水泥瞬凝与假凝的研究与防治

2018-09-05

四川水泥 2018年8期

（郑州财经学院土木工程学院，河南郑州 450000）

0 前言

瞬凝和假凝现象作为水泥凝结中两种比较常见的异常凝结现象，对工程带来的危害是极为严重的，这两种异常凝结有着近乎一致的迅速凝结现象，但其产生的机理以及防治方法是完全不同的。为了确保施工进度以及工程的质量，我们需要从根源上来预防这两种异常凝结现象的发生。

1 瞬凝与假凝现象的定义及其原理

1.1 瞬凝现象

水泥瞬凝(cement flash set)是水泥与水混合形成水泥净浆或水泥砂浆后在短时间内立即发生的一种异常的凝固现象，指的是水泥砂浆在遇水拌合时会放出大量的热，同时浆体迅速结硬，就算再次加水搅伴也不会使其恢复塑性的现象称为水泥的瞬凝现象，也称闪凝现象。

1.2 假凝现象

水泥假凝(false set of cement)是水泥用水调和形成水泥净浆或水泥砂浆后发生的一种异常的早期固化或是硬化现象。水泥在发生假凝现象时没有明显的大量放热现象和迅速硬化现象，且在不需要另外加水的情况下经搅拌后浆体仍能恢复其塑性，并达到正常凝结，对强度影响不大的现象称为水泥的假凝现象。

2 瞬凝与假凝现象产生的因素

2.1 水泥瞬凝现象出现的原因

1.C3A的含量或活性过高对瞬凝现象的影响

水泥瞬凝现象发生的主要原因是因为水泥C3A的含量和活性过高引起的。

C3A在硅酸盐水泥中，含量通常要求在 15%以下，遇水反应最快，水化热最高，其含量决定了水泥的凝结速度和释放热量的数量。通常我们在使用的时候需要加入石膏作为缓凝剂来调节水泥凝结的速度，如果 C3A的含量和活性与加入石膏的数量和活性不相匹配时，就会导致水泥发生瞬凝现象。

还有一种情况就是水泥中的C3A含量过高，而同时C3AF的含量又过低，这样的水泥遇水拌合后会迅速形成铝酸盐水化物导致瞬凝现象的发生。

2.熟料中碱含量对瞬凝现象的影响

熟料中如果含碱量过高时，水泥发生瞬凝和需水量以及早期的水化速率都会增加，原因是因为水泥遇水发生水化反应时会产生氢氧化钾以及氢氧化钠，这两种碱性物质会与石膏发生反应从而消耗掉一部分原本用来作为缓凝剂的石膏，这样就会导致C3A的数量及活性与石膏的数量及活性不相匹配，从而使得水泥发生瞬凝现象。

3.在严重还原气氛下煅烧熟料对瞬凝现象的影响

在还原气氛下煅烧的熟料，煅烧炉中的温度较低，硅酸盐矿物固熔氧化铁、氧化铝的能力会下降，C4AF固熔氧化铝的能力也会下降，这样就会使得氧化铝会大量以C3A的形式存在。

同时熟料中的三价铁会被还原为二价铁，形成钙铁橄榄石类矿物质，会使得C4AF的含量减少，这样氧化铝因缺少固熔物质就会以C3A矿物质的形式存在，就会增加C3A的含量。

在严重的还原气氛下煅烧熟料，熟料的结粒状态比较大，冷却效果比较差，这样就会使C3A矿物质形成晶体物质，造成吸附减水剂能力最强的C3A矿物质数量增多，使减水剂的饱和点与流动性经时损失都增大。

4.温度对瞬凝现象的影响

温度对于水泥的性能来说具有很大的影响。在标准的温度下水泥凝结的速度本来就比较快，如果使用的温度一旦过高（超过35℃），其凝结速率就会变得更快，甚至会出现瞬凝现象。

2.2 水泥假凝现象出现的原因

影响水泥凝结速率和硬化强度的因素很多，除了熟料矿物本身结构，它们相对含量及水泥磨粉细度等这些内因外，还与外界条件如温度、加水量以及掺有不同量的不同种类的外加剂等外因密切相关。

1.熟料以及缓凝剂对假凝现象的影响

假凝现象是一种不正常的硬化现象，其发生的原因一般是因为水泥在与水混合后放热造成石膏脱水，使石膏调节水泥缓凝的作用失效，C3A快速的水化凝结，其凝结放出热量使得其他的熟料及矿物质加速水化，最终使水泥浆凝结硬化出现假凝现象。

