游离氧化钙对水泥浆体体积膨胀的影响机制
游离氧化钙对水泥熟料质量的影响
第1章游离氧化钙对水泥熟料质量的影响1.1游离氧化钙对水泥熟料的重要性在水泥生产中，水泥的质量主要决定于熟料的质量，熟料质量的控制是工厂质量管理中极为重要的控制环节。
而熟料中游离氧化钙f-CaO含量的控制，是一个重要控制项目，因为在烧成温度下死烧的f-CaO结构比校致密，水化很慢，水化生成的氢氧化钙体积膨胀98％，在硬化水泥石内部造成局部膨胀应力，而对水泥的抗拉强度、抗折强度及安定性都有一定的不良影响，直接影响建筑质量，因此在水泥生产过程中，为了确保水泥的质量，必须采取一系列措施，控制熟料中f-CaO含量的变化。
1.2水泥熟料中游离氧化钙的主要形成途径及原因1.2.1熟料中f-CaO的主要形成途径有三种熟料形成过程中未化合的f-CaO、熟料慢冷及还原气氛中C3S分解出来的f-CaO和熟料中碱取代C3S、C2S、C3A中的CaO 而形成的二次f-CaO。
1.2.2熟料中f-CaO的主要形成原因(1)配料不当，KH过高；(2)煤与生料配比不均匀、不准确，煤质波动大或煤粒过粗；(3)窑生料Tcaco．合格率太低或生料过粗，窑内煅烧不完全(4)热工制度不稳定，卸料太快或偏火漏生(5)料冷却慢，产生二次f-CaO。
1.3水泥熟料中的游离氧化钙主要三种分类⑴轻烧游离氧化钙由于来料量不稳或塌料、掉窑皮，或燃料成分变化或火焰形状不好，使部分、乃至局部生料的煅烧温度不足，在1100～1200℃的低温下形成游离氧化钙。
主要存在于黄粉以及包裹着生料粉的夹心熟料中，它们对水泥安定性危害不大，但会使熟料强度降低。
⑵一次游离氧化钙它们是在配料氧化钙成分过高、生料过粗或煅烧不良时，熟料中存在的仍未与SiO2、Al2O3、Fe2O3进行化学反应的CaO。
这些CaO经高温煅烧呈“死烧状态”，结构致密，晶体较大（10～20µm），遇水形成很慢，通常需要三天才反应明显，至水泥硬化之后又发生固相体积膨胀（97.9%），在水泥石的内部形成局部膨胀应力，使其变形或开裂崩溃。
土木工程材料课后习题(附答案)
第1章土木工程材料的基本性（1）当某一建筑材料的孔隙率增大时，材料的密度、表观密度、强度、吸水率、搞冻性及导热性是下降、上生还是不变？答：当材料的孔隙率增大时，各性质变化如下表：（2）答：（3）材料的孔隙率和空隙率的含义如何？如何测定？了解它们有何意义？答：P指材料体积内，孔隙体积所占的百分比：P′指材料在散粒堆积体积中，颗粒之间的空隙体积所占的百分比：了解它们的意义为：在土木工程设计、施工中，正确地使用材料，掌握工程质量。
（4）亲水性材料与憎水性材料是怎样区分的？举例说明怎样改变材料的变水性与憎水性？答：材料与水接触时能被水润湿的性质称为亲水性材料；材料与水接触时不能被水润湿的性质称为憎水性材料。
例如：塑料可制成有许多小而连通的孔隙，使其具有亲水性。
例如：钢筋混凝土屋面可涂抹、覆盖、粘贴憎水性材料，使其具有憎水性。
（5）普通粘土砖进行搞压实验，浸水饱和后的破坏荷载为183KN，干燥状态的破坏荷载为207KN（受压面积为115mmX120mm），问此砖是否宜用于建筑物中常与水接触的部位？答：（6）塑性材料和塑性材料在外国作用下，其变形性能有何改变？答：塑性材料在外力作用下，能产生变形，并保持变形后的尺寸且不产生裂缝；脆性材料在外力作用下，当外力达到一定限度后，突然破坏，无明显的塑性变形。
（7）材料的耐久性应包括哪些内容？答：材料在满足力学性能的基础上，还包括具有抵抗物理、化学、生物和老化的作用，以保证建筑物经久耐用和减少维修费用。
（8）建筑物的屋面、外墙、甚而所使用的材料各应具备哪些性质？答：建筑物的屋面材料应具有良好的防水性及隔热性能；外墙材料应具有良好的耐外性、抗风化性及一定的装饰性；而基础所用材料应具有足够的强度及良好的耐水性。
第2章天然石材（1）岩石按成因可分为哪几类？举例说明。
答：可分为三大类：1)岩浆岩，也称火成岩，是由地壳内的岩浆冷凝而成，具有结晶构造而没有层理。
例如花岗岩、辉绿岩、火山首凝灰岩等。
水泥体积安定性
定义水泥体积安定性是指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性。
如果水泥硬化后产生不均匀的体积变化，即为体积安定性不良，安定性不良会使水泥制品或混凝土构件产生膨胀性裂缝，降低建筑物质量，甚至引起严重事故。
1.引起水泥安定性不良的原因有很多，主要有以下三种：熟料中所含的游离氧化钙过多、熟料中所含的游离氧化镁过多或掺入的石膏过多。
熟料中所含的游离氧化钙或氧化镁都是过烧的，熟化很慢，在水泥硬化后才进行熟化，这是一个体积膨胀的化学反应，会引起不均匀的体积变化，使水泥石开裂。
当石膏掺量过多时，在水泥硬化后，它还会继续与固态的水化铝酸钙反应生成高硫型水化硫铝酸钙，体积约增大1.5倍，也会引起水泥石开裂。
2.2.国家标准规定：水泥安定性经沸煮法检验（CaO）必须合格；水泥中氧化镁（MgO）含量不得超过5.0%，如果水泥经压蒸安定性试验合格，则水泥中氧化镁的含量允许放宽到6.0%；水泥中三氧化硫（SO3）的含量不得超过3.5%。
3.3.安定性不合格的水泥应作废品处理，不能用于工程中。
4.4.水泥全程安定性是指水泥在凝结硬化过程中，体积变化的均匀性。
测定方法试验方法一：雷氏夹法（标准法)雷氏夹法（标准法)的实验步骤如下1.测定前的准备工作每个试样需成型两个试件，每个雷氏夹需配备质量约75g～85g的玻璃板两块，凡与水泥净浆接触的玻璃板和雷氏夹内表面都要稍稍涂上一层油。
2.雷氏夹试件的成型将预先准备好的雷氏夹放在已稍擦油的玻璃板上，并立即将已制好的标准稠度净浆一次装满雷氏夹，装浆时一只手轻轻扶持雷氏夹，另一只手用宽约lOmm的小刀插捣数次，然后抹平，盖上稍涂油的玻璃板，接着立即将试件移至湿气养护箱内养护24h±12h。
3.沸煮(1)调整好沸煮箱内的水位，使能保证在整个沸煮过程中都超过试件，不需中途添补试验用水，同时又能保证在30min±5min内升至沸腾。
(2)脱去玻璃板取下试件，先测量雷氏夹指针尖端间的距离（A），精确到0. 5mm，接着将试件放人沸煮箱水中的试件架上，指针朝上，然后在30min±5min内加热至沸并恒沸180min±5min。
水泥工艺考试题简答题(附答案)
