早强剂的性能及其应用技术

早强剂的性能及其应用技术张东伟（台州学院，建工学院，10土木4班,1038210119）摘要：混凝土早强剂是外加剂发展历史中最早使用的5品种之一，其主要作用是加速水泥水化速度，促进混凝土早期强度的发展。目前我国较为常用的早强剂主要有氯盐、硫酸盐、碳酸盐以及复合早强剂。混凝土早强剂作为加速混凝土早期强度发展的外加剂，在工程上的需求是很大的，尤其是在冬季施工或者是在紧急抢修的工程中，同时早强剂的性能以及它的使用规范性也直接关系着整个工程的安全性和寿命。本文将就早强剂的分类以及其的特殊性能与应用进行具体的介绍。关键词：混凝土;外加剂;早强剂中图分类号：文献标识码：文章编号：1前言早强剂为混凝土组合材料外加剂之一,它是指能提高混凝土早期强度，并且对后期强度无显著影响的外加剂。早强剂的主要作用在于加速水泥水化速度，促进混凝上早期强度的发展；而既具有早强功能，又具有一定减水增强功能的外加剂称为早强减水剂。国外也常常将早强剂称作促凝剂，字面意思是指能够缩短水泥混凝土凝结时间的外加剂，实际上也是早强剂。混凝土早强剂是外加剂发展历史中最早使用的外加剂品种之一。到目前为止，人们已先后开发除氯盐和硫酸盐以外的多种早强型外加剂，如亚硝酸盐，铬酸盐等，以及有机物早强剂，如三乙醇胺、甲酸钙、尿素等，并且在早强剂的基础上，生产应用多种复合型外加剂，如早强减水剂、早强防冻剂和早强型泵送剂等。这些种类的早强型外加剂都已经在实际工程中使用，在改善混凝土性能。提高施工效率和节约投资成本方面发挥了重要作用。早强剂的应用也是受到了地域气候的影响，比如我国，由于国土面积大，东北、华北、西北地区常年冬期较长，需要掺加早强剂和早强减水剂来提高混凝土早期强度发展。华东、华南地区冬季气温降至10℃以下的施工中也常掺用早强剂和早强减水剂。混凝土构件生产中为尽早张拉钢筋、加快模板周转和台座利用率，早强型的外加剂更是普遍应用。据统计，目前我国每年使用的早强剂和早强减水剂总量逾20万吨。目前我国较为常用的混凝土早强剂主要有氯盐系、硫酸盐系、碳酸盐系、有机物系、矿物类及复合早强剂。氯盐系早强剂对钢筋有明显的锈蚀作用，因此氯化物系早强剂应用已很少。硫酸盐系早强剂也由于钠（钾）系早强剂本身存在难以克服的缺陷，其应用也受到很大的限制。至于目前应用的其它一些种类早强剂，或存在着早强效果不佳，或影响后期强度，或原料来源困难生产成本高等问题，其生产、应用受到限制。因此广大从事混凝土及外加剂研究的科技工作者对不含氯离子和钾、钠离子，且早强效果好的混凝土早强剂的研究、开发和应用日益关注，成为早强剂研究、开发的重点。2早强剂的定义以及应用现状顾名思义，早强剂即为加速混凝土早期强度发展的外加剂，是一种加速水泥水化、提高砂浆早期强度的添加剂。因为从混凝土开始拌合到凝结硬化形成一定的强度都需要一段较长的时间，而有时候由于气候或者其他要求，通常需要加速混凝土达到需求强度的过程。为了加速这一过程，加速模板及台座的周转，预应力混凝土的张拉或放松应力、混凝土构筑物的承载、缩短蒸养混凝土的养护时间，冬季施工混凝土更快的达到临界强度，都希望早强。早强剂也称促凝剂，是缩短混凝土凝结时间、提高早期强度的外加剂。其主要品种有氯盐、硫酸盐、硝酸盐、碳酸盐、甲酸盐等，掺量为水泥用量的1～2%。此外，采用三乙醇胺与早强剂复合，则早强效果更好。早强剂主要用于低温条件下施工，或对混凝土有早强要求的工程。使混凝土提高早期强度其实可以有3种途径：其一为使用特种水泥，即这种水泥可以在较短的时间内达到预先要求的强度，但是由于其产量较低而且价格过高的受限制不能被普遍采用。其二为改进混凝土的施工和养护方法，如热拌混凝土、蒸养处理等方法，但是该方法在实际工业生产工作中亦存在不便，因此也并未被广泛采用。第三是即为使用早强型外加剂，众多实践证明这种方法是最简单易行并且成本最低廉的方法，因此它在工业生产实践中被广泛的采用。早强剂的使用最初是从早强剂单独使用开始的，后来采取了无机和有机复合使用的方式。目前则普遍采用早强剂和减水剂复合使用的方式，这样不但有早强剂促进水泥水化和早强的作用，又有减水剂提高混凝土密实的作用。早强剂按照起化学成分可分为无机盐类、有机物类以及由有机物和无机物复合的复合早强剂三类。