速凝剂与早强剂ppt课件.ppt

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1、1,速凝剂与早强剂,2014.5.12,2,目录,一、概述二、速凝剂三、早强剂四、早强减水剂五、发展现状六、工程应用与注意事项,3,概述,一、基本概念二、水泥的水化与硬化 1.硅酸盐水泥熟料单矿物的水化 2.硅酸盐水泥的水化三、电解质盐类对水泥-水体系凝聚过程的影响 四、难溶电解质的溶度积规则,4,概述之基本概念,速凝剂与早强剂的区别速凝剂是能使混凝土迅速凝结硬化的外加剂，广泛应用于喷射混凝土、灌浆止水混凝土及抢修补强混凝土工程中；早强剂是指能提高混凝土或砂浆的早期强度的外加剂；一般来说，凝结速度快的早期强度也高，但是有时凝结速度快的，但早期强度不一定高；（例如：假凝）早强和促凝是两个不完全相

2、同的概念，因此国家规定早强剂对凝结时间的影响在-60min+120min。,5,概述之水泥的水化与硬化,硅酸盐水泥熟料单矿物的水化一、硅酸三钙的水化,6,概述之水泥的水化与硬化,7,（1）预诱导期 硅酸三钙接触水后迅速溶解并放热，约15min内结束。（2）诱导期 速率极慢，一般持续14 h，是水泥浆体在几小时内保持塑性的原因。初凝时间相当于诱导期的结束。（3）加速期 反应重新加快，速率随时间增长，出现第二放热峰，达到峰顶时基本结束（48 h）。此时终凝已过，开始硬化。（4）减速期 反应速度逐渐降低，约持续1224 h。（5）稳定期 反应速度很低，完全受扩散速率控制。,概述之水泥的水化与硬化,8

3、,二、 硅酸二钙的水化水化过程与C3S基本相同水化速率很慢，为C3S 的1/20水化产物中的C-S-H比例较C3S 大，CH生成量比C3S的少，对后期强度及耐久性有利,概述之水泥的水化与硬化,9,概述之水泥的水化与硬化,三、 铝酸三钙的水化迅速，受溶液中氧化钙、氧化铝浓度和温度影响很大。常温C4AH19在湿度低于85%，转化成C4AH13。C4AH19、C4AH13和均为六方片状晶体，为亚稳相，会转化为C3AH6等轴晶体。,10,概述之水泥的水化与硬化,液相的氧化钙饱和,温度较高,水泥缓凝原因,11,概述之水泥的水化与硬化,铝酸三钙的活性和石膏掺量对水泥凝结时间的影响,12,概述之水泥的水化与

4、硬化,四、 铁铝酸四钙较C3A略慢，水化热低，产物与C3A相似。无石膏C4(A,F)H13 会转化为C3(A,F)H6；温度较高，则直接形成C3(A,F)H6 。有石膏石膏不足,13,硅酸盐水泥的水化,硅酸盐水泥的水化不是单矿物水化的简单加和，各矿物之间存在复杂的相互作用；石膏的硫酸根离子溶入液相后对铝酸盐的水化有延迟作用，却可以加快硅酸盐水泥的主要矿物硅酸盐的水化； 水泥的水化受到很多因素的影响，各矿物的水化反应的活性以及水泥颗粒周围的环境有很大的关系，例如碱的含量、外加剂的种类以及拌合水引入的杂质种类和浓度，还有就是温度。,概述之水泥的水化与硬化,14,凡是对胶体凝聚过程产生直接或间接影响

5、的因素，都会对水泥的凝结过程产生影响，而水泥颗粒的凝聚过程受到水泥颗粒双电层结构的强烈影响。动电电位绝对值提高，水泥颗粒分散作用增强，动电电位绝对值降低，凝聚增强。,由于胶粒表面带某种电荷，则固液两相分别带有不同符号的电荷（整个胶体溶液是电中性的），在界面上形成了双电层结构。,电解质盐类对水泥-水体系凝聚过程的影响,双电层结构,15,电解质盐类对水泥-水体系凝聚过程的影响,以AgI的水溶胶为例。 固体粒子AgI称为“胶核”。若稳定剂是 KI ，则胶核吸附I带负电，反号离子K+一部分进入紧密层，另一部分在扩散层。胶核与紧密层的反号离子构成 “胶粒 ”。溶胶中的独立运动单位是胶粒，胶粒与扩散层离子

