建筑材料第4章水泥复习题及答案.

第4章水泥
复习思考题参考答案
一、填空题
1.建筑工程中通用水泥主要包括硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥六大品种。

2. 硅酸盐水泥是由硅酸盐水泥熟料、规定的混合材料、适量石膏经磨细制成的水硬性胶凝材料。

按是否掺入混合材料分为I型硅酸盐水泥和Ⅱ型硅酸盐水泥，代号分别为P·I和P·Ⅱ。

3. 硅酸盐水泥熟料的矿物主要有硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙。

其中决定水泥强度的主要矿物是硅酸三钙和硅酸二钙。

4. 国家标准规定，硅酸盐水泥的初凝不早于45 min，终凝不迟于390 min。

5. 硅酸盐水泥的强度等级有42.5 、42.5R 、52.5 、52.5R 、62.5和62.5R六个级别。

其中R型为早强型，主要是其3 d强度较高。

6．硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的细度以比表面积表示，其值应不小于300m2/kg。

7. 矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥的性能，国家标准规定：
（1）细度：通过80µm的方孔筛，筛余量不超过10％；
（2）凝结时间：初凝不早于45min ，终凝不迟于600min；
（3）体积安定性：经过雷氏夹法法检验必须合格。

8．矿渣水泥与普通水泥相比，其早期强度较低，后期强度的增长较快，抗冻性较差，抗硫酸盐腐蚀性较好，水化热较低，耐热性较好。

9．普通水泥中由于掺入少量混合材料，其性质与硅酸盐水泥稍有区别，具体表现为：（1）早期强度较低；（2）水化热较大；（3）耐腐蚀性稍差；（4）耐热性较差；（5）抗冻性、抗碳化性能好。

10．混合材料按照其参与水化的程度，分为活性混合材料和和非活性混合材料。

二、选择题
1. 有硫酸盐腐蚀的混凝土工程应优先选择（C）水泥
A硅酸盐 B 普通 C 矿渣 D 高铝
2. 有耐热要求的混凝土工程，应优先选择（B）水泥。

A硅酸盐 B 矿渣 C 火山灰 D 粉煤灰
3. 有抗渗要求的混凝土工程，应优先选择（C）水泥。

A硅酸盐 B 矿渣 C 火山灰 D 粉煤灰
4. 下列材料中，属于非活性混合材料的是（A）。

A石灰石粉 B 矿渣 C 火山灰 D 粉煤灰
5. 为了延缓水泥的凝结时间，在生产水泥时必须掺入适量（B）。

A石灰 B 石膏 C 助磨剂 D 水玻璃
6. 对于通用水泥，下列性能中（C）不符合标准规定为废品。

A终凝时间 B 混合材料掺量 C 体积安定性 D 包装标志
7. 通用水泥的储存期不宜过长，一般不超过（D）。

A一年 B 六个月 C 一个月 D 三个月
8. 对于大体积混凝土工程，应选择（C）水泥。

A硅酸盐 B 普通 C 矿渣 D 高铝
9. 硅酸盐水泥熟料矿物中，水化热最高的是（C）。

A C3S
B C2S
C C3A
D C4AF
10. 有抗冻要求的混凝土工程，在下列水泥中应优先选择（D）硅酸盐水泥。

A矿渣 B 火山灰 C 粉煤灰 D 普通
三、简答题
1．试述硅酸盐水泥的矿物组成及其对水泥性质的影响。

答：硅酸盐水泥的熟料主要由硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙4种矿物组成。

硅酸三钙的水化速率快、水化热大，且主要是早期放出，其强度最高，是决定水泥强度的主要矿物，一般来讲，硅酸三钙的含量高说明熟料的质量好；硅酸二钙的水化速率最慢、水化热最小，且主要是后期放出，是保证水泥后期强度的主要矿物；铝酸三钙是水化速率最快、水化热最大的矿物，且水化时体积收缩最大；铁铝酸四钙的水化速率也较快，仅次于铝酸三钙，其水化热中等，有利于提高水泥的抗拉强度。

