商品混凝土異常凝結原因分析及處理辦法

耿加會，孫玉芹

（1. 河南舞陽縣惠達公路工程有限公司，河南 舞陽 462400；2. 廣饒縣建設工程質量監督站，廣饒 257300）

0 事故概況

2013 年 8 月 21 日下午 16 時開始對，我公司某工地五層結構梁、板、柱進行混凝土澆筑。澆筑混凝土速度大約一小時 10 方左右。8 月 22 日 9:00 左右工地施工人員反應本次澆筑的最后兩車混凝土沒有凝結，發生緩凝現象。于是我公司派實驗室人員到現場查看情況，未凝結的部位為五層結構板面的最后澆筑部分，從生產記錄來看該部分混凝土出廠記錄分別為 2013 年 8 月 22 日 0:13 分 66 號車 12 方及 01:02 分 ，11 號車， 4 方，共計 16 方。我公司人員與施工單位協商：加強未凝結部分混凝土的養護工作，對其進行覆蓋。

1 混凝土原材料情況

水泥：河南寶豐大地集團“大地”牌 P·O42.5，28d 強度48.3MPa，初凝時間 223min，終凝 284min；

粉煤灰：姚孟電廠Ⅰ級粉煤灰，需水量比 94%；

砂：泌陽河砂，細度模數 2.9，含泥量 2.1%；

碎石：舞鋼 5～31.5mm 連續級配碎石；

減水劑：FDN 高效緩凝減水劑，減水率 22%，摻量2.0%，固含量 38%。

該工程部位配合比如表1 所示。

表1 工程部位配合比 kg/m3

商品混凝土加水攪拌后，由于水泥的水化，漿體逐漸失去流動性和可塑性，這一過程稱為混凝土的凝結。GB/T50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》按照美國材料標準（ASTMC403）提出的貫入阻力試驗來確定混凝土的凝結時間。若貫入阻力達到 3.5MPa 和 28MPa，則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，以便有足夠的時間完成商品混凝土的攪拌、運輸、澆筑和振搗、抹面收光、養護；但混凝土凝結時間也不宜過長，以便下一道工序的施工。商品混凝土在運輸、施工的過程中影響澆筑的因素太多，一般應將混凝土的初凝時間控制到6～10h，終凝時間控制在 10～14h，來滿足混凝土工程施工的需要。

超緩凝混凝土是指在正常的條件下，通過添加緩凝劑使混凝土凝結時間超過 24 小時的混凝土。商品混凝土在生產過程中，由于材料性能變化或環境溫度的突變以及操作失誤，有時會出現 24～36 小時甚至 72 小時不凝結現象。

2 混凝土凝結時間影響因素

2.1 水膠比對混凝土凝結時間的影響

在試驗條件相同的情況下，混凝土的凝結時間與水泥的凝結時間有很好的相關性，王善拔等[1]試驗研究認為：如測定水泥凝結時間通常水灰比是在 0.24～0.27 ，強度等級為 C30的混凝土水膠比一般為 0.46～0.50，兩者的水膠比相差一倍，凝結時間也相差一倍。姜曉妮等[2]試驗研究認為：混凝土的凝結時間隨著水灰比的增加而增加，水灰比每增加 0.08，混凝土的初凝時間增加 24.4%，終凝時間增加 19.7%。混凝土的水膠比大，水泥顆粒之間的距離大，必須產生較多的水化產物才能使水泥顆粒相互搭接連生。另外，水化產物會在水泥顆粒表面形成一層薄膜，妨礙水與未水化水泥的接觸，水分子向水泥顆粒內部擴散必須通過這一層薄膜，從而水泥水化受擴散控制，水化速度減慢，因此，水灰比大時水泥顆粒之間的水化產物搭接連生更困難，凝結變得較緩，凝結時間更長。此外，在水泥凈漿中，兩個水泥顆粒之間的空間分別由兩個水泥顆粒產生的水化產物搭接，而在水泥砂漿中，一個水泥顆粒與一個砂子之間的空間完全由水泥顆粒所產生的水化產物來填充，因為砂子不產生任何水化產物。因此，混凝土的凝結時間要比水泥的長得多。

