混凝土作业

混凝土作业
名词解释：
（1）水硬性胶凝材料：
答：既能在空气中硬化，又能在水中硬化且保持其强度继续发展的胶凝材料。

（2）水泥体积安定性：
答：水泥浆体硬化后体积变化均匀的性质称为水泥体积安定性。

（3）火山灰性：
答：凡是天然的或人工的，以活性氧化硅和活性氧化铝为主的矿物材料，经磨成细粉后，单独不具有水硬性，但在常温下与石灰和水作用，能生成水硬性的化合物的性质。

（4）二次水化反应；
答：水泥熟料矿物水化后的产物与活性氧化物进行反应，生成新的水化产物，称为二次水化反应。

（5）软水腐蚀。

答：水泥石受到工业冷凝水、蒸馏水、天然的雨水、雪水以及含重碳酸盐很少的河水、湖水等“软水”作用时，水泥石中氢氧化钙不断溶解，同时又引起水化硅酸盐、水化铝酸盐分解，变成无胶凝能力的低碱性硅酸凝胶和氢氧化铝，水泥石孔隙增多，强度下降，强度下降，甚至导致崩溃，由此引起的腐蚀称为软水腐蚀。

判断正误并说明理由：
（1）因为水泥是水硬性胶凝材料，所以运输和储存时不怕受潮和淋湿。

答：错。

水泥是水硬性胶凝材料，在运输和储存时受潮或被淋湿，会与水发生反应，使水泥结块，也造成使用时水泥性能不合格。

（2）矿渣硅酸盐水泥由于掺加了较多的混合材料，它的应用范围比硅酸盐水泥受到了限制。

答：错，掺加了混合材料（矿渣）后，矿渣硅酸盐水泥具有了其自身的特点，如：由于矿渣本身是在高温下形成的，矿渣水泥适用于耐热工程；同时容易导
致混凝土离析、泌水，抗渗抗冻性变差；水化热较高，收缩较大，混凝土容易开裂。

并不是因为掺加了混合材料后，范围受到了限制。

（3）火山灰水泥的二次水化反应生成了更多的凝胶材料，使水泥石结构致密，所以它适用于有耐磨性要求的工程。

答：错。

火山灰水泥并不会生成更多的胶凝材料；火山灰水泥水化后形成的胶体，如长期处于干燥环境时，胶体会脱水，易产生微细裂纹，且空气中的二氧化碳作用于表面的水化硅酸钙凝胶，生成炭酸钙和氧化硅的粉状物，即“起粉”，因而不宜用于耐磨性要求的混凝土工程。

（4）水泥的细度越细，它的活性发挥的越好，所以硅酸盐水泥的细度越细越好。

答：错。

水泥越细活性越好，但是水泥的细度太细，会增加磨细时的成本，在空气中的易结块，收缩也大；用于混凝土时，水泥过细，水化速度过快，水化热大，增大混凝土内外温差，凝结硬化会过快，还会增加需水量，增加混凝土的孔隙，降低混凝土强度，容易导致开裂。

（5）高铝水泥制作的混凝土构件，采用蒸汽养护可以提高早期强度。

答：错。

高铝水泥中铝酸盐含量高，水化热高，采用蒸汽养护更扩大了混凝土内外温差，增大干缩，产生裂缝。

问答题：
（1）试述硅酸盐水泥的主要矿物及其对水泥性能的影响。

答：主要矿物：C3A，C4AF，C2S，C3S。

提高C3S含量，可制得高强水泥；提高C3S和C3A含量，可制得高强快硬水泥；降低C3S和C3A含量，提高C2S含量，可制得中低热水泥；提高C4AF含量，降低C3A含量，可制得道路水泥。

（2）硅酸盐水泥的主要水化产物是什么？硬化水泥石的结构怎样？
答：硅酸盐水泥的主要水化产物有水化硅酸钙、氢氧化钙、水化铝酸钙、水
化铁铝酸钙、钙矾石、单硫型水化硫铝酸钙。