1.急冷对熟料质量有何作用？答：（要点）防止C3S晶体长大而强度降低且难以粉磨，防止C3S分解和C2S的晶型转变使熟料强度降低，减少MgO晶体析出,使其凝结于坡璃体中，避免造成水泥安定性不良，减少C3A晶体析出，不使水泥出现快凝现象,并提高水泥的抗硫酸热性能，使熟料产生应力，增大熟料的易磨性，急冷汪可以收回热■,提高热的利用率.2.影响碳酸钙分解速度的因素有哪些？答：（要点）（1）石灰石原料的特性；｛2｝生料细度和颗粒级配；（3）生料总浮分散程度；（4）温度；（5）窑系统的CO2分压；（6）生料半粘土组分的性质.3.规定水泥的初凝时间和终凝时间各有什么作用？答：（襄点）初凝时间：满足水泥浆搅拌，浇注成型所需时间.终凝时间：保证成型后尽快具有强度，保证施工进度.4.提高水泥粉磨产质■的主要措施有哪些？答：（要点）降低熟料粒度，改善熟料易磨性，降低熟料和磨内温度，加强磨内通风，选粉效率与循环负荷合理配合.5.确定硅酸瑟水泥中的石膏掺入量时应考虑的那些因素?答：（鬟点）熟料中C3A和R20的含■,熟料中S03含景，水泥中混合材掺入量，水泥细度.6.预分解窑系统的传热方式有哪几种?答：（要点）辐射、对流、传导、料气混合悬浮传热和分黑传热。
7.历究熟料旷物特性的目的是什么？答：（襄点）掌5S矿物特性与水泥性能的关系，设计合理的配料方案，提高水泥质量，开发水泥品种.8.降低熟料中f-CaO的措施有哪些？答：（要点）选择结晶物质少的原料，配料合理，提高生料质量，加强垠烧，急冷、增加混合材楼I1.9.什么是快凝？什么是假凝？二者有什么区别？答：（襄点）快凝：水泥加水后，浆体迅速形成不可逆固化现象,浆体已产生一定强度，更新搅拌并不能使其像豆塑性.假凝：水泥加水后几分钟内即出现的固化.发热IJ不大，经剧烈搅拌,水泥浆又可恢复塑性，并达到正常凝结.对强度无影响，但影响施工.10.降低f-CaO的工艺措施有哪些？答：（要点）（1）配料要合理，KH不要太高。
土木工程材料第二版(湖南大学、天津大学、同济大学、东南大学_合编)课后习题答案
土木工程材料第二版课后习题答案土木工程材料的基本性第一章（1）当某一建筑材料的孔隙率增大时，材料的密度、表观密度、强度、吸水率、搞冻性及导热性是下降、上生还是不变？（2）材料的密度、近似密度、表观密度、零积密度有何差别？答：（3）材料的孔隙率和空隙率的含义如何？如何测定？了解它们有何意义？答：P指材料体积内，孔隙体积所占的百分比：P′指材料在散粒堆积体积中，颗粒之间的空隙体积所占的百分比：了解它们的意义为：在土木工程设计、施工中，正确地使用材料，掌握工程质量。
（4）亲水性材料与憎水性材料是怎样区分的？举例说明怎样改变材料的变水性与憎水性？答：材料与水接触时能被水润湿的性质称为亲水性材料；材料与水接触时不能被水润湿的性质称为憎水性材料。
例如：塑料可制成有许多小而连通的孔隙，使其具有亲水性。
例如：钢筋混凝土屋面可涂抹、覆盖、粘贴憎水性材料，使其具有憎水性。
（5）普通粘土砖进行搞压实验，浸水饱和后的破坏荷载为183KN，干燥状态的破坏荷载为207KN（受压面积为115mmX120mm），问此砖是否宜用于建筑物中常与水接触的部位？答：（6）塑性材料和塑性材料在外国作用下，其变形性能有何改变？答：塑性材料在外力作用下，能产生变形，并保持变形后的尺寸且不产生裂缝；脆性材料在外力作用下，当外力达到一定限度后，突然破坏，无明显的塑性变形。
（7）材料的耐久性应包括哪些内容？答：材料在满足力学性能的基础上，还包括具有抵抗物理、化学、生物和老化的作用，以保证建筑物经久耐用和减少维修费用。
（8）建筑物的屋面、外墙、甚而所使用的材料各应具备哪些性质？答：建筑物的屋面材料应具有良好的防水性及隔热性能；外墙材料应具有良好的耐外性、抗风化性及一定的装饰性；而基础所用材料应具有足够的强度及良好的耐水性。
第1章天然石材（1）岩石按成因可分为哪几类？举例说明。
答：可分为三大类：1)岩浆岩，也称火成岩，是由地壳内的岩浆冷凝而成，具有结晶构造而没有层理。
无机非金属材料工艺-习题作业-3-1习题答案
一、名词解释阿利特：在硅酸盐水泥熟料中固溶了其它少量氧化物的C3S称为阿利特（Alite），又称为A矿。
贝利特：C2S固溶体称为贝利特（Belite），又称为B矿。
游离氧化钙：当配料不当，生料过粗或燃烧不良时，熟料中就会出现没有被吸收的以游离状态存在的氧化钙，称为游离氧化钙，又称游离石灰石灰饱和系数KH：是熟料中全部氧化硅生成硅酸钙(C3S十C2S)所需的氧化钙量与全部二氧化硅理论上全部生成硅酸三钙所需的氧化钙含量的比值。
（即KH表熟料中二氧化硅被氧化钙饱和形成硅酸三钙的程度。
）硅率SM：是表示熟料中氧化硅含量与氧化铝、氧化铁之和的质量比。
（表示了熟料中硅酸盐矿物与熔剂矿物的比例）铝率 IM：表示熟料中氧化铝与氧化铁含量的质量比，也表示熟料熔剂矿物中铝酸三钙与铁铝酸四钙的比例。
二、问答题1、试述硅酸盐水泥熟料的矿物组成及各矿物的性质。
答：硅酸盐水泥熟料主要含以下四种矿物：硅酸三钙C3S、硅酸二钙C2S、铝酸三钙C3A、和铁铝酸四钙C4AF。
硅酸三钙（C3S）主要由硅酸二钙和氧化钙反应生成。
纯C3S只在2065~1250℃温度范围内稳定，在2065℃以上不一致熔融为CaO与液相，在1250℃以下分解为C2S和CaO。
实际上C3S的分解反应进行得比较缓慢，致使纯C3S在室温下可以呈介稳状态存在。
硅酸硅酸二钙由氧化钙与氧化硅反应生成。
纯硅酸二钙在1450℃温度以下，进行下列多晶转变在室温下硅酸二钙有水硬性的α、α΄L、α΄H、β变型都是不稳定的，有转变为水硬性微弱的γ型的趋势。
当温度低于500℃时，硅酸二钙由β型转变为γ型，体积膨胀10%而导致物料粉化。
硅酸二钙可固溶其它少量氧化物——氧化铝、氧化铁、氧化镁、氧化钾、氧化钛、氧化磷等，使硅酸二钙也形成固溶体。
纯铝酸三钙属等轴晶系。
铝酸三钙中也可固溶部分其他氧化物——SiO2、Fe2O3、MgO、K2O、Na2O 、TiO2等。
铝酸三钙有立方、斜方、四方、假四方以及单斜等五种多晶形态。
影响水泥安定性判定的因素
影响水泥安定性判定的因素摘要水泥的体积安定性是反映水泥浆在凝结硬化后的体积膨胀是否均匀的情况，是评判水泥品质的重要指标之一，也是保证水泥制品、混凝土工程质量的必要条件。
本文通过对《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》GB/T1346-2011中有关水泥安定性检测方法中代用法（即试饼法）的分析，简述了检测过程中主要影响水泥安定性判定的因素，以及所要采取的措施。
