超緩凝混凝土的試驗研究及案例分析

宋笑

（長沙中煌混凝土有限公司，湖南 長沙 410118）

1 概述

超緩凝混凝土，在正常情況下，通過添加緩凝劑使混凝土凝結時間超過24h 的混凝土。超緩凝混凝土出現的兩種情況：一是正常超緩凝混凝土，即在可控情況下人為延長凝結時間：如咬合樁的施工，咬合樁是一種新的取代部分地下連續墻的施工工藝，凝結時間通常在60～80h，且72h 內強度不大于3MPa；同時在大體積混凝土施工中，為降低水化熱和延緩放熱峰值，緩凝時間也常延長到40～50h；二是異常超緩凝混凝土，在商品混凝土生產中，由于材料性能的變化或環境溫度急變以及操作失誤，有時出現1d、2d 甚至3d 不凝結的現象，為探究這種超緩凝現象對混凝土性能的影響，通過人為的加大緩凝劑摻量，延長混凝土的凝結時間，來探究混凝土的性能變化及危害程度。

2 混凝土的凝結時間定義及表觀控制指標

2.1 混凝土的凝結時間

水泥混凝土加水后，由于水泥的水化，隨著時間的推移，漿體逐漸失去流動性、可塑性，這一過程稱為混凝土的凝結。我國標準《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》GB/T50080-2002 按照美國材料試驗標準(ASTMC403)提出的貫入阻力試驗來確定混凝土的凝結時間。若貫入阻力達3.5MPa 和28MPa 分別表示混凝土的初凝和終凝。混凝土的初凝時間不能過快，以便施工時有足夠的時間來完成混凝土的攪拌、運輸、澆搗和抹面等操作，混凝土的終凝也不能過遲，以便混凝土能夠盡快硬化，達到一定的強度，以利于下道工序的進行。

水泥混凝土凝結時可能產生的異常凝結現象主要為：假凝、瞬凝、超時緩凝等。假凝其特征是水泥和水接觸后幾分鐘內就發生凝固，但沒有明顯的溫度上升現象，水化反應不明顯，重新拌和，仍可以恢復塑性，澆筑后能以正常形式凝結；瞬凝其特征是水泥和水接觸后漿體很快失去塑性，拌合物板結成一團，即使重新拌和也難以完全恢復塑性，此時，拌合物發熱，水化反應急劇；超時緩凝的特征是拌合物在較長時間內處于休眠狀態，水化反應進展緩慢，很長時間內拌合物都處于可塑狀態，混凝土的凝結時間嚴重超過設計或預計的凝結時間。在水泥混凝土施工過程中，如果產生異常凝結，將對工程質量造成嚴重的危害。

2.2 混凝土凝結時間的表觀控制指標

施工現場混凝土凝結時間表觀控制指標。初凝時間：混凝土收水，失去流動性，用手按有手印但不沾手；終凝時間：混凝土變色，用手按無手印，有力學強度。一般情況下，低溫天氣凝結時間約為10～14h，高溫天氣凝結時間約為6～10h。

3 不同緩凝時間試驗

3.1 正常超緩凝混凝土試驗

長沙某地鐵項目地下連續墻施工中采用咬合樁混凝土新工藝取代部分連續墻體，鉆孔咬合樁施工工藝是用套管鉆孔施工咬合樁，要求后施工的樁在成孔時要切割兩側相鄰的先施工樁的部分樁身混凝土，以達到相鄰樁相互咬合的目的。關鍵技術是先施工樁的樁身混凝土凝結時間要長，3d 強度要低，以保證能被后施工樁的鉆孔套管下沉時切割。對咬合樁混凝土的緩凝技術要求：混凝土終凝時間為60～80h，且72h 內混凝土強度≤3MPa；混凝土7d 強度不得低于70%；混凝土28d強度合格。

