第5章水泥

1第5章水泥一、要点解析1．简述硅酸盐水泥的生产过程。答：生产硅酸盐水泥时，第一步先生产出水泥熟料。将石灰石、粘土和校正原料（常为铁矿石粉）按比例混合磨细，再煅烧而形成水泥熟料。然后将水泥熟料与适量石膏、混合材料按比例混合磨细而制成水泥成品。硅酸盐水泥的生产过程可简称为“两磨一烧”。２．国家标准对硅酸盐水泥定义是什么？硅酸盐水泥分为哪两种类型？答：国家标准对硅酸盐水泥定义为：凡由硅酸盐水泥熟料、0～5%石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥（即国外通称的波特兰水泥）。硅酸盐水泥分为两种类型，不掺加混合材料的称为Ⅰ型硅酸盐水泥，其代号为P•Ⅰ。在硅酸盐水泥粉磨时掺加不超过水泥质量5%的石灰石或粒化高炉矿渣混合料的称为Ⅱ型硅酸盐水泥，其代号为P•Ⅱ。3．经水化反应后生成的主要水化产物有哪些？答：经水化反应后生成的主要水化产物有：水化硅酸钙和水化铁酸钙为凝胶体(它是水泥具有胶结性能的主要物质)，氢氧化钙、水化铝酸钙和水化硫铝酸钙为晶体。在完全水化的水泥石中，凝胶体约为70%，氢氧化钙约占20%。4．硅酸盐水泥的水化速度有何特点？硬化后的水泥浆体由哪些成分组成？答：硅酸盐水泥的水化速度表现为早期快后期慢，特别是最初的3～7d内，水泥的水化速度最快，所以硅酸盐水泥的早期强度发展最快。硬化后的水泥浆体称为水泥石，主要是由凝胶体（胶体与晶体）、未水化的水泥熟料颗粒、毛细孔及游离水分等组成。5．什么是掺混合材料的硅酸盐水泥？答：掺混合材料的硅酸盐水泥是由硅酸盐水泥熟料加入适量混合材料及石膏共同磨细而制成的水硬性胶凝材料。6．什么是混合材料？混合材料分为哪两种？答：掺入到水泥或混凝土中的人工或天然矿物材料称为混合材料。混合材料分为活性材料和非活性材料。7．水泥熟料的矿物组成有哪些？各种矿物单独与水作用时，表现出哪些不同的性能？2答：水泥熟料的矿物组成有：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙。各种矿物单独与水作用时，表现出不同的性能，如下表所示。水泥熟料矿物的组成、含量及特性能矿物名称硅酸三钙C3S硅酸二钙C2S铝酸三钙C3A铁铝酸四钙C4AF矿物含量37%～60%15%～37%7%～15%10%～18%矿物特性水化速度快慢最快快水化热大小最大中硬化速度快慢最快快早期强度高低低中后期强度高高低低抗干缩性中良差优耐腐蚀性差好最差中水泥中各熟料矿物的含量，决定着水泥某一方面的性能。8．影响硅酸盐系水泥凝结硬化的主要因素有哪些？答：影响硅酸盐系水泥凝结硬化的主要因素（1）水泥的熟料矿物组成及细度水泥熟料中各种矿物的凝结硬化特点是不同的，不同种类的硅酸盐水泥中各矿物的相对含量不同，上述两方面的原因决定了不同种类的硅酸盐水泥硬化特点差异很大。水泥磨得越细，水泥颗粒平均粒径小，比表面积大，更多的水泥熟料矿物暴露在外，水化时水泥熟料矿物与水的接触面大，水化速度快，结果水泥凝结硬化速度也随之加快。（2）水灰比水灰比是指水泥浆中水与水泥的质量比。当水泥浆中加水较多时，水灰比变大，此时水泥的初期水化反应得以充分进行；但是水泥颗粒间由于被水隔开的距离较大，颗粒间相互连接形成骨架结构所需的凝结时间长，所以水泥凝结较慢。（3）石膏的掺量生产水泥时掺入石膏，主要是作为缓凝剂使用，以延缓水泥的凝结硬化速度。此外，掺入石膏后，由于钙矾石晶体生成，还能改善水泥石的早期强度。但是石膏掺量过多时，不仅不能缓凝，反而对水泥石的后期性能造成危害。（4）环境温度和湿度水泥水化反应的速度与环境的温度有关，只有在适当的温度范围内，水泥的水化、凝结和硬化才能进行。通常，温度较高时，水泥的水化、凝结和硬化速度就快；温度降低，则水化、凝结和硬化速度延缓；当温度低于0℃，水化反应停止。更有甚者，由于水分结冰，会导致水泥石冻裂。温度的影响主要表现在水泥水化的早期阶段，对水泥水化后期影响不大。3水泥水化是水泥与水之间的反应，只有在水泥颗粒表面保持有足够的水分时，水泥的水化、凝结硬化才能得以充分进行。