硬化水泥石由水泥熟料矿物水化
的凝胶体和结晶体、未水化的水泥颗粒、水和孔隙组成。

（3）试说明下述各条“必须”的原因：
①制造硅酸盐水泥时必须掺入适量的石膏；
答：加入石膏可调节水泥的凝结硬化速度。

如不掺入石膏或石膏掺量不足时，
水泥灰发生瞬凝现象。

但若石膏掺量过多，则会促使水泥凝结加快，同时还会
在后期引起水泥石的膨胀开裂破坏。

②水泥粉磨必须具有一定的细度；
时，才有较高的活性。

大于90微米时活性答：一般认为水泥颗粒小于40m
就很小了。

水泥颗粒越细，与水反应的表面积越大，因而水化较快且完全，早
期强度高，后期强度增长幅度小或倒缩，在空气中的硬化收缩性较大，磨细成
本也较高。

③水泥体积安定性必须合格；
答：水泥体积安定性不良即水泥硬化后，产生不均匀的体积变化，这会使水
泥制品、混凝土构件产生膨胀裂缝，引起严重工程事故。

④测定水泥强度等级、凝结时间和体积安定性时均必须规定加水量。

答：加水量对测定水泥强度等级、凝结时间和体积安定性试验影响很大，为
了使试验结果具有可比性必须规定加水量。

（4）硅酸盐水泥强度发展的规律怎么样？影响其凝结硬化的主要因素有哪
些？怎样影响？
答：水泥凝结硬化过程，就是水泥强度发展的过程。

水泥的凝结硬化分为四
个阶段：初始反应期，潜伏期，凝结期和硬化期。

水泥的水化反应是从颗粒表
面深入到内核的。

开始时水化速度较快，水泥的强度增长较快；但由于水化不
断进行，堆积在水泥颗粒周围的水化物不断增多，阻碍水和水泥未水化部分的
接触，水化减慢，强度增长也逐渐减慢。

影响水泥凝结硬化的主要因素有以下5方面：
A，熟料矿物组成：矿物组成是影响水泥凝结硬化的主要内因，各种矿物的
水化特性不同，当水泥中各矿物的相对含量不同时，水泥的凝结硬化将产生明
显的变化。

例如C3S含量提高，水泥石强度，尤其是早期强度提高。

B，石膏掺量：水泥粉磨时掺入适量石膏，可调节水泥的凝结硬化速度。

若
不掺加石膏或石膏掺量不足时，水泥会发生顺凝现象。

但如果石膏掺量过多，则会促使水泥凝结加快，同时还会在后期引起水泥石的膨胀而开裂破坏。

C，细度：水泥颗粒粉磨的越细，总表面积越大，与水接触时的水化反应面积也越大，则水化速度越快，凝结硬化也越快，早期强度提高，但后期强度增长幅度小，甚至倒缩。

D，温度和湿度：温度对水泥的凝结硬化有着明显的影响。

提高温度可使水泥水化反应加快，强度增长加快；相反，温度降低，则水化反应减慢，强度增长缓慢。

当温度低于5℃时，水化硬化大大减慢；当温度低于0℃时，水化反应基本停止，当水结冰时，会破坏水泥石结构。

湿度是保证水泥水化的一个必备条件，水泥的凝结硬化实质是水泥的水化过程。

因此，在缺乏水的干燥环境中，水化反应不能正常进行，硬化也将停止；潮湿环境下的水泥石，能保持足够的水分进行水化和凝结硬化，生成的水化物进一步填充毛细孔，促进了强度的不断发展。

E，养护时间：水泥的水化是从表面开始向内部逐渐深入进行的，随着时间的延续，水泥的水化程度不断增高，水化产物也不断地增加并填充毛细孔，使毛细孔孔隙率减少，凝胶孔孔隙率相应增大。

水泥的凝结硬化除上述因素外，还与混合材料的掺加量、水泥的受潮程度、拌合用水量及掺加外加剂种类等因素有关。

（5）硅酸盐水泥腐蚀的种类有哪几种？各自的腐蚀机理如何？腐蚀后水泥石的破坏形式有哪几种？指出防止水泥石腐蚀的措施。

答：硅酸盐水泥的腐蚀种类包括以下4个主要种类：
A，软水腐蚀：当水泥石受到工业冷凝水、蒸馏水、天然的雨水、雪水以及含重碳酸盐很少的河水、湖水等“软水”作用时，水泥石中的氢氧化钙不断溶解，又会引起水化硅酸盐、水化铝酸盐的分解，最后变成无交结能力的低碱性硅酸凝胶和氢氧化铝，水泥石孔隙增多，强度下降，甚至导致崩溃。

