第三章无机胶凝材料
3-1．从硬化过程及硬化产物分析石膏及石灰属于气硬性胶凝材料的原因。
答：（1）首先因为半水石膏硬化是结晶水水分的蒸发，自由水减少，浆体变稠，失去可塑性的过程，该过程不能在水中进行；而且水化产物二水石膏在水中是可以溶解的。 （2）石灰的结晶过程也是石灰浆中的水分蒸发，使Ca(OH)2达到饱和而从溶液中结晶析出。干燥环境使水分蒸发快，结晶作用加快。
（3）石灰的碳化作用是氢氧化钙与空气中的CO2化合生成碳酸钙晶体，释放出水分并被蒸发过程，如果材料中含水过多，孔隙中几乎充满水，CO2气体渗透量少，碳化作用也仅在表层进行。而且水化产物氢氧化钙在水中是可以溶解的。
（4）因而石膏和石灰都是属于气硬性胶凝材料。
3-2．用于墙面抹灰时，建筑石膏与石灰比较，具有哪些优点？何故？
答：（1）用于墙面抹灰时，石灰吸水性、吸湿性很强（在水化后就会去粘性），不能与易燃易爆物混放（水化放热易引起爆炸），一般用于制造水泥，配置砂浆，以及配置三合土等地面材料。石灰在硬化过程中会放出大量水分引起体积收缩，造成干裂，所以不能单独使用，必须加入填充材料。 （2）对比石灰，使用建筑石膏的优点很多，重量轻，耐火性好，隔音效果好；建筑石膏有很强的吸湿性（抗冻性与耐水性较差），适合干燥环境中使用；与水结合硬化速度快甚至可以在30min内达到终凝，而且在硬化过程中由于体积膨胀使得石膏制品外观精美，表面光滑。
3-3．石灰硬化体本身不耐水，但石灰土多年后具有一定的耐水性，你认为主要是什么原因？
答：消石灰粉或生石灰粉与粘土拌合，称为石灰土，若加入砂石或炉渣、碎石等即成三合土。在潮湿环境中石灰与粘土表面的活性氧化硅或氧化铝反应，生成具有水硬性的水化硅酸钙或水化铝酸钙，所以灰土或三合土的强度和耐水性会随使用时间的延长而逐渐提高，适于在潮湿环境中使用。 3-4．试述水玻璃模数与性能的关系。
答：水玻璃模数与性能的关系如下：
①模数低的固体水玻璃，较易溶于水；而模数越高，水玻璃的粘度越大，越难溶于水。
②模数低的水玻璃，晶体组分较多，粘结能力较差。模数升高，胶体组分增加，粘结能力增大。
3-5．硅酸盐水泥由哪些矿物成分所组成？这些矿物成分对水泥的性质有何影响？它们的水化产物是什么？
答：（1）硅酸盐水泥主要有4种矿物成分：硅酸三钙（C3S），硅酸二钙（C2S），铝酸三钙（C3A），铁铝酸四钙（C4AF）。
（2）这些矿物成分对水泥的性质有如下影响：①C3S。是硅酸盐水泥熟料中最重要的矿物，含量占熟料的50%以上，C3S加水调和后，凝结时间正常，水化较快，早期强度高，因此强度增进率较大。其28天强度、一年强度是4种矿物最高的，它的体积干缩性较小，抗冻性较好。 ②C2S。与水作用时，水化速度较慢，早期强度低，但28天以后强度仍能较快增长，
一年后可接近C3S。它的水化热较低，体积干缩性小，抗水性和抗硫酸盐侵蚀能力较强。C3S 和C2S
隐藏的信息通称为硅酸盐矿物，它们是熟料中的主要成分，占熟料的70%以上，也是熟料强度的主要来源，硅酸盐水泥的名称也由此而来。
③C3A。与水结合后，水化迅速，凝结硬化较快，如果不加石膏等缓凝剂，易使水泥急凝。它的早期强度较高，后期强度增长较少，甚至倒缩。它的水化热较高，干缩变形较大，抗硫酸盐侵蚀和抗碱性都较差，它的脆性、耐磨性较差。
④C4AF。水化硬化速度较快，早期强度较高，仅次于C3A。与C3A不同的是它的后期强度也较高，类似于C2S。它的水化热较低，干缩变形小，耐磨，抗冲击，抗硫酸盐侵蚀能力强。
3-6．试说明以下各条的原因：
（1）制造硅酸盐水泥时必须掺入适量石膏；
答：生产硅酸盐水泥时，必须渗入适量的石膏，其目的是起到调节凝结时间作用。水泥熟料中的铝酸三钙遇水后，水化反应的速度最快，会使水泥发生瞬凝或急凝。为了延长凝结时间，方便施工，必须掺入适量石膏。
（2）水泥必须具有一定细度；
答：水泥颗粒过细时，会增大磨细的能耗和成本，且不宜久存。此外，水泥过细时，其硬化过程中还会产生较大的体积收缩。所以水泥粉磨必须有一定的细度。
细度是指水泥颗粒总体的粗细程度。水泥颗粒越细，与水发生反应的表面积越大，因而水化反应速度较快，而且较完全，早期强度也越高，但在空气中硬化收缩性较大，成本也较高。
如水泥颗粒过粗则不利于水泥活性的发挥。一般认为水泥颗粒小于40μm（0.04mm）
时，才具有较高的活性，大于100μm（0.1mm）活性就很小了。
（3）水泥体积性不合格；
答：体积性不良是指如果在水泥已经硬化后，产生不均匀的体积变化。性不合格的水泥应作废品处理，不能用于工程中。
