sulfate and triethanolamine on cement hydration”为题发表于《水泥混凝土研究》（Cement and Concrete Research）。

研究发现，尽管快速形成的AFt能够为硬化水泥石提供一定的早期强度，但C₃S的加速水化和快速形成的C-S-H为喷射混凝土早期强度的主要来源。同时，研究进一步讨论了水泥浆液相离子种类、浓度和状态对水泥水化过程的影响。在离子状态方面，与自由离子相比，络合离子会增加TEA在水泥颗粒表面的吸附量，进而阻碍后续的水化过程，因此络合离子会引起更为显著的对硅相反应的抑制效果。在离子种类的影响方面，与铁离子络合的TEA的吸附量高于与铝酸根离子络合的TEA，因而对C₃S水化产生了更强的延缓作用。

Fig. 1 AS单独和AS与TEA共同加入对硬化水泥石凝结时间和抗压强度的影响

Fig. 2 含与不含TEA的硝酸铝（AN）和硝酸铁（FN）对C₃S水化的影响（a）放热速率和（b）累计放热量

同济大学材料科学与工程学院博士研究生张立恒为论文第一作者，同济大学材料科学与工程学院卢子臣副教授和北京交通大学张艳荣教授为共同通讯作者。该研究工作获得国家自然科学基金项目资助。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2024.107547