无机盐类早强剂主要包括氯化物、硫酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐和碳酸盐类等；有机物类早强剂主要包括三乙醇胺、三异丙醇胺、甲酸、乙二醇等；复合型则是指有机与无机盐复合型早强剂。目前工程中广泛应用的早强剂为复合型早强剂，它往往比单组份的早强剂具有更加优良的早强效果。3早强剂的分类与品种及其性能3.1按其功能分类早强剂按其功能可分为早强剂、早强减水剂，及早强高效减水剂。3.1.1早强剂早强剂的主要功能是提高混凝土早期强度，不具有减水功能，对混凝土后期的强度影响不大。它的代表产品是糖钙硫酸钠系早强剂，由蔗糖化钙与硫酸钠复合而成，有显著的早强和增强功能，并且有一定的缓凝功能，但是它的塑化性能较低3.1.2早强减水剂早强剂自身没有引气作用，但早强减水剂所复合的减水剂影响早强减水剂的引气性能。使用较为普遍的木钙与早强剂复合的早强减水剂可以使混凝土的含气量提高到3%——4%。而早强剂如与高效减水剂复合一般不会增加混凝土含气量。3.1.3早强高效减水剂早强高效减水剂能显著提高混凝土的早期强度、和易性和后期强度与耐久性。其代表产品是硫酸钠系早强高效减水剂，由硫酸钠与高效减水剂复合而成，早强、增强及塑化的效果显著，但坍落度损失较大。随着混凝土减水剂各技术水平的发展，同减水剂与早强剂复合成为具有减水功能的早强剂。3.2按化学成分分早强剂按照化学成分可分为无机盐类、有机物类以及由有机和无机物复合的复合早强剂三类。3.2.1无机物类早强剂顾名思义，无机盐类早强剂即为主要成分是无机物的具有早强作用的外加剂，其中，它又包含了氯化物、硫酸盐、亚硝酸盐、碳酸盐等。3.2.1.1氯盐系早强剂氯盐早强剂的组成主要包括氯化钙、氯化钾、氯化钠、氯化铝等。其产生早强的机理主要为氯化物与水泥中的C3A作用生成不溶于水的水化氯铝酸盐，加速了水泥中的C3A水化。氯化物与水泥水化所得的氢氧化钙生成难溶于水的氯酸钙，降低液相中氢氧化钙的浓度，加速C3A的水化，并且生成的复盐增加了水泥浆中固相的比例，形成坚强的骨架，有助于水泥石结构的形成。另外，由于氯化物多为易溶盐类，具有盐效应，可加大硅酸盐水泥熟料矿物的溶解度，加快水化反应进程从而加速水泥及混凝土的硬化。合理掺加氯盐类早强剂，会对混凝土的早期强度发展有利。氯盐类早强剂是应用历史最长、应用效果最显著的早强剂品种。不过氯盐类的早强剂只准在不配刚筋的素混凝土中掺加，对于钢筋混凝土，特别是颈应力钢筋混凝上，以及有金属预埋件的混凝土中，要慎重使用这类外加剂，限制Cl-含量的引入量，甚至要禁止使用。所以氯盐类的早强剂只准在不配筋的素混凝土中掺加，对于钢筋混凝土，特别是颈应力钢筋混凝上，以及有金属预埋件的混凝土中，要慎重使用这类外加剂，限制Cl含量的引人量，甚至要禁止使用。仅以早强作用而论，氯化物系是效果最好的早强剂，也是人类应用最早的混凝土早强剂。但是由于氯离子浓度增加，使钢筋与氯离子之间产生较大的电极电位，这就容易使钢筋锈蚀，因而氯盐系早强剂的应用有很大的局限性，绝大多数的混凝土工程都限制该系列早强剂的应用，我国混凝土工程规范对此有严格的限制。3.2.1.2硫酸盐早强剂常用的硫酸盐早强剂为硫酸钠、硫酸钾和硫酸钙。掺硫酸盐早强剂的混凝土要注意预防泛碱和白华现象。硫酸盐的掺量应通过实验确定，以免引起碱集料反应破坏或硫酸盐过量产生的侵蚀破坏。正如其中硫酸钠在混凝土中使用，当掺量过大或养护条件不好时，容易在混凝土表面产生反碱现象，即在混凝土表面析出一层毛绒装的氢氧化钙细小晶体，而影响混凝土表面的光洁程度，也不利于表面的进一步装饰处理。冬季施工或干燥天气尤其容易发生。所以硫酸盐的掺量应通过实验确定，以免引起碱集料反应破坏或硫酸盐过量产生的侵蚀破坏。3.2.1.3硝酸盐和亚硝酸盐早强剂硝酸盐和亚硝酸盐均对水泥水化过程起促进作用。这些盐类不仅能作为混凝土的早强剂组分，而且可以作为混凝土防冻剂组分使用。我国曾生产应用过以硝酸盐和亚硝酸盐为主的许多品种的早强剂或防冻剂，如亚硝酸钙-硝酸钙，硝酸钙-尿素、亚硝酸钙-硝酸钙-尿素、亚硝酸钙-硝酸钙-氯化钙，以及亚硝酸钙-硝酸钙-氯化钙-尿酸等。亚硝酸钠的掺入还可以防止混凝土内部钢筋的锈蚀，其原因是可以促使钢筋表面形成致密的保护膜。所以氯盐早强剂或氯盐防冻剂中常复合有亚硝酸钠组分。