盾构法施工作为装配式建筑的先驱,其盾构管片在工厂进行预制,由于冬季温度较低,预制混凝土管片的强度发展较慢,导致模具周转率低,不仅降低了生产效率,拖延了施工进度,而且使预制混凝土管片在脱模吊起时容易产生缺陷,增加了混凝土后期耐久性风险。因此,开发一种能够满足地铁管片免蒸养、快速脱模、后期耐久性风险小的晶种型早强剂,具有重要的应用价值。本文采用“自大到小”的预水化水泥法和“自小到大”的化学合成法分别制备晶种型早强剂,研究不同工艺制备的晶种型早强剂对砂浆低温早期强度和水泥净浆早期水化程度的提升作用,并通过分析砂浆的水化产物组成、微观结构及晶种型早强剂的组成结构,探讨影响晶种型早强剂效果的因素及其影响机理,得出制备早强剂适宜的工艺条件。以不同预水化制度制备预水化水泥晶种型早强剂的研究表明,以预水化温度为20℃至60℃下制备预水化水泥晶种型早强剂,随预水化温度越高,预水化产物数量越多,“晶种”越多,提供的有效成核位点越多,对水泥水化的加速作用越大。随预水化时间延长,预水化产物数量超过水泥净浆、砂浆或混凝土体系中极大溶出时的成核位点需要,此时继续增加晶种数量为无效成核位点,水化反应也不再能加速。预水化水灰比大于0.5,预水化产物的生长空间更大,晶种尺寸更大,实际上减少了成核位点,对水化反应的加速作用反而下降。以预水化水灰比为0.5、预水化温度为60℃、预水化时间为7d制备的早强剂效果最好,相对于空白样,在15℃养护8h时掺加早强剂的水泥的水化程度增幅为62.5%,砂浆的强度增幅达140%。以不同研磨条件制备预水化水泥晶种型早强剂的研究表明,采用砂磨机对预水化水泥颗粒分别研磨3~5h制备预水化水泥晶种型早强剂,当研磨时间为4.5h时,晶种颗粒的细度最细(D50为308nm),意味着晶种颗粒的数量最多,成核位点最多;且晶种颗粒的比表面积越大,表面能越高,此两方面均更有利于促进水化反应的进行;而研磨时间超过4.5h后,晶种颗粒开始团聚,早强效果有所下降。采用固含量为6%~12%的减水剂作为分散剂研磨制备预水化水泥晶种型早强剂,当减水剂固含量为9%时,晶种颗粒的细度最细(D50为298nm),早强效果最好;当减水剂超过一定用量时,浆料浓度增大,粘度大,研磨作用力减弱,同时多余的减水剂会减小颗粒间的静电斥力导致团聚,此两方面均使晶种颗粒粒度有所增大,早强效果有所下降。采用固含量为9%的减水剂研磨预水化水泥颗粒4.5h制备的早强剂效果最好,相对于空白样,在15℃养护8h时掺加早强剂的砂浆的强度增幅达240%,水泥的水化程度增幅为92.6%。以不同化学合成工艺制备C-S-H晶种型早强剂的研究表明,随反应时间从8h延长至24h、温度从20℃升高至60℃,反应物C/S比从1.0增大至1.5,合成效率有所增加,C-S-H聚合度亦呈增大趋势,对加速水化反应有利;而C-S-H晶种的粒度增大,产物结晶程度更高、形貌更紧密,对加速水化反应不利。当反应物C/S比继续从1.5再至2.0时,C-S-H晶种的粒度反而急剧增大,其表面能下降,降低成核势垒的作用下降,对加速水化反应不利。以反应时间为24h、反应温度为40℃、反应物C/S比为1.5制备的C-S-H晶种型早强剂可使砂浆在15℃养护8h的抗压强度达到2.5MPa,满足相对应的C50强度等级地铁混凝土管片在冬季免蒸养条件下8h脱模的强度要求。对掺加C-S-H晶种型早强剂的管片混凝土性能进行研究,结果表明,其在15℃养护8h的抗压强度达到10.3MPa,满足快速脱模的要求。由于加速了早期水化,混凝土3d强度明显提高,由于影响了水化进程,混凝土28d、90d强度有所下降,但对长期180d强度影响不大,表明早强剂对混凝土最终长期力学性能基本没有负面影响。掺入晶种型早强剂后新拌混凝土的工作性能满足成型要求,且不影响混凝土的抗渗性能。