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建筑材料教学辅导2（第5、6章）
第5章 水泥
1．简述硅酸盐水泥的生产过程。
答：生产硅酸盐水泥时，第一步先生产出水泥熟料。将石灰石、粘土和校正原料（常为铁矿石粉）按比例混合磨细，再煅烧而形成水泥熟料。然后将水泥熟料与适量石膏、混合材料按比例混合磨细而制成水泥成品。
硅酸盐水泥的生产过程可简称为“两磨一烧”。

２．国家标准对硅酸盐水泥定义是什么？硅酸盐水泥分为哪两种类型？
答：国家标准对硅酸盐水泥定义为：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（即国外通称的波特兰水泥）。
硅酸盐水泥分为两种类型，不掺加混合材料的称为Ⅰ型硅酸盐水泥，其代号为P•Ⅰ。在硅酸盐水泥粉磨时掺加不超过水泥质量5%的石灰石或粒化高炉矿渣混合料的称为Ⅱ型硅酸盐水泥，其代号为P•Ⅱ。

３．水泥熟料的矿物组成有哪些？各种矿物单独与水作用时，表现出哪些不同的性能？
答：水泥熟料的矿物组成有：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙。
各种矿物单独与水作用时，表现出不同的性能，见下才表。
水泥熟料矿物的组成、含量及特性能
矿物名称
硅酸三钙 C3S
硅酸二钙C2S
铝酸三钙C3A
铁铝酸四钙C4AF
矿物含量
37%～60%
15%～37%
7%～15%
10%～18%
矿
物
特
性
水化速度
快
慢
最快
快
水化热
大
小
最大
中
硬化速度
早期强度
后期强度
抗干缩性
耐腐蚀性
快
高
高
中
差
慢
低
高
良
好
最快
低
低
差
最差
快
中
低
优
中
水泥中各熟料矿物的含量，决定着水泥某一方面的性能。

４．经水化反应后生成的主要水化产物有哪些？
答：经水化反应后生成的主要水化产物有：水化硅酸钙和水化铁酸钙为凝胶体(它是水泥具有胶结性能的主要物质)，氢氧化钙、水化铝酸钙和水化硫铝酸钙为晶体。在完全水化的水泥石中，凝胶体约为70%，氢氧化钙约占20% 。

5．影响硅酸盐系水泥凝结硬化的主要因素有哪些？
答：影响硅酸盐系水泥凝结硬化的主要因素
（1）水泥的熟料矿物组成及细度
水泥熟料中各种矿物的凝结硬化特点是不同的，不同种类的硅酸盐水泥中各矿物的相对含量不同，上述两方面的原因决定了不同种类的硅酸盐水泥硬化特点差异很大。水泥磨得越细，水泥颗粒平均粒径小，比表面积大，更多的水泥熟料矿物暴露在外，水化时水泥熟料矿物与水的接触面大，水化速度快，结果水泥凝结硬化速度也随之加快。
（2）水灰比
水灰比是指水泥浆中水与水泥的质量比。当水泥浆中加水较多时，水灰比变大，此时水泥的初期水化反应得以充分进行；但是水泥颗粒间由于被水隔开的距离较大，颗粒间相互连接形成骨架结构所需的凝结时间长，所以水泥凝结较慢。
（3）石膏的掺量
生产水泥时掺入石膏，主要是作为缓凝剂使用，以延缓水泥的凝结硬化速度。此外，掺入石膏后，由于钙矾石晶体生成，还能改善水泥石的早期强度。但是石膏掺量过多时，不仅不能缓凝，反而对水泥石的后期性能造成危害。
（4）环境温度和湿度
水泥水化反应的速度与环境的温度有关，只有在适当的温度范围内，水泥的水化、凝结和硬化才能进行。通常，温度较高时，水泥的水化、凝结和硬化速度就快；温度降低，则水化、凝结和硬化速度延缓；当温度低于0℃，水化反应停止。更有甚者，由于水分结冰，会导致水泥石冻裂。温度的影响主要表现在水泥水化的早期阶段，对水泥水化后期影响不大。
水泥水化是水泥与水之间的反应，只有在水泥颗粒表面保持有足够的水分时，水泥的水化、凝结硬化才能得以充分进行。环境湿度大，水泥浆中水分不易蒸发，就能够保持足够的水泥水化及凝结硬化所需的化学用水。如果环境干燥，水泥浆中的水分蒸发过快，当水分蒸发完毕后，水化作用将无法继续进行，硬化过程即行停止。水泥浆中的水分蒸发过快时，还会引起水泥制品表面的收缩开裂。因此，使用水泥时必须注意洒水养护，使水泥在适宜的温度和湿度环境中完成硬化。
（5）龄期
水泥的水化硬化是一个长期的不断进行的过程，随着水泥颗粒内各熟料矿物水化程度的加深，凝胶体不断增加，毛细孔不断减少。水泥的水化硬化一般在28d内发展速度较快，28d后发展速度较慢。
（6）外加剂的影响
硅酸盐水泥的水化、凝结和硬化速度受硅酸三钙、铝酸三钙含量多少的制约，凡对硅酸三钙和铝酸三钙的水化能产生影响的外加剂，都能改变硅酸盐水泥的水化、凝结硬化性能。如加入促凝剂（CaCl2、Na2SO4等）就能促进水泥水化硬化过程。相反掺加缓凝剂（木钙糖类）就会延缓水泥的水化、硬化过程。

