建筑材料常见问题解答
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 粉磨时掺加不超过水泥质量
P?I。在硅酸盐水泥
P? n。
5%勺石灰石或粒化高炉矿渣混合料的称为n型硅酸盐水泥，其代号为
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 硅酸三钙 矿物名称 矿物含量 水化速度 水化热 C3S 37% ?60% 快 大 硅酸二钙C2S 15% ?37% 慢 小 铝酸三钙C3A C4AF 铁铝酸四钙 阳?15% 最快 最大 10% ?18% 快 中 矿 物 硬化速度 早期特 性 强度 后期强度 抗干缩性 耐腐蚀性
最快 快 高 高 中 差 慢 低 高 良 好 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。
1
（2）水灰比
2
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0C,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
（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。
28d内发展速度较快，28d后发展速度较慢。
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 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。
3?7d内，水泥的水化速度最快，所
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
3.10g/cm 算时通常采用
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 3
kg/m 。
（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 及其矿物成分有关。
3
21%- 28%之间。水泥的标准稠度用水量主要与水泥的细度
（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。 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； 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
一碱。碱含量按
凝结时间
终
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（0H）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（0H）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（0H）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
Ca（0H）2溶解并渗滤出来，因此不仅减小了水泥石的密实
害不大。但在大量水或流动水中， Ca（0H）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 度，影响其强度，而且由于液相中 泥石结构彻底遭受破坏。
4
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
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
SO4、Cl 、
2--
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(OHh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 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
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
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( 含量较高的硅酸盐水泥遇到强碱(如
C3A)
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
CQ反应生成碳酸钠。由于水分失去，碳酸钠在水泥石
后又在空气中干燥，则溶于水的铝酸钠会与空气中的 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
(3CaO- AI2Q ? 6H2Q);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 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 和水化铝酸钙
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
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
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建筑材料常见问题解答
