[科普中国]-混凝土早强剂

介绍

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。

分类常用的早强剂有以下三种：

1）氯化物系早强剂

如CaCl2，效果好，除提高混凝土早期强度外，还有促凝、防冻效果，价低，使用方便，一般掺量为1%~2%，缺点是会使钢筋锈蚀。在钢筋混凝中，CaCl2掺量不得超过水泥用量的1%，通常与阻锈剂NaNO2复合使用。

2）硫酸盐系早强剂

如硫酸钠，又名元明粉，为白色粉末，适宜掺量为0.5%~2%，多为复合使用，如NC，是硫酸钠、糖钙与青砂混合磨细而成的一种复合早强剂。

3） 有机物系早强剂

有机物系列早强剂主要有三乙醇胺、三异丙醇胺、甲醇、乙醇等等，最常用的是三乙醇胺。三乙醇胺为无色或淡黄色透明油状液体，易溶于水，一般掺量为0.02%~0.05%，有缓凝作用，一般不单掺，常与其他早强剂复合使用。2

作用机理不同的早强剂或相同的早强剂掺入不同品种的水泥混凝土中，其作用不完全相同，这里仅取几种早强剂为代表分析其作用原理。

氯盐系早强剂：作用机理主要是氯化物与水泥中的C3A的作用，生成不能溶于水的水化氯铝酸盐，能加速水泥中C3A的水化。氯化物与水泥水化所形成的氢氧化钙生成不易溶于水的氯酸钙，降低液相中氢氧化钙的浓度，加速C3A的水化速度，并且生成的复盐增加了水泥浆中固相的体积，形成内部的骨架体系，有利于水泥石结构的形成。同时，由于氯化物多为易溶性盐类，具有盐的效应，可促进硅酸盐水泥熟料矿物的溶解速度，加快水化反应进程，从而加速混凝土拌合料的硬化速率，提高混凝土的早期强度。

硫酸盐系早强剂：如无水硫酸钠，溶解于水中与水泥水化产生的氢氧化钙作用，生成氧化钙和硫酸钙。这种新生成的硫酸钙的颗粒极细，活性比掺硫酸钙要高的多，因而与C3A反应生成水化硫铝酸钙的速度要快得多。而氢氧化钠是一种活性剂，能够提高C3A和石膏的溶解度，加速水泥中硫铝酸钙的数量，导致水泥凝结硬化和早期强度的提高。但是硫酸盐早强剂对混凝土中的钢筋有一定的腐蚀作用，包括氯盐的早强剂，而且衰减水泥砂浆后期的强度，所以现在的氯盐、硫酸盐早强剂的用量逐渐减少。

早强剂对混凝土性能的影响(1)对混凝土拌合物的影响

早强剂一般能缩短混凝土的凝结时间，但当水泥中铝酸三钙含量较低或铝酸三钙含量比石膏含量低时，硫酸盐会延缓水泥的凝结时间。 早强剂一般不增加混凝土中的含气量，早强减水剂的含气量由减水剂的含气量决定，如与糖钙减水剂复合，含气量不增加，与木钙减水剂复合，含气量则增加明显。

(2)对混凝土的影响

强度 早强剂可以提高其早期强度；同种早强剂其提高的程度取决于早强剂的掺量、环境温度、养护条件、W/C和水泥品种。对混凝土长期强度的影响并不一致，有高也有低。早强剂在合理的掺量范围内效果较好，但掺量较大时，对混凝土的后期强度及耐久性等会有不利的影响。 早强减水剂同样也有较好的早强效果，且早强减水剂性能优于早强剂，对后期强度变化可以控制。三乙醇胺类可激发水泥的早强作用，它能加快铝酸三钙的水化，但延缓硅酸三钙及硅酸二钙的水化，掺量过大会使混凝土强度下降。

耐久性 硫酸盐系早强剂对钢筋无锈蚀影响，但氯化物早强剂中含有大量的氯离子，对钢筋的锈蚀有促进作用，掺量较大时，还会降低混凝土的抗化学侵蚀性、耐磨性、抗冻融能力等，并且降低混凝土的抗折强度，增大混凝土的早期收缩，对混凝土的后期影响不大。目前国家新标准规定中，已经禁止使用带氯化物的外加剂。为防止氯盐对钢筋锈蚀影响，常将阻锈剂和氯盐复合使用。

当使用硫酸盐早强剂时，由于增加了混凝土液相中的碱度，因此应注意当集料中含有活性二氧化硅时，会促使碱与集料反应的发生，引起混凝土因碱性膨胀而破坏的问题。

三乙醇胺会增大混凝土的收缩，掺量大于0.05%时，会使后期强度降低，掺量越大降低越多。

早强减水剂由于有减水剂的作用，可以弥补早强剂的缺陷，使混凝土的内孔微观结构改变，密实性提高，从而使混凝土的抗冻融性及抗掺性、抗压、抗折、弹性模量及钢筋粘接均有提高，在合理的掺量范围内，对钢筋锈蚀无不利影响，早期收缩略有增大，在我国得到了广泛的应用。

抗渗性 经大量试验表明，硫酸盐系列早强剂能提高混凝土的抗渗性。

形变 早强剂对混凝土的形变(干缩)一般影响不大。

发展前景由于常用的传统型混凝土早强剂本身缺陷让国内外很多混凝土科技工作者已重视到此类早强剂对混凝土存在较严重的质量后果，使研制开发无氯离子和钠、钾早强剂变成亟待解决的问题。因此，混凝土科技研究工作者正在致力于开发新型的早强剂产品，例如钙盐的早强作用开发，对有机和无机复合型早强作用的探讨，有早强功能的高价阳离子性能及作用的研发，晶胚物质用于早强剂等方向的研究正在进行着。
目前虽然很多混凝土科技工作者已注意到氯盐及钠(钾)系早强剂的缺点并已着手进行新型早强剂的开发，但适应性较强、作用效果较好、且成本低廉的无氯离子和无钠(钾)早强剂尚未有定型产品问世。而工程上对该种产品有大量需求。因此，无氯离子和钠、钾系混凝土早强剂的研发前景极其广阔。