6．硅酸盐水泥的水化速度有何特点？硬化后的水泥浆体由哪些成分组成？
答：硅酸盐水泥的水化速度表现为早期快后期慢，特别是最初的3～7d内，水泥的水化速度最快，所以硅酸盐水泥的早期强度发展最快。
硬化后的水泥浆体称为水泥石，主要是由凝胶体（胶体与晶体）、未水化的水泥熟料颗粒、毛细孔及游离水分等组成。

7．根据标准《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》（GB175─1999）规定，对硅酸盐水泥的技术性质有哪些要求？
答：根据标准《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》（GB175─1999）规定，对硅酸盐水泥的技术性质要求有：
（1）密度与堆积密度
硅酸盐水泥的密度与其矿物组成、储存时间和条件以及熟料的煅烧程度有关。在进行混凝土配合比计算时通常采用3.10g/cm3 。
硅酸盐水泥的堆积密度，除与矿物组成及细度有关外，主要取决于存放时的紧密程度。计算时通常采用1300 kg/m3。
（2）细度
水泥细度是指水泥颗粒粗细的程度。通常水泥越细，凝结硬化速度越快，强度（特别是早期强度）越高，收缩也增大。但水泥越细，越易吸收空气中水分而受潮形成絮团，反而会使水泥活性降低。此外，提高水泥的细度要增加粉磨时的能耗，降低粉磨设备的生产率，增加成本。
（3）标准稠度用水量
水泥标准稠度用水量是指水泥净浆达到标准稠度时所需要的水量。通常用水与水泥质量的比（百分数）来表示。硅酸盐水泥的标准稠度用水量一般在21%～28%之间。水泥的标准稠度用水量主要与水泥的细度及其矿物成分有关。
（4）凝结时间
水泥从加水开始到失去流动性，即从可塑状态发展到固体状态所需要的时间称为凝结时间。凝结时间又分为初凝时间和终凝时间。初凝时间是指从水泥加水拌和时起到水泥浆开始失去塑性所需要的时间；终凝时间是指从水泥加水拌合时起到水泥浆完全失去可塑性，并开始具有强度的时间。
水泥凝结时间的测定是以标准稠度的水泥净浆，在规定的温度、湿度条件下，用凝结测定仪来测定。
（5）体积安定性
水泥凝结硬化过程中，体积变化是否均匀适当的性质称为水泥体积安定性。水泥体积安定性不良，一般是由于熟料中所含游离氧化钙、游离氧化镁过多或掺入的石膏过多等原因造成的。
（6）强度
水泥强度一般是指水泥胶砂试件单位面积上所能承受的最大外力。根据外力作用形式的不同，把水泥强度分为抗压强度、抗折强度、抗拉强度等，这些强度之间既有内在联系又有很大区别。水泥的抗压强度较高，一般是抗拉强度的10～20倍，实际建筑结构中主要是利用水泥的抗压强度较高的特点。
硅酸盐水泥的强度主要取决于4种熟料矿物的比例和水泥的细度，此外还与试验方法、试验条件、养护龄期有关。
（7）水化热
水泥在水化过程中放出的热量,亦称为水泥的水化热。水泥放热量大小及速度与水泥熟料的矿物组成和细度有关。
硅酸盐水泥水化热很大，冬期施工时，水化热有利于水泥的正常凝结、硬化。但对于大体积混凝土工程，如大型基础、大坝、桥墩等，水化热是有害因素，可使大体积混凝土产生开裂。因此，大体积混凝土中一般要严格控制水泥的水化热。
（8）不溶物和烧失量
不溶物是指水泥经酸和碱处理后，不能被溶解的残余物。它是水泥中非活性组分的反映，主要由生料、混合料和石膏中的杂质产生。
烧失量是指水泥经高温灼烧处理后的质量损失率。它主要由水泥中未煅烧组分产生，如未烧透的生料、石膏带入的杂质、掺合料及存放过程中的风化等。当样品在高温下灼烧时，会发生氧化、还原、分解及化合等一系列反应并放出气体。
凡不溶物和烧失量任一项不符合标准规定的水泥均为不合格品水泥。
（9）碱含量。
硅酸盐水泥中除主要矿物成分以外，还含有少量其它化学成分，如钠和钾的氧化物─碱。碱含量按Na2O+0.658K2O计算值来表示。当用于混凝土中的水泥其碱含量过高，骨料又具有一定的活性时，会在潮湿环境或有水环境中发生有害的碱集料反应。

