商品混凝土異常凝結原因分析及處理辦法

耿加會，孫玉芹

（1. 河南舞陽縣惠達公路工程有限公司，河南 舞陽 462400；2. 廣饒縣建設工程質量監(jiān)督站，廣饒 257300）

0 事故概況

2013 年 8 月 21 日下午 16 時開始對，我公司某工地五層結構梁、板、柱進行混凝土澆筑。澆筑混凝土速度大約一小時 10 方左右。8 月 22 日 9:00 左右工地施工人員反應本次澆筑的最后兩車混凝土沒有凝結，發(fā)生緩凝現(xiàn)象。于是我公司派實驗室人員到現(xiàn)場查看情況，未凝結的部位為五層結構板面的最后澆筑部分，從生產(chǎn)記錄來看該部分混凝土出廠記錄分別為 2013 年 8 月 22 日 0:13 分 66 號車 12 方及 01:02 分 ，11 號車， 4 方，共計 16 方。我公司人員與施工單位協(xié)商：加強未凝結部分混凝土的養(yǎng)護工作，對其進行覆蓋。

1 混凝土原材料情況

水泥：河南寶豐大地集團“大地”牌 P·O42.5，28d 強度48.3MPa，初凝時間 223min，終凝 284min；

粉煤灰：姚孟電廠Ⅰ級粉煤灰，需水量比 94%；

砂：泌陽河砂，細度模數(shù) 2.9，含泥量 2.1%；

碎石：舞鋼 5～31.5mm 連續(xù)級配碎石；

減水劑：FDN 高效緩凝減水劑，減水率 22%，摻量2.0%，固含量 38%。

該工程部位配合比如表1 所示。

表1 工程部位配合比 kg/m3

商品混凝土加水攪拌后，由于水泥的水化，漿體逐漸失去流動性和可塑性，這一過程稱為混凝土的凝結。GB/T50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》按照美國材料標準（ASTMC403）提出的貫入阻力試驗來確定混凝土的凝結時間。若貫入阻力達到 3.5MPa 和 28MPa，則分別表示混凝土的初凝和終凝?；炷恋某跄龝r間不能過快，以便有足夠的時間完成商品混凝土的攪拌、運輸、澆筑和振搗、抹面收光、養(yǎng)護；但混凝土凝結時間也不宜過長，以便下一道工序的施工。商品混凝土在運輸、施工的過程中影響澆筑的因素太多，一般應將混凝土的初凝時間控制到6～10h，終凝時間控制在 10～14h，來滿足混凝土工程施工的需要。

超緩凝混凝土是指在正常的條件下，通過添加緩凝劑使混凝土凝結時間超過 24 小時的混凝土。商品混凝土在生產(chǎn)過程中，由于材料性能變化或環(huán)境溫度的突變以及操作失誤，有時會出現(xiàn) 24～36 小時甚至 72 小時不凝結現(xiàn)象。

2 混凝土凝結時間影響因素

2.1 水膠比對混凝土凝結時間的影響

在試驗條件相同的情況下，混凝土的凝結時間與水泥的凝結時間有很好的相關性，王善拔等[1]試驗研究認為：如測定水泥凝結時間通常水灰比是在 0.24～0.27 ，強度等級為 C30的混凝土水膠比一般為 0.46～0.50，兩者的水膠比相差一倍，凝結時間也相差一倍。姜曉妮等[2]試驗研究認為：混凝土的凝結時間隨著水灰比的增加而增加，水灰比每增加 0.08，混凝土的初凝時間增加 24.4%，終凝時間增加 19.7%?；炷恋乃z比大，水泥顆粒之間的距離大，必須產(chǎn)生較多的水化產(chǎn)物才能使水泥顆粒相互搭接連生。另外，水化產(chǎn)物會在水泥顆粒表面形成一層薄膜，妨礙水與未水化水泥的接觸，水分子向水泥顆粒內部擴散必須通過這一層薄膜，從而水泥水化受擴散控制，水化速度減慢，因此，水灰比大時水泥顆粒之間的水化產(chǎn)物搭接連生更困難，凝結變得較緩，凝結時間更長。此外，在水泥凈漿中，兩個水泥顆粒之間的空間分別由兩個水泥顆粒產(chǎn)生的水化產(chǎn)物搭接，而在水泥砂漿中，一個水泥顆粒與一個砂子之間的空間完全由水泥顆粒所產(chǎn)生的水化產(chǎn)物來填充，因為砂子不產(chǎn)生任何水化產(chǎn)物。因此，混凝土的凝結時間要比水泥的長得多。

