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早強劑及應用綜述

文章出處:本站    人氣:311    發表時間:2015-10-27 15:14:50

一、為何使用早強劑?

使混凝土提高早期強度可有三種途徑:其一為使用特種水泥,即這種水泥可以在較短的時間內達到預先要求的強度,但是由于其產量較低而且價格過高的受限制不能被 普遍采用。其二為改進混凝土的施工和養護方法,如熱拌混凝土、蒸養處理等方法,但是該方法在實際工業生產工作中亦存在不便,因此也并未被廣泛采用。第三是 即為使用早強型外加劑,眾多實踐證明這種方法是最簡單易行并且成本最低廉的方法,因此它在工業生產實踐中被廣泛的采用。

二、早強劑的分類

1)氯鹽早強劑

氯鹽早強劑的組成主要包括氯化鈣、氯化鈉、氯化鋁等。合理摻加氯鹽類早強劑,會對混凝土的早期強度發展有利。氯鹽類早強劑是應用歷史最長、應用效果最顯著的早強劑品種。不過氯鹽類的早強劑只準在不配剛筋的素混凝土中摻加,對于鋼筋混凝土,特別是頸應力鋼筋混凝上,以及有金屬預埋件的混凝土中,要慎重使用這類外加劑,限制Cl-含量的引入量,甚至要禁止使用。

2)硫酸鹽早強劑

常用的硫酸鹽早強劑為硫酸鈉、硫酸鉀和硫酸鈣。摻硫酸鹽早強劑的混凝土要注意預防泛堿和白華現象。硫酸鹽的摻量應通過實驗確定,以免引起堿集料反應破壞或硫酸鹽過量產生的侵蝕破壞。  

3)硝酸鹽和亞硝酸鹽早強劑

硝酸鹽和亞硝酸鹽均對水泥水化過程起促進作用。這些鹽類不僅能作為混凝土的早強劑組分,而且可以作為混凝土防凍劑組分使用。我國曾生產應用過以硝酸鹽和亞硝酸鹽為主的許多品種的早強劑或防凍劑,如亞硝酸鈣一硝酸鈣,硝酸鈣一尿素、亞硝酸鈣一硝酸鈣一尿素、亞硝酸鈣一硝酸鈣一氯化鈣,以及亞硝酸鈣一硝酸鈣一氯化鈣一尿酸等。

亞硝酸鈉的摻入還可以防止混凝土內部鋼筋的銹蝕,其原因是可以促使鋼筋表面形成致密的保護膜。所以氯鹽早強劑或氯鹽防凍劑中常復合有亞硝酸鈉組分。

4)有機化合物早強劑

常用的有機化合物早強劑為三乙醇胺。三乙醇胺 是一種表面活性劑,摻入水泥棍凝土中,在水泥水化過程中起催化劑的作用,它能夠加速C3A的水化和鈣礬石的形成。三乙醇胺常與氯鹽早強劑復合使用,早強效果更佳。常用的有機化合物早強劑還有甲酸鈣、乙酸和乙酸鹽等。另外,實際應用中三異丙醇胺也同樣具有一定早強性能,同時對混凝土后期強度也有比較明顯的提高。  

5)復合型早強劑和早強減水劑

通過對各種早強劑組分之間的復合,以及早強劑組分與減水劑組 分之間的復合,可以收到比單一早強劑更好的改性效果,如:大幅度提高混凝土的早期強度發展速率;既能較好地提高混凝土的早期強度,又對混凝土后期強度發展 帶來好處;既具有一定減水作用,又能大幅度加速混凝土早期強度發展;既能起到良好的早強效果,又能避免有些早強組分引起混凝土內部鋼筋銹蝕等。

應用注意:該類型的外加劑一般在生產水泥的時以助磨劑的形式添加。同時也需要注意外加劑之間的相互作用。

三.選擇氯鹽和有機化合物作為早強劑的原因

1)氯鹽早強劑的組成主要包括氯化鈣、氯化鉀、氯化鈉、氯化鋁等。其產生早強的機理主要為氯化物與水泥中的C3A作用生成不溶于水的水化氯鋁酸鹽,加速了水泥中的C3A水化。氯化物與水泥水化所得的氫氧化鈣生成難溶于水的氯酸鈣,降低液相中氫氧化鈣的濃度,加速C3A的水化,并且生成的復鹽增加了水泥漿中固相的比例,形成堅強的骨架,有助于水泥石結構的形成。另外,由于氯化物多為易溶鹽類,具有鹽效應,可加大硅酸鹽水泥熟料礦物的溶解度,加快水化反應進程從而加速水泥及混凝土的硬化。合理摻加氯鹽類早強劑,會對混凝土的早期強度發展有利。

