水泥混凝土引起超时缓凝的现象及原因分析

   水泥混凝土加水后,由于水泥的水化,随着时间的推移,浆体逐渐失去流动性、可塑性,这一过程称为混凝土的凝结。我国标准按照美国材料试验标准(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3.5MPa和28MPa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,以便施工时有足够的时间来完成混凝土的搅拌、运输、浇捣和砌筑等操作,混凝土的终凝也不能过迟,以便混凝土能够尽快的硬化,达到一定的强度,以利于下道工序的进行。
 
水泥混凝土凝结时可能产生的异常凝结行为主要为:假凝、瞬凝、超时缓凝和不凝。假凝其特征是水泥和水接触后几分钟内就发生凝固,且没有明显的温度上升现象。此时再加拌和(无须加拌和水),仍可以恢复塑性,用于浇注并以通常形式凝结;瞬凝,特征是水泥和水接触后浆体很快地凝结成为一种很粗糙的、和易性差的混合物,并在大量放热的情况下很快凝结;超时缓凝就是混凝土的终凝时间严重超过设计或预计的凝结时间。在水泥混凝土施工过程中,如果产生异常凝结,将对工程质量造成严重的危害。 
一、水泥混凝土产生超时缓凝的现象 
随着商品混凝土和泵送混凝土的发展,在混凝土的生产过程中通常掺加了减水剂、缓凝剂等外加剂和活性掺和料。如果外加剂的掺量过大、或出现外加剂与水泥和活性掺和料的相容性等问题而引起的水泥混凝土凝结时间严重超过设计和预计的凝结时间造成混凝土很长时间才凝结,对强度造成损失,并影响工期,有的造成混凝土长期不凝结,使结构破坏,以致造成严重的工程事故。 
二、水泥混凝土产生超时缓凝的原因 
1.缓凝组分的超量掺加 
混凝土工程中常用缓凝剂来延长凝结时间,使新拌混凝土较长时间保持塑性,以便浇注,提高施工效率,在泵送混凝土中缓凝剂和高效减水剂复合使用可以减少坍落度损失,保持良好的泵送性能。缓凝剂和缓凝减水剂均具有一个适宜的掺量范围(按水泥质量的百分含量)如:木质素磺酸钙掺量为0.2~0.3%,葡萄糖酸钙的掺量为0.1~0.3%;工程中通常规定木质磺酸钙和葡萄糖酸钙类缓凝剂的掺量不超过0.25%。研究表明随着缓凝剂掺量增加,缓凝作用增强,在适宜的范围内掺缓凝剂不但不会影响后期强度,反而有所提高;但超剂量(大于适宜掺量的5倍)的使用缓凝剂不但产生严重缓凝,而且还要造成强度损失,严重者造成长时期不凝结硬化,造成严重后果,产生工程质量事故。
2.减水剂与水泥、掺和料的相容性问题 
在现代混凝土技术中,并不是每一种符合国家标准的水泥在使用一定的减水剂时都有同样的工作性能,同样也不是每一种符合国家标准的减水剂对每一种水泥流变性能的影响都一样,这就是水泥和减水剂的相容性问题。与水泥一样,掺和料与水泥之间也存在相容性问题。影响减水剂与水泥、掺和料相容性的主要因素,对减水剂来说,是其化学性质、分子量、交联度、磺化程度和平衡离子;对水泥来说,是SO??3含量同水泥中的C??3A的含量、水泥细度和碱含量的匹配。其中水泥中的C??3A的含量、SO??3的形态和含量、减水剂对石膏的溶解度的影响和掺和料的种类通常是引起相容性问题的主要原因。 
减水剂与水泥的相容性问题对水泥混凝土凝结的影响,既有过早凝结硬化的,如:假凝、瞬凝,也有超时缓凝的。混凝土工程中高效减水剂的超量掺加,由于表面电荷有时异常高度集中而引起水泥浆体絮凝和高度触变性,表现为超时缓凝;同时由于水泥与减水剂相容性引起水泥混凝土假凝、瞬凝其产生的水化产物覆盖在水泥颗粒表面,阻碍水泥与水进一步反应,使水泥水化反应的诱导期延长,也可能表现为水泥混凝土超时缓凝;另外掺和料的掺加及其与减水剂的相容性问题也可能引起水泥混凝土的超时缓凝。
 　3.水泥中SO3含量 
缓凝剂的缓凝作用也受某些水泥的SO3含量所影响。如在观音阁水库大坝混凝土的施工中,出现了超时缓凝现象。经调查发现观音阁水库大坝浇注混凝土所用水泥在生产过程中因控制氟石膏掺量的微机失控,造成氟石膏实际掺量剧减,导致水泥中SO??3含量仅有0.7~0.8%严重偏低造成混凝土不凝。
4.水泥掺和料 
目前,工程中使用的水泥大多都有掺和料,掺和料的加入既降低了水泥的成本,又改善了水泥的某些性能。但掺和料品种或用量不当时,则往往会引起混凝土异常凝结。如掺量过高时,可能引起超时缓凝。
5.不恰当的施工工艺或措施 
在混凝土的生产和施工过程中不恰当的措施也可能引起混凝土的超时缓凝。如混凝土在生产时拌和水中含有油类、酸、糖,在外掺缓凝剂的条件下会对混凝土产生严重的缓凝现象。如:湖南某糖厂施工了一批预制构件,施工后一个星期仍未硬化,后经调查,发现预制构件养护覆盖层为装过糖的旧麻袋,其中糖随养护用水掺入混凝土中而引起超时缓凝。因为糖掺入水泥混凝土中,能吸附在水泥混凝土表面上,形成同种电荷的静水膜,使水泥颗粒相互分散,不致相互聚合成较大的粒子,从而起到缓凝作用。 
另外在上述原因引起混凝土超时缓凝的前提下,混凝土的初凝和终凝时间延长,而施工却按预计的凝结时间进行养护,而此时混凝土还没有终凝,过早的实施养护,会破坏混凝土的结构,使混凝土的早期强度发展受到损失,在某种意义上也推迟了水泥混凝土的凝结硬化。