2．硅酸盐水泥的主要水化产物是什么？硬化后水泥石的组成有哪些？
答：水泥水化后的主要产物有水化硅酸钙，水化铁酸钙，氢氧化钙，水化铝酸钙和水
化硫铝酸钙。

硬化后的水泥石，由晶体、胶体、未水化完的水泥熟料颗粒、游离水分和大小不等的孔
隙组成。

水泥在硬化过程的各不同龄期，水泥石中晶体、胶体、未完全水化的颗粒等所占的
比例是不同的。

在完全水化的水泥石中，水化硅酸钙约占50%，氢氧化钙约占25％。

3. 简述硅酸盐水泥的凝结硬化机理。

影响凝结硬化过程的因素有哪些？如何影响？
答：（1）硅酸盐水泥的凝结硬化机理。

水泥加水拌合后，在水泥颗粒表面立即发生水化反应，生成的胶体状水化产物聚集在颗
粒表面，使化学反应减慢，并使水泥浆体具有可塑性。

当水化产物溶于水中，使水泥颗粒表
面又暴露出一层新的层面，水化反应一般能够继续进行。

由于生成的胶体状水化产物不断增
多并在某些点接触，构成疏松的网状结构，使浆体失去流动性及可塑性，这就是水泥的凝结。

此后，由于生成的水化硅酸钙凝胶、氢氧化钙和水化硫铝酸钙晶体等水化产物不断增多，它们相互接触连生，到一定程度，建立起较紧密的网状晶体结构，并在网状结构内部不断充
实水化产物，使水泥具有初步的强度。

随着硬化时间（龄期）的延续，水泥颗粒内部未水化
部分将继续水化，使晶体逐渐增多，胶体逐渐密实，水泥石就具有越来越高的胶接力和强度。

强度不断提高，最后形成具有较高强度的水泥石，这就是水泥的硬化。

（2）影响硅酸盐水泥凝结硬化的因素
①熟料矿物组成和水泥细度。

矿物成分影响水泥的凝结硬化，组成的矿物不同，使水泥具有不同的水化特性，其强度的发展规律也必然不同。

水泥颗粒越细，与水反应的表面积越大，越容易水化，凝结硬化越快，早期强度高；但颗粒过细的水泥在硬化时产生的干缩越大，水泥颗粒小于40µm才具有较高的活性。

②水灰比。

水与水泥的质量比称为水灰比。

拌合水泥浆时，为使浆体具有一定的塑性和流动性，所加入的水量要大大超过水泥水化时所需用的水量，多余的水在硬化的水泥石内形成毛细孔。

因此拌合水越多，硬化水泥石中的毛细孔越多，在熟料矿物组成大致相近的情况下，水灰比的大小是影响水泥石强度的重要因素。

③龄期。

水泥的强度随龄期的增长而不断增长，硅酸盐水泥在3d~7d龄期内，强度增长速度最快；7d~28d龄期内强度增长速度较快，28d后强度增长缓慢。

实践证明若温度和湿度适宜，水泥石的强度在几年甚至几十年后仍缓慢增长。

④石膏。

石膏掺入水泥中的目的是为了延缓水泥的凝结、硬化速度。

但石膏的掺量必须严格控制，如石膏掺量过多，在水泥硬化后仍有一部分石膏与铝酸三钙继续水化生成一种水化硫铝酸钙的针状晶体，体积膨胀，使水泥和混凝土强度降低，严重时还会导致水泥体积安定性不良。

⑤温度和湿度。

水泥的水化、凝结、硬化、与环境的温湿度关系很大。

提高温度，可加速水泥的凝结、硬化，早期强度能较快发展，但后期强度反而会有所降低。

而在较低温度下水化，虽然凝结硬化慢，但水化产物较致密，可获得较高的最终强度。

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。

同时由于温度于低0℃，当水分结冰时，还会破坏水泥石结构。

潮湿环境下的水泥石，水分不易蒸发，能保持有足够的水分进行凝结硬化，生成的水化产物进一步填充毛细孔，促进水泥石的强度发展，所以保持环境的温度和湿润度，是使水泥石强度不断增长的措施，水泥混凝土在浇筑后的一段时间里应特别注意温、湿度的养护。

⑥拌合用水量。

拌合水泥浆体时，为使浆体具有一定塑性和流动性，加入的水量常超过水化时所需的水量，多余的水在水泥中形成孔隙而降低水泥石的强度，因此，适宜的加水量，可使水泥充分水化，加快凝结硬化。

4.为什么在生产硅酸盐水泥时掺入适量的石膏对水泥不起破坏作用，而硬化后水泥石遇到有硫酸盐溶液的环境，产生出石膏时就有破坏作用？
答：生产硅酸盐水泥时掺少量石膏是为了起到缓凝作用，在初始反应阶段石膏和水化铝酸三钙的化学反应阻碍水化，并且反应后体积膨胀。