还有一种原因就是石膏作为缓凝剂加入的量过多。在水泥粉与水反应的过程中，C3A的早期溶解的数量较少，而加入的石膏较多溶解过快，除了生成钙矾石外，还有多余的 SO42-生成，进而形成大量的次生石膏。次生石膏晶体呈片状或是长条状且体积较大，会导致水泥浆变硬随即失去流动性进而出现假凝现象。

2.水泥粉磨对假凝现象的影响

通常水泥粉磨的质量和二水石膏的脱水率受粉磨工艺和温度的影响，在这里我们引用日照一家企业所做的实验：

表一

通过实验的数据，我们可以得出以下的结论:

① 开路磨的假凝值明显低于闭路磨

② 同样的原料由于粉磨工艺不同两数据的结果相差很大

由此可以得出结论：粉磨的方式和粉磨质量会对水泥的假凝现象产生很大的影响，开路粉磨比闭路粉磨的水泥更容易产生假凝现象。

3.温度对假凝现象的影响

假凝现象的产生与水泥粉磨时的温度也有密切的关系，水泥粉磨时收到高温的影响，使得二水石膏脱水形成半水石膏，党水泥遇水拌合之后半水石膏又会迅速水化为二水石膏形成针片网状晶体进而在水泥浆中形成晶体结构网，引起水泥浆的固化。

4.碱性物质对假凝现象的影响

假凝现象的发生也与水泥中的酸碱程度有关，水泥中如果含有的碱性物质过多，也会使的水泥发生假凝现象。

① C3S是水泥熟料矿物中的重要组成部分，当水泥遇水拌合之后，C3S会发生水解反应生成 Ca(OH)2，如果水泥中含有的碱性物质过多，其中的碳酸盐就会与Ca(OH)2发生反应形成CaCO3沉淀，使得水泥出现假凝现象。

② 对于某些含有碱性物质的水泥，其中所含的硫酸钾会与二水石膏发生反应形成钾石膏（K2SO4·CaSO4·H2O）结晶并且迅速长大，使得水泥出现假凝现象。

3 瞬凝与假凝现象的危害及案例

3.1 瞬凝现象的危害

水泥瞬凝现象发生时会伴随着放出大量的热量，若此时水泥在近乎密闭的空间里发生瞬凝现象，就会使得热量不断积累，混凝土温度不断升高，而温度的升高又会使水泥加快水化，导致混凝土的凝结速率加快影响施工。

2001 年，安徽省某一施工队在进行建筑工程实际操作的过程当中，由于前期忽视了在制造硅酸盐水泥过程中水泥浆体的前期变化，其中的氢氧化钙浓度饱和时所水化的 C4A晶体由于处理不当，从而急速生成了大量的片状水化铝酸盐矿物（C4AH19、C2AH8）互相搭接在浆体中形成网络骨架，同时C3A含量或活性过高，而石膏掺量偏低最终导致其在水泥浆体的碱性介质中迅速增长，从而致使产生了瞬时凝结。最终导致了所建大型建筑物的坍塌，所幸建筑处于完善期并无出现人员伤亡。随后，施工队改变了水泥中石膏的掺量和形态，通过对水泥的流变性进行了评价与测定，最终解决了这一问题。

3.2 假凝现象的危害

假凝现象虽然在不用在加水的情况下二次拌合就能恢复水泥的塑性，但这种不正常的早期固化现象会严重影响施工，延缓工程的施工进度，也会导致其配置的混凝土的质量上大打折扣。

2005 年，四川省成都市某一建筑施工队在进行对湿拌砂浆的生产加工过程当中，在生产预拌砂浆时，当砂浆在刚生产出来时，各项性能指标都达到给定要求，但是在未达到开放时间时由于施工对于时间的要求提前进行了对砂浆的使用，使砂浆在1-3h内的稠度突然变化降低了80%以上，导致了砂浆最终失去了和易性从而造成了不正常的早期固化，水泥浆经过剧烈的搅动还破坏了二水石膏的结构网，在搅动过程中水泥温度过高还破坏了砂浆的稳定性，最终使湿拌砂浆的质量大打折扣并且导致接下来的施工难度不断升级。