2017年岩土工程师基础知识：土木工程材料知识点（21）

2017年岩土工程师基础知识：土木工程材料知识点（21）

　　水泥

　　(1) 硅酸性盐水泥的主要矿物成分是什么?这些矿物的特性如何?

　　答：硅碳盐水泥熟料的主要矿物有四种，即：①硅酸三钙(C3S)、②硅酸二钙(C2S)、③铝酸三钙(C3A)、④铁铝酸四钙(C4AF)，此外，还含有少量的游离氧化钙(f-CaO)等。

　　四种矿物成分各具不同的特性，如：C3A放热速度最快，放热量也最大;其次是C3S、C4AF放热速度较慢，放热量C3S大于C4AF;放热速度和放热量最小的是C3S。四种单矿物的水化反应速度、干缩和耐腐蚀性的规律同水化放热量的规律基本相同。单矿物的强度C3S早强、后强都较高;C2S早强低，后强高;C3A和C4AF的强度均较低。但在水泥混合体中，C3A与C3S混合后，混合体的早强会比C3S单矿物的强度高。单矿物C4AF与C3S混合后，也有类似的规律。f-CaO因水化反应速度极慢，且水化时体积膨胀性大，如其含量多，会对硬化后的水泥石起破坏作用。

　　(2) 硅酸盐水泥的水化产物有哪些?水泥石的结构是怎样的?影响水泥石强度的因素有哪些?

　　答：水泥水化时产生的水化产物有水化硅酸三钙凝胶、氢氧化钙、水化铝酸钙、水化铁酸一钙凝胶及高硫型水化硫铝酸钙(AFt)(亦称钙矾石),反应后期(石膏反应完毕后)还有可能生成单硫型水化硫铝酸钙(AFm).

　　硬化后的水泥浆称为水泥石，水泥石结构主要是由四部分构成，即：①凝胶(水化硅酸三钙及水化铁酸一钙，并含胶孔)，②晶体(氢氧化钙，水化铝酸钙、AFt,AFm),③未水化完全的水泥核心，④毛细孔隙。

　　影响水泥强度的主要因素是：①水泥熟料的矿物质成分;②水泥的细度;③养护龄期(时间);④养护的温度和湿度;⑤水灰比大小(即拌和时用水多少)。

　　(3) 硅酸盐水泥的腐蚀有哪几种类型?腐蚀的原因是什么?为什么同是硅酸盐系列水泥的矿渣水泥耐腐蚀性好?

　　答：水泥石的腐蚀类型有以下四种，即：A.软水腐蚀(溶出性腐蚀) B.离子交换腐蚀(溶解性腐蚀) C.膨胀性腐蚀 D.碱的腐蚀。

　　引起水泥石腐蚀的原因：外部因素是外界环境介质(水、液、气)中含有腐蚀性成分和水泥制品本身的密实性较差;内部因素是水泥石中含有容易被腐蚀的物质，如Ca(OH)2、3CaO·Al2O·6H2O。

　　矿渣硅酸盐水泥因掺有大量(20%~70%)的粒化高炉矿渣，水泥熟料成分相应减少，水化生成的Ca(OH)2和3CaO·Al2O·6H2O易腐蚀成分相应减少，并由于二次水化时Ca(OH)2与矿渣中的活性成分相结合生成水化硅酸钙和水化铝酸等新物质，故其抗软水侵蚀、抗硫酸盐侵蚀性增强。

　　(4) 在生产硅酸盐水泥时掺入石膏起什么作用?硬化后多余的石膏会引起什么现象发生?

　　答：纯水泥熟料磨细后，与水作用时水化反应速度快，凝结时间很快，不便引用。为了调节水泥的凝结时间，在磨细水泥熟料的同时加入适量石膏，石膏与反应速度快的C3A的水化物3Cao·Al2O3·6H2O作用，生成难溶的水化硫铝酸钙(即钙钡石AFt)晶体，覆盖于未水化的C3A 周围，阻止其继续快速水化，起到费用减缓的作用。

　　水泥浆结硬后，如有多作的石膏，石膏会与水泥水化产物Ca(OH)2和固态3Cao·Al2O3·6H2O继续作用，再生成水化硫铝酸钙针状晶体(俗称水泥杆菌)，其体积膨胀增大，会对硬化后的水泥石起到膨胀破坏的作用。

　　(5) 如何检验水泥的安定性?

　　答：水泥熟料中如含有过多的游离氧化钙(f-CaO)和游离氧化镁(f-MgO)(在施工之前相关部门着重检查的内容即是两种物质的含量)，均会造成水泥体积安定性不良。

　　检验水泥的安定性，按国家规定进行。由f-CaO引起的，可用沸煮法检测。沸煮法又分为试饼法和雷氏法两种，当两种检测发生争议时，以雷氏法为准。

　　试饼法是用标准稠度的江泽民浆制成的试饼，放在标杆条件(湿度(20±3)℃，湿度90%)下，养护(24±3)h,试饼置于沸煮箱中沸煮3h后，取出试饼目测其外观，若发现试饼龟裂或翘曲，即为安定性不合格，反之为合格。雷氏法是测定水泥浆体在雷氏夹中沸煮后的膨胀值，当两个试件煮沸后的膨胀值的平均值不大于5.0mm时，即为安定性合格，反之则不合格。

　　由f-MgO引起的安定性不良，需用压蒸法才能检验。由于不便于快速检验，因些，按国标规定，水泥中的f-MgO含量不得超过5%，当压蒸实验合格时，可放宽到6%。

　　(6) 什么叫活性混合材料?其硬化的条件是什么?