环境湿度大，水泥浆中水分不易蒸发，就能够保持足够的水泥水化及凝结硬化所需的化学用水。如果环境干燥，水泥浆中的水分蒸发过快，当水分蒸发完毕后，水化作用将无法继续进行，硬化过程即行停止。水泥浆中的水分蒸发过快时，还会引起水泥制品表面的收缩开裂。因此，使用水泥时必须注意洒水养护，使水泥在适宜的温度和湿度环境中完成硬化。（5）龄期水泥的水化硬化是一个长期的不断进行的过程，随着水泥颗粒内各熟料矿物水化程度的加深，凝胶体不断增加，毛细孔不断减少。水泥的水化硬化一般在28d内发展速度较快，28d后发展速度较慢。（6）外加剂的影响硅酸盐水泥的水化、凝结和硬化速度受硅酸三钙、铝酸三钙含量多少的制约，凡对硅酸三钙和铝酸三钙的水化能产生影响的外加剂，都能改变硅酸盐水泥的水化、凝结硬化性能。如加入促凝剂（CaCl2、Na2SO4等）就能促进水泥水化硬化过程。相反掺加缓凝剂（木钙糖类）就会延缓水泥的水化、硬化过程。9．根据标准《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》（GB175─1999）规定，对硅酸盐水泥的技术性质有哪些要求？答：根据标准《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》（GB175─1999）规定，对硅酸盐水泥的技术性质要求有：（1）密度与堆积密度硅酸盐水泥的密度与其矿物组成、储存时间和条件以及熟料的煅烧程度有关。在进行混凝土配合比计算时通常采用3.10g/cm3。硅酸盐水泥的堆积密度，除与矿物组成及细度有关外，主要取决于存放时的紧密程度。计算时通常采用1300kg/m3。（2）细度水泥细度是指水泥颗粒粗细的程度。通常水泥越细，凝结硬化速度越快，强度（特别是早期强度）越高，收缩也增大。但水泥越细，越易吸收空气中水分而受潮形成絮团，反而会使水泥活性降低。此外，提高水泥的细度要增加粉磨时的能耗，降低粉磨设备的生产率，增加成本。（3）标准稠度用水量水泥标准稠度用水量是指水泥净浆达到标准稠度时所需要的水量。通常用水与水泥质量的比（百分数）来表示。硅酸盐水泥的标准稠度用水量一般在21%～28%之间。水泥的标准稠度用水量主要与水泥的细度及其矿物成分有关。（4）凝结时间水泥从加水开始到失去流动性，即从可塑状态发展到固体状态所需要的时间称为凝结时间。凝结时间又分为初凝时间和终凝时间。初凝时间是指从水泥加水拌和时起到水泥浆开始失去塑性所需4要的时间；终凝时间是指从水泥加水拌合时起到水泥浆完全失去可塑性，并开始具有强度的时间。水泥凝结时间的测定是以标准稠度的水泥净浆，在规定的温度、湿度条件下，用凝结测定仪来测定。（5）体积安定性水泥凝结硬化过程中，体积变化是否均匀适当的性质称为水泥体积安定性。水泥体积安定性不良，一般是由于熟料中所含游离氧化钙、游离氧化镁过多或掺入的石膏过多等原因造成的。（6）强度水泥强度一般是指水泥胶砂试件单位面积上所能承受的最大外力。根据外力作用形式的不同，把水泥强度分为抗压强度、抗折强度、抗拉强度等，这些强度之间既有内在联系又有很大区别。水泥的抗压强度较高，一般是抗拉强度的10～20倍，实际建筑结构中主要是利用水泥的抗压强度较高的特点。硅酸盐水泥的强度主要取决于4种熟料矿物的比例和水泥的细度，此外还与试验方法、试验条件、养护龄期有关。（7）水化热水泥在水化过程中放出的热量,亦称为水泥的水化热。水泥放热量大小及速度与水泥熟料的矿物组成和细度有关。硅酸盐水泥水化热很大，冬期施工时，水化热有利于水泥的正常凝结、硬化。但对于大体积混凝土工程，如大型基础、大坝、桥墩等，水化热是有害因素，可使大体积混凝土产生开裂。因此，大体积混凝土中一般要严格控制水泥的水化热。（8）不溶物和烧失量不溶物是指水泥经酸和碱处理后，不能被溶解的残余物。它是水泥中非活性组分的反映，主要由生料、混合料和石膏中的杂质产生。烧失量是指水泥经高温灼烧处理后的质量损失率。它主要由水泥中未煅烧组分产生，如未烧透的生料、石膏带入的杂质、掺合料及存放过程中的风化等。