土木工程材料思考题

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问 题？
❖ 为什么水泥颗粒越细，水化放热越快？
答: 水泥矿物的水化反应是放热反应，水泥颗粒越细，水 化反应速度越快。
❖ 硅酸盐水泥熟料的四种矿物中，哪一种水化热最 大？哪一种水化热最小？
答： 铝酸三钙C3A水化热最大；硅酸三钙C3S次之；硅酸 二钙C2S水化热最小。
❖ 为什么要限制水泥的不溶物含量和烧失量？
合为同一稠度的浆体。放热量最大且有大量水 蒸气产生的为生石灰粉；在5～30min内凝结硬 化并具有一定强度的为建筑石膏；在45min到 12h内凝结硬化的为白色水泥；加水后没有任何 反应和变化的为白色石灰石粉。
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鉴别这四种白色粉末的方法有很多，主要是根据
四者的特性来区分。生石灰加水，发生消解成为消
不符合要求
细度
不合格品
凝结时间
（初凝）废品
（终凝）不合格品
体积安定性
废品
强度
不合格品或降低等级
不溶物和烧失量
不合格品
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问 题？
❖ 降低水泥石中Ca(OH)2的含量，对水泥的耐腐蚀性 有什么作用？为什么？
答：降低水泥石中Ca(OH)2的含量，可以提高水泥 的抵抗化学腐蚀和软水腐蚀的能力。
6 受侵蚀性介质作用的混凝土
矿渣、火山灰、粉煤灰、 复合水泥
可以选用 普通水泥
不宜选用
矿渣、火山灰、 粉煤灰、复合
水泥
矿渣水泥
火山灰、粉煤 灰水泥
矿渣、火山灰、 粉煤灰、复合
水泥
矿渣水泥
矿渣水泥
火山灰、粉煤 灰、
硅酸盐水泥
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问 题？
1、硅酸盐水泥熟料由那些矿物成分所组成？这些矿物成 分对水泥的性质有何影响？
例1 材料的密度、表观密度、堆积密度有何区别？ 如何测定？材料含水后对三者有什么影响？
解：
密度： 表观密度： 堆积密度：
m
V
0
m V0
'
V——为材料的绝对密实体积；
m V0'
V0——为材料的表观体积 (固、液、气）；
V0，——为材料的堆积体积。
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对于含孔材料，三者的测试方法要点如下：测 定密度时，需先将材料磨细，之后采用排出液体或 水的方法来测定体积。测定表观密度时，直接将材 料放入水中，即直接采用排开水的方法来测体积； 测定堆积密度时，将材料直接装入已知体积的容量 筒中，直接测试其自然堆积状态下体积。
答：硅酸盐水泥熟料的主要矿物成分有硅酸三钙Ｃ3S、 硅酸二钙C2S、铝酸三钙C3Ａ和铁铝酸四钙C4AF。 这些矿物成分对水泥性质产生的影响见下表：
凝结硬化速度 28d 水化热 强度 耐腐蚀性
Ｃ3S 快 大 高 差
C2S
慢
小 早期低 后期高
强
C3Ａ Ｃ 最快 最大中
低 最差
C4AF 快 中 低 中
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2.既然石灰不耐水,为什么由它配制 成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?