6、构成“胶团”。可用下式表示：,16,电解质盐类对水泥-水体系凝聚过程的影响,胶体粒子的双电层结构,粒子的相反电荷离子是由紧密层和扩散层两部分组成。紧密层中的反号离子被束缚在胶体粒子周围，扩散层中的反号离子虽受胶体粒子的静电引力的影响，但可脱离胶体粒子而移动。,17,电解质盐类对水泥-水体系凝聚过程的影响,0 ：固体表面和液体内部的总的电位差,动电位（电势）: 紧密层的外界面与本体溶液之间的电势差。,18,电解质盐类对水泥-水体系凝聚过程的影响, 电势对其它离子十分敏感，外加电解质的变化会引起 电势的显著变化。因为外加电解质浓度加大时，会使进入紧密层的反号离子增加，使得粒子外界面与溶液本体的电势

7、差减小，即 电势下降，从而使双电层变薄。,扩散层的压缩作用,19,电解质盐类对水泥-水体系凝聚过程的影响,甚至胶体粒子有时会由于某种电解质的加入而改变电泳方向，即 电势改变符号。此时，进入紧密层的反号离子电荷除中和固体表面的电荷外还有剩余。 电势改变符号是由于胶体粒子表面对某种反号离子具有很强的吸附能力，从而吸附了过多的反号离子。,20,双电层结构除了受到电解质离子溶度的影响之外，高价离子还能通过离子交换和吸附作用来影响双电层结构。,电解质盐类对水泥-水体系凝聚过程的影响,离子交换作用 胶团外界的高价离子可以进入胶团的扩散层甚至紧密层中，同时又按等当量的原则，交换出低价离子，这样，双电层中反号

8、离子电荷总量虽无变化，但离子数目却减少了，这就意味着扩散层减薄，所以动电电位的绝对值随之降低，水泥-水体系的凝聚作用增强；与此相反，如果是交换离子（低价离子）的解离度大于高价离子，则交换后从吸附层进入扩散层，使吸附层离子减少，扩散层离子增多，扩散层增厚，动电电位绝对值提高，分散作用增强,21,电解质盐类对水泥-水体系凝聚过程的影响,吸附作用 胶粒对高价的反号离子表现出强烈的吸附作用，甚至能把它们吸引到吸附层中而只交换出少量的低价反号离子，这打破了电量相等的平衡关系，使动电电位显著下降，扩散层急剧被压缩；当高价离子能和胶粒上的定位离子生成较难电离或难溶解的物质时，特别是溶液中存在着高价的多核络离

9、子或分子量较大的有机离子时，这种吸附作用尤为明显。,22,电解质盐类对水泥-水体系凝聚过程的影响,电解质阳离子的交换能力与离子的电负性大小、离子半径及离子总数（浓度）而变化；相同浓度下，高价阳离子能够交换出低价阳离子；浓度不同时，低价阳离子在高浓度下也能交换出高价离子；离子的解离度和交换能力相反，价数越小，解离度越高；一般阳离子对水泥-水体系的凝聚和稀释能力顺序为： Al3+ Ba2+ Sr2+ Ca2+ Mg2+ K+ Na+ Li+ 凝聚作用 减弱 稀释作用 增强,23,难溶电解质的溶度积规则,难溶电解质的溶度积规则 1、 Q Ksp，平衡状态 2 、 Q Ksp，析出沉淀 3 、 Q K

