混凝土凝結異常的原因探討

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和大宗的建筑結構材料之一，在國民經濟建設中具有不可替代的作用，因此混凝土質量對于建筑工程的結構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、周圍環境條件以及施工水平等因素影響，經常出現和易性不良、凝結時間異常、強度不足、耐久性不良等問題，已成為困擾混凝土生產和科技人員的難題。

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度，因此混凝土凝結的過程伴隨水泥和輔助膠凝材料的水化進程。混凝土凝結時間異常在實際生產中并不少見，具體表現有緩凝、速凝和假凝等[2]，對混凝土強度發展和施工造成負面影響，應盡量避免。

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

1 混凝土凝結異常表現

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。但施工進度又要求混凝土凝結時間不宜過長。不同的溫度和工程主體對混凝土凝結時間要求不同。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度又可減少內部結構缺陷的發生。混凝土凝結時間過長易導致混凝土早期強度降低，混凝土結構出現質量事故[3]，凝結時間過長同樣對混凝土內部結構產生不良影響，使得混凝土密實度降低、混凝土體積穩定性和耐久性下降。張景發[4]曾分享了混凝土 3d 不凝結的案例，混凝土緩凝影響施工進度，并給工程質量造成較大隱患。混凝土初凝時間過長往往伴生泌水、裂紋、強度不足和模板移位等缺陷[5]，應予以避免。

1.2 混凝土假凝

混凝土假凝為攪拌出機以后 5～10min 便失去流動性[2]，再次攪拌后混凝土又恢復可塑性，仍可進行澆筑。混凝土假凝現象往往出現在處于環境溫度較高、周圍風速較大，或沒有及時覆膜養護的部位，混凝土短時間內迅速失水。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等；同時由于機砂中絮凝劑的存在使得混凝土出現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境溫度的影響，溫度越高，水化越快。當原材料處于高溫或水泥凝結時間短、外加劑使用不當、大氣環境溫度高等，都會使得混凝土出現速凝。當混凝土凝結過快時，水泥水化生成的產物較為發散，不能形成相互交聯的整體，從而使得硬化后的混凝土空隙率增高，混凝土易出現蜂窩麻面等結構缺陷。

2 引起混凝土凝結異常的主要因素

2.1 膠凝材料

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

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

水泥的細度和溫度也會影響水泥水化反應速率，水泥越細、溫度越高，對混凝土短時間溫峰影響越大。王沖[7]等對不同細度水泥制備的混凝土的溫升研究發現，水泥細度對混凝土 48h 內溫升影響較大，之后混凝土溫升值下降（見圖 1）。同時水泥細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險[8]。

圖1 不同細度的水泥混凝土絕熱溫升曲線[7]

筆者通過試驗，發現水泥溫度超過 50℃ 時，水泥凝結時間急劇下降（圖 2），對于混凝土來講，出機后的保坍能力喪失較快，出現閃凝和假凝的風險加大。

圖2 不同水泥溫度對凝結時間影響

粉煤灰和礦粉作為礦物摻合料，其礦物組成和細度同樣對混凝土凝結時間產生影響，粉煤灰含碳量和 SO3含量高會造成混凝土凝結異常，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，在調節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。混凝土生產常用的外加劑有減水劑、緩凝劑、引氣劑、早強劑、速凝劑等，實際上在用的外加劑多是復合型的，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節劑組成，當前減水劑品類中，聚羧酸減水劑減水率高、可調節性強，但相比萘系、脂肪族等二代減水劑更為敏感，當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，就會出現混凝土坍落度返大或者凝結時間縮短等問題，嚴重者會造成混凝土連續幾天不凝。當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時間縮短，使用不當時會造成混凝土過快凝結甚至速凝。

2.3 其他原材料

當前機制砂成為主要的細集料來源，機制砂受母巖巖性影響，有研究表面機制砂中石粉對混凝土早期水化起到促進作用[9]，機砂中石粉含量過高時導致混凝土坍落度損失較快，混凝土凝結時間延長（圖 3 為筆者根據試驗結果所做出的石粉取代粉煤灰比例對化學結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，混凝土凝結硬化加快，使得混凝土凝結時間縮短。

圖3 石粉取代煤灰比例對化學結合水生成量影響

2.4 生產管理因素

當生產過程中外加劑，尤其是緩凝型的減水劑超量使用，在溫度變化較大時，混凝土易產生坍落度返大現象，嚴重者發生離析，從而出現超緩凝的情況。要根據工地距離及現場待料情況，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時間異常。

原材料錯誤使用也是引起混凝土凝結異常的原因，例如當礦物摻合料被錯誤輸送至水泥儲存罐，生產時又不加甄別，流向現場施工后就會造成混凝土不凝結，沒有強度，從而造成混凝土質量事故。

2.5 現場施工因素

施工單位要合理安排施工進度，和混凝土供應企業要做好溝通，避免混凝土長時間待料。工人現場加水會導致混凝土和易性損害，混凝土強度發展不足，混凝土無法正常凝結。此外根據天氣原因選擇合適的養護工藝，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 混凝土凝結異常預防措施

3.1 加強對混凝土原材料的監測

混凝土凝結硬化本質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行監測。對水泥進行定期抽檢，關注水泥細度及水泥溫度，剛到場的水泥要進行陳放降溫，對于使用過程中發現異常的水泥，重點測試水泥凝結時間以及燒失量，還要驗證水泥與外加劑的適應性。粉煤灰和礦粉等礦物摻合料防止摻假，須對于粉煤灰進行細部觀測，礦粉進行活性檢驗。

3.2 加強施工過程質量控制

混凝土施工時嚴禁現場加水。對于新澆注的混凝土，要及時進行覆膜養護，以免混凝土凝結過緩。對于發現凝結時間較長的混凝土，要盡量防止擾動，等待幾天看混凝土是否凝結硬化，如果等待幾日后混凝土完成凝結硬化[4]，則可無需后續處理。現場做好與混凝土供應商的溝通，防止待料時間過長，造成混凝土凝結堵管。

4 結論

混凝土凝結異常既有可能是原材料的原因，也可能是施工現場不規范操作造成的。當出現混凝土凝結時間過快時，應查找相應的原因，通過調整外加劑保坍和緩凝劑的復配用量使之適應生產。當混凝土凝結時間遲緩時，應慎重分析，并減少對已澆筑問題混凝土的擾動，通過觀察凝結情況，再結合強度測試確定混凝土緩凝是否影響承載力。混凝土凝結異常的預防歸結到底是保證水泥和輔助膠凝材料的正常水化。