关键词安定性；代用法；判定；危害；因素水泥的安定性是指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀程度，即水泥和水以后，逐渐水化硬化，水泥硬化浆体能保持一定形状，不开裂、不变形、不溃散的性质。
如果水泥中的某些成分的化学反应不在硬化前完成而在硬化后完成，并伴随有体积变化，这时便会使已经硬化的水泥石内部产生有害的内应力；如果这种内应力大到足以使水泥石的强度明显降低，甚至溃裂导致水泥制品破坏时，即为水泥安定性不良。
水泥的安定性是评定水泥质量的重要指标之一，也是保证混凝土工程质量的必要条件。
水泥中存在过量的游离氧化钙、游离氧化镁或硫酸盐是造成水泥不安定的主要原因。
使用安定性不合格的水泥将对构件的后期强度造成危害。
因此，必须严格按照国家标准和检验方法来检测水泥的安定性。
1 水泥安定性的检测方法安定性的检测方法有两种：1）雷氏法（标准法）是通过测定沸煮后雷氏夹中两个试针的相对位移，即水泥标准稠净浆体积膨胀程度，以此评定水泥浆硬化后体积安定性；2）试饼法（代用法）是观测沸煮后水泥标准稠度净浆试饼外形变化，评定水泥浆硬化后体积安定性。
试验中我们通常采用试饼法来判定水泥的安定性，当试饼法与雷氏法的检验结果有争议时，以雷氏法为准。
2 试验中影响水泥安定性判定的因素通过大量的试验我发现影响水泥安定性判定的因素主要有以下几种：1）水泥标准稠度用水量对安定性的判定的影响。
不同稠度净浆对水泥安定性的判定有着极其重要的影响。
同一种水泥拌制的净浆由于用水量的不同，稠度也不同。
有关水泥安定性影响因素的探讨
裂。 当石膏掺量过多时 ． 在水泥硬化后 ． 残余பைடு நூலகம்膏与固态水化铝酸钙继 续反应生成 高硫 型水化硫铝酸钙 （ 钙矾石 ） ， 体积 增大约 １ ． ５ 倍． 从 而 导致水泥石 开裂 。其反应式为 ：
水泥的体积安定性是指水泥浆硬化后因体积膨胀而产生变形的性 质。当水泥浆体硬化后 ， 产生不均匀的体积变化 ． 为体积安定性不 良． 这 会导致水泥浆体开裂， 严重影响工程质量 在《 混凝土结构工程施工质 量 验 收规 范》 （ ＧＢ ５ ０ ２ ０ ４ — ２ ０ ０ ２ ）和 《 砌体 工程 施 工质 量验 收规 范》 （ Ｇ Ｂ ５ Ｏ ２ ０ ３ ＿ ２ ｏ ０ ２ ） 两个国家标准 中明确规定 ． 安定性不合格的水泥严禁用 于建筑工程中。
（ Ｃ — Ａ） 就会减小 ， 有可能会将安定性不合格的水泥判为合格。 ２ － ４养护时间对安定性 的影响 标准 《 水 泥标准稠度用水量 、凝结时 间、安定性检验方法 ＞ ＞ Ｇ Ｒ ／ Ｔ１ ３ ４ ６ — ２ ０ １ １中规定 ．制 备好 的标 准稠度净 浆在湿 气养 护箱 内养护 ２ ４ ｈ ＋ ２ ｈ 我们从做过的大量试验 中． 列出几种典型 的水泥试验数据来 进 行分 析 。 从实验结果 可以看出 ： 三种水泥 ， 当养护 时间小于标准养护时间 ２ ４ ｈ ＋ ２ ｈ 时． 所测养护后指针间的距离 Ａ小于标准值 ． 相应煮沸后指针 增加距离 （ ｃ — Ａ ） 增大 ； 养护时间过长 ． 指针距离 Ａ大于标准值 ， 相应的 煮沸后指针增加距离（ ｃ— Ａ） 减小 水泥 １虽然在养护时间的缩短或延 长时对于水泥安定性 的合格性判定没有影 响 ．但此时的数据却 已失 真： 相反的 ． 另外两种水泥却对安定性的判定就有 明显的差别 。 合格水 泥２ 因养护时 间的缩短变为不合格的水泥 ： 不合 格水泥 ３ 因养护 时间 的增加变为合格 的水泥。造成水泥安定性此种结果 的原因 ： 养护 时间 缩短 ， ｆ ＿ ｃ ａ ｏ 水化反应 产物 Ｃ ａ （ ＯＨ ） 相对减少 ， 膨胀也就减小 ， 即 Ａ相 对减小 ， （ ｃ — Ａ） 就增大 ； 养护时 间延长 ， ｆ － ｃ ａ ｏ 水化反应仍然继续 ， 膨胀 就会继续增加 ， Ａ相应增大 ． （ Ｃ — Ａ） 就减小 ２ ． ５沸煮时间对安定性 的影响 标准 《 水 泥标准稠度用水量 、凝结时 间、安定性检 验方法｝ Ｇ Ｂ ／ Ｔ １ ３ ４ ６ — ２ ０ １ １中规定 ． 要保证水泥试样在 ３ ０ ｍｉ ｎ ￣ ５ ｍ ｉ ｎ内升至沸腾并恒 沸１ ８ ０ ｍｉ ｎ ＋ ５ ｍ ｉ ｎ 在试验 中． 如果不能够保证在标准规定 的时 间内煮 沸、 恒沸时间缩短或延长 ， 会使试件在升温过程 中水化 、 变形 的发展与 标准时间试件 的水化 、 变形存在差异 ． 使雷氏夹膨胀值减小或者增大 。
漫谈水泥安定性及强度检测的影响因素
漫谈水泥安定性及强度检测的影响因素一、影响水泥安定性的因素（一）水泥安定性的含义水泥安定性，是指水泥在逐渐硬化、由于体积膨胀不均匀而导致结构变形后的稳定程度。
水泥安定性是衡量水泥质量的一个重要指标，也是保证水泥产品和建筑物质量的关键一环。
安定性不良的水泥在使用过程中容易出现破碎、开裂、脱落等质量问题和安全问题。
因此对水泥生产单位必须要严格保证水泥的安定性，检测单位也要对水泥安定性进行严格检测，这样才能保证建筑物及人民生命财产的安全。
（二）水泥安定性的影响因素及机理分析造成水泥体积安定性不良的因素，主要是由于熟料中所含游离氧化钙（f-Cao）过多，当熟料中所含氧化镁（Mgo）或掺入石膏过量时，也会导致安定性不良。
熟料中所含游离氧化钙或氧化镁都是过烧的，结构致密，水化很慢，加之被熟料中的其它成分所包裹，使得在水泥已经硬化后才进行熟化。
其反应式为：Cao+H2O=Ca（OH）2；Mgo+H2O=Mg（OH）2；这时体积膨胀97%以上，从而引起不均匀体积膨胀，使水泥石开裂。
当石膏掺量过多时，在水泥硬化后，残余石膏与固态水化铝酸钙继续反应生成高硫型水化硫铝酸钙（钙矾石），体积增大约1.5倍，从而导致水泥石开裂。
其反应式为：3（CaSO4·2H2O）+3CaO·Al2O3·6H2O+19H2O =3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O （三）影响水泥安定性的因素及防控措施1、用搅拌机搅拌安定性合格的样品，用人工搅拌结果却不一定合格。
当遇到停电时，试验室有时会选择用人工搅拌的方式来完成当天的试验。
同一样品，采用净浆搅拌机，安定性是合格的，但采用人工搅拌，水泥安定性往往会出现不合格的情况。
