水泥瞬凝與假凝的研究與防治

（鄭州財經學院土木工程學院， 河南 鄭州 450000）

0 前言

瞬凝和假凝現象作為水泥凝結中兩種比較常見的異常凝結現象，對工程帶來的危害是極為嚴重的，這兩種異常凝結有著近乎一致的迅速凝結現象，但其產生的機理以及防治方法是完全不同的。為了確保施工進度以及工程的質量，我們需要從根源上來預防這兩種異常凝結現象的發(fā)生。

1 瞬凝與假凝現象的定義及其原理

1.1 瞬凝現象

水泥瞬凝(cement flash set)是水泥與水混合形成水泥凈漿或水泥砂漿后在短時間內立即發(fā)生的一種異常的凝固現象，指的是水泥砂漿在遇水拌合時會放出大量的熱，同時漿體迅速結硬，就算再次加水攪伴也不會使其恢復塑性的現象稱為水泥的瞬凝現象，也稱閃凝現象。

1.2 假凝現象

水泥假凝(false set of cement)是水泥用水調和形成水泥凈漿或水泥砂漿后發(fā)生的一種異常的早期固化或是硬化現象。水泥在發(fā)生假凝現象時沒有明顯的大量放熱現象和迅速硬化現象，且在不需要另外加水的情況下經攪拌后漿體仍能恢復其塑性，并達到正常凝結，對強度影響不大的現象稱為水泥的假凝現象。

2 瞬凝與假凝現象產生的因素

2.1 水泥瞬凝現象出現的原因

1.C3A的含量或活性過高對瞬凝現象的影響

水泥瞬凝現象發(fā)生的主要原因是因為水泥C3A的含量和活性過高引起的。

C3A在硅酸鹽水泥中，含量通常要求在 15%以下，遇水反應最快，水化熱最高，其含量決定了水泥的凝結速度和釋放熱量的數量。通常我們在使用的時候需要加入石膏作為緩凝劑來調節(jié)水泥凝結的速度，如果 C3A的含量和活性與加入石膏的數量和活性不相匹配時，就會導致水泥發(fā)生瞬凝現象。

還有一種情況就是水泥中的C3A含量過高，而同時C3AF的含量又過低，這樣的水泥遇水拌合后會迅速形成鋁酸鹽水化物導致瞬凝現象的發(fā)生。

2.熟料中堿含量對瞬凝現象的影響

熟料中如果含堿量過高時，水泥發(fā)生瞬凝和需水量以及早期的水化速率都會增加，原因是因為水泥遇水發(fā)生水化反應時會產生氫氧化鉀以及氫氧化鈉，這兩種堿性物質會與石膏發(fā)生反應從而消耗掉一部分原本用來作為緩凝劑的石膏，這樣就會導致C3A的數量及活性與石膏的數量及活性不相匹配，從而使得水泥發(fā)生瞬凝現象。

3.在嚴重還原氣氛下煅燒熟料對瞬凝現象的影響

在還原氣氛下煅燒的熟料，煅燒爐中的溫度較低，硅酸鹽礦物固熔氧化鐵、氧化鋁的能力會下降，C4AF固熔氧化鋁的能力也會下降，這樣就會使得氧化鋁會大量以C3A的形式存在。

同時熟料中的三價鐵會被還原為二價鐵，形成鈣鐵橄欖石類礦物質，會使得C4AF的含量減少，這樣氧化鋁因缺少固熔物質就會以C3A礦物質的形式存在，就會增加C3A的含量。

在嚴重的還原氣氛下煅燒熟料，熟料的結粒狀態(tài)比較大，冷卻效果比較差，這樣就會使C3A礦物質形成晶體物質，造成吸附減水劑能力最強的C3A礦物質數量增多，使減水劑的飽和點與流動性經時損失都增大。

4.溫度對瞬凝現象的影響

溫度對于水泥的性能來說具有很大的影響。在標準的溫度下水泥凝結的速度本來就比較快，如果使用的溫度一旦過高（超過35℃），其凝結速率就會變得更快，甚至會出現瞬凝現象。

