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混凝土假凝是什么原因?怎么处理?看完就是半个砖家!

更新时间:2025-04-11 14:27:32 点击数:555

一、假凝现象的成因剖析

(1)水泥粉磨因素:


假凝现象在混凝土工程中较为复杂,其产生与多种因素紧密相关。从根源上看,主要是水泥粉磨时磨内温度过高,致使二水石膏(CaSO₄·2H₂O)脱水转化为半水石膏(CaSO₄·0.5H₂O)。在水泥粉磨工业流程里,磨机内部温度是关键控制点,过高温度会显著改变水泥矿物成分。


当含半水石膏的水泥与水拌和,半水石膏迅速水化重新生成二水石膏。这一水化反应并非简单物理变化,而是复杂化学过程。二水石膏以针状结晶析出并相互交织成网状结构,极大限制水泥浆体中水分子的自由移动,使浆体流动性迅速降低,进而引发浆体固化,这是假凝现象产生的重要原因之一。


此外,水泥中的碱含量也不容忽视。在含碱较高的水泥中,硫酸钾(K₂SO₄)与二水石膏反应会生成钾石膏(K₂SO₄·CaSO₄·H₂O)。钾石膏晶体生长迅速,短时间内会在水泥浆体中形成类似骨架的结构,阻碍浆体正常流动,导致假凝现象。


以某建筑工地为例,施工团队使用某厂生产的硅酸盐水泥,加水拌和后,水泥浆体短时间内迅速凝结,失去流动性且变硬。但经剧烈搅拌,浆体又恢复塑性,约三小时后才完成正常凝结,这就是典型的假凝现象。

(2)水泥成分因素:


当水与高吸湿性水泥粒子接触时,水泥中的Na⁺、K⁺、Ca²⁺、SO₄²⁻、OH⁻等离子迅速脱离晶格进入溶液,随即参与表面水解反应,在极短时间内于水泥粒子表面形成一薄层无定形胶体产物,这为后续水化反应提供了反应界面。


初始溶解阶段结束后,水化反应进入成核阶段,存在液相均匀成核与固液界面非均匀成核两种形式。液相均匀成核是溶液中离子在过饱和度条件下自发聚集形成微小晶核;固液界面非均匀成核则以水泥粒子表面的活性位点为“种子”,因所需活化能较低而更为常见。


成核后,水化产物开始生长,但其生长受多种因素严格制约。溶液浓度决定了水化反应的驱动力,反应处水和离子的可得量影响反应进程,反应过程的活化能决定反应难易程度,晶体生长的定向要求也影响着水化产物的生长。


在第一阶段水化反应后期,水泥粒子表面被一层完整的水化产物覆盖。这层水化产物如同“保护膜”,阻碍了反应物在反应界面向内外扩散,增加了扩散阻力,极大地降低了反应速度。此阶段从水泥粒子与水接触开始,大约持续15分钟,它经历了从快速成核到生长受限的转变。


(3)反应阶段因素:

在水泥水化进程里,第二阶段是诱导期,从水泥与水接触 15 分钟起,持续到 4 小时,对水泥浆体性能影响重大。诱导期早期,铝酸盐反应占主导。铝酸盐在水泥矿物里反应活性高,此时溶液中 SO₄²⁻浓度关键。当 SO₄²⁻浓度低,水泥体系成核作用过度,水化铝酸钙(C - A - H)生长过快,短时间内浆体快速凝结,即闪凝。像水泥生产中,若石膏掺量不足,SO₄²⁻浓度低,易引发闪凝,影响混凝土施工质量。


若 SO₄²⁻浓度过高,大量成核使石膏晶体疯长。假凝的水泥浆体里,石膏晶体生长和分布异常,干扰浆体结构,出现过早硬化假象,但不是正常凝结硬

SO₄²⁻浓度合适时,水泥体系发生利于水化的反应。钙钒石(AFt)晶体大量生成,其针状、柱状结构填充浆体孔隙,增强密实度。水化硅酸钙(C - S - H)胶体生成量增加,对强度发展关键。溶液中 SO₄²⁻和 OH⁻浓度上升,推动水化向水泥粒子内部扩展,产生渗透压和机械力,决定水泥浆流变和凝结性能。