B，盐类腐蚀：i硫酸盐腐蚀：在海水、湖水、盐沼水、地下水、某些工业污水中，常含有钾、钠、铵的硫酸盐，它们与水泥石中的氢氧化钙起置换反应生成硫酸钙，硫酸钙再与水泥石中的固态水化铝酸钙反应生成钙矾石，生成的钙矾石具有大量的结晶水，体积膨胀倍以上，在已经硬化的水泥石中产生膨胀应力，造成极大的破坏作用。

当水中硫酸盐浓度较高时，生成的硫酸钙也会在水
泥石的孔隙中直接结晶成二水石膏，二水石膏结晶时体积也增大，同样会产生应力膨胀，导致水泥石破坏。

ii镁盐腐蚀：在海水及地下水中常含有大量的镁盐，主要是硫酸镁及氯化镁。

它们与水泥石中的氢氧化钙起复分解反应生成的氢氧化镁松软而无交结能力，氯化钙易溶于水，二水石膏则引起硫酸盐的破坏作用，因此，硫酸镁对水泥石起镁盐和硫酸盐的双重腐蚀作用。

C，酸类腐蚀：i碳酸腐蚀：在工业污水、地下水中常溶解有较多的二氧化碳，这种水对水泥石的腐蚀作用是通过下面两步反应进行的。

首先，二氧化碳与水泥石中的氢氧化钙作用生成碳酸钙，生成的碳酸钙再与含碳酸的水作用转变为重碳酸钙，生成的重碳酸钙易于溶于水。

若水中含有较多的碳酸，超过其平衡浓度时，反应向重碳酸钙进行，因而流失，进行导致其他水化物分解，使水泥石结构破坏。

ii一般酸的腐蚀：在工业废水、地下水、沼泽池中常含有有机酸和无机酸，工业窑炉中的烟气常含有氧化硫，遇水后即成亚硫酸。

水泥的水化物呈碱性，因此各种酸对其均有不同程度的腐蚀作用。

他们与水泥石中的氢氧化钙作用后生成的化合物或溶于水或者体积膨胀，在水泥石内造成应力而导致破坏。

D，强碱腐蚀：当铝酸盐含量高的水泥石遇到强碱作用后也会被腐蚀而破坏。

氢氧化钠与水泥熟料中未水化的铝酸盐作用，生成易溶的铝酸钠，当水泥石被氢氧化钠浸透后又在空气中干燥，与空气中的二氧化碳作用生成碳酸钠，碳酸钠在水泥石毛细孔中结晶沉淀，而使水泥石胀裂。

应力破坏、胀裂破坏。

可以采取以下措施防止水泥石腐蚀：
i根据侵蚀环境的特点，合理选择水泥品种，提高水泥的抗腐蚀能力。

ii提高水泥石的密实度，改善水泥石结构的抗腐蚀能力。

iii加做保护层，避免介质的腐蚀作用。

（6）为什么生产硅酸盐水泥掺适量石膏对水泥不起破坏作用？而硬化水泥石在有硫酸盐的环境介质中生成石膏时有破坏作用？
答：生产水泥时掺石膏是为了缓凝和调节水泥的凝结硬化速度，加入的石膏与水化铝酸钙生成钙矾石，但是在水化初期的塑性状态，不会引起体积膨胀破坏。

而在硫酸盐环境介质中生成的石膏发生在硬化后，此时体积膨胀会产生膨胀应力，导致水泥石破坏。

（7）简述硅酸盐水泥的技术性质。

它们各自有何实用意义？水泥通过检验，什么叫不合格品？什么叫废品？
答：硅酸盐水泥的主要性质有：细度、标准稠度用水量、凝结时间、体积安定性、强度及强度等级、水化热、碱含量、不溶物、烧失量、密度和堆积密度。

它们各自意义如下：
细度：水泥颗粒越细，与水反应的表面积越大，因而水化较快且完全，早期强度和后期强度都较高，但在空气中的硬化收缩性较大，磨细成本也较高。

水泥过粗则无水化活性。

标准稠度用水量：标准稠度用水量的大小对水泥的一些技术性质，如凝结时间、体积安定性等测定值有较大的影响，为了使所测结果有可比性，要求必须用以标准稠度用水量制备的标准稠度水泥净浆测定。

