混凝土早强剂的作用机理是什么?

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:首先,氯化物与水泥中的C2A形成更难溶的水合氯铝酸盐,加速了水泥中C3A的水化,从而使水泥 加速水合作用; 其次,氯化物与水泥水化得到的氢氧化钙生成不溶于水的氧氯化钙,使液相中氢氧化钙的浓度降低,加速C3的水化。 此外。 由于氯化物多是具有盐效应的可溶性盐类,它们可以增加硅酸盐水泥熟料矿物的溶解度,加速水化反应过程,加速水泥和混凝土的硬化。

单就早强效应而言,氯化物体系是最好的早强剂,也是人类最早使用的混凝土早强剂。 但由于氯离子会加剧钢筋的腐蚀,因此氯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在前苏联。  1970年代初,我国山东省建筑科学研究院进行了研制,随后在国内广泛应用。 硫酸钠对我国生产的大部分水泥具有良好的早强效果。 养护温度和早强较低的水泥效果更明显。 在提高早期强度的同时,也提高了水泥和混凝土的后期强度。 人们普遍认识到硫酸钠的早强机理:首先,硫酸钠能与水泥水化沉淀的氢氧化钙发生反应,加速硅酸三钙的水化; 硫酸钠的加入使水泥中C3A、SO2-与氢氧化钙形成钙砚的水化反应加快,C3S水化释放的氢氧化钙被消耗,加速C3S的水化。

与国内普遍使用硫酸钠相比,除前苏联以外的欧美国家很少使用硫酸钠作为早强剂。 这种情况早在80年代初就立即引起了我国著名材料专家黄世元教授的注意。 黄世元教授对此问题进行了广泛深入的研究,对硫酸钠的早强效应进行了更深入的分析。 他认为,硫酸钠的早强效应仅体现在掺有活性混合料的硅酸盐水泥中,对纯熟料硅酸盐水泥无效。 硫酸钠的早强作用体现在激发活性混合材料的活性,加速水化反应。 由于国外使用较纯的熟料硅酸盐水泥,所以不使用硫酸钠作为早强剂。

随着我国水泥新标准的实施,我国的水泥产量已逐步与国外接轨。 一些大型水泥厂采用窑外分解烧结技术的新方法。 生产出来的水泥熟料,强度等级高,水泥中掺料量少。 因此,硫酸钠对这类水泥没有早强作用,其应用范围也在不断扩大。 水泥越小,水泥的适应性越差。

由于K+和Na不与水泥水化产物结合,且它们的盐类易溶,它们留在混凝土的液相中。 随着混凝土失水干燥,表面会析出钠盐,即盐析。 盐析造成表面白色污染。 更重要的是,钠盐晶体在砂浆表面膨胀,容易造成砂浆表面开裂甚至脱落,从而限制了钠(钾)早强剂在干粉砂浆中的应用。

三、钙盐系列早强剂

试验表明,许多钙盐可以降低C3S-H2O体系的pH值,从而加速C3S的水化,从而加速水泥的水化和硬化。 具有此功能的钙盐包括硝酸钙、甲酸钙、氯化钙、氯化钙等。 其中,甲酸钙是目前国外早强剂中含有的氯化钙(对钢筋有腐蚀性)的最佳替代物质。

硝酸钙对硅酸盐水泥也有很好的早强作用,但对掺混料的硅酸盐水泥作用较弱。

四、三乙醇胺早强剂

有机三乙醇胺(TEA)目前主要用于复合早强剂。 有学者认为其早强机制主要是催化水泥水化。 然而,这一机制尚未得到认识,因此其早强效应仍存在很大争议。

早强剂和速凝剂是有区别的。 速凝剂主要作用于水泥矿物成分中的C3A和石膏,加速水泥凝结; 而早强剂则侧重于加速C3A的溶解和水化产物的结晶析出和早强的提高与水泥的凝结时间关系不大。 一些早强剂甚至会延长水泥的凝结时间,如三乙醇胺。

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