混凝土不凝结原因分析及检测方法
混凝土 混凝土与水泥制品杂志 2020-11-13
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混凝土是建设工程最大宗的材料之一。在混凝土生产中，由于各种原因时常发生超缓凝的混凝土20h甚至更长时间不凝固的现象。产生这种现象的原因主要有两种：①缓凝剂超出正常掺量范围，俗称超掺；②由于水泥与粉煤灰、矿渣粉错仓，即粉煤灰或矿渣粉等掺合料在原材料进仓时错误的进到水泥仓中，或者由于技术员的操作错误，将粉煤灰、矿渣粉当做水泥使用，这两种情况俗称水泥与粉煤灰、矿渣粉“错仓”。这两种原因的混凝土不凝结后果是不一样的，在目前普遍使用葡萄糖酸钠作为缓凝剂的情况，超掺导致的混凝土不凝结一般是短暂的，随着龄期的增长，混凝土一般都会凝结，后期强度略有下降，超掺量较大时，强度下降显著，会严重影响工程质量；水泥错仓会导致混凝土配合比中没有水泥，混凝土不会凝结，影响施工质量，造成严重的经济损失和负面影响。
工程中出现混凝土长期不凝结时，如何快速判断出混凝土不凝结原因，对于保证工期、工程质量以及减少工程各方经济损失意义重大。本文提出了一种可以快速判断混凝土不凝结原因方法，且只需测试pH值、Na火焰光度计即可判断，仪器常规，方法简便，有利于工程各方快速找出原因，及时处理。
1原材料与试验方法
1.1原材料
水泥采用P·O42.5级水泥；粉煤灰采用Ⅱ级粉煤灰，细度16%，需水量97.8%；矿粉采用S95级，比表面积428m2/kg，28d活性指数105%。水泥、粉煤灰和矿粉的化学组成见表1。细骨料采用Ⅱ区级配的河砂，粗骨料采用5～31.5mm连续级配花岗岩碎石；减水剂采用高性能聚羧酸减水剂，减水率≥25%。
1.2试验方法
本文提出的快速判断混凝土不凝结原因的方法步骤如下：
第一步，对不凝结混凝土取样适量，过2.36mm筛，筛去粗骨料，取筛下100g，加入无水乙醇终止水化。
第二步，采用工程所用相同批次、种类材料配制三组参照：①正常胶凝材料组成配比的混凝土与不凝结混凝土的设计配合比相同，试验组号为A；②将①中的水泥全部用粉煤灰替代，其他不变，试验组号为B；③将①中的水泥全部用矿渣粉替代，其他不变，试验组号为C。
配制后龄期为20h时，按第一步处置。第三步，对上述第一步和第二步所取样品处置如下：
（1）采用去离子水200mL充分搅拌，务必使砂表面裹附的胶凝材料与水化产物充分分散在溶液中，倒出面上的浑浊液100mL。
（2）对浑浊液进行抽滤，取50mL抽滤液进行pH值的测试，测量不少于10次，取平均值，并计算不确定度。为了浓度便于测试，可进行相同倍数的稀释。
第四步，将待测样的pH值与参照样对比，进行判断：若pH（待测样）与pH（A）接近（以pH值相差±0.1为准，或以不确定度区间判断），则判断为可能是缓凝剂超掺，而水泥为正常值；若pH（待测样）与pH（B）或pH（C）接近，则判定为水泥错仓。第五步，若缓凝剂为葡萄糖酸钠，可采用第二步的方法，配制不同缓凝剂超掺倍数的混凝土进行Na元素火焰光度计法测试，推测待测样的缓凝剂超掺倍数和预估凝结时间。
2试验结果与分析
2.1不同配比水泥净浆pH值或Na浓度测试
由于水泥水化将产生大量的Ca（OH）2，使溶液成碱性；而粉煤灰、矿渣粉的水化是消耗OH-。本试验设计不同胶凝材料组成以及缓凝剂分别超掺1倍、2倍、3倍、5倍、7倍，测试其水泥浆稀释液pH与Na元素含量，试验结果见表2。
从表2试验编号1～5的pH值可以看出，随着缓凝剂超掺倍数的增加，水泥净浆24h的pH值基本没有变化，表明缓凝剂超掺7倍范围内的超掺对龄期为20h的混凝土溶液pH无显著影响；从试验编号1～7的pH值可以看出，水泥量一定时（如试验编号6水泥量为胶凝材料的60%，相当于C15混凝土的胶凝材料用量），溶液的pH值均在11.9以上。
试验编号7，即水泥掺量约为胶凝材料的20%时，pH值有所下降；对比试验编号1～7与试验编号8~9的pH值可知，在未掺入水泥时，溶液pH值明显低于掺入水泥的配比。上述试验表明，缓凝剂超掺时，对20h不凝混凝土的pH无显著影响，水泥被粉煤灰、矿渣粉完全替代，即水泥错仓情况下，混凝土的pH有显著差异。
通过采用Na火焰光度计测试缓凝剂超掺情况下稀释液浓度发现，缓凝剂掺量越高，稀释液中钠元素含量越高。从表2试验编号1～7的Na元素火焰光度计法检测浓度与缓凝剂超掺倍数的关系，进行线性回归，回归曲线见图1。
由图1可以看出，超掺倍数与检测浓度成线性正相关，相关系数R2=0.997，且相关度非常高。试验所用水泥、水与减水剂混入稀释液的钠元素含量为4.935mg/L，所用材料中钠元素可充分释放于溶液中，同时，所用材料对钠离子的干扰效应较小，试验结果较为准确，在所用原料没有较大变动的情况下，试验数据波动不大。上述试验结果表明，可以通过溶液Na元素火焰光度计法检测浓度推测缓凝剂超掺倍数。
2.2不同缓凝剂超掺倍数对混凝土凝结时间的影响
以建筑工程项目最常见的C40混凝土配合比为基准，以缓凝剂超掺倍数为2倍、5倍、10倍配制不同混凝土，并测试凝结时间，试验结果见表3。对不同缓凝剂超掺倍数的混凝土60d强度进行测试，试验结果见表4。从表4的试验结果可以看出，采用葡萄糖酸钠作为缓凝剂时，随着超掺倍数的增加，混凝土凝结时间大幅度增加。在超掺10倍时，混凝土在38d左右凝结。对60d试件的抗压强度进行测试结果表明，随着超掺倍数的增加，混凝土60d抗压强度有一定程度的降低，但影响较小，缓凝剂超掺10倍时，混凝土60d强度也可达到了标准值的1.14倍。
3结论
（1）试验超掺倍数在7倍范围内，缓凝剂的超掺对24h龄期混凝土的pH无显著影响；水泥被粉煤灰、矿渣粉完全替代，即水泥错仓情况下，混凝土的溶液pH有显著差异。
（2）混凝土配制溶液Na元素火焰光度计法的检测浓度与缓凝剂超掺倍数成线性正相关，可以通过溶液Na元素火焰光度计法检测混凝土配制溶液的浓度，推测缓凝剂超掺倍数。
（3）采用葡萄糖酸钠作为缓凝剂时，随着超掺倍数的增加，混凝土凝结时间大幅度增加，超掺10倍时凝结时间达到38d。随着超掺倍数的增加，混凝土60d抗压强度有所下降。
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