凝结时间：为使混凝土和砂浆有充分的时间进行搅拌、运输、浇捣和砌筑，水泥初凝时间不能过短。

而当施工完毕后，则要求尽快硬化，具有强度，故终凝时间不能太长。

体积安定性：水泥硬化后，产生不均匀的体积变化，就会使水泥制品、混凝土构件产生膨胀裂缝，降低建筑物质量，甚至引起严重的工程事故。

强度及强度等级：强度是水泥的重要技术指标，强度等级过高会造成经济损失，以高等级水泥制低等级混凝土，会使水泥掺量过少，造成混凝土的和易性不良等问题。

强度等级过低必须降级使用，而以低等级水泥制高等级混凝土使混凝土水泥掺量过多，会造成水化热过大等问题。

水化热：冬季施工时，水化热有利于水泥的正常凝结硬化。

对大型基础、水坝、桥墩等大体积混凝土构筑物，由于水化热积聚在内部不易散失，内部温度常上升到50～60℃以上，内外温度差所引起的应力，可使混凝土产生裂缝。

碱：碱含量过多可能会引起碱骨料反应。

不溶物：不溶物含量过高对水泥质量有不良影响。

烧失量：烧失量可以限制石膏和混合材中杂质的，适当的烧失量才能保证水泥质量。

密度和堆积密度：进行混凝土配合比计算和储运水泥时，需要知道水泥的密度和堆积密度。

国家标准《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》(GB175-1999)规定：凡氧化镁、三氧化硫、初凝时间、安定性中任一项不符合标准规定时，均为废品；凡细度、终凝时间、不溶物和烧失量中任一项不符合标准规定或混合材料掺加量超过最大限量和强度低于商品强度等级的指标为不合格品。

（8）引起硅酸盐水泥安定性不良的原因有哪些？各如何检验？建筑工程使用安定性不良的的水泥有何危害？水泥安定性不合格怎么办？
答：体积安定性不良的原因，一般是由于熟料中所含的游离氧化钙过多，也可能是由于熟料中所含的游离氧化镁过多或水泥中掺入的石膏过多所致。

用沸煮法检验由游离氧化钙引起的水泥体积安定性不良、由于游离氧化镁引起的体积安定性不良必须用蒸压法才能检验出来、石膏的危害需长期在常温水中才能发现。

若水泥安定性不良会使水泥制品、混凝土构件产生膨胀性裂缝，降低建筑物质量，甚至引起严重的工程事故。

体检定性不良的水泥应作废品处理，不能用于任何工程中。

（9）现有甲、乙两厂生产的硅酸盐水泥熟料，其矿物组成如下表所示。

若用它们分别制成硅酸盐水泥，试估计其强度增长情况和水化热等性质上有何差异？为什么？
答：甲厂的早期强度高，早期水化热大。

乙厂的后期强度增加大，早期水化热较小。

这是因为甲厂的熟料中C3S 、C3A含量高于乙厂，而这两种矿物多会使水泥早期强度高，早期水化热大。

乙厂C2S含量高，水化速度较慢，水化热低，而后期强度增加大。

（10）何谓水泥混合材料和非活性混合材料？它们掺入硅酸盐水泥中各起什么作用？活性混合材料产生水硬性的条件是什么？
答：水泥混合材料：在磨制水泥时，为了改善水泥性能、调节水泥强度等级而加入到水泥中去的人工的和天然的矿物材料，称为水泥混合材料。

非活性混合材料：凡与水泥不发生化学作用或化学作用甚微的人工的或天然的磨细矿物质材料都属于非活性混合材料。

水泥混合材料包括活性混合材料和非活性混合材料。

活性混合材料本身不具有胶凝性质，或胶结能力很小，当与石灰石膏或硅酸盐水泥混合时能生成具有水硬性的水化产物；非活性混合材料掺入水泥中可以减少水化热，并且起填充作用。