8．常见的水泥石腐蚀有哪几种情况，腐蚀原因（损害机理）如何？
答：常见的水泥石腐蚀有：软水侵蚀（溶出性侵蚀）、酸类侵蚀（溶解性侵蚀）、盐类腐蚀、强碱腐蚀等。除上述四种侵蚀类型外，对水泥石有腐蚀作用的还有糖类、酒精、脂肪、氨盐和含环烷酸的石油产品等。
（1）软水侵蚀（溶出性侵蚀）
软水是不含或仅含少量钙、镁等可溶性盐的水。雨水、雪水、蒸馏水、工厂冷凝水以及含重碳酸盐甚少的河水与湖水均属软水。软水能使水泥水化产物中的Ca(OH)2溶解，并促使水泥石中其他水化产物发生分解，强度下降。故软水侵蚀称为“溶出性侵蚀”。
各种水化产物与水作用时,因为Ca(OH)2溶解度最大,所以首先被溶出。在水量不多或无水压的情况下，由于周围的水迅速被溶出的Ca(OH)2所饱和，溶出作用很快即中止，破坏仅发生于水泥石的表面部位，危害不大。但在大量水或流动水中，Ca(OH)2会不断溶出，特别是当水泥石渗透性较大而又受压力水作用时，水不仅能渗入内部，而且还能产生渗透作用，将Ca(OH)2溶解并渗滤出来，因此不仅减小了水泥石的密实度，影响其强度，而且由于液相中Ca(OH)2的浓度降低，还会破坏原来水化物间的平衡碱度，而引起其他水化产物如水化硅酸钙、水化铝酸钙的溶解或分解。最后变成一些无胶凝能力的硅酸凝胶、氢氧化铝、氢氧化铁等，水泥石结构彻底遭受破坏。
软水腐蚀的轻重程度与水泥石所承受的水压及与水中有无其他离子存在等因素有关。当水泥石结构承受水压时，受穿流水作用，水压越大，水泥石透水性越大，腐蚀越严重；水泥中含有少量的SO42-、Cl-、Na+、K+等离子时，能提高氢氧化钙的溶解度，使溶出性腐蚀加重。
溶出性侵蚀的速度还与环境水中重碳酸盐的含量有很大关系。
（2）酸类侵蚀（溶解性侵蚀）
硅酸盐水泥水化产物呈碱性，其中含有较多的Ca(OH)2，当遇到酸类或酸性水时则会发生中和反应，生成比Ca(OH)2溶解度大的盐类，导致水泥石受损破坏。
碳酸的侵蚀：这种反应长期进行会导致水泥石结构疏松，密度下降，强度降低。另外水泥石中Ca(OH)2浓度的降低又会导致其他水化产物的分解。进一步加剧了水泥石的腐蚀。
一般酸的腐蚀：各种酸类都会对水泥石造成不同程度的损害。其损害机理是酸类与水泥石中的Ca(OH)2发生化学反应，生成物或者易溶于水，或者体积膨胀导致水泥石中产生内应力而引起水泥石破坏。无机酸中的盐酸、硝酸、硫酸、氢氟酸和有机酸中的醋酸、蚁酸、乳酸的腐蚀作用尤为严重。
（3）盐类腐蚀
1）硫酸盐及氯盐腐蚀（膨胀型腐蚀）
在一些湖水、海水、沼泽水、地下水以及某些工业污水中常含有钠、钾、铵等的硫酸盐，它们会先与硬化的水泥石结构中的氢氧化钙起置换反应，生成硫酸钙。硫酸钙再与水泥石中的水化硫铝酸钙起反应，生成高硫型水化硫铝酸钙，高硫型水化硫铝酸钙含有大量结晶水，其体积较原体积膨胀2.22倍,产生巨大的膨胀应力,因此对水泥石的破坏很大,高硫型水化硫铝酸钙呈针状晶体,俗称“水泥杆菌”。
当水中硫酸盐浓度较高时，硫酸钙会在孔隙中直接结晶成二水石膏，造成膨胀压力，引起水泥石的破坏。
2）镁盐的的腐蚀（双重腐蚀）
在海水及地下水中，常含有大量的镁盐，主要是硫酸镁和氯化镁。它们与水泥石中的氢氧化钙起置换作用，生成的氢氧化镁松软无胶凝能力，氯化钙易溶于水，二水石膏则引起硫酸盐的破坏。由此可见镁盐腐蚀属于双重腐蚀，镁盐对水泥石的破坏特别严重。
（4）强碱腐蚀
硅酸盐水泥水化产物呈碱性，一般碱类溶液浓度不大时不会对水泥石造成明显损害。但铝酸盐（C3A）含量较高的硅酸盐水泥遇到强碱（如NaOH）会发生反应，生成的铝酸钠溶于水。当水泥石被氢氧化钠浸透后又在空气中干燥，则溶于水的铝酸钠会与空气中的CO2反应生成碳酸钠。由于水分失去，碳酸钠在水泥石毛细管中结晶膨胀，引起水泥石疏松、开裂。

9．影响水泥石腐蚀的因素有哪些？
答：引起水泥石腐蚀的外部因素是侵蚀介质。
引起水泥石腐蚀的内在因素：一是水泥石中含有易引起腐蚀的组分，即Ca(OH)2和水化铝酸钙（3CaO·Al2O3·6H2O）；二是水泥石不密实。水泥水化反应时理论需水量仅为水泥质量的23%，而实际应用时拌合用水量多为40%～70%，多余水分会形成毛细管和孔隙存在于水泥石中，侵蚀性介质不仅在水泥石表面起作用，而且易于通过毛细管和孔隙进入水泥石内部引起严重破坏。
掺混合材料的水泥水化反应生成物中Ca(OH)2明显减少，其耐侵蚀性比硅酸盐水泥明显改善。

