习题与思考题参考答案 (2)

第5章水泥1、凡由硅酸盐水泥熟料、0%- 5%石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制得的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥。

不掺混合材料的称为Ⅰ型硅酸盐水泥（P·Ⅰ）、掺混合材料的称为Ⅱ型硅酸盐水泥（P·Ⅱ）。

2、主要矿物成分有硅酸三钙C3S、硅酸二钙C2S、铝酸三钙C3A、铁铝酸四钙C4AF。

3、由甲组硅酸盐水泥熟料配制的硅酸盐水泥的强度发展速度、水化热、28天时的强度均高于由乙组硅酸盐水泥熟料配制的硅酸盐水泥，但耐腐蚀性则低于由乙组硅酸盐水泥熟料配制的硅酸盐水泥。

出现上述差异的主要原因是甲组熟料中C3S和C3A的含量均高于乙组熟料，因而出现了上述性能上的差异。

4 、硅酸盐水泥的水化产物有水化硅酸钙C3S2H3、水化铁酸钙CFH、氢氧化钙CH、水化铝酸钙C3AH6或C4AH12、水化硫铝酸钙C3AS3H12或C3ASH12。

水化硅酸钙和水化铁酸钙为凝胶体，其余为晶体。

5、掺适量石膏的目的是为了延缓水泥（C3A）的凝结时间，即为了缓凝。

掺量少，不足以抵制C3A的水化速度，起不到缓凝的作用；但掺量过多，一是石膏的促凝、二是影响到水泥的体积安定性。

所以掺量要适量。

6、一是内在因素：（1）熟料矿物组成。

C3A、C3S含量高，则凝结硬化快。

（2）石膏掺量。

要适量，要在熟料充分冷却后掺入。

（3）水泥细度。

细，水化快、水化程度高，凝结硬化快。

二是外界条件的影响：（1）养护时间（龄期）。

时间越长，水泥水化越充分、硬化程度越高、强度越高。

硬化速度尤以早期为快。

（2）温度、湿度。

温度升高，水泥水化反应加速，凝结硬化加快、强度增长快。

温度的影响主要对水化的初始阶段影响达，对后期影响不大，但温度过高时，对后期水化不利。

湿度越大，水泥的水化越易进行、凝结硬化越充分、强度越高。

7、水泥石是硬化后的水泥浆体，是由凝胶体（凝胶和晶体）、未水化颗粒内核、毛细孔隙等组成的。

随时间的增长，水泥石中凝胶体的数量增加，未水化颗粒内核和毛细孔的数量减少，即水泥石的强度增加。

8、硅酸盐水泥与水拌合后，熟料颗粒与水产生水化反应。

在拌合的初期，即硬化初期，由于熟料与水的接触充分，且水化产物的浓度较小，数量也较少，故水化速度迅速，单位时间内生成的水化产物数量多，因而凝结硬化快、水化热多。

在硬化的后期，由于水化产物数量多，且浓度高从而对未水化颗粒内核与水的接触、反应及水化产物的扩散均起到阻碍作用，因而水化的速度慢，单位时间内出现的水化产物的数量减少，即水化放热量减小、硬化速度减慢。