　　答：活性混合材料是指具有火山灰性或潜在水硬性，或者有火山灰性和潜在水硬性的矿物质材料。

　　其硬化条件是：使用它们时必须加入碱性激发剂Ca(OH)2或硫酸盐激发剂CaSO4·2H2O。

　　火山灰性，是磨细的上述矿物料加水拌成浆体，单独不具水硬性，但在常温下加入少量石灰Ca(OH)2与之拌成浆体，能形成具有水硬性化合物的性能。如火山灰、粉煤灰等。

　　潜在水硬性，是磨细的上述矿物料，只需加入少量激发剂的激发条件下，即可利用自身溶出的化学成分，生成具有水硬性的化合物的性能，如粒化高炉矿渣。

　　(7) 铝酸盐水泥的熟料与硅酸盐水泥的熟料有何区别?两种水泥的性质有何不同?

　　答：高铝水泥的熟料与硅酸水泥熟料的区别，是两种熟料的矿物成分不完全不同，前者的主要矿物成分是：铝酸一钙(CA)、二铝酸一钙(CA2)、硅铝酸二钙(C2AS)、七铝酸十二钙(C12A7)、少量的硅酸二钙(C2S)，后者的矿物成分见第(1)题答案所述。

　　两种水泥的性质截然不同，二者进行比较则铝酸盐水泥的性质是：凝结硬化快(一天强度可达到三天强度的80%以上)、水化热大(且集中于早期)、抗硫酸盐性能强、耐热性能好(高温下可产生烧融)、耐碱性差(遇碱后强度下降)，而硅酸盐水泥均不具备以上各种性能。

　　(8) 在下列的混凝土工程中应分别选用哪种水泥，并说明理由

　　A. 紧急抢修的工程或军事工程

　　B. 高炉基础

　　C. 大体积混凝土坝和大型设备基础

　　D. 水下混凝土工程

　　E. 海港工程

　　F. 蒸汽养护的混凝土预制构件

　　G. 现浇混凝土构件

　　H. 高强混凝土

　　I. 混凝土地面和路面

　　J. 冬季施工的混凝土

　　K. 与流水接触的混凝土

　　L. 水位变化区的混凝土

　　M. 耐热接触的混凝土

　　N. 有搞渗要求的混凝土

　　答：根据教材中所述各种水泥的性质及其应用范围，以上各项混凝土工程中，应分别选用的水泥为：

　　A. 选用高铝潺潺经，快硬水泥。应该两种漂泊异乡硬化快，早强高，3d龄期的强度即等于同等级其他水泥28d龄期的强度。

　　B. 选用矿渣硅酸盐水泥、高铝水泥。因该两种水泥的耐热性都很好。

　　C. 选用矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥、水工硅酸盐水泥中的低热矿渣水泥、中热硅酸盐水泥张低热徽膨胀水泥经，因这些水泥水华时放热量都很小。

　　D. 选用矿渣水泥、火山灰水泥经、低热矿渣水泥、中热硅酸盐水泥张低热徽膨胀水泥，因这些水泥分别具有抗渗性好、水化热低、性能稳定等特点。

　　E. 最好选用高铝水泥张抗硫酸盐水呢，也可选用矿渣水泥经、复合水泥，因这些水泥的抗硫酸盐侵蚀性好。

　　F. 选用矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥和砌筑水泥，因这些水泥的蒸气养护效果好，蒸养有利于这些水泥的二次水化反应。

　　G. 选用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥，因这些水泥的凝结硬化快、强度高。

　　H. 选用硅酸盐水泥、高铝水泥、快硬硅酸盐水泥，因这些水泥硬化快、强度都很高。

　　I. 选用硅酸盐水泥、道路硅酸盐水泥，因这些水泥的强度高，特别是抗折强度高，很适合道路工程的要求。

　　J. 选用硅酸盐水泥、高铝水泥、快硬硅酸盐水泥，因这些水泥水化快，水化热多，硬化快，有利于四委施工。

　　K. 选用矿渣水泥、火山灰水泥，粉煤灰水泥，因这些水泥水化后所含的Ca(OH)2成分少，抗软水侵蚀能力强。

　　L. 选用强度等级大于42.5的普通硅酸盐水泥，因该水泥水化后的Ca(OH)2成分相对比硅酸盐水泥少，强度又要求在42.5以上，能适应工程的要求。

　　M. 选用矿渣水泥、高铝水泥，因这两种水泥的耐热性能都很好。

　　N. 选用火山灰水泥，因这种水泥的抗掺性特好。

　　对于特种水泥的了解与掌握，此书不做过多要求，只要有所了解即可，只需掌握六大通用水泥，即硅酸盐水泥(Portland水泥)、普通硅酸盐水泥、火山灰水泥、高炉粒化矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合水泥的相关性质以及应用即可。

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