这是因为人工搅拌速度、搅拌时间都不能够很好的控制，导致水泥净浆搅拌的不均匀，引起水化的不均匀，从而产生体积变形不均匀，使得安定性合格的水泥判为不合格。
2、雷氏夹的弹性和荷重的影响GB/T1346-2001中规定，雷氏夹在使用前必须进行弹性试验，有些检测单位对新购进的雷氏夹不经弹性检验就使用，会使水泥的安定性产生误判。
第3章无机胶凝材料复习题
5 建筑石膏及其制品为什么适用于室内，而不 适用于室外使用？
解
建筑石膏及其制品适用于室内装修，主要是由于 建筑石膏及其制品在凝结硬化后具有以下的优 良性质：
（1） 石膏表面光滑饱满，颜色洁白，质地细 腻，具有良好的装饰性。加入颜料后，可具有 各种色彩。建筑石膏在凝结硬化时产生微膨胀， 故其制品的表面较为光滑饱满，棱角清晰完整， 形状、尺寸准确、细致，装饰性好；
由于二水石膏在水中的溶解度比半水石膏小 得多（仅为半水石膏的五分之一），所以二 水石膏以胶体微粒不断自水中析出, 浆体的 稠度逐渐增大，表现为石膏的凝结，其后半 水石膏继续溶解和水化, 浆体逐渐凝聚，失 去可塑性，并逐渐转变为晶体，晶体颗粒不 断长大和连生，形成相互交错, 彼此紧密联 结, 硬化成块体并产生强度，直至完全干燥， 强度才停止发展。这就是石膏的硬化过程。
3 既然石灰不耐水，为什么由它配制的 灰土或三合土却可以用于基础的垫层、 道路的基层等潮湿部位？
解
石灰土或三合土是由消石灰粉和粘土 等按比例配制而成的。加适量的水充分 拌合后，经碾压或夯实，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。
墙面上个别部位出现凸出的呈放射状的裂纹，是 由于配制石灰砂浆时所用的石灰中混入了过火石 灰。这部分过火石灰在消解、陈伏阶段中未完全 熟化，以致于在砂浆硬化后，过火石灰吸收空气 中的水蒸汽继续熟化，造成体积膨胀。从而出现 上述现象。
[评注] 透过现象看本质，过 火石灰表面常被粘土杂质融化 形成的玻璃釉状物包覆，熟化 很慢。如未经过充分的陈伏， 当石灰已经硬化后，过火石灰 才开始熟化，并产生体积膨涨， 容易引起鼓包隆起和开裂。
土木工程材料试题_附答案
一、填空1、石油沥青的主要组丛有油分、树脂、地沥青质。
2、防水卷材按材料的组成不同，分为氧化沥青卷材、高聚物改性沥青卷材、合成高分子卷材。
3、低碳钢受拉直至破坏，经历了弹性、屈服、强化、颈缩四个阶段。
4、抹灰砂浆和砌筑砂浆不同，对它的主要技术要求不是强度，而是和易性。
5、石灰膏和熟石灰在砂浆中的主要作用是使砂浆具有良好的和易性，所以也称外掺料。
6、强度等级为C30的混凝土，其立方体抗压强度标准值为30MP。
7、硅酸盐水泥的水化热主要由铝酸三钙和硅酸三钙产生，其中铝酸三钙水化热最大。
8、材料抵抗渗透的性质称为抗渗性，其大小可用渗透系数表示，也可用抗渗等级表示。
9、烧结普通砖的标准尺寸为240㎜*115㎜*53㎜，如果计划砌筑10M3砌体需用该砖约5120匹。
10．材料的亲水性与憎水性用润湿边角来表示，材料的吸湿性用含水率来表示。
材料的吸水性用吸水率来表示。
2．石膏的硬化时体积是（膨胀的），硬化后孔隙率较（大）。
3．石灰浆体在空气中硬化，是由结晶作用和（碳化）作用同时进行的过程来完成，故石灰属于（气硬性)胶凝材料。
4．硅酸盐水泥熟料中四种矿物成分的分子式是(C3A ）、（C2S）、（C3S）、（C4AF）。
5．混凝土的合理砂率是指在用水量和水泥用量一定的情况下，能使混凝土获得最大的流动性，并能获得良好粘聚性和保水性的砂率。
6．砌筑砂浆的流动性用（沉入度）表示，保水性用（分层度）来表示。
7．钢结构设计时碳素结构钢以（屈服）强度作为设计计算取值的依据。
8、石油沥青按三组分划分分别为（油分）、（树脂）、（地沥青质）。
1．对于开口微孔材料,当其孔隙率增大时，材料的密度不变，吸水性增强, 抗冻性降低,导热性降低,强度降低。
2．与硅酸盐水泥相比,火山灰水泥的水化热（低）,耐软水能力（好或强）,干缩（大）. 3．保温隔热材料应选择导热系数（小）,比热容和热容（大）的材料.4．硅酸盐水泥的水化产物中胶体为（水化硅酸钙）和（水化铁酸钙）.5. 普通混凝土用砂含泥量增大时,混凝土的干缩（增大）,抗冻性（降低）.6．普通混凝土配合比设计中要确定的三个参数为（水灰比）、（砂率）和（单位用水量）.7．钢材中元素S主要会使钢的（热脆性）增大，元素P主要会使钢的（冷脆性）增大.8．含水率为1%的湿砂202克，其中含水为(2）克,干砂（200 ）克.9．与建筑石灰相比，建筑石膏凝结硬化速度（快），硬化后体积（膨胀）.10．石油沥青中油分的含量越大，则沥青的温度感应性（越大），大气稳定性（越好）.11．按国家标准的规定，硅酸盐水泥的初凝时间应满足（不早于45min）。
膨胀剂原理
油井水泥膨胀剂研究———膨胀机理及影响因素油气井内环空油、气、水外窜一直是国内外石油工程界普遍关注的突出问题,至今未能从根本上解决,给各国的石油工业造成了很大的经济损失。
因此,防窜材料及其作用机理的研究仍然是各国石油固井领域研究的热点之一。
1抑制水泥浆体收缩的措施———晶体膨胀剂国内外各大石油公司及科研院所针对油气井窜槽问题进行了长期的研究,先后采用了多种防窜技术,最终验证了Ｄｒｅｃｑ的看法:水泥浆体的收缩是造成地下流体窜流的核心因素,如不解决浆体的收缩问题,采取再多的工艺措施也是徒劳的[1]。
因此,对于水泥浆柱外部的窜槽采用膨胀水泥或水泥填充料来解决(如硅粉及胶乳),而对于水泥浆内部的窜槽则用降滤失剂和分散剂加以克服[2]。
综合考虑水泥浆失水和收缩的影响后,Ｓａｂｉｎｓ提出:在过渡时间内因水泥浆体积减缩引起的最大压力损失ΔＰ与失水引起的体积收缩率(ＦＬＶＲ)、水化引起的体积收缩(ＨＶＲ)和胶凝强度达到0.025ＭＰａ时水泥浆的压缩系数(Ｃｆ)之间存在如下关系[3]。
ΔＰ=(ＦＬＶＲ+ＨＶＲ)/Ｃｆ(1)显然,水泥浆体积收缩越小,水泥浆失水量越小或Ｃｆ越大,环空静液柱压力损失越小,防窜能力越强。
因此解决窜槽问题、提高固井质量的最佳方法是同时使用膨胀剂和降失水剂,最好是一剂双效。
1 1油井水泥膨胀剂的种类国内外使用的各类品牌的油井水泥膨胀剂达数十种,其组成为以下几类。
(1)无机盐。
4ＣａＯ·3Ａｌ2Ｏ3·ＳＯ3,Ｎａ2ＳＯ4,ＮａＣｌ,ＣａＳＯ4,ＣａＳＯ4·0.5Ｈ2Ｏ。
(2)金属氧化物。