10．防止水泥石腐蚀的措施有哪些？
答：防止水泥石腐蚀的措施
（1）根据环境侵蚀特点，合理选用水泥品种
水泥石中引起腐蚀的组分主要是氢氧化钙和水化铝酸钙。当水泥石遭受软水侵蚀时，可选用水化产物中氢氧化钙含量少的水泥。水泥石如处在硫酸盐的腐蚀环境中，可采用铝酸三钙含较低的抗硫酸盐水泥。在硅酸水泥熟料中掺入某些人工或天然矿物材料（混合材料）可提高水泥的抗腐蚀能力。
（2）提高水泥石的密实度
水泥石中的毛细管、孔隙是引起水泥石腐蚀加剧的内在原因之一。因此，采取适当技术措施，如强制搅拌、振动成型、真空吸水、掺外加剂等，在满足施工操作的前提下，努力降低水灰比，提高水泥石的密实度，都将使水泥石的耐侵蚀性得到改善。
（3）表面加作保护层
当侵蚀作用比较强烈时，而在水泥制品表面加做保护层。保护层的材料常采用耐酸石料（石英岩、辉绿岩）、耐酸陶瓷、玻璃、塑料、沥青等。

11．硅酸盐水泥的有哪些特性？其应用如何？
答：硅酸盐水泥的特性与应用：
（1）强度高
硅酸盐水泥凝结硬化快，强度高，尤其是早期强度增长率大，特别适合早期强度要求高的的工程、高强混凝土结构和预应力混凝土工程。
（2）水化热高
硅酸盐水泥熟料中C3S和C3A含量高，使早期放热量大，放热速度快，早期强度高，用于冬季施工常可避免冻害。但高放热量对大体积混凝土工程不利，如无可靠的降温措施，不宜用于大体积混凝土工程。
（3）抗冻性好
硅酸盐水泥拌合物不易发生泌水，硬化后的水泥石密度较大，所以抗冻性优于其它通用水泥。适用于严寒地区受反复冻融作用的混凝土工程。
（4）碱度高、抗碳化能力强
硅酸水泥硬化后的水泥石显示强碱性，埋于其中的钢筋在碱性环境中表面生成一层灰色钝化膜，可保持钢筋几十年不生锈。硅酸盐水泥碱性强且密实度高，抗碳化能力强所以特别适用于重要的钢筋混凝土结构及预应力混凝土工程。
（5）干缩小
硅酸盐水泥在硬化过程中，形成大量的水化硅酸钙凝胶体，使水泥石密实，游离水分少，不易产生干缩裂纹，可用于干燥环境的混凝土工程。
（7）耐磨性好
硅酸盐水泥强度高，耐磨性好，且干缩小，可用于路面与地面工程。
（8）耐腐蚀性差
硅酸盐水泥石中有大量的Ca(OH)2和水化铝酸钙，容易引起软水、酸类和盐类的侵蚀。所以不宜用于受流动水、压力水、酸类和硫酸盐侵蚀的工程。
（9）耐热性差
硅酸盐水泥石在温度为250℃时水化物开始脱水，水泥石强度下降，当受热700℃以上时水泥石开始破坏。所以硅酸盐水泥不宜单独用于耐热混凝土工程。
（10）湿热养护效果差
硅酸盐水泥在常规养护条件下硬化快、强度高。但经过蒸汽养护后，再经自然养护至28d测得的抗压强度往往低于未经蒸汽养护的28d的抗压强度。

12．什么样的水泥为废品水泥？什么样的水泥为不合格水泥？水泥在运输和保管中应注意哪些问题？
答：（1）废品水泥 国家标准规定：硅酸盐水泥性能中，凡氧化镁、三氧化硫、初凝时间、安定性中任一项不符合标准规定时均为废品。废品水泥不得在工程中使用。
（2）.不合格水泥 凡细度、终凝时间、不溶物和烧失量中的任一项不符合标准规定或混合料掺加量超过最大限量和强度低于商品强度等级规定的指标时称为不合格品。水泥包装标志中水泥品种、强度等级、工厂名称和出厂编号不全的也属于不合格品。
（3）水泥在运输和保管时，不得混入杂物。不同品种、强度等级及出厂日期的水泥，应分别储存，并加以标志，不得混杂。散装水泥应分库存放。袋装水泥堆放时应考虑防水防潮，堆置高度一般不超过10袋，每平方米可堆放一吨左右。使用时应考虑先存先用的原则。存放期一般不应超过3个月。即使在储存良好的条件下，因为水泥会吸收空气中的水分缓慢水化而丧失强度。袋装水泥储存3个月后，强度降低约10%～20%；16个月后，约降低15～30%；一年后约降低25%～40% 。
水泥进场后，应立即进行检验，为确保工程质量，应严格贯彻先检验后使用的原则。水泥检验的周期较长，一般要1个月。