2.2 礦物摻合料對混凝土凝結時間的影響

混凝土的凝結時間主要依靠水泥的凝結來完成拌合物的硬化成型的，水泥熟料的 4 大主要礦物成分為 C3S、C2S、C3A、C4AF，這 4 種礦物成分的水化速率為 C3A＞C4AF＞C3S＞C2S[3]。商品混凝土主要使用的礦物摻合料有粉煤灰和礦粉兩種，粉煤灰的主要化學成分 SiO2、Al2O3、Fe2O3，這 3 種氧化物的含量合計占總量的 70% 以上；礦渣粉的主要化學成分CaO、SiO2、Al2O3，這 3 種氧化物含量達 90% 以上。這些礦物摻合料的化學組分能與水泥的水化產物 Ca(OH)2進行二次反應，提高混凝土的后期強度和混凝土密實性，但在混凝土水化初期基本不參與水化反應。因此，礦物摻合料的膠凝體系中 C3A 和 C4AF 等的含量相對純水泥膠凝材料有所降低，就減緩了 C3A 和 C4AF 的水化速度，混凝土的凝結時間隨著礦物摻合料摻量的增加而延長。

2.3 外加劑對混凝土凝結時間的影響

商品混凝土普遍使用高效減水劑或高性能減水劑。摻入減水劑后對水泥水化初期的影響：一方面減水劑吸附在水泥顆粒表面；一方面在水泥水化的堿性介質中，減水劑分子鏈的活性基團（如—COO-、—SO32-）與水泥生成的離子（如鈣離子等）產生不穩定的絡合物，延緩水泥水化的進行。其摻量越高對水化抑制作用時間越長，因此，宏觀上表現為混凝土的凝結時間隨摻量的增加而延長。

混凝土緩凝劑是一種能延遲水泥水化反應，從而延長混凝土凝結時間的外加劑。一般來講緩凝劑有表面活性，它們在固、液面產生吸附，改變固體顆粒的表面性質，或者通過其分子中親水基團吸附大量水分子形成水膜層，阻礙水化過程，起到緩凝效果。緩凝劑摻量越大緩凝效果越明顯。有關實驗表明，葡萄糖酸鈉摻量在萬分之二到萬分之八的范圍內，摻量每提高萬分之二，水泥凝結時間延長 100min 左右。

對于泵送的商品混凝土或者在夏季高溫環境下施工的混凝土，采用緩凝劑和高效減水劑復合使用的方法，延長混凝土凝結時間，減少坍落度損失，是保障混凝土正常施工的有效方法。

2.4 環境溫度、濕度對混凝土凝結時間的影響

環境溫度對水泥的水化速度影響很大，溫度高水泥的水化速度快，溫度低水泥水化速度緩慢，當溫度接近 0℃，水泥基本停止水化。空氣中濕度的變化也影響混凝土凝結時間，濕度大凝結時間長，濕度小凝結時間短。

2.5 本案例混凝土凝結時間估算

在假定外界溫度與實驗室相同的條件下，我們可以大概估算該案例混凝土的凝結時間。水泥（T1）的初凝時間 223min，終凝 284min，測定出水泥凝結時間的水膠比為 0.26；而混凝土配合比的水膠比為 0.45；粉煤灰摻量為 25%；外加劑摻量為 2%，緩凝成分占外加劑總量的2%，即緩凝成分為膠凝材料摻量的萬分之四，可以延長近200min左右。該配合比凝結時間（T0）可以粗略估算：T0＝(T1×0.45/0.26)×25%＋200。通過簡略估算我們該配合比初凝在 6～10 小時，終凝時間在 10～14 小時。

