混凝土凝結(jié)異常的原因探討

喻靜

（重慶六匯混凝土有限公司，重慶 402760）

0 前言

混凝土作為最為基礎(chǔ)和大宗的建筑結(jié)構(gòu)材料之一，在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中具有不可替代的作用，因此混凝土質(zhì)量對于建筑工程的結(jié)構(gòu)安全及服役壽命極為重要。但由于混凝土作為多相材料混合而成的人工石材，受到原材料、周圍環(huán)境條件以及施工水平等因素影響，經(jīng)常出現(xiàn)和易性不良、凝結(jié)時間異常、強(qiáng)度不足、耐久性不良等問題，已成為困擾混凝土生產(chǎn)和科技人員的難題。

水泥作為主要的膠凝材料，通過自身水化生成水化硅酸鈣、氫氧化鈣及鈣礬石等礦物相，將砂石集料膠結(jié)為牢固的整體[1]，在此過程中混凝土失去塑性并逐漸形成強(qiáng)度，因此混凝土凝結(jié)的過程伴隨水泥和輔助膠凝材料的水化進(jìn)程?；炷聊Y(jié)時間異常在實際生產(chǎn)中并不少見，具體表現(xiàn)有緩凝、速凝和假凝等[2]，對混凝土強(qiáng)度發(fā)展和施工造成負(fù)面影響，應(yīng)盡量避免。

本文對引起混凝土凝結(jié)時間異常的因素進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)措施，希望對混凝土凝結(jié)時間異常處理提供參考。

1 混凝土凝結(jié)異常表現(xiàn)

1.1 混凝土緩凝

混凝土的初凝時間保證了混凝土保持一定塑性，對于混凝土正常施工極為重要。但施工進(jìn)度又要求混凝土凝結(jié)時間不宜過長。不同的溫度和工程主體對混凝土凝結(jié)時間要求不同。一般情況下，混凝土初凝時間在 8～16h，既能滿足混凝土施工進(jìn)度又可減少內(nèi)部結(jié)構(gòu)缺陷的發(fā)生?；炷聊Y(jié)時間過長易導(dǎo)致混凝土早期強(qiáng)度降低，混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)質(zhì)量事故[3]，凝結(jié)時間過長同樣對混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不良影響，使得混凝土密實度降低、混凝土體積穩(wěn)定性和耐久性下降。張景發(fā)[4]曾分享了混凝土 3d 不凝結(jié)的案例，混凝土緩凝影響施工進(jìn)度，并給工程質(zhì)量造成較大隱患。混凝土初凝時間過長往往伴生泌水、裂紋、強(qiáng)度不足和模板移位等缺陷[5]，應(yīng)予以避免。

1.2 混凝土假凝

混凝土假凝為攪拌出機(jī)以后 5～10min 便失去流動性[2]，再次攪拌后混凝土又恢復(fù)可塑性，仍可進(jìn)行澆筑?；炷良倌F(xiàn)象往往出現(xiàn)在處于環(huán)境溫度較高、周圍風(fēng)速較大，或沒有及時覆膜養(yǎng)護(hù)的部位，混凝土短時間內(nèi)迅速失水。造成假凝的具體原因可能為：水泥中硬石膏或者磷石膏過量、攪拌出機(jī)溫度高；外加劑中緩凝組分較多使得外加劑對水泥水化的抑制作用過強(qiáng)等；同時由于機(jī)砂中絮凝劑的存在使得混凝土出現(xiàn)坍損過快的概率增加[6]。

1.3 混凝土速凝

水泥水化受自身溫度和環(huán)境溫度的影響，溫度越高，水化越快。當(dāng)原材料處于高溫或水泥凝結(jié)時間短、外加劑使用不當(dāng)、大氣環(huán)境溫度高等，都會使得混凝土出現(xiàn)速凝。當(dāng)混凝土凝結(jié)過快時，水泥水化生成的產(chǎn)物較為發(fā)散，不能形成相互交聯(lián)的整體，從而使得硬化后的混凝土空隙率增高，混凝土易出現(xiàn)蜂窩麻面等結(jié)構(gòu)缺陷。