13．什么是掺混合材料的硅酸盐水泥？
答：掺混合材料的硅酸盐水泥是由硅酸盐水泥熟料加入适量混合材料及石膏共同磨细而制成的水硬性胶凝材料。

14．什么是混合材料？混合材料分为哪两种？
答：掺入到水泥或混凝土中的人工或天然矿物材料称为混合材料。混合材料分为活性材料和非活性材料。

15．什么是活性混合材料？活性混合材料的主要作用是什么？活性混合材料的种类有哪些？
答： 常温下能与氢氧化钙和水发生水化反应，生成水硬性水化产物，并能逐渐凝结硬化产生强度的混合材料称为活性混合材料。
活性混合材料的主要作用是改善水泥的某些性能，还具有扩大水泥强度等级范围、降低水化热、增加产量和降低成本的作用。
活性混合材料的种类有：粒化高炉矿渣、火山灰质混合材料、粉煤灰。

16．什么是非活性混合材料？非活性混合材料的主要作用是什么？常用的非活性混合材料的种类主要有有哪些？
答：常温下不能与氢氧化钙和水发生反应或反应甚微，也不能产生凝结硬化的混合材料称为非活性混合材料。
非活性混合材料的主要作用是在水泥中主要起填充作用，可以扩大水泥的强度等级范围、降低水化热、增加产量、降低成本。
常用的非活性混合材料的种类主要有石灰石、石英砂、自然冷却的矿渣。

17．何为普通硅酸盐水泥？普通硅酸水泥中掺入少量混合材料的主要作用是什么？与硅酸盐水泥比较普通硅酸盐水泥有何不同？
答：按国家标准《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》（GB175—1999）规定：凡由硅酸盐水泥熟料、6%～15%混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为普通硅酸盐水泥，简称普通水泥，代号P•O。
普通硅酸水泥中掺入少量混合材料的主要作用是扩大其强度等级范围，以利于合理选用。
普通硅酸盐水泥与硅酸盐水泥比较，早期硬化速度稍慢，强度略低；抗冻性、耐磨性及抗碳化性能稍差；耐腐蚀性稍好，水化热略低。

18．矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸水泥和复合硅酸盐水泥定义及组成如何？
答：定义及组成：
凡由硅酸盐水泥熟料、20%～70%粒化高炉矿渣（允许用不超过水泥质量8%的石灰石、窑灰、粉煤灰和火山灰质混合材料替代矿渣）、适量石膏共同磨细制成的水硬性胶凝材料称为矿渣硅酸水泥（简称矿渣水泥），代号P•S。
凡由硅酸水泥熟料、20%～50%的火山灰质混合材料，适量石膏共同磨细制成的水硬性胶凝材料称为火山灰硅酸盐水泥（简称火山灰水泥），代号P•P。
凡由硅酸盐水泥熟料、20%～40%粉煤灰、适量石膏共同磨细制成的水硬性胶凝材料称为粉煤灰硅酸盐水泥（简称粉煤灰水泥），代号P•F。
凡由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混合材料（总量为水泥质量的16%～50%，窑灰不得超过8%）、适量石膏共同磨细制成的水硬性胶凝材料称为复合硅酸盐水泥（简称复合水泥），代号P•C。

19．掺活性混合材料的硅酸盐水泥的共性如何？
答：矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥和复合水泥都是在硅酸盐水泥熟料基础上掺入较多的活性混合材料，再加适量石膏共同磨细制成的。由于活性混合材料的掺量较多，且活性混合材料的化学成分基本相同（主要是活性氧化硅和活性氧化铝），因此，它们具有一些相似的性质。
掺活性混合材料的硅酸盐水泥的共性：
（1）密度较小
（2）早期强度比较低
（3）养护时对湿、温度变化敏感
（4）水化热较小
（5）耐腐蚀性较好

20．掺活性混合材料的硅酸盐水泥的个性如何？
答：掺活性混合材料的硅酸盐水泥的个性：
（1）矿渣水泥：矿渣为为玻璃态的物质，难磨细，对水的吸附能力差，故矿渣水泥保水性差，泌水性大。在混凝土施工中由于泌水而形成毛细管通道及水囊，水分的蒸发又容易引起干缩，影响混凝土的抗渗性、抗冻性及耐磨性等。由于矿渣经过高温煅烧处理，矿渣水泥硬化后氢氧化钙含量较少，因此，矿渣水泥的耐热性较好。
（2）火山灰水泥：火山灰质混合材料的结构特点是疏松多孔，内表面积大。火山灰水泥的特点是易吸水、易反应。在潮湿环境的条件下养护，可以形成较多的水化产物。水泥石结构比较致密，从而具有较高的抗渗性和耐水性。如处于干燥环境中，所吸收的水分会蒸发，体积收缩，产生裂缝。因此，火山灰水泥不宜用于长期处于干燥环境和水位变化区的混凝土工程。
火山灰水泥抗硫酸盐性能随成分而异。如活性混合材料中氧化铝的含量较多，熟料中又含有较多的C3A时，其抗硫酸能力较差。
（3）粉煤灰水泥：粉煤灰与其它天然火山灰相比，结构较致密，内比表面积小，有很多球形颗粒，吸水能力较弱，所以粉煤灰水泥所需水量比较低，抗裂性较好。尤其适合大体积水工混凝土以及地下和海港工程等。
（4）复合水泥：复合水泥中掺用两种以上混合材，混合材的作用相互补充、取长补短。如矿渣水泥掺石灰石既能改善矿渣水泥的泌水性，提高早期强度，又能保证后期强度的增长。在需水性大的火山灰水泥中掺入矿渣等，能有效减少水泥需水量。
为了便于识别，硅酸盐水泥和普通水泥包装袋上要求用红字印刷，矿渣水泥包装袋上要求用绿字印刷，火山灰、粉煤灰和复合水泥则要求用黑字印刷。