外加剂与水泥反应物相互作用复杂,影响水泥扩散、成核、生长过程。减水剂能改变水泥粒子表面电荷,利于分散,加速水化;缓凝剂则可延缓成核或抑制水化产物生长,影响混凝土工作性、强度、耐久性等性能。


水泥矿物成分与水反应活性顺序为 C₃A(铝酸三钙)>C₃S(硅酸三钙)>C₂S(硅酸二钙)>C₄AF(铁铝酸四钙)。铝酸盐相及其水化产物在水化早期作用关键。铝酸三钙(C₃A)与硫酸钙反应生成钙矾石(AFt)和单硫铝酸钙(AFm),调控铝酸盐反应速度。铝酸三钙反应活性高,直接与水反应易闪凝,硫酸钙参与反应使水化更平稳。掺外加剂影响硫酸盐对水化速度的控制,进而影响整体水化。水泥浆里,硫酸钙要充分溶解,提供足够离子生成硫铝酸钙,保证水化正常,避免闪凝、假凝。


实际中,假凝和闪凝特性、处理不同。假凝是石膏晶体异常生长致浆体暂时硬化,剧烈拌和能破坏结构,恢复流动性,后续正常凝结。闪凝是铝酸盐与水快速反应形成不可逆刚性结构,不加水只拌和无法消除。水泥生产时,熟料温度高,与石膏共磨使石膏脱水成半水、无水石膏,它们快速水化生成石膏,干扰正常水化,导致假凝。

二、混凝土假凝的表现及危害

在混凝土生产与施工中,假凝现象影响显著。当混凝土自搅拌机出料后,若 5 - 10 分钟内迅速丧失滚动性、发硬,半小时内完全失去流动性,成型后有大量蜂窝麻面,硬化后强度降低,即可判定为假凝。


在水泥浆体系里,假凝常于水泥与水拌和后十分钟内出现,15 分钟后水泥变硬。用佛石膏时,水泥浆变硬更快,因其晶体结构与反应活性影响水泥水化调节。


三乙醇胺用量超标,会使水泥初凝过短致假凝。它与水泥矿物反应,适量有缓凝作用,超标则加速水化,使浆体过早失流。水泥自身初凝不合格,如铝酸三钙含量高、粉磨温度不当改变矿物组成与结构,也易引发假凝。


拌合物温度过高,水泥水化反应加快。温度升高,水泥颗粒与水分子碰撞频繁,水化产物生成过快,短时间出现假凝,像夏季高温施工易因温度控制不当引发。速凝剂用量过大,促使水泥水化过于剧烈,打破水化平衡,也会导致假凝。


三、假凝问题的应对策略

(1)缓凝剂的合理选用:

对于经常发生假凝的水泥,我们可以尝试使用羟基羧酸盐、醚类和二甘醇等缓凝剂。这些缓凝剂有一个优点,就是不会让硬石膏等的溶解度降低,反而会使其增高,从而有效避免假凝现象。


(2)施工工艺的优化:

采用先加水拌合混凝土,稍后过 1 - 2 分钟再加入缓凝剂的措施,也能够避免假凝的发生。这是因为先让水泥与水进行初步反应,稳定一下体系,再加入缓凝剂,能更好地调节水泥的水化进程。


(3)外加剂与水泥的适配调整:

如果遇到假凝问题,还可以考虑更换复合外加剂品种,或者要求生产厂家调整外加剂的组分。同时,更换水泥用量 1 - 2% 的无水硫酸钠,也可能改善假凝情况。此外,直接更换水泥品种或批号,从源头解决问题,也是一个可行的办法。


(4)温度控制:

降低拌合物水温也是控制混凝土出现假凝的有效手段。因为拌合物温度过高容易引发假凝,降低水温能够让水泥的水化反应更加平稳地进行。



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