凝结是新拌混凝土的重要性能之一

吴庆嘉（工程师，江苏高邮市强力混凝土有限公司）

凝结的程度可用于确定混凝土是否易于浇筑及何时可以承受载荷等。混凝土的凝结受水泥、外加剂等多方面因素的影响，即使水泥品种和强度等级相同，采用不同厂家的水泥生产的混凝土，其凝结时间也有显著的不同。新拌混凝土的异常凝结中，速凝与假凝由水泥性能引起的居多，虽然也有掺用外加剂、早强剂、防冻剂等产生速凝现象。缓凝的出现与外加剂、水泥、掺合料及骨料等有关，主要为外加剂掺量过量与叠加因素影响引起等。

新拌混凝土的凝结

GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》以贯入阻力3.5MPa 和28MPa 为混凝土的初凝与终凝时间。这时对应的混凝土的抗压强度约为0.7MPa。混凝土的砂浆穿透阻力在3.5MPa 时，这一条件被定义为振动极限，即新拌混凝土已有一定的凝结，并可阻止振动条件下运动。从混凝土加水搅拌至对应砂浆的穿透阻力3.5MPa 时，在混凝土上面进行新拌混凝土的浇筑一般认为是不能再产生单一混凝土结构，即混凝土之间可能会产生冷接合面。所以施工中分层浇筑时应防止下层的混凝土到达初凝时间。

新拌混凝土的凝结时间是各种材料性能及配合比在一定条件下共同决定的，虽然混凝土的凝结时间与水泥凝结时间很难找到线性关系，但水泥的凝结性能与混凝土的凝结有着很大关系。在其他条件基本相同的情况下，某一胶材性能、用量变化，包括胶材与外加剂的适应性均会产生影响。由于水泥品种、水泥用量、水泥细度、矿物掺合料及品种能引起凝结时间不同。如水泥细度由320m2/kg 增至550m2/kg,混凝土的初凝和终凝时间分别缩短了1h20min 和1h40min;当水泥用量由210kg/m3增至328kg/m3,混凝土的初凝和终凝时间分别缩短1h10min 和1h40min;水灰比的变化，外加剂的用量、环境温度变化均会延长或缩短混凝土凝结时间。

速凝与假凝

新拌混凝土出现速凝与假凝应与水泥有关，水泥的正常凝结是由C3S 的水化而产生的。不正常的凝结可追溯到包括铝酸盐（C3A 和C4AF)和硫酸盐（硫酸钙和硫酸碱）的化学反应。当硫酸盐含量不足会导致大量AFm 相的形成，故产生速凝；水泥熟料中C3A 的含量或多或少些，实际上并不很重要，重要的是C3A 的活性和硫酸盐的溶解度。而过多的硫酸盐溶入液相中，则会结晶为二次石膏，导致假凝产生。

水泥生产中有个石膏掺量与品种问题，在石膏量不足状态下，几分钟内石膏的饱和度下降，Ca(OH)2变为过饱和。由于AFt 相的形成，硫酸根离子和钙离子的浓度会迅速下降，碱金属离子需要更多的氢氧根离子来平衡，液相pH 值迅速增加，并且产生氢氧化钙的沉淀。混凝土的速凝由此产生，可能就与水泥性能有关。速凝的浆体是不能通过搅拌有效地分散，继续将其振捣或强制分散，对混凝土有很大的危害。

由于水泥粉磨时，会产生较高的温度，使石膏部分脱水产生半水石膏。半水石膏具有较高的溶解度，并且会使溶液中硫酸钙有过饱和浓度。这种水泥搅拌数分钟后产生“硬化”，呈现一瞬间凝结状态，但之后又会表现为正常凝结，被视为假凝。使用这类假凝现象的水泥会造成混凝土流动性损失，从而增大单位用水量，降低混凝土强度易于出现裂缝等现象。

缓凝

混凝土生产中会遇到工地浇筑的混凝土24 小时还未全部凝结，随着时间的推移混凝土表现为全部凝结。

这些状况的产生部分是外加剂掺量引起的，过量的含有缓凝组分的外加剂控制着C3A 与C3S 的水化，严重时可使混凝土数日后才凝结。对水泥而言主要是生产中较多二水石膏的加入遇到活性并不高的C3A 和C3S 及相当量混合材掺入，有助于缓凝外加剂的作用效果。