2.2 水泥假凝現象出現的原因

影響水泥凝結速率和硬化強度的因素很多，除了熟料礦物本身結構，它們相對含量及水泥磨粉細度等這些內因外，還與外界條件如溫度、加水量以及摻有不同量的不同種類的外加劑等外因密切相關。

1.熟料以及緩凝劑對假凝現象的影響

假凝現象是一種不正常的硬化現象，其發(fā)生的原因一般是因為水泥在與水混合后放熱造成石膏脫水，使石膏調節(jié)水泥緩凝的作用失效，C3A快速的水化凝結，其凝結放出熱量使得其他的熟料及礦物質加速水化，最終使水泥漿凝結硬化出現假凝現象。

還有一種原因就是石膏作為緩凝劑加入的量過多。在水泥粉與水反應的過程中，C3A的早期溶解的數量較少，而加入的石膏較多溶解過快，除了生成鈣礬石外，還有多余的 SO42-生成，進而形成大量的次生石膏。次生石膏晶體呈片狀或是長條狀且體積較大，會導致水泥漿變硬隨即失去流動性進而出現假凝現象。

2.水泥粉磨對假凝現象的影響

通常水泥粉磨的質量和二水石膏的脫水率受粉磨工藝和溫度的影響，在這里我們引用日照一家企業(yè)所做的實驗：

表一

通過實驗的數據，我們可以得出以下的結論:

① 開路磨的假凝值明顯低于閉路磨

② 同樣的原料由于粉磨工藝不同兩數據的結果相差很大

由此可以得出結論：粉磨的方式和粉磨質量會對水泥的假凝現象產生很大的影響，開路粉磨比閉路粉磨的水泥更容易產生假凝現象。

3.溫度對假凝現象的影響

假凝現象的產生與水泥粉磨時的溫度也有密切的關系，水泥粉磨時收到高溫的影響，使得二水石膏脫水形成半水石膏，黨水泥遇水拌合之后半水石膏又會迅速水化為二水石膏形成針片網狀晶體進而在水泥漿中形成晶體結構網，引起水泥漿的固化。

4.堿性物質對假凝現象的影響

假凝現象的發(fā)生也與水泥中的酸堿程度有關，水泥中如果含有的堿性物質過多，也會使的水泥發(fā)生假凝現象。

① C3S是水泥熟料礦物中的重要組成部分，當水泥遇水拌合之后，C3S會發(fā)生水解反應生成 Ca(OH)2，如果水泥中含有的堿性物質過多，其中的碳酸鹽就會與Ca(OH)2發(fā)生反應形成CaCO3沉淀，使得水泥出現假凝現象。

② 對于某些含有堿性物質的水泥，其中所含的硫酸鉀會與二水石膏發(fā)生反應形成鉀石膏（K2SO4·CaSO4·H2O）結晶并且迅速長大，使得水泥出現假凝現象。

3 瞬凝與假凝現象的危害及案例

3.1 瞬凝現象的危害

水泥瞬凝現象發(fā)生時會伴隨著放出大量的熱量，若此時水泥在近乎密閉的空間里發(fā)生瞬凝現象，就會使得熱量不斷積累，混凝土溫度不斷升高，而溫度的升高又會使水泥加快水化，導致混凝土的凝結速率加快影響施工。

2001 年，安徽省某一施工隊在進行建筑工程實際操作的過程當中，由于前期忽視了在制造硅酸鹽水泥過程中水泥漿體的前期變化，其中的氫氧化鈣濃度飽和時所水化的 C4A晶體由于處理不當，從而急速生成了大量的片狀水化鋁酸鹽礦物（C4AH19、C2AH8）互相搭接在漿體中形成網絡骨架，同時C3A含量或活性過高，而石膏摻量偏低最終導致其在水泥漿體的堿性介質中迅速增長，從而致使產生了瞬時凝結。最終導致了所建大型建筑物的坍塌，所幸建筑處于完善期并無出現人員傷亡。隨后，施工隊改變了水泥中石膏的摻量和形態(tài)，通過對水泥的流變性進行了評價與測定，最終解決了這一問題。

3.2 假凝現象的危害

假凝現象雖然在不用在加水的情況下二次拌合就能恢復水泥的塑性，但這種不正常的早期固化現象會嚴重影響施工，延緩工程的施工進度，也會導致其配置的混凝土的質量上大打折扣。