氯鹽類早強劑是應用歷史最長、應用效果最顯著的早強劑品種。不過氯鹽類的早強劑只準在不配剛筋的素混凝土中摻加,對于鋼筋混凝土,特別是頸應力鋼筋混凝上,以及有金屬預埋件的混凝土中,要慎重使用這類外加劑,限制Cl-含量的引入量,甚至要禁止使用。所以氯鹽類的早強劑只準在不配筋的素混凝土中摻加,對于鋼筋混凝土,特別是頸應力鋼筋混凝上,以及有金屬預埋件的混凝土中,要慎重使用這類外加劑,限制Cl含量的引人量,甚至要禁止使用。

僅以早強作用而論,氯化物系是效果最好的早強劑,也是人類應用最早的混凝土早強劑。但是由于氯離子濃度增加,使鋼筋與氯離子之間產生較大的電極電位,這就容易使鋼筋銹蝕,因而氯鹽系早強劑的應用有很大的局限性,絕大多數的混凝土工程都限制該系列早強劑的應用,我國混凝土工程規范對此有嚴格的限制。 

2)有機醇類、胺類以及一些有機酸均可作為混凝土早強劑,如甲醇、乙醇、乙二醇、三乙醇胺、三異丙醇胺、二乙醇胺、尿素等。工業中最常用的為三乙醇胺。 三乙醇胺是一種表面活性劑,摻入水泥混凝土中,在水泥水化過程中起催化劑的作用,它能夠加速C3A的水化,在C3A-CaSO4-H2O體系中,又能夠加快鈣礬石的形成。三乙醇胺中因為有N原子,它有一對未共用電子,很容易和金屬離形成共價鍵,發生絡合,與金屬離子形成較為穩定的絡合物。這些絡合物在溶液中形成了許多可溶區,從而提高了水化產物的擴散速率。可以縮短水泥水化過程中的潛伏期,提高早期強度。 

另外,因為三乙醇胺的摻量小,低溫早強作用明顯,而且有一定的后期增強作用,在與無機早強劑復合使用是效果更好。因此,三乙醇胺還常與氯鹽早強劑復合使用。實際應用中三異丙醇胺也同樣具有一定早強性能,同時對混凝土后期強度也有比較明顯的提高。

3)復合型早強劑和早強減水劑

復合型早強劑可以是無機材料和無機材料的復合,也可以是有機材料和無機材料的復合或者是有機材料和有機材料的復合。復合早強劑往往比單組份的早強劑具有更加優良的早強效果,摻量也可以比單組分早強劑有所降低。如:大幅度提高混凝土的早期強度發展速率;既能較好地提高混凝土的早期強度,又對混凝土后期強度發展帶來好處;既具有一定減水作用,又能大幅度加速混凝土早期強度發展;既能起到良好的早強效果,又能避免有些早強組分引起混凝土內部鋼筋銹蝕等。眾多復合型早強劑中以三乙醇胺與無機鹽復合早強劑效果最好,應用面最廣。 

4)以下是這兩種典型的早強劑的作用機理:

4.1氯化物無機鹽系早強劑

氯鹽屬于強電解質,在水中溶解后將全部電離成為離子,氯離子吸附于C3S和C2S表面,增加水泥顆粒的分散度,加速水泥初期水化反應,由于溶液中存在大量的氯離子和鈣離子,加速了水化物晶體的形成和成長。

CaCl2和C3A作用,生成“幾乎不溶于水和CaCl2溶液”的水化氯鋁酸鈣和固溶體,氯化鈣與氧化鈣作用生成溶解度極小的氧氯化鈣,這些綜合作用使水泥漿體中固體相比例增大,促使水泥凝結硬化,早期強度提高。 

氯化物與水泥水化產物Ca(OH)2作用生成氯化鈣,當有石膏存在時,氯化鈣能加速C3A和石膏反應,生成體積膨脹,促使水泥石密實,加速凝結硬化,使早期強度提高。

4.2三乙醇胺系早強劑

三乙醇胺不改變水化生成物,但促使C3A與石膏之間形成硫鋁酸鈣的反應,而且與無機鹽類材料復合使用是,既能催化水泥本身的水化,又能在無機鹽類與水泥的反應中起催化作用。所以,三乙醇胺復合早強劑的早強效果優于單摻早強劑的效果。


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