ＣａＯ+ＭｇＯ[4],ＣａＯ,ＭｇＯ,ＣａＯ+Ａｌ2Ｏ3。
(3)金属粉末。
铝粉,铁粉,锌粉,镁粉等(4)有机材料。
橡胶粉等[5]。
例如,哈里伯顿的ＧＡＳＣＨＥＫ、ＧＡＳＢＡＮ、ＧＡＳＳＴＯＰ、ＵＰＥＲＣＢＬ;ＢＪ公司的ＢＡ29、ＢＡ61及中国的ＫＱ系列、ＱＪ625、ＺＧ系列、ＤＧ29等均为铝粉类发气剂。
水泥熟料中游离氧化钙对水泥质量的影响
水泥熟料中游离氧化钙对水泥质量的影响发布时间：2023-06-30T03:02:39.110Z 来源：《新型城镇化》2023年13期作者：张小燕[导读] GB/T176—2017《水泥化学分析方法》中，测定游离氧化钙的方法有三种：甘油法、乙二醇法和乙二醇萃取-EDTA滴定法，均为代用法。
其中乙二醇萃取-EDTA滴定法是YB/T 4328—2012《钢渣中游离氧化钙含量测定方法》和DL/T 498—1992《粉煤灰游离氧化钙测定方法》中规定的测定游离氧化钙的方法。
新疆圣雄水泥有限公司新疆吐鲁番 838100摘要：根据《水泥化学分析方法》和《测量不确定度评定与表示》，对水泥中游离氧化钙测量在实验中的不确定度进行评定。
以乙二醇-乙醇法为例，在实验中会产生A类不确定度和B类不确定度，根据其不同的产生原因，建立数学模型，进行计算得出扩展不确定度为0.044%，从分量到计算合成，反映了测定结果的科学性和实验结果的真实性，有利于实验的质量控制。
关键词：水泥；游离氧化钙；不确定度；游离氧化钙是水泥熟料中的有害成分。
在熟料煅烧后，虽然大部分Ca O能够与酸性物质氧化结合，但由于成分不同，煅烧温度不同等因素，还会有部分的Ca O以游离的形式存在。
大量游离Ca O的存在会影响水泥的安定性，还会导致强度降低、开裂等现象发生。
故应及时了解水泥中游离氧化钙的含量并且根据含量调整生产工艺以达到产品要求。
由于熟料中的游离氧化钙含量直接影响水泥品质，对其测量的准确性也是影响水泥品质的重要因素。
1 方法简介GB/T176—2017《水泥化学分析方法》中，测定游离氧化钙的方法有三种：甘油法、乙二醇法和乙二醇萃取-EDTA滴定法，均为代用法。
其中乙二醇萃取-EDTA滴定法是YB/T 4328—2012《钢渣中游离氧化钙含量测定方法》和DL/T 498—1992《粉煤灰游离氧化钙测定方法》中规定的测定游离氧化钙的方法。
2 方法比较2.1 甘油酒精法和乙二醇法甘油酒精法和乙二醇法相同点是：均为非水滴定，试样和所用容器要保持干燥、无水，均采用酚酞作指示剂，以苯甲酸-无水乙醇标准滴定溶液滴定。
水泥工艺学习题汇编[试题]
![水泥工艺学习题汇编[试题]](https://img.taocdn.com/s3/m/c46b5afdf7ec4afe05a1df64.png)
水泥工艺学习题汇编[试题]水泥工艺学习题汇编六.简答题(每题6分)1.急冷对熟料质量有何作用,答(要点):防止C3S晶体长大而强度降低且难以粉磨，防止C3S分解和C2S的晶型转变使熟料强度降低，减少MgO晶体析出，使其凝结于玻璃体中，避免造成水泥安定性不良，减少C3A晶体析出，不使水泥出现快凝现象，并提高水泥的抗硫酸盐性能，使熟料产生应力，增大熟料的易磨性，急冷还可以收回热量，提高热的利用率。
2(影响碳酸钙分解速度的因素有哪些, 答(要点):(1)石灰石原料的特性 (2)生料细度和颗粒级配 (3)生料悬浮分散程度 (4)温度 (5)窑系统的CO2分压 (6)生料半粘土组分的性质。
3(规定水泥的初凝时间和终凝时间各有什么作用,答(要点):初凝时间:满足水泥浆搅拌，浇注成型所需时间。
终凝时间:保证成型后尽快具有强度，保证施工进度。
4.提高水泥粉磨产质量的主要措施有哪些, 答(要点):降低熟料粒度，改善熟料易磨性，降低熟料和磨内温度，加强磨内通风，选粉效率与循环负荷合理配合。
5.确定硅酸盐水泥中的石膏掺入量时应考虑的那些因素,答(要点):熟料中C3A和R2O的含量，熟料中SO3含量，水泥中混合材掺入量，水泥细度6.预分解窑系统的传热方式有哪几种, 答(要点):辐射，对流，传导，料气混合悬浮传热和分离传热。
7.研究熟料矿物特性的目的是什么, 答(要点):掌握矿物特性与水泥性能的关系，设计合理的配料方案，提高水泥质量，开发水泥品种。
8.降低熟料中f-CaO的措施有哪些, 答(要点):选择结晶物质少的原料，配料合理，提高生料质量，加强煅烧，急冷、增加混合材掺量。
9.什么是快凝,什么是假凝,二者有什么区别, 答(要点):快凝:水泥加水后，浆体迅速形成不可逆固化现象，浆体已产生一定强度，重新搅拌并不能使其恢复塑性。
假凝:水泥加水后几分钟内即出现的固化。
发热量不大，经剧烈搅拌，水泥浆又可恢复塑性，并达到正常凝结。
[生活]三等奖：水泥安定性不合格的原因分析及检测试验中注意的问题
![[生活]三等奖：水泥安定性不合格的原因分析及检测试验中注意的问题](https://img.taocdn.com/s3/m/2e41052d86c24028915f804d2b160b4e767f818d.png)
水泥安定性不合格的原因分析及检测试验中应注意的问题（乐山市建设工程质量检验测试中心王谊）摘要：本文简述水泥安定性不合格的原因分析以及检测试验应注意的几个问题。
关键词：水泥体积安定性游离氧化钙（f-CaO）时效性水泥的体积安定性，简称安定性，是指水泥浆体在凝结硬化过程中体积变化的均匀性，是评判水泥品质的“一票否决性”的指标之一，也是在水泥物理性能检测各项指标中最主要的一个指标。
事实上，水泥遇水后，在凝结硬化的过程中，体积必然要发生变化，但变化不能太大并应保持均匀。
因此，作为建设工程质量检测机构，对于水泥体积安定性的检测决不能掉以轻心。
水泥的安定性不合格，是指水泥中的不安定因素（游离氧化钙f-CaO和游离氧化镁f-MgO等）的水化反应，发生在水泥浆体凝结硬化以后，且水化时伴随着一定的体积膨胀，产生不均匀的体积变化，在已经硬化的水泥石内部产生内应力，从而导致混凝土内部产生巨大的膨胀应力，致使混凝土的强度急剧下降的情况。
当膨胀应力超过混凝土的强度极限时，就会引起混凝土的开裂和损坏。
因此，无论何时实施的国家标准中都规定，安定性不合格的水泥是废品，是绝对不能用于工程上的。