21．硅酸盐水泥、普通水泥、矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥、复合水泥的主要性能与应用如何？
答：硅酸盐水泥、普通水泥、矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥、复合水泥主要性能与应用见下表：
常用水泥的性能与应用
水泥
硅酸盐水泥
普通水泥
矿渣水泥
火山灰水泥
粉煤灰水泥
复合水泥
主
要
成
分
硅酸盐水泥熟料，0%～5%混合料，适量石膏
硅酸盐水泥熟料，6%～15%混合料，适量石膏
硅酸盐水泥熟料，20%～70%粒化高炉矿渣，适量石膏
硅酸盐水泥熟料，20%～50%火山灰质混合材料，适量石膏
硅酸盐水泥熟料，20%～40%粉煤灰，适量石膏
硅酸盐水泥熟料，16%～50%两种及两种以上混合材料，适量石膏

性

能

1． 强度高；
2． 快硬早强；
3． 抗冻耐磨性好；
4． 水化热大；
5． 耐腐蚀性较差；
6． 耐热性较差
1． 早期强度较高；
2． 抗冻性较好；
3． 水化热较大；
4． 耐腐蚀性较好；
5． 耐热性较差
1．早期强度低但后期强度增长快；
2．强度发展对温、湿度较敏感；
3．水化热低；
4．耐软水、海水、硫酸盐腐蚀性好；
5．耐热性较好；
6．抗冻性抗渗性较差
1．抗渗性较好，耐热性不及矿渣水泥，干缩大，耐磨性差；
2．其他同矿渣水泥
1．干缩性较好，抗裂性较好；
2．其它性能与矿渣水泥相同
1．早合肥市期强度较高；
2．其它性能与所掺主要混合材料的水泥相近

适
用
范
围

1．高强混凝土；
2．预应力混凝土；
3．快硬早强结构；
4．抗冻混凝土
1．一般混凝土；
2．预应力混凝土；
3．地下与水中结构；
4．抗冻混凝土
1．一般耐热混凝土；
2．大体积混凝土；
3．蒸汽氧护构件；
4．一般混凝土构件；
5．一般耐软水、海水、硫酸盐腐蚀要求的混凝土
1．水中、地下、大体积混凝土，抗渗混凝土；
2．其它同矿渣水泥
1．地上、地下、与水中大体积混凝土；
2．其它同矿渣水泥
1．早期强度要求较高的混凝土混凝土工程；
2．其它用途与所掺主要混合料的水泥类似
不
适
用
范
围
1．大体积混凝土；
2．易受腐蚀的混凝土；
3．耐热混凝土，高温养护混凝土

1．早期强度要求较高的混凝土；
2．严寒地区及处在水位升降范围内的混凝土；
3．抗渗性要求高的混凝土
1．干燥环境及处在水位变化范围内的混凝土；
2．有耐磨要求的混凝土；
3．其它同矿渣水泥
1．抗碳化要求的混凝土；
2．其它同火山灰质混凝土；
3．有抗渗要求的混凝土
与掺主要混合料的水泥类似

22．什么是高铝水泥？
答：高铝水泥（以前称矾土水泥）是以铝矾土和石灰为原料，按一定比例配制，经煅烧、磨细所制得的一种以铝酸盐为主要矿物成分的水硬性胶凝材料，又称铝酸盐水泥。

23．高铝水泥的特性及应用如何？
答：高铝水泥的特性及应用：
（1）快硬早强，早期强度增长快，宜用于紧急抢修工程（筑路、修桥、堵漏等）和早期强度要求高的工程。但高铝水泥后期强度可能会下降，尤其是在高于30℃的湿热环境下，强度下降更快，甚至会引起结构的破坏。因此，结构工程中使用高铝水泥引慎重。
（2）水化热大，而且集中在早期放出。适合于冬季施工，不能用于大体积混凝土工程及高温潮湿环境中的工程。
（3）具有较好的抗硫酸盐侵蚀能力。这是因为其主要成分为低钙铝酸盐，游离的氧化钙极少，水泥石结构比较致密，故适合于有抗硫酸盐侵蚀要求的工程。
（4）耐碱性差。高铝水泥与碱性溶液接触，甚至混凝土骨料内含有少量碱性化合物时，都会引起侵蚀，故不能用于接触碱溶液的工程。
（5）耐热性好。因为高温时产生了固相反应，烧结结合代替了水化结合，使得高铝水泥在高温下仍能保持较高的强度，

24．高铝水泥使用时应注意哪些问题？
答：高铝水泥使用时应注意的问题：
（1）最适宜的硬化温度为15℃左右，一般施工时环境温度不得超过25℃，否则，会产生晶型转换，强度降低。高铝水泥拌制的混凝土不能进行蒸汽养护。
（2）严禁高铝水泥与硅酸盐水泥或石灰混杂使用，也不得与尚未硬化的硅酸盐水泥混凝土接触作用，否则将产生瞬凝，以至无法施工，且强度很低。
（3）高铝水泥的长期强度，由于晶型转化及铝酸盐凝胶体老化等原因，有降低的趋势。如需用于工程中，应以最低稳定强度为依据进行设计，其值按GB201-2000规定，经试验确定。

