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(jié)時間超過24h 的混凝土。超緩凝混凝土出現(xiàn)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(jié)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(xù)墻的施工工藝，凝結(jié)時間通常在60～80h，且72h 內(nèi)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(chǎn)中，由于材料性能的變化或環(huán)境溫度急變以及操作失誤，有時出現(xiàn)1d、2d 甚至3d 不凝結(jié)的現(xiàn)象，為探究這種超緩凝現(xiàn)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(jié)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(jié)時間定義及表觀控制指標

2.1 混凝土的凝結(jié)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(jié)。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(jié)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(jié)時可能產(chǎn)生的異常凝結(jié)現(xiàn)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(nèi)就發(fā)生凝固，但沒有明顯的溫度上升現(xiàn)象，水化反應(yīng)不明顯，重新拌和，仍可以恢復(fù)塑性，澆筑后能以正常形式凝結(jié)；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(jié)成一團，即使重新拌和也難以完全恢復(fù)塑性，此時，拌合物發(fā)熱，水化反應(yīng)急劇；超時緩凝的特征是拌合物在較長時間內(nèi)處于休眠狀態(tài)，水化反應(yīng)進展緩慢，很長時間內(nèi)拌合物都處于可塑狀態(tài)，混凝土的凝結(jié)時間嚴重超過設(shè)計或預(yù)計的凝結(jié)時間。在水泥混凝土施工過程中，如果產(chǎn)生異常凝結(jié)，將對工程質(zhì)量造成嚴重的危害。

2.2 混凝土凝結(jié)時間的表觀控制指標

施工現(xiàn)場混凝土凝結(jié)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(jié)時間約為10～14h，高溫天氣凝結(jié)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(xù)墻施工中采用咬合樁混凝土新工藝取代部分連續(xù)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(cè)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(guān)鍵技術(shù)是先施工樁的樁身混凝土凝結(jié)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(shù)要求：混凝土終凝時間為60～80h，且72h 內(nèi)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(shè)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(jié)11月份，氣溫20～25℃左右，試驗結(jié)果見表3。

試驗結(jié)論：A3、A4 滿足設(shè)計要求，可用于實際生產(chǎn)。

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(yīng)用，商品混凝土的緩凝問題越來越受到人們的關(guān)注。商品混凝土與現(xiàn)澆混凝土相比，出現(xiàn)緩凝事故的次數(shù)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(chǎn)品，其生產(chǎn)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(yǎng)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(huán)節(jié)，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(jié)施工，為抑制坍落度損失，根據(jù)不同品種水泥與外加劑的適應(yīng)性，泵送劑中所加入的緩凝劑成分和摻量是相當復(fù)雜和相當多的，這個緩凝組分如控制不嚴，應(yīng)用不當，或水泥品種改變或外界條件改變，往往容易出現(xiàn)緩凝事故。

表3 試驗結(jié)果

經(jīng)對當?shù)赝饧觿S家調(diào)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?shù)氐闹饕嗥贩N，在正常生產(chǎn)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(jié)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(jié)果見表4。

3.3 結(jié)論

在超量摻入葡鈉或糖鈣緩凝劑后，當緩凝時間在48h 以內(nèi)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(yù)防措施

2009年某人防工程，C30P10 地下連續(xù)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(nèi)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(xiàn)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(xiàn)場施工時，在該車混凝土還剩下約5m3時設(shè)備出現(xiàn)故障，等了3h 才恢復(fù)正常，此時混凝土出廠時間達到4h 左右，坍落度損失大，現(xiàn)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(fā)現(xiàn)該處混凝土不凝結(jié)，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(xù)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(xù)觀察發(fā)現(xiàn)，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(jié)。35天的芯樣發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)，其中的夾心已完全消失，平均強度已達到設(shè)計要求，甚至個別芯樣強度還偏高。后期的觀察發(fā)現(xiàn)，混凝土表觀質(zhì)量很差，不規(guī)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(yù)防措施：攪拌站的車載二次流化劑應(yīng)有專人監(jiān)管，并制定專門的使用技術(shù)指南，內(nèi)容包括：二次流化劑的緩凝成分含量控制、標識、根據(jù)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(yīng)用手冊（第二版

[1] [M].北京，中國建筑工業(yè)出版社，2005）