但这是发生在水泥还没有强度之前，水泥仍有可塑性，体积膨胀不会造成水泥裂破坏。

再之生产水泥加入的石膏只是少量的。

但水泥石有硫酸盐介质时，水泥本身已经是有强度的固体，这时如果从内部再发生体积膨胀就会使水泥石裂开。

5. 什么是细度？为什么要对水泥的细度作规定？硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥的细度指标各是什么？
答：细度是指水泥颗粒的粗细程度，是检定水泥品质的主要指标之一。

水泥的细度对水泥安定性、需水量、凝结时间及强度都有影响。

水泥颗粒越细，与水发生作用的表面积越大，水化越快，其早期强度和后期强度都较高，但会使粉磨能耗增大，因袭应控制水泥在合理的细度范围之内。

水泥细度可用筛析法和比表面积法来检测。

筛析法以80µm或45µm方孔筛的筛余量表示水泥细度；比表面积法用1kg水泥所具有的总表面积（m2）来表示水泥细度（m2/kg）。

《通用硅酸盐水泥》（GB 175-2007）规定，硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的细度以比表面积表示，其值应不小于300m2/kg；矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥的细度以筛余表示，其80µm方孔筛筛余应不大于10％或45µm方孔筛筛余应不大于30％。

6. 何谓水泥的体积安定性？水泥体积安定性不良如何处理？
答：水泥体积安定性简称水泥安定性，是指水泥浆体硬化后体积变化是否均匀的性质。

当水泥浆体在硬化过程中或硬化后发生不均匀的体积膨胀，会产生水泥石开裂、翘曲等现象，称为体积安定性不良。

体积安定性不良会造成水泥混凝土构件产生膨胀型裂缝，降低建筑物质量，甚至引起严重事故。

体积安定性不良的水泥应作废品处理，不能用于工程中。

7. 何谓水泥的凝结时间？国家标准为什么要规定水泥的凝结时间？
答：凝结时间分初凝和终凝时间。

初凝时间是指从水泥全部加入水中，到水泥开始失去可塑性所需的时间；终凝时间是指从水泥全部加入水中，到水泥完全失去可塑性开始产生强度所需的时间。

水泥的凝结时间对施工有重大意义。

水泥的初凝不宜过早，以便在施工时有足够的时间
完成混凝土或砂浆的搅拌、运输、浇捣和砌筑等操作；水泥的终凝不宜过迟，混凝土浇注后，则要求尽快硬化，具有强度。

终凝时间过长，则会影响施工工期。

因此，应严格控制水泥的凝结时间。

《通用硅酸盐水泥》（GB 175-2007）规定，硅酸盐水泥初凝时间不小于45min，
终凝时间不大于390min。

普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤
灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥初凝时间不小于45min，终凝时间不大于600min。

8. 混合材料有哪些种类？掺入水泥后的作用分别是什么？硅酸盐水泥常掺入哪几种活
性混合材料？
答：混合材料是指在生产水泥及各种制品和构件时，掺入的大量天然的或人工的矿物材料。

混合材料按照其参与水化的程度，分为活性混合材料和非活性混合材料。

（1）活性混合材料
活性混合材料是指具有火山灰性或潜在水硬性，或兼有火山灰性和水硬性的矿物质材料。

火山灰性是指一种材料磨成细粉，单独不具有水硬性，但在常温下与石灰一起和水能形
成具有水硬性的化合物的性能；潜在水硬性是指磨细的材料与石膏一起和水能形成具有水硬
性的化合物的性能。

硅酸盐水泥熟料水化后会产生大量的氢氧化钙并且熟料中含有石膏，因此在硅酸盐水泥
中掺入活性混合材料具备了使活性混合材料发挥活性的条件，通常将氢氧化钙、石膏称为活
性混合材料的“激发剂”。

激发剂的浓度越高，激发剂作用越大，混合材料活性发挥越充分。

掺活性混合材料的硅酸盐水泥在与水拌和后，首先是水泥熟料水化，水化生成的Ca(OH)2作为活性“激发剂”，与活性混合材料中的活性氧化硅（SiO2）和活性氧化铝（Al2O3）反应，即二次水化反应，生成具有水硬性的水化硅酸钙和水化铝酸钙。