活性混合材料磨细后与石灰、石膏或硅酸盐水泥一起，加水搅拌后，在常温下即可形成具有水硬性的水化产物。

（11）用同样的硅酸盐水泥熟料，同样掺矿渣混合材料，为什么制成的普通水泥早期强度高、水化热较大、耐腐蚀性较差？而矿渣水泥早期强度低、水化热小，但后期强度增长较快，且耐腐蚀性较强？
答：主要是矿渣的掺量不同。

普通水泥中混合材掺量范围为6%～15% 。

而矿渣水泥混合材掺量范围为20%～70%。

矿渣本身是高温下形成的耐火材料且具有早期水化慢的特点。

同样的原料，普通水泥的矿渣掺量低，熟料数量高。

因此，普通水泥比之矿渣水泥水化生成的氢氧化钙和水化铝酸钙多，耐腐蚀性差，而早期水化产物多，强度就高，水化热大；后者早期水化产物少，强度低，水化热小，随着龄期的延长，矿渣开始参与二次水化，后期强度增加较快，同时由于早期水化生成的氢氧化钙和水化铝酸钙数量少，二次水化又消耗掉部分氢氧化钙，使其具有良好的耐腐蚀性。

（12）若在10℃温度下养护的某矿渣水泥标准试件，测得其抗压强度为45MPa，问是否可以定为强度等级的矿渣水泥？为什么？
答：不可以。

1，只有抗压强度无抗折强度不能评定水泥强度等级；2，10℃不是水泥标准的养护条件；3，未指明养护时间。

（13）在硅酸盐系列水泥中，采用不同的水泥施工时（包括冬、夏季施工）应分别注意哪些事项？为什么？
答：夏季施工时，由于温度较高，会使水分流失而影响水泥正常水化，严重的会形成大量干缩裂纹，所以应注意保持足够湿度。

冬季施工时，由于温度很低，使水化变慢，当低于0℃时，会导致水结冰膨胀，不仅水化停止，还可能会由于膨胀使混凝土破坏。

可采取的措施有：表面用保温材料覆盖或加热保温；加防冻剂；入模温度不小于5℃；
（14）有下列混凝土构件和工程，试分别选用合适的水泥品种，并说明选用的理由。

①现浇混凝土楼板、梁、柱；②采用蒸汽养护的混凝土预制构件；
③紧急抢修的工程或紧急军事工程；④大体积混凝土坝或大型设备基础；
⑤有硫酸盐腐蚀的地下工程；⑥高炉基础；⑦海港码头工程；⑧道路工程
（15）某工地材料仓库存有白色粉末四桶，原分别标明为磨细生石灰、石灰
石粉、建筑石膏和白水泥，后因保管不善，标签脱落，问可用什么简易方法来加以辨认？
答：将四种粉末分别取一定量置于烧杯中，加入水，搅拌后温度上升最快的是磨细生石灰，凝结硬化最快的是建筑石膏，温度上升但不高且凝结硬化的是白水泥，沉淀较多不凝结硬化的是石灰石粉。

（16）下列品种的水泥与硅酸盐水泥相比，它们的矿物组成有何不同？为什么？
①快硬硅酸盐水泥；②低热硅酸盐水泥；
③抗硫酸盐硅酸盐水泥；④白色硅酸盐水泥
答：①与硅酸盐水泥相比，快硬水泥中含有较多的C3S和C3A。

②与硅酸盐水泥相比，快硬水泥中含有较多的C3S和C3A。

③抗硫酸盐水泥中C3S和C3A含量分别不应超过55%和5%。

④白水泥中Fe2O3含量在%%之间。

（17）试述高铝水泥的矿物组成、水化产物及特性，在使用中应注意哪些问题？
答：铝酸盐水泥的主要矿物组成为铝酸一钙CA，并含有少量其他的铝盐，如二铝酸一钙CA2、铝方柱石C2AS，七铝酸十二钙C12A7等，还有很少量的2CaO·SiO2等。

在一般条件下，CAH10和C2AH8同时形成，一同共存，其相对比例则随温度的提高而减少。

但在温度较高（30℃以上）时，水化产物主要为C3AH6。

铝酸盐水泥中的CA2的水化与CA基本相同，但水化速度较慢，早期强度较低，后期强度较高；C12A7的水化速度较快，也生成C2AH8，但强度不高；而C2AS 与水作用则极为微弱，胶凝性极差，可视为惰性矿物；C2S则生成C-S-H凝胶。

