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。

铝率：IM 熟料中的氧化铝与氧化铁的含量的质量比。

铝率的高低在一定程度上反映了水泥煅烧过程中的高温液相的粘度。

铝率高则熟料中的C3A多，C4AF 较少，则液相粘度大，物料难烧；铝率过低，虽液相粘度小，液相中的质点比较易扩散，对C3S形成有利。

但烧结范围变窄，窑内易结大块，不利于窑的操作。

石灰饱和系数：KH是熟料中的二氧化硅被氧化钙饱和形成C3S的程度。

简述为什么高性能混凝土水胶比小于0.38.
111、试描述硬化水泥的结构（固液相三种）
常温下的水泥石，是由未水化的水泥熟料颗粒，水化水泥，水和少量的空气，以及水和空气占有的空隙网组成。

硬化水泥是一个固—液—气三相多孔体。

固体相有结晶相、凝胶相、和未水化的水泥颗粒。

结晶相主要有：氢氧化钙，钙矾石，以及水化硫酸钙等。

凝胶相主要为C—S—H凝胶。

7、硅酸盐水泥孰料煅烧的几个阶段
a生料的干燥和脱水就是把生料中的自由水和结合水除去 b碳酸钙的分解c固相反应，生成硅酸二钙，硅酸三钙，铝酸三钙和铁铝酸四钙的形成d液相的形成和熟料的烧结e熟料的冷却
8、简述水泥熟料煅烧时冷却速度对相结构的影响
熟料的冷却速度对相结构有较大的影响，快速冷却可在高温下形成的液相来不及结晶而形成玻璃相，同时使C3S等矿物晶体的尺寸因来不及长大而保持其细小的均匀分布的状态，并由于冷却在熟料粒子内部产生极大的结晶应力，形成较多的细裂纹。

同时快速冷却能防止β-C2S转化r-C2S. 因此在工艺装备允许的条件下尽可能采用快速冷却，能使水泥熟料的使用性质以及抗硫酸盐性能等变好，也能改变熟料的工艺性质，特别是使其易磨性变好。

10、石灰饱和系数的含义及基本表达式
（硅率铝率以及碱度的?相互影响）
①硅率（SM或n）表示熟料中二氧化硅含量与氧化铝及二氧化三铁含量之和的质量比。

此指标表示水泥熟料矿物中硅酸盐矿物与溶剂矿物之间的数量对比关系。

SM越大，则硅酸盐矿物含量越高溶剂矿物越少故在煅烧过程中出现的液相含量越少，所要求的烧成温度越高；但SM过小，则熟料中硅酸盐矿物太少而影响水泥强度，且由于液相含量过多，已出现结大块、结炉瘤、结圈等而影响窑的操作。

②水泥中铝率（IM或p表示）是指熟料中的氧化铝和氧化铁含量的质量比。

铝率高低，在一定程度上反映了水泥煅烧过程中高温液相的粘度。

铝率高，熟料中的硅酸三钙多，但铁铝酸四钙就较少，则液相粘度大，物料难烧；铝率过低，虽然液相的粘度低，液相中的质点容易扩散，对硅酸三钙的形成有利，但烧结范围变窄，容易结块，不利于窑的操作。

因此，水泥的铝率应控制在0.8~1.7之间。

③石灰饱和系数（KH）是熟料中全部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。

也就是熟料中SiO2被Cao饱和形成C3S的程度④碱度（N）表示一摩尔SiO2作用的Cao摩尔数及N=Cao（mol）/SiO2（mol）。

实际生产中所形成的水泥熟料中兼有C3S和C2S，故N=2~3
14、水泥熟料矿物具有胶凝能力的本质和条件
具有胶凝能力的本质：
硅酸盐水泥熟料矿物的水化反应活性，决定于其结构的不稳定性，使结晶结构的有序度降低，因而使稳定性降低，水化反应能力增大。