10、sp，沉淀溶解 Q：离子积，是指在一定温度下，难溶电解质 任意状态时，溶液中离子浓度幂的乘积；Ksp：溶度积，是指难溶电解质溶解达到平衡的时候，溶液中离子浓度幂的乘积。,24,影响溶解性能的几个主要因素,难溶电解质的溶度积规则,非同名离子效应增大溶解度：离子之间互相干扰，使水泥已经溶解的离子活动受限，实际有效浓度降低，增大水泥的实际溶解度；同名离子效应减小溶解度：加入相同类型的离子，使有关离子浓度加大，溶解度降低；复盐或络盐效应：其组成比较复杂，溶解度相较简单盐类小，因而可以加速水泥的凝结过程；晶种效应：水化反应中析晶阶段可能处于过饱和状态，如果加入少量微细的物质时，结晶过程就可以在这些小晶种

11、上进行。,25,速凝剂,一、速凝剂的种类和作用机理 1.速凝剂的种类 2.速凝剂的作用机理 3.速凝剂作用效果的影响因素二、速凝剂对混凝土性能的影响,26,速凝剂的种类,27,速凝剂的作用机理,与石膏反应，从而破坏石膏的缓凝作用；早期形成钙矾石而促进凝结，但过早的形成结晶网络结构，在一定程度上会阻碍水泥颗粒的进一步水化；生成促凝和早强组分；水化放热，体系温度升高，促进水化反应和强度的发展；钙矾石的形成使氢氧化钙的浓度降低，促进硅酸三钙的水解，促进水化；生成其他的胶凝组分；,28,速凝剂作用效果的影响因素,掺量：一般，掺量增加，速凝效果增加，但对后期强度影响较大，所以应该综合考虑来确定最佳掺量；

12、温度：温度对促凝效果的影响很大，一般随着温度的升高，掺量应适当较少；反之，则应该增加；搅拌时间及预水化：初凝之后继续搅拌会影响砂浆的性能；由于砂石含有一定的水分，速凝剂在喷出前遇水会发生预水化作用，影响凝结时间和强度；贮存条件：速凝剂在潮湿环境中存放时速凝效果显著降低；水泥的品种与质量：硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥；,29,速凝剂作用效果的影响因素,拌合物水灰比：水泥品种和速凝剂掺量一定的时候，一般水灰比越大，速凝效果越差，且对终凝时间的影响远大于初凝时间；喷射工艺：喷射机械的种类、速凝剂添加装置的位置、压送管的长度、喷射速度等有关。,30,速凝剂对混凝土性能的影响,强度：加速了C4

13、AF的水化，析出的水化铁酸钙胶体，包裹住了C3S，阻碍了C3S的后期水化，后期强度降低；收缩值：喷射混凝土水泥用量大，砂率大，对体积稳定性起良好作用的粗骨料少，收缩值较大；抗渗性：收缩值较大，容易开裂，另外物料和水的混合时间短，水泥浆体和细骨料的胶结变差，孔隙率增大，抗渗性降低；抗冻性：速凝剂本身虽不引气，但是施工中会使一部分空气流带入混凝土中，起到引气的效果，抗冻性能良好；碱骨料反应：速凝剂大多是强碱性的，容易加剧碱骨料反应。,31,早强剂,一、早强剂的种类和作用机理 1.早强剂的分类 2.早强剂的作用机理二、早强剂对混凝土性能的影响 1.对新拌混凝土性能的影响 2.对硬化混凝土性能的影响,

14、32,早强剂的分类,早强剂可分成无机盐类、有机物类、复合型早强剂3大类。无机盐类主要有氯化物、硫酸盐、硝酸盐及亚硝酸盐、碳酸盐等。无机早强剂是目前用量最大的早强剂原料。常用的有氯化钙、硫酸钠和硫代硫酸钠。有机物类主要是指三乙醇胺、三异丙醇胺、甲酸、乙二醇等。以三乙醇胺应用最多。复合型早强剂 可以使无机材料和无机材料的复合，也可以是有机材料与无机材料的复合或有机材料与有机材料的复合。,33,氯化物类氯化钙 CaCI2属强电介质，溶于水中将完全离解成离子。 大量钙离子、氯离子的存在，由于盐效应的影响，能使熟料矿物的溶解度增大，溶解过程加快因同离子效应，使某些水化产物溶度积变小，利于沉淀析出和晶核生

