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技术知识

混凝土(灌浆料)的初凝时间怎么确定?

2021-09-15 15:09:03   来源:    点击:666

一、混凝土的初凝时间怎么确定?
凝结时间分为初凝时间和终凝时间。初凝时间为水泥加水拌合起,至水泥浆开始失去塑性所需的时间。终凝时间从水泥加水拌合起,至水泥浆完全失去塑性并开始产生强度所需的时间。水泥凝结时间在施工中有重要意义,初凝时间不宜过短,终凝时间不宜过长。
硅酸盐水泥初凝时间不得早于45min,终凝时间不得迟于390min;普通水泥初凝时间不得早于45min,终凝时间不得迟于600min。
水泥初凝时间不合要求,该水泥报废;终凝时间不合要求,视为不合格。
混凝土的初凝时间一般是根据水泥品种而定,基本没有统一的时间,但是有个大致范围就是2-3小时。
如果加入早凝剂,初凝时间大致可以缩短到半小时;如果加入缓凝剂,初凝时间可以延长到5-10小时。
具体的初凝时间一般由试验决定,而且是每家工厂的每一批水泥都要做试验。
初凝时间是指水泥加水拌和到水泥浆开始失去可塑性的时间;终凝时间是指水泥加水拌和到水泥浆完全失去可塑性并开始产生强度的时间。
  为保证水泥浆在工程施工中有足够的时间处于塑性状态,以便于操作使用,国家标准规定了水泥的最短初凝时间;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。
  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联接成网,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”实际上相当于屈服值提高到某一规定数值,即将开始第二次快速上升的时间。由此可以表明,初凝时间既决定于铝酸三钙和铁相的水化,也与硅酸三钙的水化密切相关;而初凝到终凝的凝结阶段则主要受硅酸三钙水化的控制。

水泥试验条件规定如下:试验室温度应为17~25℃,相对湿度大于50%;养护箱温度为20±1℃;水泥试样、标准砂、拌和水及试模的温度均应与试验室温度相同;试验用水须为洁净的淡水。
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(1)国家标准规定水泥初凝时间不得早于45min,一般为1~3h;终凝时间不得迟于12h,一般为5~8h。
(2)测试方法是在水泥中加入标准稠度的用水量,制成净浆试模,由加水时起,至凝结时间以测定仪的试针沉入净浆中距底板0.5~1.0mm的时间为初凝时间,至试针沉入净浆中不超过1.0mm的时间为终凝时间。
混凝土初凝时间一般在2~4小时,加了缓凝剂可以达到6~10小时,但由于混凝土在运输过程中不断的进行拌和运动,对混凝土初凝时间也会延长。夏季气温高,对混凝土初凝也有很大影响。
凝土初凝和终凝凝结时间的话,分成初凝和终凝。当混凝土刚开始失去塑性叫做初凝,当混凝土完全失去塑性就叫做终凝。
一般来说混凝土的凝结时间和水泥的凝结时间有关。对普通水泥而言,初凝不小于45min,终凝不迟于10h。混凝土也差不多。

但是现在的混凝土往往都掺有一些混合材和外加剂,会影响正常的凝结时间,尤其是外加剂。混凝土外加剂分很多品种,有关凝结时间的有混凝剂和速凝剂等等,可以延长或者缩短凝结时间。
一般来说,凝结时间过长,对后期强度影响不是很大。混凝土强度主要和水灰比和水泥用量有关。但是如果凝结时间过长,而在这段时间混凝土受到意外的伤害,这个就难说不会降低混凝土的强度了。
混凝土凝固时间一般称养护时间,以天为单位又称龄期。混凝土的强度随养护时间的增加而不断增长,呈曲线关系。14天以前,曲线较陡,14天以后曲线开始变得平缓,28天以后曲线更加平缓。就是说混
凝土随养护时间的延长,强度不断地增长,开始较快,以后则渐缓,大约在2~3年以后,强度才停止增长。
混凝土强度的增长不仅与养护时间有关,还与水泥的品种、养护条件、环境温度有很大的关系。如使用425号普通硅酸盐水泥配制的混凝土在自然条件下养护,环境温度20℃时,7天可达到设计强度的60%,28天可达到设计强度的95~100%;而在环境温度10℃时7天只能达到设计强度的45%左右,28天也只能达到设计强度的80%左右。在负温度的条件下,只要混凝土受冻前强度已达到设计强度的30%以上,混凝土的强度也能增长,但增长较慢。
水泥从加水拌和后45分钟到1小时,水泥的凝胶开始凝结,这时简称初凝;至拌和后12小时,水泥凝胶的形成大致终了,这段时间称为终凝。但这时所形成的水泥凝胶还处在软塑状态中,还需要等几小时以后,才能逐渐硬化,变成固体状态。一般把水泥拌和后由流动状态失去可塑性变为固体状态的这段时间称为“凝结过程”,而把以后逐渐产生强度的时间称为“硬化过程”。
     水泥浆在初凝之前具有一定的流动性,在这段时间里宜进行运输、浇灌、捣固等工作。自初凝到终凝以前,它的流动性逐渐消失,如再经振动,则已凝结的胶体还能闭合,但自拌和后6小时(即近于终凝时)至8小时,它已丧失流动性,不具备强度,遇有损伤则不能自行闭合,所以不能承受外力,在这段时间内必须加强养护,保证其强度的稳定发展。
凝结=流态--失去可塑性-->固态=初凝+终凝
初凝:逐步失去塑性而得到初步硬化。-->施工时间限界。
终凝:完全失去塑性而开始具有强度。
二、混凝土不凝结原因分析及检测方法
     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。
   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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