混凝土凝结异常的原因探讨

喻静

（重庆六汇混凝土有限公司，重庆 402760）

0 前言

混凝土作为最为基础和大宗的建筑结构材料之一，在国民经济建设中具有不可替代的作用，因此混凝土质量对于建筑工程的结构安全及服役寿命极为重要。但由于混凝土作为多相材料混合而成的人工石材，受到原材料、周围环境条件以及施工水平等因素影响，经常出现和易性不良、凝结时间异常、强度不足、耐久性不良等问题，已成为困扰混凝土生产和科技人员的难题。

水泥作为主要的胶凝材料，通过自身水化生成水化硅酸钙、氢氧化钙及钙矾石等矿物相，将砂石集料胶结为牢固的整体[1]，在此过程中混凝土失去塑性并逐渐形成强度，因此混凝土凝结的过程伴随水泥和辅助胶凝材料的水化进程。混凝土凝结时间异常在实际生产中并不少见，具体表现有缓凝、速凝和假凝等[2]，对混凝土强度发展和施工造成负面影响，应尽量避免。

本文对引起混凝土凝结时间异常的因素进行分析，并提出相应措施，希望对混凝土凝结时间异常处理提供参考。

1 混凝土凝结异常表现

1.1 混凝土缓凝

混凝土的初凝时间保证了混凝土保持一定塑性，对于混凝土正常施工极为重要。但施工进度又要求混凝土凝结时间不宜过长。不同的温度和工程主体对混凝土凝结时间要求不同。一般情况下，混凝土初凝时间在 8～16h，既能满足混凝土施工进度又可减少内部结构缺陷的发生。混凝土凝结时间过长易导致混凝土早期强度降低，混凝土结构出现质量事故[3]，凝结时间过长同样对混凝土内部结构产生不良影响，使得混凝土密实度降低、混凝土体积稳定性和耐久性下降。张景发[4]曾分享了混凝土 3d 不凝结的案例，混凝土缓凝影响施工进度，并给工程质量造成较大隐患。混凝土初凝时间过长往往伴生泌水、裂纹、强度不足和模板移位等缺陷[5]，应予以避免。

1.2 混凝土假凝

混凝土假凝为搅拌出机以后 5～10min 便失去流动性[2]，再次搅拌后混凝土又恢复可塑性，仍可进行浇筑。混凝土假凝现象往往出现在处于环境温度较高、周围风速较大，或没有及时覆膜养护的部位，混凝土短时间内迅速失水。造成假凝的具体原因可能为：水泥中硬石膏或者磷石膏过量、搅拌出机温度高；外加剂中缓凝组分较多使得外加剂对水泥水化的抑制作用过强等；同时由于机砂中絮凝剂的存在使得混凝土出现坍损过快的概率增加[6]。

1.3 混凝土速凝

水泥水化受自身温度和环境温度的影响，温度越高，水化越快。当原材料处于高温或水泥凝结时间短、外加剂使用不当、大气环境温度高等，都会使得混凝土出现速凝。当混凝土凝结过快时，水泥水化生成的产物较为发散，不能形成相互交联的整体，从而使得硬化后的混凝土空隙率增高，混凝土易出现蜂窝麻面等结构缺陷。

2 引起混凝土凝结异常的主要因素

2.1 胶凝材料

水泥和活性矿物掺合料等构成了混凝土的胶凝材料，主要起到胶结作用，也是影响混凝土凝结的主要因素。

水泥的矿物组成决定了水泥水化放热量及反应速率，当水泥中的 C3A 含量较高时，水泥早期水化反应较快，需要更多的石膏调凝，水泥熟料反应较快，往往需要石膏作为缓凝，一般用量在 4.0%（以 SO3计）以内，石膏的存在使得水泥水化反应变得可控。但由于优质天然石膏矿产开采量减少，脱硫石膏和磷石膏等工业副产石膏成为水泥生产的替代品，当硬石膏或半水石膏含量较高时就会对水泥凝结时间产生不良影响，造成水泥缓凝或者促凝。

水泥的细度和温度也会影响水泥水化反应速率，水泥越细、温度越高，对混凝土短时间温峰影响越大。王冲[7]等对不同细度水泥制备的混凝土的温升研究发现，水泥细度对混凝土 48h 内温升影响较大，之后混凝土温升值下降（见图 1）。同时水泥细度加快水泥水化速率和水化热短时集聚，也增加了混凝土早期开裂风险[8]。

图1 不同细度的水泥混凝土绝热温升曲线[7]