15、成与成长。 钙离子、氯离子还可与某些矿物和水化物生成复盐，如形成水化氯铝酸钙和水化氧氯化钙，这些固体的复盐，可增大水泥浆中的固相比例，有助于浆体硬化。,早强剂的作用机理,34,早强剂的作用机理,氯化钙 掺CaCI2混凝土的泌水性减少，抗渗性有所提高，但其 收缩值有所增大，特别是早期收缩值。氯化钙使混凝土的收缩明显增大。掺量0.5%收缩约增加50%，掺2.5%达到115%，掺3%增加至165%。 掺CaCI2的混凝土抗硫酸盐侵蚀性及抗冻性有所降低碱-集料反应也有加剧的趋势。 虽然CaCI2是早强效果很好的早强剂，但它会加剧钢筋锈蚀。可以与阻锈剂复合使用。,35,早强剂的作用机理,氯化钠 与氯化钙

16、的作用相似，但浓度增加时，能使混凝土强度降低，并对钢筋锈蚀加剧。在钢筋混凝土中使用必须按规定复合组锈剂。也是一种很好的降低冰点的防冻材料。 价格便宜、来源广泛。在掺量相同时，氯化钠降低冰点作用优于氯化钙，几乎是所用降低冰点材料中效果最好的一种。 氯化钠一般不单独用作早强剂，多用于防冻剂中的防冻组分。 与钠同一族的碱金属盐类氯化物随着阳离子半径的增加，对水泥的促凝早强作用增大。,36,早强剂的作用机理,氯化铁,具有早强、密实、保水及降低冰点的作用，略有促凝性。在掺量不超过2%时具有早强作用，在掺量大于3%时多用作防水剂。 缺点为含氯盐对钢筋有锈蚀作用。但掺量较小时无明显的锈蚀作用。较少单独用作早

17、强剂，多复合其他外加剂用于要求早强、防水、防冻等要求的混凝土中。,37,早强剂的作用机理,硫酸盐类硫酸钠 硫酸钠又名元明粉、无水芒硝，其天然矿物称为芒硝，白色晶体，很容易风化失水变成白色粉末即元明粉。硫酸钠资源丰富，价格较低廉。,38,早强剂的作用机理,硫酸钠,硫酸钠很容易溶解于水，在水泥硬化时，与水泥水化时产生的氢氧化钙发生反应： 反应中生成的石膏具有更高的分散性，有助于水化硫铝酸钙的迅速生成，加快了水泥的硬化。 由于碱性提高，提供了碱骨料反应的条件，因此需禁用有活性SiO2的骨料。一般用量为0.52%，过多不利于后期强度提高和耐久性。,39,早强剂的作用机理,硫酸钙 白色晶体或粉末。含2分

18、子结晶水的称石膏。 在水泥成产中已做为调凝剂使用，一般掺量在3%，作为调节凝结时间而混磨与水泥中。当混凝土中再掺入硫酸钙时则有明显的早强作用。由于硫酸钙与水泥中的铝酸三钙反应，迅速形成大量的硫铝酸钙，很快结晶并形成晶核，促进了水泥其他成分的结晶、生长。 硫酸钙在混凝土中的最佳掺量随水泥中铝酸三钙与铁铝酸四钙含量而变化，掺量不可过大，否则会降低后其强度，甚至发生膨胀裂缝。,40,早强剂的作用机理,硫酸钙晶体,石膏,41,早强剂的作用机理,硫酸钾 硫酸钾的促硬早强效果与CaCI2相当，但其收缩率远比CaCI2 低，对钢筋也无锈蚀作用。 虽然混凝土早期强度随硫酸钾的掺量增大而提高，但是28天强度随掺