2.2 礦物摻合料對混凝土凝結時間的影響

混凝土的凝結時間主要依靠水泥的凝結來完成拌合物的硬化成型的，水泥熟料的 4 大主要礦物成分為 C3S、C2S、C3A、C4AF，這 4 種礦物成分的水化速率為 C3A＞C4AF＞C3S＞C2S[3]。商品混凝土主要使用的礦物摻合料有粉煤灰和礦粉兩種，粉煤灰的主要化學成分 SiO2、Al2O3、Fe2O3，這 3 種氧化物的含量合計占總量的 70% 以上；礦渣粉的主要化學成分CaO、SiO2、Al2O3，這 3 種氧化物含量達 90% 以上。這些礦物摻合料的化學組分能與水泥的水化產(chǎn)物 Ca(OH)2進行二次反應，提高混凝土的后期強度和混凝土密實性，但在混凝土水化初期基本不參與水化反應。因此，礦物摻合料的膠凝體系中 C3A 和 C4AF 等的含量相對純水泥膠凝材料有所降低，就減緩了 C3A 和 C4AF 的水化速度，混凝土的凝結時間隨著礦物摻合料摻量的增加而延長。

2.3 外加劑對混凝土凝結時間的影響

商品混凝土普遍使用高效減水劑或高性能減水劑。摻入減水劑后對水泥水化初期的影響：一方面減水劑吸附在水泥顆粒表面；一方面在水泥水化的堿性介質中，減水劑分子鏈的活性基團（如—COO-、—SO32-）與水泥生成的離子（如鈣離子等）產(chǎn)生不穩(wěn)定的絡合物，延緩水泥水化的進行。其摻量越高對水化抑制作用時間越長，因此，宏觀上表現(xiàn)為混凝土的凝結時間隨摻量的增加而延長。

混凝土緩凝劑是一種能延遲水泥水化反應，從而延長混凝土凝結時間的外加劑。一般來講緩凝劑有表面活性，它們在固、液面產(chǎn)生吸附，改變固體顆粒的表面性質，或者通過其分子中親水基團吸附大量水分子形成水膜層，阻礙水化過程，起到緩凝效果。緩凝劑摻量越大緩凝效果越明顯。有關實驗表明，葡萄糖酸鈉摻量在萬分之二到萬分之八的范圍內，摻量每提高萬分之二，水泥凝結時間延長 100min 左右。

對于泵送的商品混凝土或者在夏季高溫環(huán)境下施工的混凝土，采用緩凝劑和高效減水劑復合使用的方法，延長混凝土凝結時間，減少坍落度損失，是保障混凝土正常施工的有效方法。

2.4 環(huán)境溫度、濕度對混凝土凝結時間的影響

環(huán)境溫度對水泥的水化速度影響很大，溫度高水泥的水化速度快，溫度低水泥水化速度緩慢，當溫度接近 0℃，水泥基本停止水化?？諝庵袧穸鹊淖兓灿绊懟炷聊Y時間，濕度大凝結時間長，濕度小凝結時間短。

2.5 本案例混凝土凝結時間估算

在假定外界溫度與實驗室相同的條件下，我們可以大概估算該案例混凝土的凝結時間。水泥（T1）的初凝時間 223min，終凝 284min，測定出水泥凝結時間的水膠比為 0.26；而混凝土配合比的水膠比為 0.45；粉煤灰摻量為 25%；外加劑摻量為 2%，緩凝成分占外加劑總量的2%，即緩凝成分為膠凝材料摻量的萬分之四，可以延長近200min左右。該配合比凝結時間（T0）可以粗略估算：T0＝(T1×0.45/0.26)×25%＋200。通過簡略估算我們該配合比初凝在 6～10 小時，終凝時間在 10～14 小時。