1、水泥安定性不合格的原因分析引起水泥安定性不合格的原因主要是由于水泥熟料中含有过多的游离氧化钙（f-CaO）和游离氧化镁（f-MgO）以及三氧化硫（SO3）；但是由于游离氧化镁需要在蒸压条件下才能加速水化反应，而三氧化硫则需要长期在常温水中才会与水化铝酸钙(3CaO·Al2O3·6H2O)发生反应，所以这二者都不便于快速检验，故在水泥的生产过程中，国家标准中对水泥产品中游离氧化镁以及三氧化硫的含量都有严格的规定。
因此，可以说，通常在工程质检中出现安定性不合格主要是由于游离氧化钙过多引起的。
我们知道，水泥熟料中最主要的化学成分是CaO，它与SiO2生成硅酸钙，与Al2O3和Fe2O3生成铝酸盐和铁铝酸盐。
要生产出高品位的优质水泥，就需要有足量的碱性氧化物（即CaO）来满足酸性氧化物的需要。
【揭秘混凝土】第28篇：水泥物理性质解析--水泥的安定性
【揭秘混凝土】第28篇：水泥物理性质解析--水泥的安定性水泥的安定性是指水泥浆在凝结硬化的过程中，体积变化是否均匀的性质。
如果水泥中某些成分的含量超出某一限度，水泥浆在凝结硬化过程中体积变化不均匀，会导致水泥石出现翘曲变形、开裂等现象，即体积安定性不良。
体积安定性不良的水泥，会使结构物产生开裂，降低建筑工程质量，影响结构物的正常使用。
水泥体积安定性不良，一般是由于水泥熟料中游离氧化钙、游离氧化镁含量过多或石膏掺量过大等原因所造成的。
游离氧化钙或游离氧化镁都是经高温烧成的晶体颗粒，呈死烧状，表面有玻璃釉状物质包裹，熟化很慢，在水泥硬化后才进行熟化，引起周围水泥石固相体积膨胀，使水泥石开裂。
当石膏掺量过多时，水泥硬化后，它还会继续与固态的水化铝酸钙反应生成高硫型水化硫铝酸钙，体积约增大1.5倍，也会引起水泥石开裂。
国家标准规定，水泥安定性经沸煮法检验氧化钙（CaO）必须合格。
测试时可采用试饼法（代用法）或雷氏法（标准法），在有争议时以雷氏法为准。
1、试饼法是用标准稠度的水泥净浆做成试饼，经恒沸3h以后，用眼睛观察试饼表面有无裂纹，用直尺检查试饼底部有无弯曲翘曲现象。
若试饼表面无裂纹且试饼底部也没有弯曲翘曲现象，则水泥体积安定性合格；反之，为不合格。
2、雷氏法是测定水泥浆在雷氏夹中经沸煮3h后的膨胀值。
当两个试件沸煮后的膨胀值的平均值不大于5.0mm 时，该水泥体积安定性合格，反之，为不合格。
沸煮法只能检验出游离氧化钙（CaO）过量所引起的体积安定性不良。
游离氧化镁（MgO）的水化作用比游离氧化钙（CaO）更加缓慢，因此，游离氧化镁（MgO）所造成的体积安定性不良，必须用压蒸方法才能检验出来；石膏的危害则需要长时间浸泡在常温水中才能发现。
由于游离氧化镁和石膏的危害作用不便于快速检验，所以，国家标准对水泥熟料中氧化镁、三氧化硫的含量作了严格规定：水泥中氧化镁（MgO）含量不得超过5.0%，如果水泥经压蒸安定性试验合格，则水泥中氧化镁（MgO）的含量允许放宽到6.0%；水泥中三氧化硫（SO3）的含量不得超过3.5%，以保证水泥质量。
工程材料习题解说5
工程材料习题解说51、石膏为什么不宜用于室外？答：因为石膏硬化后孔隙率高，所以吸水率大，抗渗性和抗冻性差。
石膏是气硬性胶凝材料，软化系数小，不耐水。
2、试述欠火石灰与过火石灰对石灰品质的影响与危害？答：（1）欠火石灰中含有未分解的碳酸钙内核，外部为正常煅烧的石灰，它只是降低了石灰的利用率，不会带来危害。
（2）过火石灰结构致密，孔隙率小，体积密度大，并且晶粒粗大,表面常被熔融的粘土杂质形成的玻璃物质所包覆。
因此过火石灰与水作用的速度很慢，这对石灰的使用极为不利。
（3）过石灰在使用以后，因吸收空气中的水蒸气而逐步熟化膨胀，使已硬化的砂浆或制品产生隆起、开裂等破坏现象。
3、石油沥青的组分主要有哪几种？各有何作用？答：石油沥青的组分及作用：油分——作用：是决定沥青流动性的组分。
油分多，流动性大，而粘聚性小，温度感应性大。
树脂——作用：是决定沥青塑性的主要组分。
树脂含量增加，沥青塑性增大，温度感应性增大。
地沥青质——作用：是决定沥青粘性的组分。
含量高，沥青粘性大，温度感应性小，塑性降低，脆性增加。
五、计算题1、烧结普通砖的尺寸为240mm×115mm×53mm，已知其孔隙率为37%，干燥质量为2487g，浸水饱和后质量为2984g。
试求该砖的体积密度、密度、吸水率、开口孔隙率及闭口孔隙率。
解：ρo=m1/V o=2487/1462.8=1.7g/cm3P=V孔/V o×100%=37% V孔/1462.8×100%=37% 故V孔=541.236cm3，V=V o-V孔=1462.8-541.236=921.6cm3ρ=m1/V=2487/921.6=2.7g/cm3W=(m2-m1)/m1×100%=(2984-2487)/2487×100%=20%P K=(m2-m1)/V o×1/ρW×100%=(2984-2487)/1462.8×1×100%=34%P B=P-P K=37%-34%=3%2、己确定混凝土的初步配合比，取15升进行试配。
混凝土中游离氧化钙对混凝土结构性能的影响分析
DOI:10.16330/ki.1007-7359.2023.4.019
在生产混凝土水泥灰的过程中，由
于生产工艺的影响，会使水泥灰中存在
一定的游离氧化钙，若混凝土原材料中
的砂采用机制砂，砂中掺有一定量的钢
渣，钢渣中可能含有活性的游离氧化钙，
游离氧化钙经水化反应后体积膨胀，引
起混凝土结构表面胀裂，对混凝土结构
1
组成是氢氧化钙、碳酸钙、硅酸钙、RO 相
（钙 、铁 、锰 等 金 属 氧 化 物 形 成 的 固 溶
工程概况
体）、f-CaO 以及少量的铁酸钙和石英。
某项目地上 13 栋住宅，一层地下车
而未胀裂处水泥石的主要矿物组成是水
库、住宅为 10~34 层钢筋混凝土剪力墙
泥石中掺杂的碳酸钙、二氧化硅、水泥水
下室混凝土构件存在混凝土胀裂现象；
煮实验检测
石中掺杂的碳酸钙、二氧化硅、水泥水化
少量未抹灰的梁构件存在混凝土胀裂现
2.1对胀裂点取样进行化学成分以及物
产物（水化硅酸钙、硅铝酸钙、氢氧化钙）
象；个别剪力墙构件存在混凝土胀裂现
质组成取样分析
以及少量的硫酸钙。
象。②单层地下车库按后浇带可分 25
2.1.1 化学成分分析
被称为混凝土体积的安定性，安定性能
的优劣直接影响混凝土制品以及结构的
质量。安定性能差的混凝土在使用中会
合钢渣水化产物成分特征。
15.7
根 据《建 筑 结 构 检 测 技 术 标 准》
对混凝土结构性能影响的检测。本工程
重时还会出现结构层面的崩塌以及胀
裂，对工程质量的危害极大。在我国的
建筑工程行业中也发生过多起由于混凝