25．什么是快硬硅酸盐水泥？快硬硅酸盐水泥与硅酸盐水泥的主要区别是什么？
答：国家标准《快硬硅酸盐水泥》（GB199─1990）规定，由硅酸盐水泥熟料和适量石膏磨细制成的，以3d抗压强度表示强度等级（标号）的水硬性胶凝材料称为快硬硅酸盐水泥（简称快硬水泥）。
快硬硅酸盐水泥与硅酸盐水泥的主要区别，在于提高了熟料中的C3A和C3S的含量，并提高了水泥的粉磨细度，比表面积在330～450m2/kg左右。

26．快硬硅酸盐水泥的特点与应用如何？快硬硅酸盐水泥在运输和贮存时应有哪些注意事项？
答：快硬硅酸盐水泥的特点是凝结硬化快，早期强度增长率高，适用于早期强度要求高的工程。可用于紧急抢修工程、低温施工工程、高等级混凝土工程。
快硬水泥易受潮变质，在运输和贮存时，必须注意防潮，并应及时使用，不宜久存，出厂一个月后应重新检验强度，合格后方可使用。

27．硅酸盐水泥为什么呈暗灰色？白水泥和彩色水泥主要有哪些应用？
答：硅酸盐水泥呈暗灰色，主要原因是其含Fe2O3 较多（Fe2O3 3%～4%）。
白水泥和彩色水泥主要用于建筑物内外面的装饰，如地面、楼面、墙柱、台阶；建筑立面的线条、装饰图案、雕塑等。配以彩色大理石、白云石石子和石英砂作粗细骨料，可能拌制成彩色砂浆和混凝土，做成水磨石、水刷石、斩假石等饰面，起到艺术装饰的效果。

第6章 混 凝 土
1. 从广义上是如何定义混凝土的？
答：从广义上讲，混凝土是以胶凝材料、粗细骨料及其它外掺材料按适当比例拌制、成型、养护、硬化而成的人工石材。

2. 混凝土可以从哪几方面进行分类？
答：混凝土的分类：
按胶凝材料不同，可分为水泥混凝土、沥青混凝土、水玻璃混凝土、聚合物混凝土等。
按体积密度不同，可分为特重混凝土、重混凝土、轻混凝土、特轻混凝土。
按性能特点不同，可分为抗渗混凝土、耐酸混凝土、耐热混凝土、高强混凝土、自密实混凝土等。
按施工方法分类，可分为现浇混凝土、预制混凝土、泵送混凝土、喷射混凝土等。

3. 混凝土有哪些优点和缺点？
答：混凝土的优点主要反映在以下几个方面：
（1）材料来源广泛
混凝土中占整个体积80%以上的砂、石料均就地取材，其资源丰富，有效降低了制作成本。
（2）性能可调整范围大
根据使用功能要求，改变混凝土的材料配合比例及施工工艺可在相当大的范围内对混凝土的强度、保温耐热性、耐久性及工艺性能进行调整。
（3）在硬化前有良好的塑性
拌合混凝土优良的可塑成型性，使混凝土可适应各种形状复杂的结构构件的施工要求。
（4）施工工艺简易、多变
混凝土既可简单进行人工浇筑。亦可根据不同的工程环境特点灵活采用泵送、喷射、水下等施工方法。
（5）可用钢筋增强
钢筋与混凝土虽为性能迥异的两种材料，但两者却有近乎相等的线胀系数，从而使它们可共同工作。弥补了混凝土抗拉强度低的缺点，扩大了其应用范围。
（6）有较高的强度和耐久性
近代高强混凝土的抗压强度可达100MPa以上，同时具备较高的抗渗、抗冻、抗腐蚀、抗碳化性，其耐久年限可达数百年以上。
混凝土的缺点：
自重大、养护周期长、导热系数较大、不耐高温、拆除废弃物再生利用性较差等缺点，随着混凝土新功能、新品种的不断开发，这些缺点正不断克服和改进。

4. 混凝土应用的基本要求是什么？
答：混凝土应用的基本要求是：
（1）要满足结构安全和施工不同阶段所需要的强度要求。
（2）要满足混凝土搅拌、浇筑、成型过程所需要的工作性要求。
（3）要满足设计和使用环境所需要的耐久性要求。
（4）要满足节约水泥，降低成本的经济性要求。
简单的说，就是要满足强度、工作性、耐久性和经济性的要求，这些要求也是混凝土配合比设计的基本目标。

5. 普通混凝土是由哪四种基本组成材料，它们各起何作用？
答：水、水泥、砂（细骨料）、石子（粗骨料）是普通混凝土的四种基本组成材料。水和水泥形成水泥浆，在混凝土中赋予拌合混凝土以流动性；粘接粗、细骨料形成整体；填充骨料的间隙，提高密实度。砂和石子构成混凝土的骨架，有效抵抗水泥浆的干缩；砂石颗粒逐级填充，形成理想的密实状态，节约水泥浆的用量。