笔者通过试验，发现水泥温度超过 50℃ 时，水泥凝结时间急剧下降（图 2），对于混凝土来讲，出机后的保坍能力丧失较快，出现闪凝和假凝的风险加大。

图2 不同水泥温度对凝结时间影响

粉煤灰和矿粉作为矿物掺合料，其矿物组成和细度同样对混凝土凝结时间产生影响，粉煤灰含碳量和 SO3含量高会造成混凝土凝结异常，矿粉中若混入磷化物同样造成混凝土超缓凝或不凝。

2.2 外加剂种类及用量

外加剂作为混凝土的第五组分，在调节混凝土工作性能和提高混凝土长期耐久性能方面具有独特作用。混凝土生产常用的外加剂有减水剂、缓凝剂、引气剂、早强剂、速凝剂等，实际上在用的外加剂多是复合型的，例如商品混凝土所用聚羧酸减水剂往往是由减水母液、保坍母液、引气剂、缓凝剂以及其他功能性调节剂组成，当前减水剂品类中，聚羧酸减水剂减水率高、可调节性强，但相比萘系、脂肪族等二代减水剂更为敏感，当减水剂缓凝组分较多，或遇到原材料变化较大时掺量往往不易掌握，就会出现混凝土坍落度返大或者凝结时间缩短等问题，严重者会造成混凝土连续几天不凝。当外加剂中混合有三乙醇胺、硫酸盐或者速凝组分时会造成混凝土凝结时间缩短，使用不当时会造成混凝土过快凝结甚至速凝。

2.3 其他原材料

当前机制砂成为主要的细集料来源，机制砂受母岩岩性影响，有研究表面机制砂中石粉对混凝土早期水化起到促进作用[9]，机砂中石粉含量过高时导致混凝土坍落度损失较快，混凝土凝结时间延长（图 3 为笔者根据试验结果所做出的石粉取代粉煤灰比例对化学结合水生成量的影响图）。此外，砂石含泥量使得外加剂的保坍和缓凝效果降低，混凝土凝结硬化加快，使得混凝土凝结时间缩短。

图3 石粉取代煤灰比例对化学结合水生成量影响

2.4 生产管理因素

当生产过程中外加剂，尤其是缓凝型的减水剂超量使用，在温度变化较大时，混凝土易产生坍落度返大现象，严重者发生离析，从而出现超缓凝的情况。要根据工地距离及现场待料情况，合格控制混凝土坍落度，避免保坍时间不足或滞后返大引起混凝土凝结时间异常。

原材料错误使用也是引起混凝土凝结异常的原因，例如当矿物掺合料被错误输送至水泥储存罐，生产时又不加甄别，流向现场施工后就会造成混凝土不凝结，没有强度，从而造成混凝土质量事故。

2.5 现场施工因素

施工单位要合理安排施工进度，和混凝土供应企业要做好沟通，避免混凝土长时间待料。工人现场加水会导致混凝土和易性损害，混凝土强度发展不足，混凝土无法正常凝结。此外根据天气原因选择合适的养护工艺，夏季混凝土浇筑后覆膜，冬季温度 5℃ 以下时要做好保温措施。

3 混凝土凝结异常预防措施

3.1 加强对混凝土原材料的监测

混凝土凝结硬化本质上是水泥水化的过程，因此需要对影响水泥水化的各种因素及原材料进行监测。对水泥进行定期抽检，关注水泥细度及水泥温度，刚到场的水泥要进行陈放降温，对于使用过程中发现异常的水泥，重点测试水泥凝结时间以及烧失量，还要验证水泥与外加剂的适应性。粉煤灰和矿粉等矿物掺合料防止掺假，须对于粉煤灰进行细部观测，矿粉进行活性检验。

3.2 加强施工过程质量控制

混凝土施工时严禁现场加水。对于新浇注的混凝土，要及时进行覆膜养护，以免混凝土凝结过缓。对于发现凝结时间较长的混凝土，要尽量防止扰动，等待几天看混凝土是否凝结硬化，如果等待几日后混凝土完成凝结硬化[4]，则可无需后续处理。现场做好与混凝土供应商的沟通，防止待料时间过长，造成混凝土凝结堵管。

4 结论

混凝土凝结异常既有可能是原材料的原因，也可能是施工现场不规范操作造成的。当出现混凝土凝结时间过快时，应查找相应的原因，通过调整外加剂保坍和缓凝剂的复配用量使之适应生产。当混凝土凝结时间迟缓时，应慎重分析，并减少对已浇筑问题混凝土的扰动，通过观察凝结情况，再结合强度测试确定混凝土缓凝是否影响承载力。混凝土凝结异常的预防归结到底是保证水泥和辅助胶凝材料的正常水化。