所以，在保证有适宜的温度、湿度的情况下，水泥的强度发展为早期增长快，主要集中在28天以内，特别是3天或7天以内，而后期增长慢。

在几年、甚至十几年或几十年后，强度仍有缓慢的增长。

9、水泥的体积安定性是指水泥浆在硬化过程中体积变化的均匀程度。

若体积变化不均匀（出现部分组成膨胀），出现了膨胀裂纹或翘曲变形则称为体积安定性不良。

体积安定性不良的原因是：（1）水泥中含有过多的游离氧化钙或游离氧化镁；（2）石膏掺量过多。

游离氧化钙或游离氧化镁属严重过火石灰，熟化速度相当慢，它们在水泥硬化后，慢慢吸水进行熟化反应，体积膨胀，从而使水泥石或混凝土破坏。

过多的石膏会在水泥石硬化后，继续与水泥的水化产物水化铝酸钙反应，生成水化硫铝酸钙，此晶体在形成时体积会膨胀1.5倍，从而导致水泥石的破坏。

体积安定性不良的水泥，会出现膨胀性裂纹使混凝土或水泥制品开裂、甚至完全破坏；使混凝土或水泥制品产生翘曲变形，从而造成结构破坏。

因而体积安定性不良的水泥为废品，工程中严禁使用。

利用沸煮法来检验，分有试饼沸煮法和雷氏夹法二种。

沸煮法的试饼如没有出现弯曲或开裂，则体积安定性合格，反之，为不合格。

沸煮法仅能检验游离氧化钙的危害。

游离氧化镁和过量石膏往往不进行检验，而由生产厂控制二者的含量，并低于标准规定的数量。

某些体积安定性轻度不合格或略有些不合格的水泥（特别是刚出厂的立窑生产的水泥），在空气中放置时，水泥中的部分游离氧化钙可吸收空气中的水蒸汽而水化（或消解），即在空气中存放一段时间后，由于游离氧化钙的膨胀作用被减小或消除，因而水泥的体积安定性可能由轻度不合格变为合格。

一般放置时间至少需在2～4周以上。

必须指出，在重新检验并在体积安定性合格时方可使用，若在放置一段时间后体积安定性仍不合格，则仍然不得使用。

安定性合格的水泥也必须重新标定水泥的标号，按规定的标号值使用。

10、影响硅酸盐水泥水化热的因素主要有硅酸三钙C3S、铝酸三钙C3A的含量以及水泥的细度。

C3S和C3A的含量越高，水泥的水化热越高；水泥的细度越大（即筛余或粒径越小），放热速度越快。

水化热高的水泥不得在大体积混凝土工程使用，否则会使混凝土的内部温度大大超过外部（体积大，内部水化热不易扩散，使内部温度升高，温度高使水泥的水化速度加快，从而放出更多的水化热），从而引起较大的温度应力，使混凝土产生众多裂纹，严重降低混凝土的强度和其它性能。

但水化热对冬季施工的混凝土工程较为有利，能加快早起强度增长，使抵御初期受冻的能力提高。

11、硅酸盐水泥的标号是采用规定的胶砂比（水泥：标准砂为1：3）、水灰比（0.5），在规定的成型条件下制得标准尺寸（40mm×40mm×160mm）的试件，以标养条件下（边模在20±2℃，相对湿度大于90﹪的空气中养护一天，一天以后脱模，在温度是20±1℃的水中）养护3天、28天时的抗压和抗折强度来确定的。

12、因水泥石中的氢氧化钙Ca(OH)2可以微溶于水（在静止的水中，水溶液会很快饱和，氢氧化钙不再溶解，影响不大），但当水泥石遇到流水或具有压力的软水时，水泥石中的Ca(OH)2可以被流水或压力水不断地溶解并随水流失，从而引起水泥石孔隙率增加，并且Ca(OH)2浓度的降低会造成某些水化产物分解，即引起水泥石强度下降。

所以流动的软水或具有压力的软水，对水泥石有腐蚀作用。

当水泥石与含有CO2的水接触时，会发生下述反应：Ca(OH)2＋CO2＋H2O→CaCO3＋H2O当CO2的浓度较低时，CaCO3为稳定相，反应到此结束，即CO2浓度低时对水泥石无腐蚀作用。

当CO2的浓度较高时，上述反应生成的CaCO3为不稳定相，还可发生下述反应：CaCO3＋CO2＋H2O−−→←−−Ca(HCO3)2即当CO2浓度较高，超过平衡浓度时，则CaCO3转变为易溶的Ca(HCO3)2，从而使水泥石中的Ca(OH)2不断溶失掉，引起孔隙率增加。

同时由于Ca(OH)2的减少会引起水化产物分解。

故CO2的浓度高的流水对水泥石有腐蚀作用。

含有重碳酸盐Ca(HCO3)2或Mg(HCO3)2的硬水对水泥石无腐蚀作用，反而对水泥石有保护作用。

硬水与水泥石接触时，会发生下述反应：Ca(HCO3)2＋Ca(OH)2＋H2O→CaCO3＋H2OMg(HCO3)2＋Ca(OH)2＋H2O→CaCO3＋MgCO3＋H2O生成的CaCO3和MgCO3几乎不溶于水，且强度远大于Ca(OH)2，故对水泥石无腐蚀作用。

沉淀在水泥石标美孔隙中的MgCO3和CaCO3对水泥石起到了提高密实度，尤其是堵塞毛细孔的作用，从而对水泥石有保护作用。

13、当水泥石与硫酸或硫酸盐（只要含有2SO-）时，水泥石中Ca(OH)2会与之反4应形成CaSO4, CaSO4会继续与水泥石中的水化铝酸钙C3AH6反应形成膨胀性水化产物高流型水化硫铝酸钙，即钙矾石，从而使水泥石开裂、强度下降。