水泥熟料矿物具有水化反应活性的另一个结构特征是在晶体结构中存在着活性阳离子。

阳离子处于活性状态，即价键不饱和状态，因此，在一定意义上可以认为，熟料矿物水化反应的实质是这种活性氧离子在水介质作用下，与极性OH—离子或极性水分子互相作用并进入溶液，使熟料矿物溶解和解体。

从结晶化学的观点看，阳离子的活性程度主要决定于阳离子与氧的距离及键能的大小。

在这里阳离子的半径起着重要的作用。

具有胶凝能力的条件：
1、形成水化物必须是稳定的
2、形成的水化物要有足够的数量，他们之间能够彼此交叉、连生，并能够在整个水泥浆体的空间形成连续的网状结构。

15、3Cao.SiO2，2Cao.SiO2 3Cao.Al2O3 铝铁酸四钙胶凝能力的本质及条件、熟料矿物胶凝能力的本质和条件决定于其各自的结构特征。

C3S（常温下的介稳的高温型矿物，结构中渗入铝和镁离子形成了固溶体，钙离子配位数为6）C2S （不规则的钙离子及铝离子配位数，结构孔穴大，OH离子容易进入，故水化快）
铁铝酸四钙（高温时的固溶体）玻璃体（部分液相在快冷时来不及析晶形成，热力学不稳定）
16、简述影响水泥浆流变性能的主要因素
：1.水灰比的影响水灰比变低时塑性粘度和极限剪应力均提高 2.水化龄期的影响 3.水化温度的影响随水温增高，浆
体的流变性增大 4.水泥熟料矿物组成的影响水泥熟料中C3A的含量提高时，水泥浆的塑性粘度和极限应力也随之提高。

18、硬化后水泥中的水存在形式、并分析其对干缩变形的影响、有哪些区别
水存在形式
1、吸附水（中性的水分子的形态存在，不参与组成水化物的结晶结构），包括凝胶水、毛细管水（分别为凝胶体内的水和体外部毛细孔的水）
2、结晶水（中性水分子，参与水化物晶格）
3、化合水（氢氧根离子形式参与组成水化物结晶结构）
湿度和温度的变化可以引起水泥石中水分的变化，伴随水泥石失水的过程，水泥石发生收缩变形。

不同形态的水与固相的联系力不同，水与固相的联系力越小，失去时对收缩的影响越小。

水泥在不同的失水阶段有不同的收缩影响：第一阶段，毛细水脱水，毛细水与固相联系力是很小的，所以产生的收缩主要由毛细管张力引起。

第二阶段，失水相应于凝胶水的脱水，这种水与水泥石的固相作用是物理吸附作用。

胶凝水分的损失就引起胶凝体体积的缩小。

第三阶段，相应于硅酸盐水化物层间水和一部分结晶水的脱出。

第四阶段，结晶水和Ca（OH）2及水化铝酸盐等水化物中所含的结构水的脱出。

24、为什么干燥碳化收缩与湿度关系－在当相对适度在55%时，水泥石收缩最大？
引起水泥石的收缩的原因，一般认为是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，会释放出水分子，而只有这些水分子失去时，才能造成水泥石体积的变化。

虽然水分的失去是随相对适度的下降而增大。

但另一方面，二氧化碳与水化物的互相作用又必须在一定的湿度下才能进行，如相对湿度
<25%,CO2与水化物之间的反应几乎停止。

故由于上述两个方面的互相牵制的原因，在相对适度55%时，水泥石的收缩最大。

422、简述影响水泥石抗冻性的结构因素
水灰比是决定混凝土组织结构致密性和孔结构特征的基本因素，水灰比越小，养护越好，混凝土越致密，渗水通道越小，混凝土的抗冻性随水灰比的减小而提高。

