建築材料常見問題解答
第5章水泥
1．簡述矽酸鹽水泥的生產過程。
答：生產矽酸鹽水泥時，第一步先生產出水泥熟料。將石灰石、粘土和校正原料（常為鐵礦石粉）按比例混合磨細，再煅燒而形成水泥熟料。
然後將水泥熟料與適量石膏、混合材料按比例混合磨細而製成水泥成品。
矽酸鹽水泥的生產過程可簡稱為「兩磨一燒」。
２．國家標準對矽酸鹽水泥定義是什麼？矽酸鹽水泥分為哪兩種型別？
答：國家標準對矽酸鹽水泥定義為：凡由矽酸鹽水泥熟料、0～5%石灰石或粒化高爐礦渣、適量石膏磨細製成的水硬性膠凝材料，稱為矽酸鹽水泥（即國外通稱的波特蘭水泥）。
矽酸鹽水泥分為兩種型別，不摻加混合材料的稱為ⅰ型矽酸鹽水泥，其代號為pⅰ。在矽酸鹽水泥粉磨時摻加不超過水泥質量5%的石灰石或粒化高爐礦渣混合料的稱為ⅱ型矽酸鹽水泥，其代號為pⅱ。
３．水泥熟料的礦物組成有哪些？各種礦物單獨與水作用時，表現出哪些不同的效能？
答：水泥熟料的礦物組成有：矽酸三鈣、矽酸二鈣、鋁酸三鈣和鐵鋁酸四鈣。
各種礦物單獨與水作用時，表現出不同的效能，見下才表。
水泥熟料礦物的組成、含量及特性能
水泥中各熟料礦物的含量，決定著水泥某一方面的效能。
４．經水化反應後生成的主要水化產物有哪些？
答：經水化反應後生成的主要水化產物有：水化矽酸鈣和水化鐵酸鈣為凝膠體(它是水泥具有膠結效能的主要物質)，氫氧化鈣、水化鋁酸鈣和水化硫鋁酸鈣為晶體。
在完全水化的水泥石中，凝膠體約為70%，氫氧化鈣約佔20% 。
5．影響矽酸鹽系水泥凝結硬化的主要因素有哪些？
答：影響矽酸鹽系水泥凝結硬化的主要因素
（1）水泥的熟料礦物組成及細度
水泥熟料中各種礦物的凝結硬化特點是不同的，不同種類的矽酸鹽水泥中各礦物的相對含量不同，上述兩方面的原因決定了不同種類的矽酸鹽水泥硬化特點差異很大。水泥磨得越細，水泥顆粒平均粒徑小，比表面積大，更多的水泥熟料礦物暴露在外，水化時水泥熟料礦物與水的接觸面大，水化速度快，結果水泥凝結硬化速度也隨之加快。
（2）水灰比
水灰比是指水泥漿中水與水泥的質量比。當水泥漿中加水較多時，水灰比變大，此時水泥的初期水化反應得以充分進行；但是水泥顆粒間由於被水隔開的距離較大，顆粒間相互連線形成骨架結構所需的凝結時間長，所以水泥凝結較慢。
（3）石膏的摻量
生產水泥時摻入石膏，主要是作為緩凝劑使用，以延緩水泥的凝結硬化速度。此外，摻入石膏後，由於鈣礬石晶體生成，還能改善水泥石的早期強度。但是石膏摻量過多時，不僅不能緩凝，反而對水泥石的後期效能造成危害。
（4）環境溫度和濕度
水泥水化反應的速度與環境的溫度有關，只有在適當的溫度範圍內，水泥的水化、凝結和硬化才能進行。通常，溫度較高時，水泥的水化、凝結和硬化速度就快；溫度降低，則水化、凝結和硬化速度延緩；當溫度低於0℃，水化反應停止。更有甚者，由於水分結冰，會導致水泥石凍裂。
溫度的影響主要表現在水泥水化的早期階段，對水泥水化後期影響不大。
水泥水化是水泥與水之間的反應，只有在水泥顆粒表面保持有足夠的水分時，水泥的水化、凝結硬化才能得以充分進行。環境濕度大，水泥漿中水分不易蒸發，就能夠保持足夠的水泥水化及凝結硬化所需的化學用水。如果環境乾燥，水泥漿中的水分蒸發過快，當水分蒸發完畢後，水化作用將無法繼續進行，硬化過程即行停止。
