【砼行论道】混凝土凝结时间异常问题(中)

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1、【砼行论道】混凝土凝结时间异常问题（中）2015-07-02 商品混凝土汪军混凝土凝结时间异常问题分析孙茂元（天津市第三市政公路工程有限公司，天津300112）混凝土凝结过程，具体的讲就是，水泥、砂、石子、矿物掺合料、外加剂加适量的水经拌和形成一种可塑性的浆体，随着时间的推移，浆体逐渐失去流动性、可塑性，变为不流动的紧密的状态，最后，随着强度逐渐增加，发展为具有相当强度的石状固体。这一过程是一个复杂的物理和化学的过程；是水泥的凝结和硬化连续进行、不可截然分开的一个过程。这个过程所用的时间就是水泥混凝土的凝结时间，分为初凝时间和终凝时间。我国标准中按美国材料学会（A

2、STMC403）提出的贯入阻力试验来确定混凝土的凝结时间。认为在贯入深度为25mm时，若压力与面积比为3.5MPa，则达到初凝；若压力与面积比为28MPa，则达到终凝。初凝时间大致相当于混凝土拌合物不再适于正常浇灌的时间，终凝时间接近于硬化开始的时间。凝结基本上由C3S的水化作用所控制。在初凝以前新拌混凝土拌合物将失去一定的坍落度，而终凝之后一段时间内将获得适当的强度。混凝土的凝结时间在施工中具有重要的意义，初凝时间不宜过短，终凝时间不宜过长。混凝土的初凝时间一般是根据水泥品种而定的，基本没有统一的时间，但是大致范围是2-3小时。如果加入早凝剂，初凝时间大致可以缩

3、短到半小时；如果加入缓凝剂，初凝时间可以延长到5-10小时。为保证水泥浆在施工过程中有足够的时间处于塑性状态，以便于有足够的时间来完成混凝土的搅拌、运输、浇捣等操作，国家标准规定了水泥的最短初凝时间为45min；为使已形成工程结构形状的水泥浆尽早取得强度，以便能够承受荷载，国家标准规定水泥终凝时间不得迟于规定的时间。然而，在实际工程中，随着矿物掺合料和外加剂在混凝土中的广泛使用，以及新型混凝土在土木工程中的广泛应用和特殊条件下的混凝土施工，混凝土异常凝结时有发生，轻则引起混凝土质量问题，重则引起严重的工程事故。混凝土的凝结时间异常一般表现为缓凝、速凝和假凝三种。缓

4、凝的特征是：混凝土施工后，长时间不硬化或早期强度极低，甚至混凝土28d强度达不到设计要求。速凝的特征是：水泥和水接触后浆体很快地凝结成为一种粗糙的、和易性差的混合物，并在大量放热的情况下很快凝固。假凝的特征是：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，此时再次进行搅拌，仍可恢复塑性，用于浇注，能以通常形式凝结。混凝土的凝结时间异常在实际工程中的危害主要有：其一、水泥混凝土在施工过程中，如果迅速凝结，对于大面积浇注的混凝土极容易产生冷缝。其二、在大体积混凝土施工时，如果混凝土凝结迅速，致使混凝土前期水化放热量集中，混凝土的内部温度升高很大，最终形成

5、较大的内外温差，使混凝土开裂。其三、泵送混凝土在施工过程中，若混凝土产生速凝，则混凝土在输送过程中极易引起堵管和爆管。其四、混凝土在钻孔灌注桩施工过程中，如果混凝土在溜桶或导管中发生速凝，就会导致桩孔报废或其他严重的质量事故。其五、混凝土在浇注后，常常产生过分的缓凝现象，不仅阻碍了后续施工的进行，而且还使混凝土的强度降低了。混凝土的凝结机理混凝土的凝结时间与水泥的凝结时间，虽然由于骨料的掺入，水胶比的变动及外加剂的应用，使其存在一定的差异，但是混凝土的凝结过程还是主要靠水泥来完成的。也就是说，混凝土拌合物是通过水泥加水后的化学和物理化学作用凝结硬化而产生强度的。化

6、学作用主要表现在：混凝土中水泥初期水化生成了许多胶体大小范围的纤维状晶体如C-S-H(B)和一些大的晶体如Ca(OH)2包裹在水泥颗粒表面。物理化学作用主要表现在：这些细小的固相质点靠极弱的物理引力使彼此无秩序的在接触点处粘结起来，而连成一空间网状结构，此时结构的强度很低而有明显的可塑性；以后随着水化的继续进行，水泥颗粒表面不大稳定的包裹层开始破坏而水化反应加速，从饱和的溶液中就析出新的、更稳定的水化物晶体，这些晶体不断长大，依靠多种引力使彼此粘结在一起形成紧密的结构。随后，水化继续进行，从溶液中析出新的晶体和水化硅酸钙凝胶不断充满在结构的空间中，进而将骨料也紧密

7、地粘结包裹在一起，形成完整的结构。从水泥浆体结构的形成过程可知，必须使水化产物长大、增多到足以将各种颗粒初步连接成网，形成凝聚结构，才能使水泥浆体开始凝结。从水泥浆体的流变特征看，必须将外力增加到一定程度，所产生的剪应力将形成的网状结构拆散，才能使浆体流动。通常将拆散网状结构所需的剪应力称为“屈服值”。水泥拌水后，屈服值立即随水化的进展而提高，然后变慢，接着再以更快的速度上升。一般认为，开始的屈服值提高是由于快速形成了钙矾石；水泥中如有半水石膏存在，还会有二水石膏形成的原因。至于屈服值的第二次快速上升则归结于硅酸三钙强烈水化所形成的C-S-H。所谓“初凝时间”实际

8、上相当于屈