3 本案例混凝土時間延長的處理方案

本次混凝土施工發(fā)生在八月下旬，正直秋季，當?shù)貧鉁貢円箿夭畲?，中午氣?30℃ 左右，夜間氣溫只有 15℃ 左右。白天溫度高，空氣干燥，混凝土凝結時間短，為保證正常施工的進行，外加劑用量大；而夜晚溫度低、空氣濕度相對大，用相同用量的外加劑，混凝土凝結時間長，這是造成本次最后兩車混凝土凝結時間延長的主要原因。

觀察發(fā)現(xiàn)下午澆筑的混凝土全部終凝，夜間澆筑的混凝土板面尚未初凝。為了防止混凝土結構發(fā)生次生事故。夜間澆筑的混凝土到上午 10 時沒有凝結，此時，氣溫上升到 24℃左右，氣溫仍然處于上升階段。隨著溫度的升高，水分蒸發(fā)量也隨之增大，如果不采取保水措施，混凝土一方面容易產(chǎn)生塑性收縮裂縫，另一方面混凝土表面氣溫高，蒸發(fā)量大，表面凝結速度比內部快，易形成表面凝結，內部沒有凝結的橡皮泥現(xiàn)象。與施工單位協(xié)商對緩凝的混凝土進行覆蓋養(yǎng)護，讓施工人員注意觀察混凝土凝結情況，接近初凝（手指按壓混凝土，可以按出 1～2mm 小坑，不粘手為初凝）開始抹面，直至終凝（按壓混凝土表面不能按壓下去為終凝）這段時間，應注意觀察混凝土表面情況，并根據(jù)需要再進行一次或一次以上的收光，防止塑性收縮裂縫的發(fā)生。

經(jīng)過觀察該部位混凝土于下午 14 時全部終凝，凝結時間共計 15 個小時，混凝土凝結時間比其他部位延長 5 個小時左右。由于及時采取了覆蓋養(yǎng)護的措施，保障混凝土表面水分不流失，沒有產(chǎn)生塑性收縮裂縫。 混凝土凝結時間在 15小時左右，沒有超過 24 小時，應屬于意外緩凝，對混凝土后期強度不會產(chǎn)生不利影響。28d 后經(jīng)施工方、監(jiān)理單位、商混企業(yè)三方協(xié)商，讓當?shù)刭|監(jiān)站作為第三方進行質量檢測。經(jīng)質監(jiān)站試驗人員回彈試驗檢測，該測區(qū)混凝土強度為 37.7 MPa，同批澆筑的其它兩個測區(qū)混凝土強度為 38.2 MPa、37.9MPa。

4 結論

（1）商品混凝土為滿足攪拌、運輸、泵送、澆筑等工藝的要求，應將混凝土初凝時間控制在 6～10 小時，終凝時間控制在 10～14 小時。

（2）春、秋季節(jié)及氣溫突然變化時，應及時調整混凝土配合比及外加劑摻量。春秋季節(jié)晝夜溫差大，中午最高氣溫與晚上最低氣溫可以相差 15℃ 左右。上午生產(chǎn)的混凝土可以適量加大外加劑的用量，減低混凝土坍落度損失，保障混凝土施工。下午四點后，溫度開始降低，混凝土坍落度經(jīng)時損失減小，應降低外加劑摻量，從而減低外加劑中緩凝成分的用量，防止混凝土出現(xiàn)混凝土想象。

（3）當出現(xiàn)混凝土凝結時間過長的現(xiàn)象時，應及時對混凝土進行養(yǎng)護，防止混凝土發(fā)生因緩凝引起的次生危害，通過及時的養(yǎng)護、施工，一般不會對混凝土后期強度產(chǎn)生不利的影響。

本案例雖然沒有造成質量事故，但也影響了工程進度，如果不及時采取措施，可能會導致混凝土產(chǎn)生裂縫的現(xiàn)象。因此我們在商品混凝土生產(chǎn)過程中，應嚴格控制各種原材料的質量，根據(jù)生產(chǎn)實際及時調整混凝土配合比，保障混凝土質量。

[1] 王善拔，賈懷鋒.水泥和緩凝劑對混凝土凝結時間的影響[J].水泥，2003(8):1-5.

[2] 姜曉妮，孫長勇，高桂波.配合比參數(shù)對混凝土凝結時間的影響[J].低溫建筑技術 ，2009(7):16-17.

[3] 張承志.商品混凝土[M].北京：化學出版社，2010.