水泥中常用的活性混合材料主要有：①粒化高炉矿渣；②火山灰质混合材料；③粉煤灰。

（2）非活性混合材料
在水泥中主要起填充作用而不与水泥发生化学反应或化学反应很微弱的矿物材料，称为
非活性混合材料。

将它们掺入硅酸盐水泥的目的，主要是为了提高水泥产量，调节水泥强度
等级，减小水化热等。

9.解释42.5级矿渣水泥的含义。

若在25℃温度下养护的水泥标准试件，测得其28d的
抗压强度为45MPa，请问是否可以确定为42.5级水泥？
答：42.5级矿渣水泥的含义为：
按规定的方法制成的标准试件，在标准温度的水中养护，分别测定的3d抗压强度≥15.0 MPa，28d抗压强度≥42.5 MPa，3d抗折强度≥3.5MPa，28d抗折强度≥6.5 MPa。

只凭28d的抗压强度数值，不能确定为42.5级水泥。

10.为什么普通水泥早期强度较高，水化热较大，而矿渣水泥和火山灰质水泥早期强度低，水化热小，但后期强度增长较快？
答：通用硅酸盐水泥的主要矿物是C3A、C3S、C4AF、C2S。

普通硅酸盐水泥中，含有
较多的C3A、C3S矿物。

而C3A、C3S水化速度快，因而早期强度较高，而且水化热大。

但是矿渣水泥、火山灰水泥中含有较多的C2S等矿物，这种矿物水化慢、水化热低，早期强
度低，但后期强度增长较快。

11.水泥在运输和存放过程中为何不能受潮和雨淋？储存水泥时应注意哪些问题？
答：（1）因为水泥中含有硅酸三钙、硅酸二钙和铁铝酸四钙等矿物质，这些物质遇水
会发生水化反应，使水泥硬化，而水化热则会让水泥凝结、硬化。

（2）水泥在保管时，应按不同生产、不同品种、强度等级和生产日期分别存放，严禁
混杂；在运输及保管时要注意防潮和防止空气流动，先存先用，不可储存过久。

水泥在正常
储存条件下，储存3个月，强度降低约10%~25%，储存6个月，强度降低约25%~40%。

因
此，常用水泥储存期为3个月，过期水泥使用时应重新检测，按实际强度使用。

12.试述铝酸盐水泥的矿物组成、特性及应用。

答：铝酸盐水泥的主要矿物成分为铝酸钙（Ca O•Al2O3）及其他的铝酸盐，以及少量的硅酸二钙（2CaO•SiO2）等。

铝酸盐水泥的主要特性和应用如下：
（1）快凝、早强。

铝酸盐水泥与水反应生成水化铝酸钙和氢氧化钙凝胶，凝结硬化十分迅速，ld 强度可达最高强度的80％以上，致使水泥石密实并具有高强特性，后期强度增长不显著。

因此，铝酸盐水泥主要用于工期紧急的工程，如国防、道路和特殊抢修工程等。

（2）水化放热大。

铝酸盐水泥水化热大，且放热速度特别快，放热量集中。

ld内即可放出水化热总量的70％~80％，使混凝土内部温度上升较高，即使在－10℃下施工，铝酸盐水泥也能很快凝结硬化，可用于冬季施工的工程，但不能应用于大体积混凝土工程。

（3）具有较高的抗矿物水和硫酸盐侵蚀的能力。

铝酸盐水泥在普通硬化条件下，由于水泥石中不含铝酸三钙和氢氧化钙，且密实度较大，因此具有很强的抗硫酸盐腐蚀能力。

（4）铝酸盐水泥抗碱性极差。

铝酸盐水泥与硅酸盐水泥或石灰相混不但产生闪凝，而且由于生成高碱性的水化铝酸钙，使混凝土开裂，甚至破坏。

因此施工时除不得与石灰或硅酸盐水泥混合外，也不得与未硬化的硅酸盐水泥接触使用，不得用于接触碱性溶液的工程。

（5）具有较高的耐火性。

当采用耐火粗细骨料（如铬铁矿等）可制成使用温度达1300℃～1400℃的耐热混凝土，而且强度能够保持53％。

因此，铝酸盐水泥适用于高温车间。

（6）长期强度低。

铝酸盐水泥长期强度及其他性能略有降低的趋势。

长期强度约降低40%～50%左右，因此铝酸盐水泥不宜用于长期承重的结构及处在高温高湿环境的工程中，它只适用于紧急军事工程（筑路、桥）、抢修工程（堵漏等）、临时性工程，以及配制耐热混凝土等。

另外，铝酸盐水泥与硅酸盐水泥或石灰相混不但产生闪凝，而且由于生成高碱性的水化铝酸钙，使混凝土开裂，甚至破坏。

因此施工时除不得与石灰或硅酸盐水泥混合外，也不得与未硬化的硅酸盐水泥接触使用。

13.仓库内存有3种白色胶凝材料，它们是生石灰粉、建筑石膏和水泥，有什么简便方法可以辨认？
答：（1）肉眼观察，自然状态下，生石灰呈块状，石膏粉为粉末，水泥则呈颗粒状。