（4）测定水泥标号、凝结时间和体积性时都必须规定加水量。
答：水泥的标号是水泥“强度”的指标，水泥标号按规定龄期的抗压强度和抗折强度来划分。水泥的强
度是表示单位面积受力的大小，是指水泥加水拌和后，经凝结、硬化后的坚实程度。水泥的强度等级的评定规定采用相同的用水量。水加入的多少会改变胶砂本身的水灰比，水灰比大强度降低，水泥浆凝结较慢；水灰比小强度要高一些。
调光镇流器由于检验水泥的凝结时间和体积性必须用标准稠度的水泥净浆，所以只有规定水泥的加水量才能知道水泥的标准稠度用水量，才能测出其初凝时间和体积性，并确定水泥的标号。
一个水泥样品只可能有一种水泥标号、一个凝结时间、一种性评价结果。但拌水泥浆时，用水量不同就会不同的测定结果。这就会使水泥标号、凝结时间没有可比性，为了有可比性，我们必须人为规定一个统一的加水量。
3-7．现有甲、乙两厂生产的硅酸盐水泥熟料，其矿物成分见表3-1，试估计和比较这两厂所生产的硅酸盐水泥的强度增长速度和水化热等性质有何差异？为什么？
表3-1
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熟料矿物成分（％）
生产厂
C3S C2S C3A C4AF
甲56171215
乙4235716答：（1）甲厂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、28d时的强度均高于由乙厂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厂硅酸盐水泥熟料配制的硅酸盐水泥。
（2）由各种水泥熟料矿物水化所表现的特性见表2可知不同矿物的特点。
表2各种熟料矿物单独与水作用时表现出的特性
名称硅酸三钙硅酸二钙铝酸三钙铁铝酸四钙凝结硬化速度快慢最快快
28d水化放热量多少最多中
电动黄包车强度高早期低、后期高低低（3）甲厂硅酸盐水泥熟料中的硅酸三钙C3S、铝酸三钙C3A的含量均高于乙厂硅酸盐水泥熟料，而乙厂硅酸盐水泥熟料中硅酸二钙C2S含量高于甲厂硅酸盐水泥熟料。熟料矿物成分含量的不同是造成上述差异的主要原因。
3-8．何谓水泥混合材料？它们可使硅酸盐水泥的性质发生哪些变化？这些变化在建筑上有何意义（区分有利的和不利的）？
答：（1）水泥混合材料是指在生产水泥时，为改善水泥的性能、调节水泥强度等级、增加水泥品种、提高产量、节约水泥熟料和降低成本，同时可充分利用工业废料及地方材料，而加到水泥中去的人工和天然的矿物材料。
（2）它们可使硅酸盐水泥的性质发生如下一些变化早期强度降低；抗冻性降低；水化热降低；抗碳化性降低；耐磨性降低；耐腐蚀性提高；耐热性提高。
（3）这些变化在建筑上有如下重要意义：
①早期强度低，后期强度发展快，甚至可以越过同标号硅酸盐水泥。适合早期强度要求不高的混凝。
②水化热低，放热速度慢。适合用于大体积混凝土工程。
③具有较好的耐热性能，适于高温养护。
④具有较强的抗侵蚀、抗腐蚀能力。适用于与流动软水、具有压力的软水和含硫酸盐等腐蚀介质较多的水接触的混凝土工程。
3-9．有下列混凝土构件和工程，请分别选用合适的水泥，并说明其理由：
（1）现浇楼板、梁、柱；
答：普通硅酸盐水泥，掺入了少量混合材料，其强度等级可调，便于工程选用。
（2）采用蒸汽养护的预制构件；
答：矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥，对温湿度的变化反应比较敏感，需要较长时间的潮湿养护。
（3）紧急抢修的工程或紧急军事工程；
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答：高铝水泥或快硬硅酸盐水泥，凝结硬化快，早期强度增进率大，强度高。
（4）大体积混凝土坝、大型设备基础；
答：矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥，水化放热量少，放热速度慢。
（5）有硫酸盐腐蚀的地下工程；
答：矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥，有较强的抗软水、抗硫酸盐腐蚀的能力。
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（6）高炉基础；
答：矿渣硅酸盐水泥，具有较好的耐热性能。
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