早强剂的分类及应用

背景及概述^[1-2]

早强剂是可加速混凝土早期强度发展的外加剂，它掺在混凝土中可以使混凝土在较短的时间内即获得较高的强度，用以满足工程建设中的各种要求。进入90年代由于硫酸钠的掺入量使水泥中碱含量有所提高，因而易产生碱与管料反应，已对使用硫酸钠做了一些限制。在高性能混凝土中采用高效减水剂来早强，当然费用也较大。

分类及应用^[3]

1. 无机盐类早强剂

1）氯盐类早强剂

生产中一般常用氯化钙、氯化钠、氯化钾和氯化铝等作为氯盐类早强剂。其作用机理为：水泥中的C3A与氯化物反应生成的水化氯铝酸盐不溶于水，能够促进C3A水化。水泥水化产生的氢氧化钙与氯化物反应，生成的氯氧酸钙难溶于水，能降低氢氧化钙的浓度，加速体系中C3S的水化反应，而生成的复盐产物会提高浆体中固相的比例，有利于形成坚固的水泥石结构。同时，氯化物通常易溶于水，带来的盐效应会加大水泥中矿物的溶解度，促进各水泥矿物的水化反应速率，从而缩短水泥混凝土的硬化时间。但是，氯离子的添加会使其与钢筋之间形成电极电位，容易造成钢筋锈蚀，这就在很大程度上局限了氯盐系早强剂的应用范围。GB8076-2008《混凝土外加剂》和我国混凝土外加剂应用技术规范中对于不

同类型的混凝土中氯离子含量做出了严格规定。氯盐类早强剂只能掺加在不配筋的素混凝土中，在钢筋混凝土、预应力钢筋混凝土或者有金属预埋件的混凝土施工中，要严格限制Clˉ的引入量，慎重或禁止使用该类早强剂。

2）硫酸盐类早强剂

硫酸盐类的早强剂主要包括硫酸钠、硫酸钙、硫酸铝和硫酸铝钾等。其作用机理为：硫酸盐类通常是强电解质，能提高水泥浆体中的离子强度。在水泥的水化过程中，硫酸盐溶于水与水泥水化产生的氢氧化钙反应生成硫酸钙和氢氧化钠。其中硫酸钙粒度极细，与C3A反应生成水化硫铝酸钙晶体的速度快。而氢氧化

钠作为活性剂使体系的碱性增强，可以提高C3A和石膏的溶解度，从而增加水泥中硫铝酸钙的数量。另外，硫铝酸钙晶体在成长过程中相互交叉搭接形成水泥初期骨架，又受到C-S-H凝胶和其它水化产物不断填充固化，因此使水泥的早期强度得到明显提高。但是，因为K+和Na+不参与水泥水化过程，所以在混凝土体系中会残留其易溶性盐类。而钠盐或钾盐很容易在混凝土失水干燥后从表面析出，甚至在混凝土表层结晶，造成混凝土表层膨胀开裂。因此，混凝土中硫酸盐类早强剂的掺量应通过实验确定，从而避免碱集料反应或硫酸盐过量对工程产生侵蚀危害。

3）硝酸盐、亚硝酸盐以及硅酸盐类早强剂

硝酸盐和亚硝酸盐都具有早强作用，能促进水泥的水化，而且可以改善水化产物孔结构，使砂浆结构趋于密实。另外，混凝土中掺加亚硝酸盐有利于在钢筋表面形成保护膜，可以有效避免混凝土中钢筋锈蚀。在混凝土中加入硝酸钙作为早强剂，探讨了硝酸钙对混凝土早期强度的影响。实验表明，按照每100kg水泥添加1500mL硝酸钙的用量标准，相对于没有添加早强剂的混凝土，加入Ca(NO3)

2的混凝土1d早期强度提高66%，7d强度提高29%。

2. 有机物类早强剂

三乙醇胺、甲酸钙和尿素是最常用的有机物类早强剂。

1）三乙醇胺

在水泥水化过程中，三乙醇胺由于N原子的一对未共用电子，可以与Ca2+和Fe3+等生成易溶于水的络合离子，提高了水泥颗粒表面的可溶性，阻碍了C3A表面形成水化初期不渗透层，促进了C3A和C4AF的溶解，加速其与石膏反应生成硫铝酸钙。同时这个反应也降低了液相中钙离子和铝离子的浓度，进一步促进了

C3S的水化，从而促使混凝土早期强度增长。

2）甲酸钙

甲酸钙对混凝土强度的影响在于可以改变混凝土系统中硅酸三钙的浓度。甲酸钙能降低体系中的pH值，提高C3S的水化速度，同时可以提高液相中Ca2+的浓度，使硅酸钙溶出速度加快，而同离子效应会加快结晶速度，增加砂浆中固相比例，有利于形成水泥石结构，从而使水泥早期强度增加。

3. 复合类早强剂

常用的单一类型早强剂通常不能满足混凝土性能要求，而将多种类型的早强剂相互复合或早强剂与减水剂组合使用可以更好地提高混凝土综合性能，使其既能提高混凝土早期强度，又有利于促进后期增强，还能具有一定的减水效果，同时可以避免混凝土内部钢筋锈蚀的问题等。目前，新型复合类早强剂成为很多专家研究的主要方向。

1）三乙醇胺复合早强剂

研究低温下硫酸钠和三乙醇胺复合后作为混凝土早强剂的作用效果，试验结果表明：低温环境下单掺无水硫酸钠和三乙醇胺早期效果不明显，而使用无水硫酸钠和三乙醇胺复合成的混凝土早强剂后，与单掺硫酸钠相比，其12h抗压强度提高了4倍，即从1．2MPa提高到了5．5MPa以上;其1d抗压强度提高了1倍，即从10．2MPa到了20．6MPa以上;其7d抗压强度平均提高了8～10MPa。

主要参考资料

[1] 精细化工辞典

[2] 精细化学品配方·七

[3] 混凝土早强剂的研究与应用进展