2020/6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。
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2、何谓水泥的体积安定性？水泥的体积安定性不良 的原因是什么？安定性不良的水泥应如何处理？
答：水泥浆体硬化后体积变化的均匀性称为水泥的 体积安定性。即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。
❖ 导致水泥安定性不良的主要原因是： （1）由于熟料中含有的的游离氧化钙、游 离氧化
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通用水泥的选用（2）
混凝土工程特点及所处环境条件 1 要求快硬、高强的混凝土
优先选用 硅酸盐水泥
有 特2 殊 要 求3 的 混 凝4 土5
严寒地区的露天混凝土，寒 冷地区处于水位升降范围内 的混凝土
严寒地区处于水位升降范围 内的混凝土
普通水泥 普通水泥
有抗渗要求的混凝土 有耐磨性要求的混凝土
普通、火山灰水泥、 硅酸盐水泥、普通水泥
❖ 体积安定性不良的水泥，会发生膨胀性裂纹使水泥制 品或混凝土开裂、造成结构破坏。因此体积安定性不良 的水泥，应判为废品，不得在工程中使用。
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3、现有四种白色粉末，已知其为建筑石膏、 生石灰粉、白色石灰石粉和白色硅酸盐水 泥，请加以鉴别（化学分析除外）。
答：取相同质量的四种粉末，分别加入适量的水拌
原因是硬化时析出的硅酸凝胶ｎSiO2·mH2O较多。 水玻璃的模数n为氧化硅和氧化钠的分子比。同一模数的
水玻璃，密度越大，则其有效成分Na2O·nSiO2的含量越多， 硬化时析出的硅酸凝胶也多，粘结力愈强。
然而如果水玻璃的模数或密度太大，往往由于粘度过 大而影响到施工质量和硬化后水玻璃的性质，故不宜过大。
再者，由于石灰的可塑性好，与粘土等拌合后
经压实或夯实，使灰土或三合土的密实度大大提高，
降低了孔隙率，使水的侵入大为减少。因此灰土或
三合土可以用于基础的垫层、道路的基层等潮湿部
位。
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3. 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？
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解： 建筑石膏及其制品适用于室内装修，主要
间不早于45min，终凝时间不超过6h30min。石灰石
粉与水不发生任何反应。
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作业
1.硅酸盐水泥熟料的主要矿物组分是什么?它们单
独与水作用时有何特性?硅质：粘土，(SiO2、Al2O3)， 占1/3
钙质：石灰石、白垩等，(CaO)，占2/3 校正原料：如铁质校正原料铁矿粉，硅质校正原料， 如砂岩、粉砂岩等 水化凝
镁过多； （2）掺入石膏过多。
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❖ 其中游离氧化钙是一种最为常见，影响也是最严重 的因素。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。加之被熟料中其它成分所包裹， 使得其在水泥硬化后进行熟化，生成六方板状的 Ca(OH)2晶体，这时体积膨胀97％以上，从而导致不均 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，残余石膏与水化铝酸钙继续反应生成钙矾石， 体积增大约1.5倍，也导致水泥石开裂。
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（3） 硬化后石膏的主要成分是二水石膏，
当受到高温作用时或遇火后会脱出21%左右的 结晶水，并能在表面蒸发形成水蒸气幕，可有 效地阻止火势的蔓延，具有一定的防火性。
（4） 建筑石膏制品还具有较高的热容量
和一定的吸湿性，故可调节室内的温度和湿度， 改变室内的小气候。
在室外使用建筑石膏制品时，必然要受到 雨水冰冻等的作用，而建筑石膏制品的耐水性 差，且其吸水率高，抗渗性差、 抗冻性差, 所以不适用于室外使用。
钙质：石灰石、白垩等，(CaO)，占2/3
校正原料：如铁质校正原料铁矿粉，硅质校正原料， 如砂岩、粉砂岩等 水化凝结硬化
❖ 2.硅酸盐水泥的主要水化产物是什么? ( 水化 硅酸钙凝胶)
❖ (水化铝酸三钙晶体) (水化铁酸钙凝胶)
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普通混凝土的优点
1）组成材料来源广泛。 2）新拌混凝土具有良好的可塑性。 3）可按需要配制各种不同性质的混凝土。 4）具有较高的抗压强度，且与钢筋具有良好 的共同工作性。
➢ 细度和标准稠度用水量是相互关联的，用水量大将影响强度； ➢ 为了浇注成型施工，应对凝结时间有所限制； ➢ 水化热对水泥硬化过程和硬化后的水泥石体积稳定性有影响； ➢ 碱含量、不溶物和烧失量影响水泥的品质； ➢ 为了结构物自重的计算，必须知道水泥的密度。
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水泥质量的判定
技术性质
石子的孔隙率P为：
P V0 V 1 V 1 0 1 2.61 1.51%
V0
V0
2.65
石子的空隙率P 为：
P V0 V0 1 V0 1 0 1 1.68 35.63%
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V0
V0
0
2.61
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例3 某石材在气干、绝干、水饱和情况下测 得的抗压强度分别为174、178、165 MPa， 求该石材的软化系数，并判断该石材可否用 于水下工程。
贮运过程中应注意：
1）防水、防潮，防止混入杂质；
2）不同品种和等级的水泥应分别贮、运；
3）存放期一般不宜超3个月；
4）袋装水泥堆放高度一般不应超过10袋；
2502）0/6/1袋8 装水泥每袋净重50kg 。
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通用水泥的选用（1）
混凝土工程特点及所处环境 条件
优先选用
可以选用 不宜选用
1
普 通 混2 凝 土
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；
（2） 硬化后的建筑石膏中存在大量的微
孔，故其保温性、吸声性好。
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•解：
石灰砂浆抹面的墙面上出现不规则的网状 裂纹，引发的原因很多，但最主要的原因在于 石灰在硬化过程中，蒸发大量的游离水而引起 体积收缩的结果。
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。