水泥的异常凝结包括假凝、瞬凝(闪凝)、急凝和缓凝。其中假凝和瞬凝是比较常见且危害较大的异常凝结。瞬凝和假凝是水泥流变性能差的极端表现,导致混凝土迅速失去塑性,无法进行施工。
(一)假凝和瞬凝产生的机理(1)假凝:水泥净浆或水泥砂浆加水搅拌后不久,在没有放出大量热的情况下迅速变硬,不需另外加水重新搅拌后仍能恢复其塑性的现象称为假凝。
(2)瞬凝:水泥净浆或水泥砂浆加水搅拌后不久,有大量热放出,同时迅速变硬,不另外加水重新搅拌也不能恢复其塑性的现象称为瞬凝,也称闪凝。
水泥的正常凝结取决于C3S的水化速率,而异常凝结则与C3A、石膏的数量与活性及二者之间的平衡关系有关(如图1)。
在图1第Ⅰ象限中,C3A的数量和/或活性、石膏的数量和/或活性均偏高;第Ⅲ象限中,C3A的数量和/或活性、石膏的数量和/或活性均偏低,二者均为正常凝结。在第Ⅱ象限,C3A的数量和/或活性高,同时石膏的数量和/或活性低。此时C3A遇水即迅速反应,很快生成C4AH19(C4AH13)和C2AH8等六方型片状的晶体产物,互相搭接在水泥浆体中形成结构骨架,导致浆体迅速失去塑性,同时放出大量的水化热。在第Ⅳ象限,C3A的数量和/或活性低,同时石膏的数量和/或活性高,此时不会产生前述水化产物,也不会有明显放热现象。此时的水化产物是针状的次生石膏和板条状的钾石膏,及少量针状AFt。
瞬凝和假凝都是由于快速形成了针片状水化产物导致水泥浆体加水后迅速失去塑性,但水化产物的种类不同。在表象上,伴有发热是瞬凝的特征;假凝没有明显发热,不加水搅拌后可以恢复塑性是假凝的特征,可以简单地依此判断是否存在瞬凝或假凝。
(二)造成瞬凝、假凝的原因瞬凝是由C3A的数量和/或活性高,同时石膏的数量和/或活性低引起的,而假凝是由C3A的数量和/或活性低,同时石膏的数量和/或活性高引起的。也就是说SO42-过低可能发生瞬凝,SO42-过饱和可能发生假凝。可溶性碱既可以加速水泥中的C3A的早期水化加剧瞬凝现象,也可以与早期溶入液相的SO42-化合成板条状的钾石膏加剧假凝现象。
(1)瞬凝的原因
一般而言,水泥瞬凝的可能原因包括:
1.熟料中C3A含量高;
2.熟料中C3A活性高;
3.熟料中碱含量高;
4.水泥粉磨时使用较多硬石膏,或外加剂中含有木质素磺酸盐组分;
5.当熟料中C3A含量和/或活性高时,虽使用二水石膏,但粉磨温度低;
6.水泥使用时的温度很高;
7.上述多种因素组合。
上述可能引起瞬凝的因素在程度较轻时则可能引起急凝,另外水泥细度过细,使用萤石、石膏矿化剂也可能导致急凝。
(2)假凝的原因
一般而言,水泥假凝的可能原因包括:
1.熟料中C3A含量低;
2.熟料中C3A活性低;
3.熟料中碱含量高;
4.水泥粉磨使用二水石膏且粉磨温度较高,例如超过120℃;
5.入库水泥温度偏高,水泥在库内储存时间较长,在库内脱水;
6.上述多种因素组合。
(三)瞬凝、假凝水泥的处理方法(1)瞬凝和假凝水泥的判断
使用瞬凝或假凝水泥都会造成流态混凝土在加水后几分钟至几十分钟快速失去流动性,造成施工困难。水泥发生瞬凝现象时,常伴有放热现象,混凝土在搅拌过程和出机后的温度会明显升高。可以用红外线测温仪(或温度计)分别测量出机混凝土经过十几分钟至几十分钟的经时混凝土温度,考虑环境温度对混凝土温度的影响,如果混凝土经时温度上升超过5℃,即可判断水泥有瞬凝现象。
而假凝不会导致混凝土温度上升,混凝土在搅拌机延长搅拌时间几分钟(或在混凝土运输车内快速搅拌几分钟),混凝土的流动性将得到改善,可判断水泥有假凝现象,瞬凝水泥随搅拌时间延长而不会改善流动性。
(2)瞬凝(急凝)水泥的调整方法
水泥厂解决水泥的瞬凝和假凝问题较为便捷且成本很少。瞬凝(包括急凝)水泥会导致混凝土坍落度损失加快,减水剂用量增加。瞬凝水泥在混凝土拌和中可以采取的措施包括:
1.拌制混凝土时,添加石膏粉,使用数量依试验确定,且添加石膏粉后胶凝材料的SO3含量不得超过3.5%(搅拌站使用此办法有困难);
2.在外加剂中采用补硫措施,使用量经试验确定;
3.在外加剂中增加缓凝剂用量,或生产时提高外加剂掺量,增加的用量经试验确定,应注意防止造成混凝土凝结时间过度延长。
实际操作时可以采取上述措施中的一种,或几种措施同时采用。
(3)假凝水泥的调整方法
假凝水泥在混凝土拌和中可以采取的措施包括:
1.混凝土生产时,适当增加外加剂掺量,增加量依试验确定,应注意避免出现缓凝事故;
2.延长混凝土在搅拌机中的搅拌时间,且在混凝土运输过程中,混凝土运输车一直处于快转;
3.混凝土入泵前在运输车中快速搅拌2min,或现场二次添加外加剂调整,注意调整外加剂的使用量;
4.适当减少混凝土中水泥用量,并增加矿渣粉、粉煤灰用量。
实际操作时可以采取上述措施中的一种,或几种措施同时采用。