多，存在少数胀裂点直径较大或胀裂深
游离氧化钙对水泥性能的影响探析
游离氧化钙对水泥性能的影响探析摘要：游离氧化钙；水泥；安定性；强度Abstract: contain harmful material such as free calcium oxide in cement, if the material content is too much, when mixing and pouring concrete, wrapped in vitreous membrane on the surface of the free lime has not completely broken, the inside of the calcium oxide particles and water role fully, after concrete hardening, moisture from the atmosphere into concrete, the free calcium oxide to absorb moisture in the air, gradually mature hydrated lime, volume expansion, fracture, osteoporosis, and the surface spalling, damage to concrete component, its excellent until the loss of load-carrying capacity. This article mainly discusses the causes of free lime and classification, and discusses in detail the free lime cement stability and intensity of the impact.Abstract: the free lime; Cement; Stability; The intensity of一、游离氧化钙概述游离氧化钙（f-Cao）也叫游离石灰，为无色圆形颗粒，属等轴晶系。
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游离氧化钙对水泥浆体体积膨胀的影响机制施惠生赵玉静沙丹丹同济大学无机材料科学与工程系(上海,200092)摘要硬化水泥浆体由于水泥中游离氧化钙水化常会导致体积膨胀。
研究发现,浆体的体积膨胀除与fCaO 的含量和活性有关外,还与浆体的结构和性能密切相关。
fCaO 水化形成Ca (OH) 2 时,不仅固相体积增加,而且空隙体积亦增加。
fCaO 在浆体硬化结构形成之后水化,且其水化产物成堆聚集时才会导致浆体体积膨胀。
关键词游离氧化钙,水化,硬化水泥浆体,体积膨胀Abstract Hydration of f ree lime of ten leads to a volumet ric expansion of hardened cement pastes . The research result sindicate t hat t his expansion corresponds not only wit h t he content and reactivity of f ree lime but also wit h t he st ruct ureand performance of hardened pastes . The formation of Ca (OH) 2 by t he hydration offree lime result s in t he increase in t hesolid volume as well as in t he void volume . Only when t he hydration of f ree lime takes place af ter t he formation of hard2ened pastes st ruct ure and t he portlandite hydrate accumulates lead to a volumet ric expansion of t he pastes .Key Words f ree lime , hydration , hardened pastes , volumet ric expansion0 引言经典的文献中常认为, 高温死烧的fCaO 结构致密, 水化速度慢, 往往在加水数天后才水化, 由于fCaO 水化生成Ca (OH) 2 时固相体积增加,因而导致浆体体积膨胀,把浆体体积膨胀全部归因于固相体积增加。
实际上,石灰水化时外观体积增大的机理迄今仍未有定论,还需要进一步实践和研究〔1 〕。
显然,水泥fCaO 的水化远比石灰- 水体系复杂得多。
大量的实验也已表明,混凝土中水泥水化时游离石灰就释放出来, 事实上水泥中的fCaO 并不总是造成安定性不良〔2 〕。
对fCaO 的膨胀机制更需要进一步广泛深入的研究。
本文试验研究了硬化水泥浆体由于水泥中fCaO水化所产生的体积膨胀, 分析探讨了fCaO 水化导致体积膨胀的机制, 旨在掌握fCaO 的本征特性和更好地利用这一潜在活性矿物实现水泥材料的设计和改性,以及防止和减少因之引起的工程质量事故。
1 试验条件1.1 试样制备采用浙江水泥厂所产525 硅酸盐水泥,并通过掺加23 %的矿渣或粉煤灰制成混合水泥, 上述试样分别记为PC、PBSC 和PFAC , 并掺入经1 450 ℃煅烧1h 的工业CaO 制成高fCaO 含量的水泥。
此外,通过在生料中掺加过量的CaO 在实验室高温炉内煅烧制取含高fCaO 的熟料, 掺加适量石膏后制成高fCaO含量的水泥。
工业石灰石和混合材的化学成分与品质指标分列于表1 和表2 。
1.2 浆体膨胀率的测定净浆试体规格为10mm ×10mm ×50mm , 有效长度为40mm。
按标准稠度需水量成型后在标准养护制度下湿气养护6h 后拆模, 并移入膨胀仪内在水养护条件(20 ±2 ℃) 下测定膨胀值。
测定采用南京化工学院和南京传感器厂联合研制的膨胀自动测定仪。
水泥胶砂的膨胀率参照GB751 - 81 和J C313 -82 进行测定, 胶砂试体规格为30mm ×30mm ×280mm ,有效长度为250mm。