2005 年，四川省成都市某一建筑施工隊在進行對濕拌砂漿的生產加工過程當中，在生產預拌砂漿時，當砂漿在剛生產出來時，各項性能指標都達到給定要求，但是在未達到開放時間時由于施工對于時間的要求提前進行了對砂漿的使用，使砂漿在1-3h內的稠度突然變化降低了80%以上，導致了砂漿最終失去了和易性從而造成了不正常的早期固化，水泥漿經過劇烈的攪動還破壞了二水石膏的結構網，在攪動過程中水泥溫度過高還破壞了砂漿的穩(wěn)定性，最終使?jié)癜枭皾{的質量大打折扣并且導致接下來的施工難度不斷升級。

4 瞬凝與假凝現象的判定、預防與調控

4.1 瞬凝與假凝現象的判定方法

瞬凝現象和假凝現象都屬于水泥的異常凝結現象，都是水泥的一種不正常的早期固化或早期硬化現象，但兩種現象的產生機理以及兩者帶來的危害是大為不同的。當水泥遇水拌合發(fā)生異常的凝結時，我們可以根據以下幾點來判斷究竟是發(fā)生了哪種異常凝結現象：

1.通過時間來判定

按照國標《通用硅酸鹽水泥》GB175-2007規(guī)定：硅酸鹽水泥等其他種類的初凝時間不得早于45min ，而兩種異常的凝結現象的凝結在遇水拌合后都是迅速凝結，其凝結時間都少于45min。

瞬凝現象是水泥遇水攪拌之后在數秒至數分鐘內迅速凝結硬化，而假凝現象是在長于幾分鐘內迅速凝結硬化，我們可以初步通過凝結時間的長短來判斷；

2.通過溫度變化來判定

瞬凝現象的產生會伴隨著放出大量的熱量，而假凝現象則無明顯溫度變化。

3.通過二次拌合的塑性變化來判定

水泥加水并且經過二次攪拌后仍不能恢復其原有塑性，并對強度有明顯影響的現象是瞬凝現象。

在不需要另外加水的情況下經攪拌后漿體仍能恢復其塑性并達到正常凝結，對強度影響不大的現象為假凝現象。

4.2 瞬凝現象的預防與調控

瞬凝現象產生后會放出大量的熱，在拌和前應該注意各種摻合料的添加量，同時控制好溫度的變化。所以瞬凝現象的預防手段，可以從下列幾個方面入手：

① 避免C3A的含量過高產生水化現象，我們需要加入適應數量的石膏作為緩凝劑（注：最好將硬石膏和二水石膏按一定的比例搭配作為水泥的緩凝劑）；

② 注意控制熟料中堿類物質的添加量，過高可能會產生瞬凝現象；

③ 注意不要在嚴重還原條件下煅燒熟料；

④ 控制好水泥使用時的溫度以及周邊環(huán)境的溫度變化。

4.3 假凝現象的預防與調控

假凝現象不僅存在于水泥的拌和過程中，生產預拌砂漿時也同樣會產生。假凝現象主要是在前期拌和過程中混凝土內部結構失水而導致的早期固化或者變硬的現象。

關于假凝現象的有效預防措施，可以從以下幾點著手：

① 確保熟料中各物質的含量與加入石膏和水的數量相匹配；

② 注意粉磨的工藝方式以及應適當延長攪拌的時間，產生避免假凝現象；

③ 在粉磨時適當降溫，避免溫度過高造成二水石膏脫水形成半水石膏；

④ 注意堿性物質的添加量不宜過多。

5 總結

① 雖然瞬凝和假凝發(fā)生的表面現象都是水泥遇水拌合后迅速失去塑性，但其內在結構、熱量變化以及產生的機理是截然不同的，我們可以根據一些細微的現象或措施來進行判斷。

②瞬凝現象和假凝現象的發(fā)生雖然機理不同，但究其本質確實萬殊一轍的，是由于C3A、石膏、溫度、堿性等因素造成的。

③瞬凝現象和假凝現象的發(fā)生都會對施工過程以及工程質量帶來危害，所以我們要從根源上來預防這兩種異常凝結現象的發(fā)生。

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