水泥漿中的水分蒸發過快時，還會引起水泥製品表面的收縮開裂。因此，使用水泥時必須注意灑水養護，使水泥在適宜的溫度和濕度環境中完成硬化。
（5）齡期
水泥的水化硬化是乙個長期的不斷進行的過程，隨著水泥顆粒內各熟料礦物水化程度的加深，凝膠體不斷增加，毛細孔不斷減少。水泥的水化硬化一般在28d內發展速度較快，28d後發展速度較慢。
（6）外加劑的影響
矽酸鹽水泥的水化、凝結和硬化速度受矽酸三鈣、鋁酸三鈣含量多少的制約，凡對矽酸三鈣和鋁酸三鈣的水化能產生影響的外加劑，都能改變矽酸鹽水泥的水化、凝結硬化效能。如加入促凝劑（cacl2、na2so4等）就能促進水泥水化硬化過程。相反摻加緩凝劑（木鈣醣類）就會延緩水泥的水化、硬化過程。
6．矽酸鹽水泥的水化速度有何特點？硬化後的水泥漿體由哪些成分組成？
答：矽酸鹽水泥的水化速度表現為早期快後期慢，特別是最初的3～7d內，水泥的水化速度最快，所以矽酸鹽水泥的早期強度發展最快。
硬化後的水泥漿體稱為水泥石，主要是由凝膠體（膠體與晶體）、未水化的水泥熟料顆粒、毛細孔及游離水分等組成。
7．根據標準《矽酸鹽水泥、普通矽酸鹽水泥》（gb175─1999）規定，對矽酸鹽水泥的技術性質有哪些要求？
答：根據標準《矽酸鹽水泥、普通矽酸鹽水泥》（gb175─1999）規定，對矽酸鹽水泥的技術性質要求有：
（1）密度與堆積密度
矽酸鹽水泥的密度與其礦物組成、儲存時間和條件以及熟料的煅燒程度有關。在進行混凝土配合比計算時通常採用3.10g/cm3 。
矽酸鹽水泥的堆積密度，除與礦物組成及細度有關外，主要取決於存放時的緊密程度。計算時通常採用1300 kg/m3。
（2）細度
水泥細度是指水泥顆粒粗細的程度。通常水泥越細，凝結硬化速度越快，強度（特別是早期強度）越高，收縮也增大。但水泥越細，越易吸收空氣中水分而受潮形成絮團，反而會使水泥活性降低。
此外，提高水泥的細度要增加粉磨時的能耗，降低粉磨裝置的生產率，增加成本。
（3）標準稠度用水量
水泥標準稠度用水量是指水泥淨漿達到標準稠度時所需要的水量。通常用水與水泥質量的比（百分數）來表示。矽酸鹽水泥的標準稠度用水量一般在21%～28%之間。
水泥的標準稠度用水量主要與水泥的細度及其礦物成分有關。
（4）凝結時間
水泥從加水開始到失去流動性，即從可塑狀態發展到固體狀態所需要的時間稱為凝結時間。凝結時間又分為初凝時間和終凝時間。初凝時間是指從水泥加水拌和時起到水泥漿開始失去塑性所需要的時間；終凝時間是指從水泥加水拌合時起到水泥漿完全失去可塑性，並開始具有強度的時間。
水泥凝結時間的測定是以標準稠度的水泥淨漿，在規定的溫度、濕度條件下，用凝結測定儀來測定。
（5）體積安定性
水泥凝結硬化過程中，體積變化是否均勻適當的性質稱為水泥體積安定性。水泥體積安定性不良，一般是由於熟料中所含游離氧化鈣、游離氧化鎂過多或摻入的石膏過多等原因造成的。
（6）強度
水泥強度一般是指水泥膠砂試件單位面積上所能承受的最大外力。根據外力作用形式的不同，把水泥強度分為抗壓強度、抗折強度、抗拉強度等，這些強度之間既有內在聯絡又有很大區別。水泥的抗壓強度較高，一般是抗拉強度的10～20倍，實際建築結構中主要是利用水泥的抗壓強度較高的特點。
矽酸鹽水泥的強度主要取決於4種熟料礦物的比例和水泥的細度，此外還與試驗方法、試驗條件、養護齡期有關。