混凝土中加入引气剂，产生了均匀稳定、互不相通的小气泡。

当混凝土中的自由水冻结膨胀时小气泡被压缩，从而缓冲膨胀压力，溶解时小气泡恢复原状，从而提高混凝土的抗冻性。

硬化水泥石的抗冻性主要与水泥是中水分的结冰以及由此产生的体积变化有关。

因为渗入水泥石中的水在结冰后其体积为原来的1.1倍，因而造成膨胀应力。

硬化水泥石中可以结冰的水分是可蒸发水，对于饱水的水泥石来说，其中可蒸发的成冰量是温度的函数。

在负温度下，水泥石中的毛细管水首先结冰，由于水分的结冰伴随着固相体积的增加，因而在水泥石中产生膨胀应力，它会导致水泥石的体积变化。

当膨胀应力超过水泥石的强度时还会引起水泥石的强度降低或者破坏。

温度进一步降低，将引起胶凝水向毛细孔转移，并在毛细孔中结冰。

一方面由于水分的结冰会引起体积的膨胀，同时又因为水分从胶凝孔向毛细孔的转移导致胶凝体的收缩，形成小孔可以降低水的结冰温度，不至于过早引起水泥石体积的膨胀。

22、从水泥似的抗冻性考虑，为什么要降低孔隙率却要增加气体泡的含量
混凝土的冻融破坏，是由于结冰过程所产生的膨胀应力使水泥石结构产生破坏。

增加气泡含量，由于水冰冻产生的膨胀压力，主要用于压缩水泥石中的气泡，而溶解时被压缩的气泡具有弹性恢复能力。

2.伴随着冻融过程发生的是体积的收缩而不是膨胀，这是因为水分冻结引起的膨胀力为气泡所平衡，而压缩的气泡又作用于胶凝体并使胶凝水向毛细孔转移，胶凝水的转移伴随着体积的收缩。

减少孔隙率，增加了水泥石的密度，孔径变小，水的结冰温度降低。

从而提高混凝土的抗冻性。

26、水泥石防化学腐蚀的措施
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.提高混凝土密度
4.在混凝土外部加覆盖成
5.对某些特殊要求的抗侵蚀混凝土，可采用浸渍混凝土，
也可将树脂单体浸渍到混凝土的空隙中，再使之聚合以填满混凝土的空隙。

23、水泥碳化收缩机理以及什么条件可以使其碳化收缩最快
27、孔隙率对水泥石硬化强度的影响
124、分析孔结构对硬化水泥石结构的影响（大小、分布两方面）
水泥石是一个多相多孔体系，因而水泥石内部固相表面的性质及其比表面积的大小，固相之间的孔隙数量及孔径的大小和分布状态等对水泥石的物理力学性质和强度、抗渗性、抗冻性、以及其与周期介质的相互作用和吸附性能等都有重要影响。

按孔径大小可将水泥石中的孔分为四类：胶凝孔、过渡孔、毛细孔、大孔。

125、硬化水泥石的收缩变形
1 水泥浆的化学减缩，水泥浆在水化过程中，水泥-水体系的总体积发生缩小的现象称为化学缩减2水泥石的失水缩减，水泥石中水分的多少会影响水泥石体积的变化，故水泥石中水分的失去也会引起水泥石的缩减3水泥石炭化收缩。

五、
1．影响矿渣活性的结构因素。

矿渣的水化特点主要取决于结构，其结构由主要由其化学组成成分和热历史决定的，在工业生产中，粒化矿渣很难被全部玻璃花，矿渣实际上由玻璃相，结晶相或者微晶相组成的复合体。

第一结构层次：粗略的将结构视为有玻璃相打分为惰性组成，因此玻晶相越大，矿渣水硬活性越高。

第二结构层次：从玻璃结构组成分析可知，网络形成剂如二氧化硅上升，而网络调整剂越少，则网的氧化硅离子四面体越多，所以玻璃结构的稳定性增大而活性减少，可以用网络调整剂和网络形成剂的比值作为玻璃相结构的表征参数，当玻璃相结构的网络调整剂与网络形成集的比值相当时，矿渣玻璃体的活性与玻璃相的网络结构相关，我们称为矿渣玻璃结构的第三层次。

2．矿渣与粉煤灰在化学做成和矿物组成，水化过程差异。

矿渣水泥中，CaO含量占30%-50%矿物组成主要为介稳玻璃体以及矿渣结晶。