此腐蚀速度快、危害严重，故工程上将此产物称为“水泥杆菌”。

水泥石遇强碱NaOH溶液时，除强碱NaOH对C3A有腐蚀作用外，NaOH与空气中的CO2按反应：NaOH﹢CO2﹢H2O→Na2CO3﹢H2O生成的Na2CO3在毛细孔中结晶析出，使水泥石被胀裂。

14、生产水泥时掺入的适量石膏也会和水化产物C3AH6反应生成膨胀性产物高流型水化硫铝酸钙C3AS3H31，但该水化产物主要在水泥浆体凝结前产生，凝结后产生的较少，但此时由于水泥浆还未凝结，尚具有流动性或可塑性，因而对水泥浆体的结构无破坏作用。

并且硬化初期的水泥石中毛细孔含量较高，可以容纳少量膨胀的钙矾石，而不会使水泥石开裂，因而无破坏作用，只起到了缓凝的作用。

若生产时掺入的石膏过多，则膨胀性水化产物C3AS3H31在水泥凝结硬化后还继续产生，此时对水泥石将有破坏作用。

15、酸类对水泥石均有较大的破坏作用，破坏形式是离子交换型侵蚀和硫酸的膨胀型侵蚀，酸性越强，破坏作用越大；强碱在浓度较大时对水泥石也有破坏作用；糖类对水泥石有一定的腐蚀作用，且会延缓水泥的凝结；动物脂肪、含环烷酸的石油产品对水泥石也有一定的腐蚀作用。

其它油类虽无腐蚀，但会影响水泥石与骨料的粘结力或混凝土与钢筋的粘结力。

17、易受腐蚀的基本原因有二个。

一是水泥石中含有易受腐蚀的成分，主要是：Ca(OH)2、C3AH6(或C4AH12)等；二是水泥石本身不密实，内部含有大量毛细孔隙，使腐蚀介质易渗入到水泥石内部，造成水泥石内部也受到腐蚀。

防止腐蚀主要有三个方面的措施：（1）减少易受腐蚀成分的含量，即需选择C3S和C3A含量少的水泥如：掺混合材料的水泥、抗硫酸盐水泥。

或在使用水泥时掺入部分活性混合材料；（2）减少孔隙率，应采用各种措施来降低水灰比W/C，使水泥石密实度增加；（3）腐蚀作用强烈时，可采用贴面材料或涂料等做保护层。

18、具有潜在活性即在激发剂（常用的激发剂有碱性激发剂如Ca(OH)2、硫酸盐激发剂如石膏、硫酸钠等）作用下，常温条件下也可发生水化反应，形成水化产物，并可产生凝结硬化，最终产生强度的混合材料称为活性混合材料。

常用的活性混合材料主要有粒化高炉矿渣，火山灰质混合材料（常用的有火山灰、硅藻土、烧粘土等）和粉煤灰。

活性混合材料的活性主要来自它们所含的玻璃态的氧化硅和氧化铝，即所谓活性SiO2和Al2O3（也有含Fe2O3的，粉煤灰常含有少量CaO,故具有弱火山灰性）。

常温下（有激发剂作用）不参与水化反应的混合材料称为非活性混合材料。

活性混合材料在水泥中可以起到调节标号、降低水化热、增加水泥产量，同时还可改善水泥的耐腐蚀性和增进水泥的后期强度等作用。

而非活性混合材料在水泥中仅起到调节标号、增加水泥产量、降低成本的作用。

此外，二种混合材料在水泥中均有填充和分散作用。

填充作用是填充水泥的颗粒空隙，以减少拌和需水量；分散作用是分散水泥颗粒，利于提高水泥的水化程度。

19、三种水泥中均掺入了大量活性混合材料。

虽然粒化高炉矿渣、火山灰质混合材料、粉煤灰的来源不同，表面的物理状态不同，但三者均具有化学活性，且活性均来自于各自所含的大量的活性SiO2和Al2O3。

即这三种水泥的化学组成基本相同。

由此，这三种水泥的许多性质都基本相同，仅个别性质不同而已（三种活性材料的形状和表面的物理状态不同所致）共性：（1）早期强度低，后期强度发展快。