凝結是新拌混凝土的重要性能之一

吳慶嘉（工程師，江蘇高郵市強力混凝土有限公司）

凝結的程度可用于確定混凝土是否易于澆筑及何時可以承受載荷等。混凝土的凝結受水泥、外加劑等多方面因素的影響，即使水泥品種和強度等級相同，采用不同廠家的水泥生產的混凝土，其凝結時間也有顯著的不同。新拌混凝土的異常凝結中，速凝與假凝由水泥性能引起的居多，雖然也有摻用外加劑、早強劑、防凍劑等產生速凝現象。緩凝的出現與外加劑、水泥、摻合料及骨料等有關，主要為外加劑摻量過量與疊加因素影響引起等。

新拌混凝土的凝結

GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》以貫入阻力3.5MPa 和28MPa 為混凝土的初凝與終凝時間。這時對應的混凝土的抗壓強度約為0.7MPa。混凝土的砂漿穿透阻力在3.5MPa 時，這一條件被定義為振動極限，即新拌混凝土已有一定的凝結，并可阻止振動條件下運動。從混凝土加水攪拌至對應砂漿的穿透阻力3.5MPa 時，在混凝土上面進行新拌混凝土的澆筑一般認為是不能再產生單一混凝土結構，即混凝土之間可能會產生冷接合面。所以施工中分層澆筑時應防止下層的混凝土到達初凝時間。

新拌混凝土的凝結時間是各種材料性能及配合比在一定條件下共同決定的，雖然混凝土的凝結時間與水泥凝結時間很難找到線性關系，但水泥的凝結性能與混凝土的凝結有著很大關系。在其他條件基本相同的情況下，某一膠材性能、用量變化，包括膠材與外加劑的適應性均會產生影響。由于水泥品種、水泥用量、水泥細度、礦物摻合料及品種能引起凝結時間不同。如水泥細度由320m2/kg 增至550m2/kg,混凝土的初凝和終凝時間分別縮短了1h20min 和1h40min;當水泥用量由210kg/m3增至328kg/m3,混凝土的初凝和終凝時間分別縮短1h10min 和1h40min;水灰比的變化，外加劑的用量、環境溫度變化均會延長或縮短混凝土凝結時間。

速凝與假凝

新拌混凝土出現速凝與假凝應與水泥有關，水泥的正常凝結是由C3S 的水化而產生的。不正常的凝結可追溯到包括鋁酸鹽（C3A 和C4AF)和硫酸鹽（硫酸鈣和硫酸堿）的化學反應。當硫酸鹽含量不足會導致大量AFm 相的形成，故產生速凝；水泥熟料中C3A 的含量或多或少些，實際上并不很重要，重要的是C3A 的活性和硫酸鹽的溶解度。而過多的硫酸鹽溶入液相中，則會結晶為二次石膏，導致假凝產生。

水泥生產中有個石膏摻量與品種問題，在石膏量不足狀態下，幾分鐘內石膏的飽和度下降，Ca(OH)2變為過飽和。由于AFt 相的形成，硫酸根離子和鈣離子的濃度會迅速下降，堿金屬離子需要更多的氫氧根離子來平衡，液相pH 值迅速增加，并且產生氫氧化鈣的沉淀。混凝土的速凝由此產生，可能就與水泥性能有關。速凝的漿體是不能通過攪拌有效地分散，繼續將其振搗或強制分散，對混凝土有很大的危害。

由于水泥粉磨時，會產生較高的溫度，使石膏部分脫水產生半水石膏。半水石膏具有較高的溶解度，并且會使溶液中硫酸鈣有過飽和濃度。這種水泥攪拌數分鐘后產生“硬化”，呈現一瞬間凝結狀態，但之后又會表現為正常凝結，被視為假凝。使用這類假凝現象的水泥會造成混凝土流動性損失，從而增大單位用水量，降低混凝土強度易于出現裂縫等現象。

緩凝

混凝土生產中會遇到工地澆筑的混凝土24 小時還未全部凝結，隨著時間的推移混凝土表現為全部凝結。

這些狀況的產生部分是外加劑摻量引起的，過量的含有緩凝組分的外加劑控制著C3A 與C3S 的水化，嚴重時可使混凝土數日后才凝結。對水泥而言主要是生產中較多二水石膏的加入遇到活性并不高的C3A 和C3S 及相當量混合材摻入，有助于緩凝外加劑的作用效果。

