商品混凝土异常凝结原因分析及处理办法

耿加会，孙玉芹

（1. 河南舞阳县惠达公路工程有限公司，河南 舞阳 462400；2. 广饶县建设工程质量监督站，广饶 257300）

0 事故概况

2013 年 8 月 21 日下午 16 时开始对，我公司某工地五层结构梁、板、柱进行混凝土浇筑。浇筑混凝土速度大约一小时 10 方左右。8 月 22 日 9:00 左右工地施工人员反应本次浇筑的最后两车混凝土没有凝结，发生缓凝现象。于是我公司派实验室人员到现场查看情况，未凝结的部位为五层结构板面的最后浇筑部分，从生产记录来看该部分混凝土出厂记录分别为 2013 年 8 月 22 日 0:13 分 66 号车 12 方及 01:02 分 ，11 号车， 4 方，共计 16 方。我公司人员与施工单位协商：加强未凝结部分混凝土的养护工作，对其进行覆盖。

1 混凝土原材料情况

水泥：河南宝丰大地集团“大地”牌 P·O42.5，28d 强度48.3MPa，初凝时间 223min，终凝 284min；

粉煤灰：姚孟电厂Ⅰ级粉煤灰，需水量比 94%；

砂：泌阳河砂，细度模数 2.9，含泥量 2.1%；

碎石：舞钢 5～31.5mm 连续级配碎石；

减水剂：FDN 高效缓凝减水剂，减水率 22%，掺量2.0%，固含量 38%。

该工程部位配合比如表1 所示。

表1 工程部位配合比 kg/m3

商品混凝土加水搅拌后，由于水泥的水化，浆体逐渐失去流动性和可塑性，这一过程称为混凝土的凝结。GB/T50080—2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》按照美国材料标准（ASTMC403）提出的贯入阻力试验来确定混凝土的凝结时间。若贯入阻力达到 3.5MPa 和 28MPa，则分别表示混凝土的初凝和终凝。混凝土的初凝时间不能过快，以便有足够的时间完成商品混凝土的搅拌、运输、浇筑和振捣、抹面收光、养护；但混凝土凝结时间也不宜过长，以便下一道工序的施工。商品混凝土在运输、施工的过程中影响浇筑的因素太多，一般应将混凝土的初凝时间控制到6～10h，终凝时间控制在 10～14h，来满足混凝土工程施工的需要。

超缓凝混凝土是指在正常的条件下，通过添加缓凝剂使混凝土凝结时间超过 24 小时的混凝土。商品混凝土在生产过程中，由于材料性能变化或环境温度的突变以及操作失误，有时会出现 24～36 小时甚至 72 小时不凝结现象。

2 混凝土凝结时间影响因素

2.1 水胶比对混凝土凝结时间的影响

在试验条件相同的情况下，混凝土的凝结时间与水泥的凝结时间有很好的相关性，王善拔等[1]试验研究认为：如测定水泥凝结时间通常水灰比是在 0.24～0.27 ，强度等级为 C30的混凝土水胶比一般为 0.46～0.50，两者的水胶比相差一倍，凝结时间也相差一倍。姜晓妮等[2]试验研究认为：混凝土的凝结时间随着水灰比的增加而增加，水灰比每增加 0.08，混凝土的初凝时间增加 24.4%，终凝时间增加 19.7%。混凝土的水胶比大，水泥颗粒之间的距离大，必须产生较多的水化产物才能使水泥颗粒相互搭接连生。另外，水化产物会在水泥颗粒表面形成一层薄膜，妨碍水与未水化水泥的接触，水分子向水泥颗粒内部扩散必须通过这一层薄膜，从而水泥水化受扩散控制，水化速度减慢，因此，水灰比大时水泥颗粒之间的水化产物搭接连生更困难，凝结变得较缓，凝结时间更长。此外，在水泥净浆中，两个水泥颗粒之间的空间分别由两个水泥颗粒产生的水化产物搭接，而在水泥砂浆中，一个水泥颗粒与一个砂子之间的空间完全由水泥颗粒所产生的水化产物来填充，因为砂子不产生任何水化产物。因此，混凝土的凝结时间要比水泥的长得多。

2.2 矿物掺合料对混凝土凝结时间的影响

混凝土的凝结时间主要依靠水泥的凝结来完成拌合物的硬化成型的，水泥熟料的 4 大主要矿物成分为 C3S、C2S、C3A、C4AF，这 4 种矿物成分的水化速率为 C3A＞C4AF＞C3S＞C2S[3]。商品混凝土主要使用的矿物掺合料有粉煤灰和矿粉两种，粉煤灰的主要化学成分 SiO2、Al2O3、Fe2O3，这 3 种氧化物的含量合计占总量的 70% 以上；矿渣粉的主要化学成分CaO、SiO2、Al2O3，这 3 种氧化物含量达 90% 以上。这些矿物掺合料的化学组分能与水泥的水化产物 Ca(OH)2进行二次反应，提高混凝土的后期强度和混凝土密实性，但在混凝土水化初期基本不参与水化反应。因此，矿物掺合料的胶凝体系中 C3A 和 C4AF 等的含量相对纯水泥胶凝材料有所降低，就减缓了 C3A 和 C4AF 的水化速度，混凝土的凝结时间随着矿物掺合料掺量的增加而延长。

2.3 外加剂对混凝土凝结时间的影响

商品混凝土普遍使用高效减水剂或高性能减水剂。掺入减水剂后对水泥水化初期的影响：一方面减水剂吸附在水泥颗粒表面；一方面在水泥水化的碱性介质中，减水剂分子链的活性基团（如—COO-、—SO32-）与水泥生成的离子（如钙离子等）产生不稳定的络合物，延缓水泥水化的进行。其掺量越高对水化抑制作用时间越长，因此，宏观上表现为混凝土的凝结时间随掺量的增加而延长。