3 本案例混凝土時間延長的處理方案

本次混凝土施工發生在八月下旬，正直秋季，當地氣溫晝夜溫差大，中午氣溫 30℃ 左右，夜間氣溫只有 15℃ 左右。白天溫度高，空氣干燥，混凝土凝結時間短，為保證正常施工的進行，外加劑用量大；而夜晚溫度低、空氣濕度相對大，用相同用量的外加劑，混凝土凝結時間長，這是造成本次最后兩車混凝土凝結時間延長的主要原因。

觀察發現下午澆筑的混凝土全部終凝，夜間澆筑的混凝土板面尚未初凝。為了防止混凝土結構發生次生事故。夜間澆筑的混凝土到上午 10 時沒有凝結，此時，氣溫上升到 24℃左右，氣溫仍然處于上升階段。隨著溫度的升高，水分蒸發量也隨之增大，如果不采取保水措施，混凝土一方面容易產生塑性收縮裂縫，另一方面混凝土表面氣溫高，蒸發量大，表面凝結速度比內部快，易形成表面凝結，內部沒有凝結的橡皮泥現象。與施工單位協商對緩凝的混凝土進行覆蓋養護，讓施工人員注意觀察混凝土凝結情況，接近初凝（手指按壓混凝土，可以按出 1～2mm 小坑，不粘手為初凝）開始抹面，直至終凝（按壓混凝土表面不能按壓下去為終凝）這段時間，應注意觀察混凝土表面情況，并根據需要再進行一次或一次以上的收光，防止塑性收縮裂縫的發生。

經過觀察該部位混凝土于下午 14 時全部終凝，凝結時間共計 15 個小時，混凝土凝結時間比其他部位延長 5 個小時左右。由于及時采取了覆蓋養護的措施，保障混凝土表面水分不流失，沒有產生塑性收縮裂縫。 混凝土凝結時間在 15小時左右，沒有超過 24 小時，應屬于意外緩凝，對混凝土后期強度不會產生不利影響。28d 后經施工方、監理單位、商混企業三方協商，讓當地質監站作為第三方進行質量檢測。經質監站試驗人員回彈試驗檢測，該測區混凝土強度為 37.7 MPa，同批澆筑的其它兩個測區混凝土強度為 38.2 MPa、37.9MPa。

4 結論

（1）商品混凝土為滿足攪拌、運輸、泵送、澆筑等工藝的要求，應將混凝土初凝時間控制在 6～10 小時，終凝時間控制在 10～14 小時。

（2）春、秋季節及氣溫突然變化時，應及時調整混凝土配合比及外加劑摻量。春秋季節晝夜溫差大，中午最高氣溫與晚上最低氣溫可以相差 15℃ 左右。上午生產的混凝土可以適量加大外加劑的用量，減低混凝土坍落度損失，保障混凝土施工。下午四點后，溫度開始降低，混凝土坍落度經時損失減小，應降低外加劑摻量，從而減低外加劑中緩凝成分的用量，防止混凝土出現混凝土想象。

（3）當出現混凝土凝結時間過長的現象時，應及時對混凝土進行養護，防止混凝土發生因緩凝引起的次生危害，通過及時的養護、施工，一般不會對混凝土后期強度產生不利的影響。

本案例雖然沒有造成質量事故，但也影響了工程進度，如果不及時采取措施，可能會導致混凝土產生裂縫的現象。因此我們在商品混凝土生產過程中，應嚴格控制各種原材料的質量，根據生產實際及時調整混凝土配合比，保障混凝土質量。

[1] 王善拔，賈懷鋒.水泥和緩凝劑對混凝土凝結時間的影響[J].水泥，2003(8):1-5.

[2] 姜曉妮，孫長勇，高桂波.配合比參數對混凝土凝結時間的影響[J].低溫建筑技術 ，2009(7):16-17.

[3] 張承志.商品混凝土[M].北京：化學出版社，2010.