19、量的增大而降低，这和硫酸钠是相似的，常用的掺量是0.5%3%，最佳掺量为2%。,42,硝酸盐及亚硝酸盐类 不仅能作为混凝土的早强剂组分，而且可以作为混凝土防冻剂组分使用。 亚硝酸钠的掺入还可以防止混凝土内部钢筋的锈蚀，其原因是可以促使钢筋表面形成致密的保护膜。所以氯盐早强剂或氯盐防冻剂中常复合有亚硝酸钠组分。 亚硝酸钙和硝酸钙往往组合使用，他们能促进低温、负温下的水泥水化反应，加速混凝土的硬化，并提高混凝土的密实性、抗渗性和耐久性。,早强剂的作用机理,43,早强剂的作用机理,碳酸盐类 碳酸钠、碳酸钾、碳酸锂均可作为混凝土的早强剂及促凝剂。在冬季施工中使用具有明显加快混凝土凝结时间及提高混凝土负

20、温强度增长率。并且碳酸盐由于能改变混凝土内部孔结构的分布、减小混凝土总空隙率而使混凝土在掺入碳酸盐后抗渗性能有所提高。碳酸盐也属于原料来源广而且价格较低的原料。碳酸钠和碳酸钾在低掺量时具有延缓水泥的凝结，但在掺量较高（1%）时能加速凝结。,44,早强剂的作用机理,有机早强剂类 最常用的有机化合物早强剂为三乙醇胺（TEA）。是一种表面活性剂，掺入水泥棍凝土中，在水泥水化过程中起催化剂的作用，它能够加速C3A的水化和钙矾石的形成。三乙醇胺常与氯盐早强剂复合使用，早强效果更佳。 乙醇胺有三个异构体：一乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺。三者在室温下均为无色透明黏稠液体，冷时变成白色结晶固体，有轻微氨臭味。有

21、吸潮性和强碱性，能与水、甲醇及丙酮混溶。可作为促凝剂和防水剂使用。,45,早强剂的作用机理,三 乙 醇 胺 (TEA),分子式： C 6 H 15 O 3 N ；相对分子量： 149.19 ；含量： 8598% ；色泽：棕褐色。,46,早强剂的作用机理,复合早强剂类 无机材料与无机材料的复合，也可以是有机材料与无机材料的复合或有机材料与有机材料的复合。如：既能较好地提高混凝土的早期强度，又对混凝土后期强度发展带来好处；既具有一定减水作用，又能大幅度加速混凝土早期强度发展；既能起到良好的早强效果，又能避免有些早强组分引起混凝土内部钢筋锈蚀等。,47,早强剂对混凝土性能的影响,对新拌混凝土性能的影

22、响,一般认为，无机盐及有机早强剂略有减水作用，对混凝土拌合物的粘聚性有所改善；掺入早强剂的混凝土其凝结时间稍有提前或无明显变化；早强剂本身无引气性，但使用较为普遍的木钙和早强剂复合的早强减水剂可使混凝土的含气量提高到3%-4%。而早强剂与高效减水剂复合一般不会增加混凝土含气量。,48,早强剂对混凝土性能的影响,对硬化混凝土性能的影响,强度：早强剂对混凝土的早期强度有十分明显的提高，后期强度有的提高 ，有的降低；相同的掺量下，单组份早强剂混凝土强度的提高低于复掺的混凝土；可以通过使用早强减水剂来弥补早强剂后期强度的不足；收缩性能：掺入无机盐类早强剂，由于促进了早期的水化，混凝土的体积要比不加的略

23、有增大，而后期的收缩与徐变也会有所增加。这主要是因为早强剂对早期水化的促进作用，使水泥浆体在初期有较大的水化物表面积，产生一定的膨胀作用，使整个混凝土体积略有增加；,49,早强剂对混凝土性能的影响,对硬化混凝土性能的影响,耐久性：氯化物中含有一定量的氯离子，会加速混凝土中钢筋锈蚀作用从而影响混凝土的耐久性。盐类中凡含有钾离子、钠离子的都可能导致碱-集料反应；导电性能：由于这些无机早强剂均属强电解质，在潮湿的环境中容易导电，因此在电解车间、电气化运输设施的钢筋混凝土，如果绝缘条件不好的话，极易受到直流电的作用而发生电化学腐蚀；盐析现象：溶解度较大的早强剂在掺量较大、早期养护不好的情况下，因水分蒸发会在混凝土的表面产生盐析现象，即“泛白”、“起霜”，影响美观及混凝土与装饰层的粘结。,