配合比設計與試配見表1。

外加劑為聚羧酸類泵送劑，摻量2.0%，但其中的緩凝成分型號和摻量不同，見表2。

施工季節11月份，氣溫20～25℃左右，試驗結果見表3。

試驗結論：A3、A4 滿足設計要求，可用于實際生產。

3.2 異常超緩凝混凝土試驗

表1 正常超緩凝混凝土試配 kg/m3

表2 泵送劑中的緩凝成分及摻量

隨著商品混凝土在建筑工程上的廣泛應用，商品混凝土的緩凝問題越來越受到人們的關注。商品混凝土與現澆混凝土相比，出現緩凝事故的次數相對較多，這主要是商品混凝土的特性所決定的。商品混凝土是一個過程產品，其生產過程涉及配制、裝車、（出廠）檢驗、運輸、輸送（泵送）、澆筑、振搗、抹面、養護等工序。完成所有工序需要幾個小時甚至更長時間，特別是運輸環節，受到的影響因素太多，所占用的時間不可完全估算準確，因此商品混凝土中必須加入帶緩凝成分的泵送劑，使混凝土的初凝時間延緩至6～10h，以便有足夠時間完成澆筑混凝土的各道工序。如果高溫季節施工，為抑制坍落度損失，根據不同品種水泥與外加劑的適應性，泵送劑中所加入的緩凝劑成分和摻量是相當復雜和相當多的，這個緩凝組分如控制不嚴，應用不當，或水泥品種改變或外界條件改變，往往容易出現緩凝事故。

表3 試驗結果

經對當地外加劑廠家調查了解，目前使用的緩凝成分主要是葡鈉、白糖、鋅鹽、磷酸鹽、敵銹鈉等單摻或其中幾種的組合 ，針對當地的主要水泥品種，在正常生產配合比中，通過摻加不同組分不同摻量的緩凝劑，人為的將凝結時間延長至24h、48h、72h、甚至更長時間段，來確定異常超緩凝混凝土的性能變化及其危害程度。

異常超緩凝試驗結果見表4。

3.3 結論

在超量摻入葡鈉或糖鈣緩凝劑后，當緩凝時間在48h 以內時，對混凝土強度影響不大，當緩凝時間超過3 天后，對混凝土強度影響大。

4 混凝土異常超緩凝事故原因分析及預防措施

2009年某人防工程，C30P10 地下連續墻施工，采用商品混凝土，其外加劑為萘系泵送劑，其中的緩凝成分為葡鈉+白糖（在泵送劑中的摻量為30+10kg/t），泵送劑摻量為1.8%，泵送劑中的緩凝成分摻量相當于葡鈉0.05%+ 白糖0.016%）。由于該混凝土公司當時正好有其他工地使用超緩凝混凝土，在場內儲存有一罐超緩凝劑（主要成分為萘系減水劑加葡鈉+DN+聚膦酸鹽=50+20+15kg/t），平時要求每臺攪拌車上都備有一小壺（約5kg）用于現場二次流化的泵送劑，司機在灌裝車載二次流化劑時，誤將超緩凝劑當作二次流化劑裝在了車上，現場施工時，在該車混凝土還剩下約5m3時設備出現故障，等了3h 才恢復正常，此時混凝土出廠時間達到4h 左右，坍落度損失大，現場操作人員將車載二次流化劑全部加入5m3混凝土中（相當于加入了緩凝成分總量約0.21%，此時混凝土中緩凝成分總量達到了正常情況下的5～6 倍），攪勻后打到了澆筑部位，形成面積約6～8m2的墻體，第三天拆模時發現該處混凝土不凝結，當時召集各方開了分析會，找出了事故原因，由于該部位不影響后續工序，也不承受額外的施工荷載，決定以后再進行加固處理。后續觀察發現，20 天時模板密封較好的部位，混凝土還能按出手印，模板敞開的部位，表面已凝結。35天的芯樣發現其中間部位還有夾心（濕的粒團，未完全水化的水泥顆粒），芯樣強度平均為70%左右，60 天芯樣發現，其中的夾心已完全消失，平均強度已達到設計要求，甚至個別芯樣強度還偏高。后期的觀察發現，混凝土表觀質量很差，不規則裂紋很多，這主要是由于水泥水化不均勻引起的，最后對該部位進行了加固及裂紋修補防水處理。

表4 不同型號緩凝劑及摻量對混凝土各項性能的影響

預防措施：攪拌站的車載二次流化劑應有專人監管，并制定專門的使用技術指南，內容包括：二次流化劑的緩凝成分含量控制、標識、根據氣溫及混凝土停留時間限制最高摻量、二次流化劑加入后的攪拌均勻度要求等。馮浩，朱清江. 混凝土外加劑工程應用手冊（第二版

[1] [M].北京，中國建筑工業出版社，2005）