水化物CAH10和C2AH8都属六方晶系，具有细长的针状和板状结构，能互相结成坚固的结晶连生体，形成晶体骨架。

析出的氢氧化铝凝胶难溶于水，填充于晶体骨架的空隙中，形成较密实的水泥石结构。

同时，水化5-7d后，水化铝酸盐结晶连生体的大小很少改变，股铝酸盐水泥初期强度增长很快，而以后强度增长不明显。

在铝酸盐水泥的水化过程中，产生的水化硅酸钙数量很少，它在硬化过程中所起的作用也不大。

在使用过程中，铝酸盐水泥不宜在高温季节施工，也不能进行蒸养，不宜用
于长期承重的结构及处于高温高湿环境的工程(原因是水化产物类型转化，强度大幅度降低，孔隙率大幅度提高)；适宜在寒冷地区施工，但不宜用于大体积混凝土工程；使用时不得与石灰、硅酸盐水泥和尚未硬化的硅酸盐水泥接触使用；可以掺入石膏或无水石膏来克服铝酸盐水泥长期强度下降的现象。

计算题：
（1）进厂级普通水泥一批，有效期已超过三个月。

取样送试验室检验其28d 的强度，结果如下：
抗折破坏荷载：kN、kN、kN
抗压破坏荷载：101kN、kN、kN、kN、kN、kN
试问该水泥的试验结果是否达到原强度等级？可否只凭这个试验结果判断该水泥的强度等级？
（2）建筑材料试验室对一普通硅酸盐水泥试样进行了检测，试验结果如下，试评定其强度等级。

答：(1)
3d：
抗折荷载平均值为：2.78 2.67 2.77
2.74
3
kN ++
=
最小值与平均值的差为：2.74 2.67
100% 2.6%
2.74
-
⨯=
最大值与平均值的差为：2.78 2.74
100% 1.5%
2.74
-
⨯=
差值均小于10%，所以3天抗折强度为：
__
3
22
33 2.7410100
6.4
224040
f MPa
bh
Pl⨯⨯⨯
===
⨯⨯
折
28天：
抗压荷载平均值为：10193.2127.5112.8103.0114.7
108.7
6
kN +++++
=
最小值与平均值的差为：108.793.2
100%14.3% 108.7
-
⨯=
最大值与平均值的差为：127.5108.7
100%17.3% 108.7
-
⨯=
差值均大于10%，所以此组数据作废。

无法以此组数据判定是否达到原强度等级。

(2)抗折强度
3d抗折荷载平均值为：1.25 1.60 1.50
1.45
3
kN ++
=
最小值与平均值的差为：1.45 1.25
100%13.4%
1.45
-
⨯=
最大值与平均值的差为：1.6 1.45
100%10.3% 1.45
-
⨯=
差值均大于10%，此组数据作废。

28d抗折荷载平均值为：2.90 3.05 2.75
2.90
3
kN ++
=
最小值与平均值的差为：2.90 2.75
100% 5.2%
2.90
-
⨯=
最大值与平均值的差为：3.05 2.90
100% 5.2%
2.90
-
⨯=
差值均小于10%，所以28天抗折强度为：
__
3
22
33 2.9010100
6.8
224040
f MPa
bh
Pl⨯⨯⨯
===
⨯⨯
折
抗压强度：
3天：
抗压荷载平均值为：232929282627
27
6
kN +++++
=
最小值与平均值的差为：2723
100%14.8% 27
-
⨯=
最大值与平均值的差为：2927
100%7.5% 27
-
⨯=
舍去23，所以抗压平均荷载为：2929282627
27.8
5
kN ++++
=
强度值为：
3
27.810
17.4
4040
P
f MPa
A
⨯
===
⨯
压
28天：
抗压荷载平均值为：7571706869+70
70.5
6
kN ++++
=
最小值与平均值的差为：70.568
100% 3.5% 70.5
-
⨯=
最大值与平均值的差为：7570.5
100% 6.4% 70.5
-
⨯=
所以抗压强度值为：
3
70.510
44.1
4040
P
f MPa
A
⨯
===
⨯
压
由于3d抗折强度数据作废，所以无法判定其强度等级。