胶凝材料学复习试题

绪论1胶凝材料：凡在物理化学作用下，从具有可塑性浆体逐渐变成坚固石状的过程中，能将其他物料胶结为整体，并具有一定的机械强度的物质。

一、石膏1、CaSO4 H2O有几种石膏相及其生成条件（温度等）CaSO4 H2O系统中的石膏相有五种：二水石膏、α型与β型半水石膏、α与βⅢ型硬石膏、Ⅱ型硬石膏、Ⅰ型硬石膏。

半水石膏有α型与β型两个变种。

当二水石膏在。

>45°加压水蒸气条件下，在酸和盐的溶液中加热时，可以形成α型半水石膏。

如果二水石膏的脱水过程是在45°干燥环境中进行的，则可以形成β型半水石膏。

Ⅲ型硬石膏也存在α型与β型两个变种，他们分别由α型与β型半水石膏加热脱水而成。

前者是在100度加压水蒸气条件生成，后者是在107度干燥空气条件下生成。

如果二水石膏脱水时，水蒸气分压过低，二水石膏也可以不经过半水石膏直接转变为Ⅲ型硬石膏。

Ⅱ型硬石膏是二水石膏、半水石膏和Ⅲ型硬石膏经高温（200度-1180度）脱水后在常温下稳定的最终产物。

Ⅰ型硬石膏只有在温度高于1180℃时才能存在，如果低于此温度，他会转化为Ⅱ型硬石膏。

故Ⅰ型硬石膏在常温下是不存在的。

2、为什么α型半水石膏比β型的强度高？两者的差别主要表现在亚微观状态下晶体的形态大小以及分散度方面的不同。

1.α型半水石膏是致密的完整的，粗大的原生颗粒，而β型半水石膏是片状的，不规则的，由细小的单个晶粒组成的次生颗粒。

2.β型半水石膏分散度比α大得多。

所以，β型半水石膏的水化速度快、水化热高、需水量大、硬化体强度低。

3、简述半水石膏水化机理。

半水石膏加水后进行的水化反应用下式表示：CaSO4.1/2H2O+3/2H2O=CaSO4.H2O=Q,关于半水石膏水化有两个理论：1，溶解析晶理论。

2，局部化学理论。

1理论认为半水石膏与水拌合后，首先是半水石膏在水溶液中溶解，因为半水石膏的饱和溶解度对于二水石膏的平衡溶解度来说是高度过饱和的，所以在半水石膏的溶液中，二水石膏的晶核会自发地形成和长大。

由于二水石膏的析出，便破坏了原有半水石膏的溶解平衡状态，这时半水石膏会进一步溶解以补偿二水石膏析晶而在液相中减少的硫酸钙含量，如此不断进行的半水石膏的溶解和二水石膏的析晶，直到半水石膏完全水化为止。

影响水化物晶体的成核和生长的一个重要因素是液相的过饱和度，只有在过饱和状态的母液中，晶体的形成和生长才有可能。

过饱和度随温度的提高而减少，建立较高的过饱和度并使之维持足够的时间是半水石膏凝结硬化的必要条件。

影响水化的主要因素：石膏的煅烧温度，粉磨细度，结晶形态，杂质情况以及水化条件。

）4、半水石膏水化反应的推动力？新旧相的饱和溶解度对溶解沉淀反应的影响？推动力是液相的过饱和度，只有在过饱和的母液中，晶体的形成和生长才有可能，只有新相的饱和溶解度比旧相的饱和溶解度低时，才有可能在旧相溶液中形成对新相是过饱和的溶液，溶解沉淀反应才有可能发生。

5、硬石膏的常见激发剂有哪几类？6、半水石膏浆体强度如图所示，简述曲线1和2趋势条件和相应浆体结构特性。

7、石膏浆体的液相过饱和度是怎样影响浆体结晶结构的形成和破坏的？建筑石膏高强石膏硬石膏二、石灰1、简述用碳酸钙等煅烧获得CaO的三个过程。

煅烧过程对石灰的影响：方程式CaCO3=CaO+CO2制备石灰“活性”主要由两种因素决定1内比表面积2晶格变形程度，形成CaO所用原材料的结构，煅烧温度，煅烧时间以及煅烧是环境的状态对其活性有巨大的影响。