当样品在高温下灼烧时，会发生氧化、还原、分解及化合等一系列反应并放出气体。凡不溶物和烧失量任一项不符合标准规定的水泥均为不合格品水泥。（9）碱含量。硅酸盐水泥中除主要矿物成分以外，还含有少量其它化学成分，如钠和钾的氧化物─碱。碱含量按Na2O+0.658K2O计算值来表示。当用于混凝土中的水泥其碱含量过高，骨料又具有一定的活性时，会在潮湿环境或有水环境中发生有害的碱集料反应。10．常见的水泥石腐蚀有哪几种情况，腐蚀原因（损害机理）如何？答：常见的水泥石腐蚀有：软水侵蚀（溶出性侵蚀）、酸类侵蚀（溶解性侵蚀）、盐类腐蚀、强碱腐蚀等。除上述四种侵蚀类型外，对水泥石有腐蚀作用的还有糖类、酒精、脂肪、氨盐和含环烷酸的石油产品等。511．影响水泥石腐蚀的因素有哪些？答：引起水泥石腐蚀的外部因素是侵蚀介质。引起水泥石腐蚀的内在因素：一是水泥石中含有易引起腐蚀的组分，即Ca(OH)2和水化铝酸钙（3CaO·Al2O3·6H2O）；二是水泥石不密实。水泥水化反应时理论需水量仅为水泥质量的23%，而实际应用时拌合用水量多为40%～70%，多余水分会形成毛细管和孔隙存在于水泥石中，侵蚀性介质不仅在水泥石表面起作用，而且易于通过毛细管和孔隙进入水泥石内部引起严重破坏。掺混合材料的水泥水化反应生成物中Ca(OH)2明显减少，其耐侵蚀性比硅酸盐水泥明显改善。12．防止水泥石腐蚀的措施有哪些？答：防止水泥石腐蚀的措施（1）根据环境侵蚀特点，合理选用水泥品种水泥石中引起腐蚀的组分主要是氢氧化钙和水化铝酸钙。当水泥石遭受软水侵蚀时，可选用水化产物中氢氧化钙含量少的水泥。水泥石如处在硫酸盐的腐蚀环境中，可采用铝酸三钙含较低的抗硫酸盐水泥。在硅酸水泥熟料中掺入某些人工或天然矿物材料（混合材料）可提高水泥的抗腐蚀能力。（2）提高水泥石的密实度水泥石中的毛细管、孔隙是引起水泥石腐蚀加剧的内在原因之一。因此，采取适当技术措施，如强制搅拌、振动成型、真空吸水、掺外加剂等，在满足施工操作的前提下，努力降低水灰比，提高水泥石的密实度，都将使水泥石的耐侵蚀性得到改善。（3）表面加作保护层当侵蚀作用比较强烈时，而在水泥制品表面加做保护层。保护层的材料常采用耐酸石料（石英岩、辉绿岩）、耐酸陶瓷、玻璃、塑料、沥青等。13．硅酸盐水泥有哪些特性？其应用如何？答：硅酸盐水泥的特性与应用：（1）强度高硅酸盐水泥凝结硬化快，强度高，尤其是早期强度增长率大，特别适合早期强度要求高的的工程、高强混凝土结构和预应力混凝土工程。（2）水化热高硅酸盐水泥熟料中C3S和C3A含量高，使早期放热量大，放热速度快，早期强度高，用于冬季施工常可避免冻害。但高放热量对大体积混凝土工程不利，如无可靠的降温措施，不宜用于大体积混凝土工程。（3）抗冻性好硅酸盐水泥拌合物不易发生泌水，硬化后的水泥石密度较大，所以抗冻性优于其它通用水泥。适用于严寒地区受反复冻融作用的混凝土工程。6（4）碱度高、抗碳化能力强硅酸水泥硬化后的水泥石显示强碱性，埋于其中的钢筋在碱性环境中表面生成一层灰色钝化膜，可保持钢筋几十年不生锈。硅酸盐水泥碱性强且密实度高，抗碳化能力强所以特别适用于重要的钢筋混凝土结构及预应力混凝土工程。（5）干缩小硅酸盐水泥在硬化过程中，形成大量的水化硅酸钙凝胶体，使水泥石密实，游离水分少，不易产生干缩裂纹，可用于干燥环境的混凝土工程。（6）耐磨性好硅酸盐水泥强度高，耐磨性好，且干缩小，可用于路面与地面工程。（7）耐腐蚀性差硅酸盐水泥石中有大量的Ca(OH)2和水化铝酸钙，容易引起软水、酸类和盐类的侵蚀。所以不宜用于受流动水、压力水、酸类和硫酸盐侵蚀的工程。（8）耐热性差硅酸盐水泥石在温度为250℃时水化物开始脱水，水泥石强度下降，当受热700℃以上时水泥石开始破坏。所以硅酸盐水泥不宜单独用于耐热混凝土工程。（9）湿热养护效果差硅酸盐水泥在常规养护条件下硬化快、强度高。但经过蒸汽养护后，再经自然养护至28d测得的抗压强度往往低于未经蒸汽养护的28d的抗压强度。14．什么样的水泥为废品水泥？什么样的水泥为不合格水泥？水泥在运输和保管中应注意哪些问题？答：（1）废品水泥国家标准