2 引起混凝土凝結(jié)異常的主要因素

2.1 膠凝材料

水泥和活性礦物摻合料等構(gòu)成了混凝土的膠凝材料，主要起到膠結(jié)作用，也是影響混凝土凝結(jié)的主要因素。

水泥的礦物組成決定了水泥水化放熱量及反應(yīng)速率，當(dāng)水泥中的 C3A 含量較高時，水泥早期水化反應(yīng)較快，需要更多的石膏調(diào)凝，水泥熟料反應(yīng)較快，往往需要石膏作為緩凝，一般用量在 4.0%（以 SO3計）以內(nèi)，石膏的存在使得水泥水化反應(yīng)變得可控。但由于優(yōu)質(zhì)天然石膏礦產(chǎn)開采量減少，脫硫石膏和磷石膏等工業(yè)副產(chǎn)石膏成為水泥生產(chǎn)的替代品，當(dāng)硬石膏或半水石膏含量較高時就會對水泥凝結(jié)時間產(chǎn)生不良影響，造成水泥緩凝或者促凝。

水泥的細(xì)度和溫度也會影響水泥水化反應(yīng)速率，水泥越細(xì)、溫度越高，對混凝土短時間溫峰影響越大。王沖[7]等對不同細(xì)度水泥制備的混凝土的溫升研究發(fā)現(xiàn)，水泥細(xì)度對混凝土 48h 內(nèi)溫升影響較大，之后混凝土溫升值下降（見圖 1）。同時水泥細(xì)度加快水泥水化速率和水化熱短時集聚，也增加了混凝土早期開裂風(fēng)險[8]。

圖1 不同細(xì)度的水泥混凝土絕熱溫升曲線[7]

筆者通過試驗，發(fā)現(xiàn)水泥溫度超過 50℃ 時，水泥凝結(jié)時間急劇下降（圖 2），對于混凝土來講，出機(jī)后的保坍能力喪失較快，出現(xiàn)閃凝和假凝的風(fēng)險加大。

圖2 不同水泥溫度對凝結(jié)時間影響

粉煤灰和礦粉作為礦物摻合料，其礦物組成和細(xì)度同樣對混凝土凝結(jié)時間產(chǎn)生影響，粉煤灰含碳量和 SO3含量高會造成混凝土凝結(jié)異常，礦粉中若混入磷化物同樣造成混凝土超緩凝或不凝。

2.2 外加劑種類及用量

外加劑作為混凝土的第五組分，在調(diào)節(jié)混凝土工作性能和提高混凝土長期耐久性能方面具有獨特作用。混凝土生產(chǎn)常用的外加劑有減水劑、緩凝劑、引氣劑、早強(qiáng)劑、速凝劑等，實際上在用的外加劑多是復(fù)合型的，例如商品混凝土所用聚羧酸減水劑往往是由減水母液、保坍母液、引氣劑、緩凝劑以及其他功能性調(diào)節(jié)劑組成，當(dāng)前減水劑品類中，聚羧酸減水劑減水率高、可調(diào)節(jié)性強(qiáng)，但相比萘系、脂肪族等二代減水劑更為敏感，當(dāng)減水劑緩凝組分較多，或遇到原材料變化較大時摻量往往不易掌握，就會出現(xiàn)混凝土坍落度返大或者凝結(jié)時間縮短等問題，嚴(yán)重者會造成混凝土連續(xù)幾天不凝。當(dāng)外加劑中混合有三乙醇胺、硫酸鹽或者速凝組分時會造成混凝土凝結(jié)時間縮短，使用不當(dāng)時會造成混凝土過快凝結(jié)甚至速凝。

2.3 其他原材料

當(dāng)前機(jī)制砂成為主要的細(xì)集料來源，機(jī)制砂受母巖巖性影響，有研究表面機(jī)制砂中石粉對混凝土早期水化起到促進(jìn)作用[9]，機(jī)砂中石粉含量過高時導(dǎo)致混凝土坍落度損失較快，混凝土凝結(jié)時間延長（圖 3 為筆者根據(jù)試驗結(jié)果所做出的石粉取代粉煤灰比例對化學(xué)結(jié)合水生成量的影響圖）。此外，砂石含泥量使得外加劑的保坍和緩凝效果降低，混凝土凝結(jié)硬化加快，使得混凝土凝結(jié)時間縮短。