（2）如果都是凝结成块状的物体状态的话，加水区别：
生石灰发热冒泡；白水泥会凝结；建筑石膏不太吸水。

四、案例题
1.表4-13列出的是A、B两种硅酸盐水泥熟料矿物组成百分比含量，试分析A、B两种硅酸盐水泥的早期强度及水化热的差别。

表4-13 A、B两种硅酸盐水泥熟料矿物组成
答：A水泥的C3S的含量（60%）大于B水泥（47%），C2S的含量（15%）小于B水泥（28%）。

由于硅酸三钙的特性是早期强度高，硅酸二钙的特性是早期强度低而后期强度高，所以A水泥的早期强度高于B水泥。

A水泥的C3S的含量（60%）大于B水泥（47%），C3A的含量（16%）大于B水泥（10%）。

由于铝酸三钙是水化热最大的矿物，硅酸三钙的水化热也很大，所以A水泥的水化热高于B 水泥。

3. 某大体积的混凝土工程，浇注两周后拆模，发现挡墙有多道贯穿型的纵向裂缝。

该工程使用某立窑水泥厂生产42.5 P·Ⅱ型硅酸盐水泥，其熟料矿物组分为：C3S占61%，C2S
占14%，C3A占14%，C4AF占11%。

试分析裂缝产生的主要原因。

答：大体积混凝土产生裂缝的主要原因有以下几方面：
（1）水泥水化热
水泥在水化过程中要释放出一定的热量，而大体积混凝土结构断面较厚，表面系数相对较小，所以水泥发生的热量聚集在结构内部不易散失。

这样混凝土内部的水化热无法及时散发出去，以至于越积越高，使内外温差增大。

单位时间混凝土释放的水泥水化热，与混凝土单位体积中水泥用量和水泥品种有关，并随混凝土的龄期而增长。

由于混凝土结构表面可以自然散热，实际上内部的最高温度，多数发生在浇筑后的最初3～5天。

本工程所用的水泥C3S的含量为61%，C3A的含量为14%，两者加起来有75%。

而铝酸三钙是水化热最大的矿物，硅酸三钙的水化热也很大，因此是导致混凝土产生裂缝的主要原因之一。

（2）外界气温变化
大体积混凝土在施工阶段，它的浇筑温度随着外界气温变化而变化。

特别是气温骤降，会大大增加内外层混凝土温差，这对大体积混凝土是极为不利的。

温度应力是由于温差引起温度变形造成的；温差愈大，温度应力也愈大。

同时，在高温条件下，大体积混凝土不易散热，混凝土内部的最高温度一般可达60～65℃，并且有较长的延续时间。

因此，应采取温度控制措施，防止混凝土内外温差引起的温度应力。

（3）混凝土的收缩
混凝土中约20℅的水分是水泥硬化所必须的，而约80℅的水分要蒸发。

多余水分的蒸发会引起混凝土体积的收缩。

混凝土收缩的主要原因是内部水蒸发引起混凝土收缩。

如果混凝土收缩后，再处于水饱和状态，还可以恢复膨胀并几乎达到原有的体积。

干湿交替会引起混凝土体积的交替变化，这对混凝土是很不利的。

影响混凝土收缩，主要是水泥品种、混凝土配合比、外加剂和掺合料的品种以及施工艺（特别是养护条件）等。

4. 某工地使用某厂生产的硅酸盐水泥，加水拌和后，水泥浆体在短时间内迅速凝结。

后经剧烈搅拌，水泥浆体又恢复塑性，随后过3h才凝结。

试分析形成这种现象的原因。

答：这是水泥假凝现象。

假凝是指水泥的一种不正常的早期固化或过早变硬现象。

假凝与快凝不同，前者放热量甚微，且经剧烈搅拌后浆体可恢复塑性，并达到正常凝结，对强度无不利影响。

假凝现象与很多因素有关，一般认为主要是由于水泥粉磨时磨内温度较高，使二水石膏脱水成半水石膏的缘故。

当水泥拌水后，半水石膏迅速水化为二水石膏，形成针状结晶网状结构，从而引起浆体固化。

另外，某些含碱较高的水泥，硫酸钾与二水石膏生成钾石膏迅速长大，也会造成假凝。