混凝土缓凝剂是一种能延迟水泥水化反应，从而延长混凝土凝结时间的外加剂。一般来讲缓凝剂有表面活性，它们在固、液面产生吸附，改变固体颗粒的表面性质，或者通过其分子中亲水基团吸附大量水分子形成水膜层，阻碍水化过程，起到缓凝效果。缓凝剂掺量越大缓凝效果越明显。有关实验表明，葡萄糖酸钠掺量在万分之二到万分之八的范围内，掺量每提高万分之二，水泥凝结时间延长 100min 左右。

对于泵送的商品混凝土或者在夏季高温环境下施工的混凝土，采用缓凝剂和高效减水剂复合使用的方法，延长混凝土凝结时间，减少坍落度损失，是保障混凝土正常施工的有效方法。

2.4 环境温度、湿度对混凝土凝结时间的影响

环境温度对水泥的水化速度影响很大，温度高水泥的水化速度快，温度低水泥水化速度缓慢，当温度接近 0℃，水泥基本停止水化。空气中湿度的变化也影响混凝土凝结时间，湿度大凝结时间长，湿度小凝结时间短。

2.5 本案例混凝土凝结时间估算

在假定外界温度与实验室相同的条件下，我们可以大概估算该案例混凝土的凝结时间。水泥（T1）的初凝时间 223min，终凝 284min，测定出水泥凝结时间的水胶比为 0.26；而混凝土配合比的水胶比为 0.45；粉煤灰掺量为 25%；外加剂掺量为 2%，缓凝成分占外加剂总量的2%，即缓凝成分为胶凝材料掺量的万分之四，可以延长近200min左右。该配合比凝结时间（T0）可以粗略估算：T0＝(T1×0.45/0.26)×25%＋200。通过简略估算我们该配合比初凝在 6～10 小时，终凝时间在 10～14 小时。

3 本案例混凝土时间延长的处理方案

本次混凝土施工发生在八月下旬，正直秋季，当地气温昼夜温差大，中午气温 30℃ 左右，夜间气温只有 15℃ 左右。白天温度高，空气干燥，混凝土凝结时间短，为保证正常施工的进行，外加剂用量大；而夜晚温度低、空气湿度相对大，用相同用量的外加剂，混凝土凝结时间长，这是造成本次最后两车混凝土凝结时间延长的主要原因。

观察发现下午浇筑的混凝土全部终凝，夜间浇筑的混凝土板面尚未初凝。为了防止混凝土结构发生次生事故。夜间浇筑的混凝土到上午 10 时没有凝结，此时，气温上升到 24℃左右，气温仍然处于上升阶段。随着温度的升高，水分蒸发量也随之增大，如果不采取保水措施，混凝土一方面容易产生塑性收缩裂缝，另一方面混凝土表面气温高，蒸发量大，表面凝结速度比内部快，易形成表面凝结，内部没有凝结的橡皮泥现象。与施工单位协商对缓凝的混凝土进行覆盖养护，让施工人员注意观察混凝土凝结情况，接近初凝（手指按压混凝土，可以按出 1～2mm 小坑，不粘手为初凝）开始抹面，直至终凝（按压混凝土表面不能按压下去为终凝）这段时间，应注意观察混凝土表面情况，并根据需要再进行一次或一次以上的收光，防止塑性收缩裂缝的发生。

经过观察该部位混凝土于下午 14 时全部终凝，凝结时间共计 15 个小时，混凝土凝结时间比其他部位延长 5 个小时左右。由于及时采取了覆盖养护的措施，保障混凝土表面水分不流失，没有产生塑性收缩裂缝。 混凝土凝结时间在 15小时左右，没有超过 24 小时，应属于意外缓凝，对混凝土后期强度不会产生不利影响。28d 后经施工方、监理单位、商混企业三方协商，让当地质监站作为第三方进行质量检测。经质监站试验人员回弹试验检测，该测区混凝土强度为 37.7 MPa，同批浇筑的其它两个测区混凝土强度为 38.2 MPa、37.9MPa。

4 结论

（1）商品混凝土为满足搅拌、运输、泵送、浇筑等工艺的要求，应将混凝土初凝时间控制在 6～10 小时，终凝时间控制在 10～14 小时。

（2）春、秋季节及气温突然变化时，应及时调整混凝土配合比及外加剂掺量。春秋季节昼夜温差大，中午最高气温与晚上最低气温可以相差 15℃ 左右。上午生产的混凝土可以适量加大外加剂的用量，减低混凝土坍落度损失，保障混凝土施工。下午四点后，温度开始降低，混凝土坍落度经时损失减小，应降低外加剂掺量，从而减低外加剂中缓凝成分的用量，防止混凝土出现混凝土想象。

（3）当出现混凝土凝结时间过长的现象时，应及时对混凝土进行养护，防止混凝土发生因缓凝引起的次生危害，通过及时的养护、施工，一般不会对混凝土后期强度产生不利的影响。

本案例虽然没有造成质量事故，但也影响了工程进度，如果不及时采取措施，可能会导致混凝土产生裂缝的现象。因此我们在商品混凝土生产过程中，应严格控制各种原材料的质量，根据生产实际及时调整混凝土配合比，保障混凝土质量。

[1] 王善拔，贾怀锋.水泥和缓凝剂对混凝土凝结时间的影响[J].水泥，2003(8):1-5.

[2] 姜晓妮，孙长勇，高桂波.配合比参数对混凝土凝结时间的影响[J].低温建筑技术 ，2009(7):16-17.

[3] 张承志.商品混凝土[M].北京：化学出版社，2010.