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早强剂的作用机理是什么?

作者:马清浩来源:水泥混凝土外加剂550问 浏览次数: 日期:2012-07-24

不同种类早强剂的作用机理不同,几种典型类型早强剂的作用机理分述如下:

一、钠(钾)的氯化物系列早强剂

目前较为公认的氯化物系早强剂作用机理是:第一,氯化物与水泥中的CA形成更难溶于水的水化氯铝酸盐,加速了水泥中的CA水化,从而使水泥水化加速;第二,氯化物与水泥水化所得的氢氧化钙生成难溶于水的氧氯化钙,降低液相中氢氧化钙的浓度,加速CS的水化。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。

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。但是由于氯离子有加剧钢筋锈蚀作用,因而氯化物系早强剂的应用有很大的局限性。

二、钠(钾)的硫酸盐系列早强剂

硫酸钠作为早强剂最早出现于原苏联。20世纪70年代初,我国山东省建筑科学研究所进行了研究和开发,之后在国内普遍推广使用。硫酸钠对我国生产的大多数水泥有较好的早强作用。在较低的养护温度条件下及早期强度较低的水泥作用更为明显。在提高早期强度的同时,水泥及混凝土的后期强度也有一定提高。硫酸钠的早强机理较为公认的是:第一,硫酸钠能与水泥水化析出的氢氧化钙起反应,加速硅酸三钙的水化;第二,硫酸钠的加入,使水泥中的CA与SO2- 及氢氧化钙生成钙矾石的水化反应加速,消耗CS水化释放的氢氧化钙,使CS的水化加快。

相对于国内对硫酸钠的广泛应用,除原苏联以外的欧美国家却很少将硫酸钠作为早强剂使用。这一情况早在20世纪80年代初立即引起我国著名材料专家黄士元教授的注意,对此问题进行广泛、深入研究之后,黄士元教授对硫酸钠的早强作用作了更为深入的分析。他认为:硫酸钠的早强作用只体现于掺加活性混合材料的硅酸盐水泥,对纯熟料硅酸盐水泥是无效的,硫酸钠的早强作用体现于激发活性混合材料的活性,加速水化反应。由于国外更多地应用纯熟料硅酸盐水泥,所以硫酸钠并未作为早强剂应用。

随着我国新水泥标准的实施,我国的水泥生产也逐渐与国外接轨。一些大型水泥厂采用窑外分解新法烧成技术,生产的水泥熟料强度等级高,水泥中混合材料掺加量少,因而硫酸钠对此类水泥不起早强作用,其应用范围也越来越小,水泥适应性将越来越差。

由于K,Na不与水泥水化产物化合,且其盐类均易溶,因而残留于混凝土的液相中。随混凝土失水干燥,钠盐在表面析出,即盐析。盐析使表面形成白色污染。更有甚者,钠盐在砂浆表层结晶发生膨胀,极有可能造成砂浆的表层开裂甚至脱落,因而在干粉砂浆中限制钠(钾) 系早强剂的应用。

三、钙盐系列早强剂

试验表明,许多钙盐能降低CSHO系统的pH值,从而加速CS的水化,进而加速水泥的水化及硬化。具有这一作用的钙盐有硝酸钙、甲酸钙、溴化钙、氯化钙等。其中甲酸钙是替代氯化钙(对钢筋有锈蚀作用)的最佳物质,目前国外早强剂中即含有该成分。

硝酸钙对硅酸盐水泥也有较好的早强作用,但对掺加混合材料的硅酸盐水泥作用较弱。

四、三乙醇胺早强剂

有机物三乙醇胺(TEA)目前较多地应用于复合早强剂中。有学者认为其早强机理主要是对水泥水化有催化作用。但这一机理还有待公认,因此对其早强效果还存在较大争议。

早强剂与速凝剂是有区别的,速凝剂主要作用于水泥矿物组分中的CA、石膏,加速水泥的凝结;而早强剂则侧重于加速CA的溶解和水化产物的晶体析出,提高早期强度,与水泥的凝结时间关系不大。有些早强剂甚至延长水泥的凝结时间,如三乙醇胺。

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