试体经振捣成型、湿气养护24h 脱模测定初始值。
采用联合养护制度,先在20 ±2 ℃水中养护3d 后改为湿气养护。
养护龄期为1 、3 、7 、14 、28d 和4 个月。
2 试验结果和讨论2.1 浆体的膨胀率水泥净浆膨胀率的测定结果示于图1。
图中各试样符号后数字为水泥中fCaO 含量。
从图1 可知,无论水泥品种如何,过量fCaO 的水化总会导致浆体体积膨胀, 水泥中fCaO 含量增大时, 浆体的膨胀值也增大。
水化720h 后PC310 试样的膨胀率为0121 % ;PC510 为0164 %; 但PC616 已达1171 % , 膨胀值的增加程度远比fCaO 含量的增加来得快。
图1 水泥净浆试体的膨胀率从图1 还可以看出, fCaO 含量相同时不同品种水泥浆体的膨胀率差别较大: PFAC >PBSC > PC。
表明具有较大粘结应力的水泥浆体, 对相同大小的膨胀应力具有较大的约束作用。
早期强度高的浆体, 其早期粘结应力亦大, 因而其膨胀率就低。
实验室烧制的试样PC715 * 浆体的早期膨胀率发展较慢, 除了熟料中fCaO 的杂质氧化物含量及被其他矿物包裹程度相对高等原因外, 还与浆体的早期粘结应力大有关。
实验发现这种试样的3d 强度比外掺CaO 的试样要高出一倍多, 但两者的28d 强度较为接近〔3 〕。
因此当浆体达一定龄期时, 两者的膨胀率就几乎相当,PC715 * 试样与PC616 试样在约10d 以后的膨胀规律就很接近, 前者只是由于fCaO 含量高而膨胀值略大。
多组分体系的混凝土中由于集料的存在, 膨胀组分比例相对减少; 集料与浆体间界面的存在, 降低了体系内粒子相互间的粘结应力; 此外, 刚性集料在某种程度上又限制了浆体的膨胀; 以及其它多种复杂因素的综合交互作用, 可以导致混凝土与净浆膨胀行为的差别。
从图2 和图3 的胶砂试体膨胀率曲线可知,胶砂试样的膨胀发展较慢, 到28d 时膨胀才趋近定值, 即使4 个月后膨胀也几乎不再增加。
但胶砂试样的膨胀规律与净浆完全一致,也是PFAC > PBSC >PC。
即使考虑试件的尺寸效应〔4 〕,胶砂试样的膨胀值仍远低于净浆。
因此可以断定,混凝土的膨胀值会更低,混凝土要获得显著膨胀需要更大量的过烧CaO 。
2.2 反应体系的体积变化试验表明, 无论是净浆还是砂浆, 只要水泥中fCaO 含量超过一定程度, 浆体必然产生宏观体积增加。
水泥水化过程中, 无水的熟料矿物转变为水化产物, 固相体积总是逐渐增加, 但体系的总体积却是不断减少的, CaO 与水反应时, 固相体积虽比反应前增加了97192 % , 但就整个CaO - H2O 体系来说, 反应后绝对体积却是减少了4151 % ,并没导致总体积增加〔5 〕。
水化后固相体积增加是所有熟料矿物的共性, 并非fCaO 特有, 但其它熟料矿物水化后一般不会产生体积膨胀。
显然,fCaO 水化引起水泥石膨胀并非仅是固相体积增加所为。
图2 水泥胶砂试体的膨胀率图3 fCaO 含量对波特兰水泥胶砂试体膨胀率的影响从砂浆的孔结构研究可发现(见图4) ,fCaO 含量高的浆体与一般低fCaO 水泥的浆体相比, 早期有相似的孔结构, 28d 时前者0105μm 左右的孔较多, 3～10nm 的孔较少。
3～10nm 的凝胶孔的减少可能就是CH 晶体产生固相体积膨胀,使这部分孔的孔径增大,成为毛细孔〔4 〕Y. Yamazaki〔6 〕也发现, fCaO 水化时膨胀压力增大的同时空隙率也是增大的。
在显微镜下观察高fCaO 含量的硬化水泥浆体的结构发现, CH的板状结构之间存在很多空隙, 由于周围CH的屏蔽作用,其它水化物很难扩散到空隙中去〔4 〕。
CH 晶体的(001) 面很光滑,不能与其它水化物充分交织在一起, 并形成接触点, 因而与其它水化产物间由于不紧密堆积留下空隙。
CH 晶体越多,空隙也越多。
图4 波特兰水泥砂浆的孔结构水泥水化初期各种水化物逐渐联生, 交叉搭接,形成网络结构,并产生浆体初始强度。
fCaO 在水泥水化初期水化同样起着增加水化物接触点, 提高浆体强度的作用。
这时即使产生一定的体积膨胀, 由于浆体尚未硬化, 变形能力强, 膨胀造成的接触点破坏能被其它水化物很快地填补。
随着水泥水化的进行, 浆体絮凝结构进一步硬化, 变形能力减弱, 膨胀造成的新的孔缝也不能及时有效地被继续生成的水化物填充,使自由膨胀水泥石中的一部分孔呈增加的趋势, 导致总空隙率增加。
fCaO 水化形成Ca (O H) 2 , 但CH 相并不是fCaO 水化的特有产物, 其它矿物如C3 S 、C2S 等水化时也形成CH 相。
但后者水化时同时生成C - S - H凝胶和CH 相, 两者极有可能紧密地结合在一起。
而fCaO 水化时只形成CH 相, 这时形成的CH 相可能更主要地堆积在CaO 颗粒表面。
因此,只有fCaO 水化形成的游离的CH 相才会导致浆体体积膨胀。
含有较高fCaO 的水泥水化时, 早期液相中CaO 浓度显著高于低fCaO 的水泥〔7 〕,导致CH 相含量增大,浆体空隙率增大。
文献中常把fCaO 水化引起体积膨胀归之于其在水泥石硬化后水化才导致固相体积增大。
实际上,熟料矿物总有相当一部分是在水泥浆体硬化以后还在继续水化, 但并不会产生外观体积膨胀, 无破坏作用,而是起加固增强作用。
显然,这取决于原始矿物的性质及其水化产物的形貌和结构。
在水泥石中, 部分水存在于毛细孔隙中。
fCaO 水化时,由于具有大的表面能, 毛细孔中的水被吸附出来与之进行反应, 形成Ca (O H) 2 。
由于形成的Ca (O H) 2 晶体的形状和尺寸等因素, 使得一些CH 相无法进入原来水分子所占据的微小空间, 导致fCaO 水化时产生的体积变化实际上大于理论计算值,因而产生表观体积膨胀。
3 结论1) 高fCaO 水泥浆体的膨胀除与fCaO 的含量和活性有关外, 还与硬化水泥浆体的结构和性能有关。
在fCaO 含量和活性相同时, 不同品种水泥浆体的膨胀值不同。
2) 水化物固相体积增加是所有熟料矿物的共性,在水泥浆体硬化结构形成后水化也并非fCaO 特有,水化导致水泥浆体体积膨胀与否与熟料矿物的本征性质及其水化产物的形状、结构等有关。
3) fCaO 水化导致浆体体积膨胀的主要原因是其反应产物在局部堆积并引起空隙体积增加, 膨胀与Ca (O H) 2 晶体的尺寸、形貌、聚集情况、存在位置等有关。