（7）水化熱
水泥在水化過程中放出的熱量,亦稱為水泥的水化熱。水泥放熱量大小及速度與水泥熟料的礦物組成和細度有關。
矽酸鹽水泥水化熱很大，冬期施工時，水化熱有利於水泥的正常凝結、硬化。但對於大體積混凝土工程，如大型基礎、大壩、橋墩等，水化熱是有害因素，可使大體積混凝土產生開裂。因此，大體積混凝土中一般要嚴格控制水泥的水化熱。
（8）不溶物和燒失量
不溶物是指水泥經酸和鹼處理後，不能被溶解的殘餘物。它是水泥中非活性組分的反映，主要由生料、混合料和石膏中的雜質產生。
燒失量是指水泥經高溫灼燒處理後的質量損失率。它主要由水泥中未煅燒組分產生，如未燒透的生料、石膏帶入的雜質、摻合料及存放過程中的風化等。當樣品在高溫下灼燒時，會發生氧化、還原、分解及化合等一系列反應並放出氣體。
凡不溶物和燒失量任一項不符合標準規定的水泥均為不合格品水泥。
（9）鹼含量。
矽酸鹽水泥中除主要礦物成分以外，還含有少量其它化學成分，如鈉和鉀的氧化物─鹼。鹼含量按na2o+0.658k2o計算值來表示。
當用於混凝土中的水泥其鹼含量過高，骨料又具有一定的活性時，會在潮濕環境或有水環境中發生有害的鹼集料反應。
8．常見的水泥石腐蝕有哪幾種情況，腐蝕原因（損害機理）如何？
答：常見的水泥石腐蝕有：軟水侵蝕（溶出**蝕）、酸類侵蝕（溶解**蝕）、鹽類腐蝕、強鹼腐蝕等。
除上述四種侵蝕型別外，對水泥石有腐蝕作用的還有醣類、酒精、脂肪、氨鹽和含環烷酸的石油產品等。
（1）軟水侵蝕（溶出**蝕）
軟水是不含或僅含少量鈣、鎂等可溶性鹽的水。雨水、雪水、蒸餾水、工廠冷凝水以及含重碳酸鹽甚少的河水與湖水均屬軟水。軟水能使水泥水化產物中的ca(oh)2溶解，並促使水泥石中其他水化產物發生分解，強度下降。
故軟水侵蝕稱為「溶出**蝕」。
各種水化產物與水作用時,因為ca(oh)2溶解度最大,所以首先被溶出。在水量不多或無水壓的情況下，由於周圍的水迅速被溶出的ca(oh)2所飽和，溶出作用很快即中止，破壞僅發生於水泥石的表面部位，危害不大。但在大量水或流動水中，ca(oh)2會不斷溶出，特別是當水泥石滲透性較大而又受壓力水作用時，水不僅能滲入內部，而且還能產生滲透作用，將ca(oh)2溶解並滲濾出來，因此不僅減小了水泥石的密實度，影響其強度，而且由於液相中ca(oh)2的濃度降低，還會破壞原來水化物間的平衡鹼度，而引起其他水化產物如水化矽酸鈣、水化鋁酸鈣的溶解或分解。
最後變成一些無膠凝能力的矽酸凝膠、氫氧化鋁、氫氧化鐵等，水泥石結構徹底遭受破壞。
軟水腐蝕的輕重程度與水泥石所承受的水壓及與水中有無其他離子存在等因素有關。當水泥石結構承受水壓時，受穿流水作用，水壓越大，水泥石透水性越大，腐蝕越嚴重；水泥中含有少量的so42-、cl-、na+、k+等離子時，能提高氫氧化鈣的溶解度，使溶出性腐蝕加重。
溶出**蝕的速度還與環境水中重碳酸鹽的含量有很大關係。
（2）酸類侵蝕（溶解**蝕）
矽酸鹽水泥水化產物呈鹼性，其中含有較多的ca(oh)2，當遇到酸類或酸性水時則會發生中和反應，生成比ca(oh)2溶解度大的鹽類，導致水泥石受損破壞。
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