6. 水泥的选用主要考虑哪些因素？
答：水泥的选用，主要考虑的是水泥的品种和强度等级。
水泥的品种应根据工程的特点和所处的环境气候条件，特别是应针对工程竣工后可能遇到的环境影响因素进行分析，并考虑当地水泥的供应情况作出选择，相关内容在第四章中已有阐述。

7.混凝土用砂是如何分类的？
答：按砂的生成过程特点，可将砂分为天然砂和人工砂。
天然砂根据产地特征，分为河砂、湖砂、山砂和海砂。河砂、湖砂材质最好，其洁净、无风化、颗粒表面圆滑。山砂风化较严重，含泥较多，含有机杂质和轻物质也较多，质量最差。海砂中常含有贝壳等杂质，所含氯盐、硫酸盐、镁盐会引起水泥的腐蚀，故材质较河砂为次。
人工砂是经除土处理的机制砂和混合砂的统称。机制砂是由机械破碎、筛分而得的岩石颗粒，但不包括软质岩、风化岩石的颗粒。混合砂是由机制砂和天然砂混合而成的砂。

8. 根据国家标准GB/T14684-2001，砂按技术要求分为哪几个级别？砂的技术要求主要有哪几方面的要求？
答：根据国家标准GB/T14684-2001，砂按技术要求分为I类、II类、III类三个级别。
砂的技术要求主要有以下几个方面。
（1）砂的粗细程度及颗粒级配；
（2）砂的含水状态；
（3）含泥量、泥块含量和石粉含量；
（4）砂的有害物质。

9. 混凝土对砂的基本要求有哪些？
答：混凝土对砂的基本要求：
（1）砂的颗粒的总表面积要小，即砂尽可能粗。
在混凝土中，水泥浆是通过骨料颗粒表面来实现有效粘结的，骨料的总表面积越小，水泥越节约。
（2）砂的颗粒级配良好。
颗粒级配是指粒径大小不同的砂相互搭配的情况。砂颗粒间大小搭配合理，达到逐级填充，减小空隙率，以实现尽可能高的密实度。可见用级配良好的砂配制混凝土，不仅空隙率小节约水泥，而且因水泥的用量减小，水泥石含量少，混凝土的密实度提高，从而强度和耐久性得以加强。

10. 砂的粗细程度和颗粒级配是由什么来进行测定的？如何判断砂粗细程度？
答：砂的粗细程度和颗粒级配是由砂的筛分试验来进行测定的。
判断砂粗细程度的指标是细度模数，细度模数越大，砂越粗。细度模数在一定程度上反映砂颗粒的平均粗细程度，但不能反映砂粒径的分布情况，不同粒径分布的砂，可能有相同的细度模数。

11. 砂的含水状态从干到湿可分为哪四种状态？
答：砂的含水状态，从干到湿可分为四种状态：
（1）全干状态，或称烘干状态，是砂在烘箱中烘干至恒重，达到内、外部均不含水。
（2）气干状态，在砂的内部含有一定水份，而表层和表面是干燥无水的，砂在干燥的环境中自然堆放达到干燥往往是这种状态。
（3）饱和面干状态，即砂的内部和表层均含水达到饱和状态，而表面的开口孔隙及面层却处于无水状态。拌合混凝土的砂处于这种状态时，与周围水的交换最少，对配合比中水的用量影响最小。
（4）湿润状态，砂的内部不但含水饱和，其表面还被一层水膜覆裹，颗粒间被水所充盈。

12.什么是细骨料？什么是粗骨料？
答：细骨料是指粒径小于4.75mm的岩石颗粒，通常称为砂。
粗骨料是指粒径大于4.75mm的岩石颗粒。常将人工破碎而成的石子称为碎石，即人工石子。而将天然形成的石子称为卵石。
13. 粗骨料的技术性能主要有哪几项？
答：粗骨料的技术性能主要有以下各项：
（1）最大粒径及颗粒级配；
（2）强度及坚固性；
（3）针片状颗粒含量；
（4）有害物质含量。

14. 混凝土对粗骨料的基本要求有哪些？这两项要求分别用什么表示？
答：混凝土对粗骨料的基本要求也是颗粒的总表面积要小和颗粒大小搭配要合理，以达到水泥的节约和逐级填充形成最大的密实度。
这两项要求分别用最大粒径和颗粒级配表示。
15. 什么是最大粒径？加大最大粒径对混凝土有何影响？《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2002）对最大粒径有何规定？
答：粗骨料公称粒径的上限称为该粒级的最大粒径。如公称粒级5-20（mm）的石子其最大粒径即20mm。
最大粒径在一定程度上反映了粗骨料的平均粗细程度。拌合混凝土中粗骨料的最大粒径加大，总表面积减小，单位用水量有效减少。在用水量和水灰比固定不变的情况下，最大粒径加大，骨料表面包裹的水泥浆层加厚，混凝土拌合物可获较高的流动性。若在工作性一定的前提下，可减小水灰比，使强度和耐久性提高。通常加大粒径可获得节约水泥的效果。但最大粒径过大（大于150 mm）不但节约水泥的效率不再明显，而且会降低混凝土的抗拉强度，会对施工质量，甚至对搅拌机械造成一定的损害。
根据《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2002）的规定：混凝土用的粗骨料，其最大粒径不得超过构件截面最小尺寸的1/4，且不得超过钢筋最小净间距的3/4。对混凝土的实心板，骨料