圖3 石粉取代煤灰比例對化學(xué)結(jié)合水生成量影響

2.4 生產(chǎn)管理因素

當(dāng)生產(chǎn)過程中外加劑，尤其是緩凝型的減水劑超量使用，在溫度變化較大時，混凝土易產(chǎn)生坍落度返大現(xiàn)象，嚴(yán)重者發(fā)生離析，從而出現(xiàn)超緩凝的情況。要根據(jù)工地距離及現(xiàn)場待料情況，合格控制混凝土坍落度，避免保坍時間不足或滯后返大引起混凝土凝結(jié)時間異常。

原材料錯誤使用也是引起混凝土凝結(jié)異常的原因，例如當(dāng)?shù)V物摻合料被錯誤輸送至水泥儲存罐，生產(chǎn)時又不加甄別，流向現(xiàn)場施工后就會造成混凝土不凝結(jié)，沒有強(qiáng)度，從而造成混凝土質(zhì)量事故。

2.5 現(xiàn)場施工因素

施工單位要合理安排施工進(jìn)度，和混凝土供應(yīng)企業(yè)要做好溝通，避免混凝土長時間待料。工人現(xiàn)場加水會導(dǎo)致混凝土和易性損害，混凝土強(qiáng)度發(fā)展不足，混凝土無法正常凝結(jié)。此外根據(jù)天氣原因選擇合適的養(yǎng)護(hù)工藝，夏季混凝土澆筑后覆膜，冬季溫度 5℃ 以下時要做好保溫措施。

3 混凝土凝結(jié)異常預(yù)防措施

3.1 加強(qiáng)對混凝土原材料的監(jiān)測

混凝土凝結(jié)硬化本質(zhì)上是水泥水化的過程，因此需要對影響水泥水化的各種因素及原材料進(jìn)行監(jiān)測。對水泥進(jìn)行定期抽檢，關(guān)注水泥細(xì)度及水泥溫度，剛到場的水泥要進(jìn)行陳放降溫，對于使用過程中發(fā)現(xiàn)異常的水泥，重點測試水泥凝結(jié)時間以及燒失量，還要驗證水泥與外加劑的適應(yīng)性。粉煤灰和礦粉等礦物摻合料防止摻假，須對于粉煤灰進(jìn)行細(xì)部觀測，礦粉進(jìn)行活性檢驗。

3.2 加強(qiáng)施工過程質(zhì)量控制

混凝土施工時嚴(yán)禁現(xiàn)場加水。對于新澆注的混凝土，要及時進(jìn)行覆膜養(yǎng)護(hù)，以免混凝土凝結(jié)過緩。對于發(fā)現(xiàn)凝結(jié)時間較長的混凝土，要盡量防止擾動，等待幾天看混凝土是否凝結(jié)硬化，如果等待幾日后混凝土完成凝結(jié)硬化[4]，則可無需后續(xù)處理?，F(xiàn)場做好與混凝土供應(yīng)商的溝通，防止待料時間過長，造成混凝土凝結(jié)堵管。

4 結(jié)論

混凝土凝結(jié)異常既有可能是原材料的原因，也可能是施工現(xiàn)場不規(guī)范操作造成的。當(dāng)出現(xiàn)混凝土凝結(jié)時間過快時，應(yīng)查找相應(yīng)的原因，通過調(diào)整外加劑保坍和緩凝劑的復(fù)配用量使之適應(yīng)生產(chǎn)。當(dāng)混凝土凝結(jié)時間遲緩時，應(yīng)慎重分析，并減少對已澆筑問題混凝土的擾動，通過觀察凝結(jié)情況，再結(jié)合強(qiáng)度測試確定混凝土緩凝是否影響承載力。混凝土凝結(jié)異常的預(yù)防歸結(jié)到底是保證水泥和輔助膠凝材料的正常水化。