煅烧过程分为三个阶段1碳酸钙分解形成具有碳酸钙或氢氧化钙的假晶体氧化钙，这时的产物仍保持着碳酸钙或氢氧化钙的晶格2亚稳的氧化钙集体再结晶成更稳定的氧化钙晶体这时其内比表面积达到最高点，不论何种原材，什么温度都得到相同的面心立方体氧化钙晶格3再结晶的氧化钙烧结，这时比表面积降低，此时氧化钙的烧结成了主要的。

且当煅烧温度提高时，CaO的活性降低，再经过长时间的较高温度的煅烧下，发生“死烧”现象，此时的CaO的活性很弱甚至基本丧失。

2、石灰水化特点？CaO+H2O=Ca（OH）2此式为可逆反应，其特点在水化过程中具有放热量大，放热速度快，需水量大以及水化时具有体积膨胀等特点。

1水化热高，石灰具有强烈的水化反应能力，表现为CaO遇水后，迅速放出大量能量，石灰水化时放出的热量是半水石膏的10倍2蓄水量大，CaO与H2O反应生成Ca（OH）2的理论需水量仅为32％但实际反应时由于放热量大使水蒸发，其蒸发水量约占37%因此要使CaO全部转变为Ca（OH）2约需加入70%的水才可得到十分干燥体积疏松的消石粉3体积膨胀，试件在没有外加荷载作用的情况下，膨胀率达44%。

（石灰水化的特点：水化热高，需水量大，体积膨胀）3、石灰的消化速度：在一定的标准条件下，从生石灰与水混合起，到达到最高温度所需时间。

4、石灰水化产生显著体积增大的原因。

5、石灰浆体如何硬化获得强度的？三、镁质胶凝材料镁水泥的水化相及转变。

四、硅酸盐水泥硅酸盐水泥：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。

初凝终凝假凝瞬凝(快凝)触变性反触变性弹性后效：卸掉荷载后，水泥石立即产生一个反向的瞬时弹性变形，随后，反向变形继续增长到一定的程度后趋于稳定，这种随时间增长并趋于稳定的反响变形过程成为弹性后效。

水硬性：指材料磨成细粉加水搅拌成浆体后，能在潮湿空气和水中硬化，并形成稳定化合物的性能。

石灰饱和系数：熟料中全部sio2生成c3s和c2s所需的cao含量与全部sio2生成c3s 所需的cao最大含量的比值。

铝率（铁率）：熟料中氧化铝和氧化铁含量的质量比。

6硅率：熟料中sio2含量和Al2O3 ，Fe2O3质量之和的质量比。

C-S-H凝胶：C3S(C2S)水化时，首先溶出Ca2+离子和单硅酸根离子【SiO2】4-,在溶液中，硅酸根随水化过程的进行不断聚合，所以，C-S-H凝胶是有不同聚合度的硅酸根与钙离子组成的水化物。

钙矾石：在石膏、氧化钙同时存在的条件下，C3A虽很快水化成C4AH13，但接着他与石膏反应生成三硫酸铝钙，即钙矾石。

触变性：指某些胶体体系在外力作用下，流动性暂时增加，外力除去后，具有缓慢的可逆复原的性能。

宾汉姆体：施加外力较小时，物体产生的剪应力小于极限剪应力或屈服应力时，物体保持原状不变，当应力超过时物体会产生流动变形，这一类物体称为宾汉姆体。

固相反应：生料煅烧过程中，碳酸盐分解组分与粘土分解组分通过质点的相互扩散而进行的反应。

水泥：水泥是加水后能拌合成塑性浆体，可胶结沙石等适当材料，并能在空气和水中硬化的粉状水硬性胶凝材料。

水化速率：指单位时间内水泥的水化程度或水化深度。

牛顿粘性液体：是指剪应力与应变速率是比为一个常数的理想粘性液体.水泥熟料：是一种多矿物的结晶细小的具有特定胶结性能的人造岩石。

水泥浆的流动性：指在外力作用下克服水泥内部颗粒间相互作用而变形的性能。

水泥浆的可塑性：指浆体克服极限剪应力以后，产生塑性变形而不断裂的性能。

水泥浆的稳定性:指水泥将在塑性变形以后，保持固液相系本身的稳定，稳定性好的浆体是指其在塑性变形时，固体粒子不产生互相接触或分立的现象，及整个流动的分散体系保持稳定。