混凝土緩凝的出現，也有水泥、外加劑、摻合料、粗細骨料質量、水灰比、環境條件等多方面因素疊加影響 。當多方因素同時存在，混凝土有可能出現緩凝。有些混凝土表面已開始凝結，而表層下還具塑性狀態，表面水分已被吹干或蒸發，而內層水并未遷移到表層，人踏上去即陷下去。分析原因就是水泥性能、外加劑摻量與緩凝作用、水灰比大、摻合料多、砂中含泥與碎石含泥或含石粉超標的綜合因素影響。還應注意混凝土使用的砂與碎石含泥嚴重超量時，混凝土用水量大，雖然顯示混合料粘聚性好，不泌水，但混凝土不易凝結，細顆粒泥粉能有效阻止水泥水化反應，尤其在氣溫較低的情況下，混凝土的凝結與強度將受到嚴重影響。

秦鴻根（教授，東南大學材料科學與工程學院）

混凝土假凝

混凝土假凝是指混凝土拌合物出攪拌機后5 ～10min 便失去流動性、表現出凝結的特點，且沒有明顯的溫度上升現象。此時再經過劇烈攪拌，仍可恢復塑性，用于澆筑。

混凝土出現假凝現象的原因主要有：（1）水泥熟料與二水石膏在磨制過程中，因溫度控制原因致使二水石膏脫水生成半水石膏或無水石膏；（2）水泥中含有無水石膏等作為調凝組分，與外加劑匹配時有可能導致相容性較差；（3）水泥中的堿式碳酸鹽能與水泥水化產物Ca(OH)2反應，沉淀出CaCO3，使混凝土表現出假凝現象。混凝土假凝若正確處理一般不會對強度產生不利影響，但卻給施工操作帶來困難。若處理不當會造成混凝土出現冷縫，影響工程質量。

防治措施：（1）選擇質量較好，且性能穩定的水泥；（2）混凝土生產時水泥溫度不宜太高：（3）混凝土生產前檢驗外加劑與膠凝材料的適應性；（4）根據水泥、礦物摻合料的性能調配外加劑；（5）與水泥廠家和外加劑廠家共同商定合作調整方案。

混凝土速凝

混凝土速凝是指混凝土凝結迅速，出現“整體抱團”的現象，并在大量放熱的情況下很快凝結。混凝土產生速凝的原因：（1）用硬石膏、磷石膏、氟石膏、天然半水石膏等作水泥調凝劑；（2）水泥熟料與二水石膏在磨制過程中二水石膏脫水生成半水石膏或無水石膏；（3）水泥中含有慢冷熟料或者過燒熟料；（4）水泥中C3A 含量過高；（5）某些摻合料也會引起混凝土速凝，如含有氟鋁酸鈣的還原鋼渣；（6）外加劑與水泥不匹配等。混凝土速凝可能會導致混凝土在泵送過程中堵管、甚至爆管。影響混凝土的連續澆筑，有時還會造成人員傷亡，引起嚴重的工程事故.

防治措施：（1）選擇C3A 含量、堿含量低，未使用硬石膏等作為調凝劑的水泥；（2）根據水泥的特性（SO3含量等）調整外加劑；（3）早強劑用量應在合理的范圍內，如三乙醇胺用量不宜超過水泥用量的0.06%；（4）控制混凝土的出機溫度；（5）慎用糖鈣、多羥基碳水化合物、羥基羧酸類有機物等外加劑。

混凝土緩凝

混凝土緩凝是指延緩混凝土凝結時間。由于水泥混凝土的水化是放熱反應，水化過程中會產生一定的水化熱，合理地利用水化熱可提高混凝土的早期強度，但過大的水化熱會造成混凝土內外溫差過大從而引發溫度裂縫，降低混凝土的力學性能和耐久性。因此有必要摻入緩凝劑來調節混凝土的凝結時間和水泥的水化放熱速率。如在水泥生產時摻入二水石膏來防止水泥的快凝，在大體積混凝土中采用摻入混凝土緩凝劑來延緩放熱速率，摻入粉煤灰等礦物摻合料取代部分水泥以減小混凝土水化放熱，采用預埋鋼管通冷卻水來減小混凝土內部溫度等技術措施來防止混凝土出現溫度裂縫。

實際工程中希望混凝土具有正常的凝結時間，但有時在原材料的選用、混凝土生產過程中的管理不善、控制不當會造成混凝土過度緩凝或不凝的情況，如緩凝劑超摻、用水量過大、粉煤灰摻量過大、砂石有機質含量和泥含量過大等都會使得混凝土產生不同程度過度的緩凝，造成工程事故，這些都是在施工中必須避免的，工程中要高度重視、加強施工管理和質量控制。