混凝土缓凝的出现，也有水泥、外加剂、掺合料、粗细骨料质量、水灰比、环境条件等多方面因素叠加影响 。当多方因素同时存在，混凝土有可能出现缓凝。有些混凝土表面已开始凝结，而表层下还具塑性状态，表面水分已被吹干或蒸发，而内层水并未迁移到表层，人踏上去即陷下去。分析原因就是水泥性能、外加剂掺量与缓凝作用、水灰比大、掺合料多、砂中含泥与碎石含泥或含石粉超标的综合因素影响。还应注意混凝土使用的砂与碎石含泥严重超量时，混凝土用水量大，虽然显示混合料粘聚性好，不泌水，但混凝土不易凝结，细颗粒泥粉能有效阻止水泥水化反应，尤其在气温较低的情况下，混凝土的凝结与强度将受到严重影响。

秦鸿根（教授，东南大学材料科学与工程学院）

混凝土假凝

混凝土假凝是指混凝土拌合物出搅拌机后5 ～10min 便失去流动性、表现出凝结的特点，且没有明显的温度上升现象。此时再经过剧烈搅拌，仍可恢复塑性，用于浇筑。

混凝土出现假凝现象的原因主要有：（1）水泥熟料与二水石膏在磨制过程中，因温度控制原因致使二水石膏脱水生成半水石膏或无水石膏；（2）水泥中含有无水石膏等作为调凝组分，与外加剂匹配时有可能导致相容性较差；（3）水泥中的碱式碳酸盐能与水泥水化产物Ca(OH)2反应，沉淀出CaCO3，使混凝土表现出假凝现象。混凝土假凝若正确处理一般不会对强度产生不利影响，但却给施工操作带来困难。若处理不当会造成混凝土出现冷缝，影响工程质量。

防治措施：（1）选择质量较好，且性能稳定的水泥；（2）混凝土生产时水泥温度不宜太高：（3）混凝土生产前检验外加剂与胶凝材料的适应性；（4）根据水泥、矿物掺合料的性能调配外加剂；（5）与水泥厂家和外加剂厂家共同商定合作调整方案。

混凝土速凝

混凝土速凝是指混凝土凝结迅速，出现“整体抱团”的现象，并在大量放热的情况下很快凝结。混凝土产生速凝的原因：（1）用硬石膏、磷石膏、氟石膏、天然半水石膏等作水泥调凝剂；（2）水泥熟料与二水石膏在磨制过程中二水石膏脱水生成半水石膏或无水石膏；（3）水泥中含有慢冷熟料或者过烧熟料；（4）水泥中C3A 含量过高；（5）某些掺合料也会引起混凝土速凝，如含有氟铝酸钙的还原钢渣；（6）外加剂与水泥不匹配等。混凝土速凝可能会导致混凝土在泵送过程中堵管、甚至爆管。影响混凝土的连续浇筑，有时还会造成人员伤亡，引起严重的工程事故.

防治措施：（1）选择C3A 含量、碱含量低，未使用硬石膏等作为调凝剂的水泥；（2）根据水泥的特性（SO3含量等）调整外加剂；（3）早强剂用量应在合理的范围内，如三乙醇胺用量不宜超过水泥用量的0.06%；（4）控制混凝土的出机温度；（5）慎用糖钙、多羟基碳水化合物、羟基羧酸类有机物等外加剂。

混凝土缓凝

混凝土缓凝是指延缓混凝土凝结时间。由于水泥混凝土的水化是放热反应，水化过程中会产生一定的水化热，合理地利用水化热可提高混凝土的早期强度，但过大的水化热会造成混凝土内外温差过大从而引发温度裂缝，降低混凝土的力学性能和耐久性。因此有必要掺入缓凝剂来调节混凝土的凝结时间和水泥的水化放热速率。如在水泥生产时掺入二水石膏来防止水泥的快凝，在大体积混凝土中采用掺入混凝土缓凝剂来延缓放热速率，掺入粉煤灰等矿物掺合料取代部分水泥以减小混凝土水化放热，采用预埋钢管通冷却水来减小混凝土内部温度等技术措施来防止混凝土出现温度裂缝。

实际工程中希望混凝土具有正常的凝结时间，但有时在原材料的选用、混凝土生产过程中的管理不善、控制不当会造成混凝土过度缓凝或不凝的情况，如缓凝剂超掺、用水量过大、粉煤灰掺量过大、砂石有机质含量和泥含量过大等都会使得混凝土产生不同程度过度的缓凝，造成工程事故，这些都是在施工中必须避免的，工程中要高度重视、加强施工管理和质量控制。