化学减缩：水泥浆体在水化过程中，水泥—水体系的总体积发生减小的现象。

硅酸三钙水化经历的阶段及特征：C3S+nH→C-S-H+(3-x)CH （水化硅酸钙和氢氧化钙） 1.诱导前期：加水后立即发生急剧反应，但该阶段的时间很短，15分钟以内结束。

2.诱导期：这一阶段反应速率极其缓慢，一般持续2-4小时，是硅酸盐水泥浆体保持塑性的原因。

3.加速期：反应重新加快，反应速率随时间而增长，出现第而个放热峰，在达到峰值时本阶段即告结束，此时终凝已过，开始硬化。

4.减速期：反应速率随时间下降的阶段，水化作用逐渐受扩散速率的控制。

5.稳定期：反应速率很低，反应过程基本稳定，水化作用完全受扩散速率控制。

影响水泥流变性的主要因素：1.水化龄期的影响。

2.水灰比的影响。

3.水化温度的影响。

4.水泥熟料矿物组成的影响。

描述硬化水泥石晶体的结构：在常温下硬化的水泥石，通常是由未水化的水泥熟料颗粒。

水化水泥，水和少量的空气，以及由水和空气占有的空隙网组成，因此它是一个固-液-气三相多孔体。

在常温下硅酸盐水泥的水化产物，按其结晶程度可分为两大类，一类是结晶比较差，晶粒的大小相当于胶体尺寸的水化硅酸钙凝胶，简称C-S-H凝胶，它既是微晶质可以彼此交叉和连生，又因为其大小在胶体尺寸范围内而具有凝胶体的特性。

还有结晶度比较完整、晶粒比较大的一类水化物。

描述水泥石干缩变形与失水的关系：由于湿度和温度的变化，要引起水泥石中水分的变化，伴随着水泥石失水的过程，必然要引起水泥石的收缩，把水分损失区别为两类：一是与相对湿度有关的干燥脱水，二是在高温作用下的温度脱水。

失水阶段1.相对湿度100%-30% ΔVo/ΔVw=0.025 毛细水脱出（毛细管张力引起收缩） 2.相对湿度30%-1% ΔVo/ΔVw=0.22 凝胶水脱出 3.相对湿度1%-脱水温度200℃ΔVo/ΔVw=0.40 结晶水脱出（主要脱水） 4.脱水温度200-525℃ΔVo/ΔVw=1.0 结构水脱出什么条件下水泥石碳化收缩最快及原因：湿度对碳化收缩影响很大，当相对湿度为100%时不产生碳化收缩，随着湿度的下降，碳化收缩值增大，当湿度为55%时，碳化收缩达最大值。

原因：由于空气中的二氧化碳与水泥石中的水化物，特别是与氢氧化钙的不断作用，引起水泥石结构的解体所致。

由于二氧化碳与水化物的置换反应描绘释放出水分子，而只有这些水分子失去时，才能早成水泥石体积的变化。

显然水分的失去是随着相随湿度的下降而增大。

防止化学侵蚀的技术措施：1.改变熟料矿物组成。

2.在硅酸盐水泥中加入某些外加剂。

3.提高混凝土的密实度。

4.在混凝土外部加覆盖层。

5.对具有特殊要求的抗侵蚀混凝土，可以采用浸渍混凝土，也就是将树脂单位浸渍到混凝土的空隙中，再使之聚合以填满混凝土的空隙，这种混凝土具有较高的抗侵蚀性水泥生产中为什么采用急冷措施：熟料的冷却对熟料的相结构有较大的影响，快速冷却可使高温下形成的液相来不及结晶从而形成玻璃相，同时可是C3S 的矿物晶体来不及变大而保持其细小均匀分布的形态，并且由于急冷在熟料内部形成了结晶应力而使表面形成细小裂纹。

因此在工艺装备允许的条件下尽可能的采用急冷措施，这不仅能是水泥熟料的使用性能以及抗硫酸盐的性能等变的更好，而且也能改善熟料的工艺性质，特别是耐磨性好。

铝率，硅率，石灰饱和度系数的意义及对煅烧的影响：硅率：SM 表示熟料中的SiO2含量与Al2O3和Fe2O3的含量之和的质量比值。

硅率越高，则硅酸盐矿物的含量越高，溶剂矿物越少，所以在煅烧过程中出现的液相含量越小，所要求的烧成温度越高，但硅率越小，则硅酸盐矿物大小影响水泥强度，液相过多一出现结大块，结炉瘤或结圈等而影响窑的操作。