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习题课（一）习题课（一） |基本性质 例1-1 某工地所用卵石材料的密度为2.65g/cm3、表观 密度为2.61g/cm3、堆积密度为1680 kg/m3，计算此石子 的孔隙率与空隙率？ 解 石子的孔隙率P为： 石子的空隙率P，为： |评注 材料的孔隙率是指材料内部孔隙的体积占材料 总体积的百分率。空隙率是指散粒材料在其堆集体积中 , 颗粒之间的空隙体积所占的比例。计算式中密度 ；0材料的表观密度；，材料的堆积密度。 |例1-2 有一块烧结普通砖，在吸水饱和状态下重 2900g，其绝干质量为2550g。砖的尺寸为240115 53mm，经干燥并磨成细粉后取50g，用排水法测得绝 对密实体积为18.62 cm3 。试计算该砖的吸水率、密 度、孔隙率、饱水系数。 |解 |该砖的吸水率为 |该砖的密度为 |表观密度为 | |孔隙率为 |评注 质量吸水率是指材料在吸水饱和时，所吸水 量占材料在干燥状态下的质量百分比。 |例1-3 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、165MPa，求该石材 的软化系数，并判断该石材可否用于水下工程。 |解 |该石材的软化系数为 |由于该石材的软化系数为0.93，大于0.85，故该 石材可用于水下工程。 |评注 软化系数为材料吸水饱和状态下的抗压 强度与材料在绝对干燥状态下的抗压强度之比。 与材料在气干状态下的抗压强度无关。 |例1-4 影响材料强度测试结果的试验条 件有那些？ |解答: 影响材料强度测试结果的因素很 多。如小尺寸试件测试的强度值高于大 尺寸试件；加载速度快时测得的强度值 高于加载速度慢的；立方体试件的测得 值高于棱柱体试件；受压试件与加压钢 板间无润滑作用的（如未涂石蜡等润滑 物时），测得的强度值高于有润滑作用 ；表面平整试件的测得值高于表面不平 整的等。 |例1-5 选择题：选择正确的答案填 在括号内。 |当材料的润湿边角为（ ）时，称 为憎水性材料。 |a. 90 b. .90c.0 |解答: b:90 |评注 材料的润湿边角90为亲 水性材料；材料的润湿边角90时 为憎水性材料。 |石灰 |例2-1 根据石灰浆体的凝结硬化过程，试 分析硬化石灰浆体有哪些特性？ |解 |石灰浆体在空气中凝结硬化过程，是由下 面两个同时进行的过程来完成的： |（）结晶作用：游离水分蒸发，氢氧化 钙逐渐从饱和溶液中结晶。 |（）碳化作用：氢化氧钙与空气中的二 氧化碳化合生成碳酸钙结晶，释出水分并 被蒸发： z由于氢氧化钙结晶速度慢且结晶量少，空 气中二氧化碳稀薄，碳化速度慢。而且表 面碳化后，形成紧密外壳，不利于二氧化 碳的渗透和碳化作用的深入。因而硬化石 灰浆体具有以下特性： | （1）凝结硬化慢； |（2）硬化后强度低； | （3）硬化时体积收缩大； |（4）耐水性差，因为硬化石灰浆体的主要成 分是氢氧化钙，而氢氧化钙可微溶解于水。 |评注 石灰浆体在空气中凝结硬化过程主要 是依赖于浆体中Ca(OH)2的结晶析出和Ca(OH)2 与空气中的二氧化碳的碳化作用。 |例2-2某单位宿舍楼的内墙使用石灰砂浆抹面。 数月后，墙面上出现了许多不规则的网状裂纹。 同时在个别部位还发现了部分凸出的放射状裂纹 。试分析上述现象产生的原因。 |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。 |评注 透过现象看本质，过 火石灰表面常被粘土杂质融化 形成的玻璃釉状物包覆，熟化 很慢。如未经过充分的陈伏， 当石灰已经硬化后，过火石灰 才开始熟化，并产生体积膨涨 ，容易引起鼓包隆起和开裂。 |例2-3 既然石灰不耐水，为什么由它配 制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？ |解 | 石灰土或三合土是由消石灰粉和粘土 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。 |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。 |评注 粘土表面存在少量的的活性氧 化硅和氧化铝，可与消石灰Ca（OH）2反 应，生成水硬性物质。 |例2-4.建筑石膏的成分是什么？其凝结硬化 机理是什么？ |解 |建筑石膏的成分为aSO4H2O，也称熟石膏 或半水石膏。 |建筑石膏的凝结硬化机理是，当建筑石膏与 适量水拌合后，先成为可塑性良好的浆体， 随着石膏与水的反应，浆体的可塑性很快消 失而发生凝结，此后进一步产生和发展强度 而硬化。建筑石膏与水之间产生化学反应的 反应式为： |由于二水石膏在水中的溶解度比半水石膏小 得多（仅为半水石膏的五分之一），所以二 水石膏以胶体微粒不断自水中析出, 浆体的 稠度逐渐增大，表现为石膏的凝结，其后半 水石膏继续溶解和水化, 浆体逐渐凝聚，失 去可塑性，并逐渐转变为晶体，晶体颗粒不 断长大和连生，形成相互交错, 彼此紧密联 结, 硬化成块体并产生强度，直至完全干燥 ，强度才停止发展。这就是石膏的硬化过程 。 |评注 建筑石膏的凝结硬化机理实际为半水 石膏吸收一个半结晶水还原为二水石膏的过 程。 |例2-5 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？ |解 |建筑石膏及其制品适用于室内装修，主要是由 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。 |（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. |评注本题主要是考查对建筑石膏及其制品技 术性能的了解. |例2-6 常用菱苦土制品有哪些？组成材料的 质量要求是什么？ |解 |常用菱苦土制品有菱苦土木屑浆和菱苦土木屑 砂浆两种，前者由菱苦土、木屑（锯屑、刨花 、木丝），粉料和氯化镁溶液，或掺加适量颜 料组成，常胶结制成板材作门窗、家具、隔墙 等用，后者掺加砂子作地坪耐磨面层。 | 菱苦土是由菱镁矿（MgCO3 ）经煅烧磨细而 制成的。其化学反应可表示如下： |菱苦土的主要成分为氧化镁（MgO）、呈白色或 浅黄色，密度为3.2左右，表观密度800 900kg/m3，氧化镁含量要求不低于75。氯化镁 是用拌和菱苦土的，可以是工业用的氯化镁或 用卤块溶解于水而得，但溶液中所含氯化镁应 不少于。木屑多用针叶类木材产品，其 粒度不应大于mm，用于面层时不应大于1 5mm。腐朽的不能使用。砂采用一般洁净砂。矿 物颜料可用耐碱的矿物颜料，要求成分均匀干 燥，无结块和杂质，掺量为菱苦土和填充料总 体积的 。 |评注 菱苦土的主要成分氧化镁（MgO）可与 氯化镁水溶液发生水化反应，形成强度较高（ 4060Pa）的水化产物。 |例2-7 试述水玻璃的凝结硬化机理是什么？ |解 | 液体水玻璃的凝结硬化主要是靠在空气中吸 收二氧化碳，形成无定形硅酸凝胶，并逐渐干 燥而硬化。其反应式为： |由于空气中CO2浓度较低，这个过程进行的很 慢，会长达数月之久。 |为了加速硬化和提高硬化后的防水性，常加 人氟硅酸钠Na2SiF6作为促硬剂，促使硅酸凝 胶加速生成和析出，其反应式为： |硅酸凝胶再脱水而生成SiO2，从而具有强度。 |评注 水玻璃可吸收空气中的二氧化碳，形 成硅酸凝胶。水玻璃在硬化后，具有良好的 粘结力和强度，很高耐热性和耐酸性。 |例2-8 水玻璃的化学组成是什么？水玻璃的模数、密 度（浓度）对水玻璃的性能有什么影响？ |解 |通常使用的水玻璃都是Na2OnSiO2的水溶液，即液体 水玻璃。 | 一般而言，水玻璃的模数n越大时，水玻璃的粘度越 大。硬化速度越快、干缩越大，硬化后的粘结强度、 抗压强度等越高、耐水性越好、抗渗性及耐酸性越好 。其主要原因是硬化时析出的硅酸凝胶SiO2mH2O较 多。 | 同一模数的水玻璃，密度越大，则其有效成分 Na2OnSiO2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。 |水泥 |例3-1 现有甲、乙两厂生产的硅酸盐水泥熟料 ，其矿物成分如下表，试估计和比较这两厂所 生产的硅酸盐水泥的性能有何差异？ |解 |由甲厂硅酸盐水泥熟料配制的硅酸盐水泥的强 度发展速度、水化热、d时的强度均高于由 乙厂硅酸盐水泥熟料配制的硅酸盐水泥但耐 腐蚀性则低于由乙厂硅酸盐水泥熟料配制的硅 酸盐水泥。 |评注 甲厂硅酸盐水泥熟料中的硅酸三钙3S 、 铝酸三钙C3 的含量均高于乙厂硅酸盐水泥熟 料，而乙厂硅酸盐水泥熟料中硅酸二钙C2S含量 高于甲厂硅酸盐水泥熟料。熟料矿物成分含量的 不同是造成上述差异的主要原因。 |例3-2.试说明生产硅酸盐水泥时为什么必须掺 入适量石膏？ |解 |水泥熟料中的铝酸三钙遇水后，水化反应的速 度最快，会使水泥发生瞬凝或急凝。为了延长 凝结时间，方便施工，必须掺入适量石膏。 |评注在有石膏存在的条件下，水泥水化时， 石膏能很快与铝酸三钙作用生成水化硫铝酸钙 （钙矾石），钙矾石很难溶解于水，它沉淀在 水泥颗粒表面上形成保护膜，从而阻碍了铝酸 三钙的水化反应，控制了水泥的水化反应速度 ，延缓了凝结时间。 |例3-3 为什么水泥必须具有一定的细度？ |解 |在矿物组成相同的条件下，水泥磨得愈细，水泥 颗粒平均粒径愈小，比表面积越大，水泥水化时 与水的接触面越大，水化速度越快，水化反应越 彻底。相应地水泥凝结硬化速度就越快，早期强 度和后期强度就越高。但其28d水化热也越大， 硬化后的干燥收缩值也越大。另外要把水泥磨得 更细，也需要消耗更多的能量，造成成本提高。 因此水泥应具有一定的细度。 |评注 国家标准GB175-1999规定，水泥的细度 可用比表面积或0.08 mm方孔筛的筛余量（未通 过部分占试样总量的百分率）来表示。如普通水 泥的细度为0.08 mm方孔筛的筛余量不得超过10% 。 |例3-4.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？ |解 |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 镁过多； |（2） 掺入石膏过多； |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 ，使得其在水泥已经硬化后才进行熟化，生成六方板 状的Ca（OH）2晶体，这时体积膨胀以上，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。 |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。 |评注 水泥的体积安定性用雷氏法或试饼法检 验。沸煮后的试饼如目测未发现裂缝，用直尺检 查也没有弯曲，表明安定性合格。反之为不合格 。雷式夹两试件指针尖之间距离增加值的平均值 不大于5.0时，认为水泥安定性合格。沸煮法 仅能检验游离氧化钙的危害。游离氧化镁和过量 石膏往往不进行检验，而由生产厂控制二者的含 量，并低于标准规定的数量。 |例3-5.某些体积安定性不合格的水泥，在存放一 段时间后变为合格，为什么？ |解 |某些体积安定性轻度不合格水泥，在空气中放置 4周以上，水泥中的部分游离氧化钙可吸收空 气中的水蒸汽而水化（或消解），即在空气中存 放一段时间后由于游离氧化钙的膨胀作用被减小 或消除，因而水泥的体积安定性可能由轻度不合 格变为合格。 |评注 必须注意的是，这样的水泥在重新检验 并确认体积安定性合格后方可使用。若在放置上 段时间后体积安定性仍不合格则仍然不得使用。 安定性合格的水泥也必须重新标定水泥的标号， 按标定的标号值使用。 |例3-6.影响硅酸盐水泥水化热的因素有那些？水 化热的大小对水泥的应用有何影响？ |解 |影响硅酸盐水泥水化热的因素主要有硅酸三钙 3S、铝酸三钙C3的含量及水泥的细度。硅酸三 钙3S、铝酸三钙C3的含量越高，水泥的水化 热越高；水泥的细度越细，水化放热速度越快。 |水化热大的水泥不得在大体积混凝土工程中使用 。在大体积混凝土工程中由于水化热积聚在内部 不易散发而使混凝土的内部温度急剧升高，混凝 土内外温差过大，以致造成明显的温度应力，使 混凝土产生裂缝。严重降低混凝土的强度和其它 性能。但水化热对冬季施工的混凝土工程较为有 利，能加快早期强度增长，使抵御初期受冻的能 力提高。 |评注 |水泥矿物在水化反应中放出的热量称 为水化热。水泥水化热的大小及放热 的快慢，主要取决于熟料的矿物组成 和水泥细度。铝酸三钙C3的水化热 最大，硅酸三钙3S的水化热也很大 。通常水泥等级越高，水化热度越大 。凡对水泥起促凝作用的因素均可提 高早期水化热。反之，凡能延缓水化 作用的因素均可降低水化热。 |例3-7.为什么流动的软水对水泥石有腐蚀 作用？ |解 |水泥石中存在有水泥水化生成的氢氧化钙 。氢氧化钙Ca（OH）2可以微溶于水。水泥 石长期接触软水时，会使水泥石中的氢氧 化钙不断被溶出并流失，从而引起水泥石 孔隙率增加。当水泥石中游离的氢氧化钙 Ca（OH）2浓度减少到一定程度时，水泥石 中的其它含钙矿物也可能分解和溶出，从 而导致水泥石结构的强度降低，所以流动 的软水或具有压力的软水对水泥石有腐蚀 作用。 |评注 造成水泥石腐蚀的基本原因有： |（1） 水泥石中含有较多易受腐蚀的 成分，主要有氢氧化钙Ca（OH）2、水化 铝酸三钙C3AH6等。 |（2） 水泥石本身不密实，内部含 有大量毛细孔，腐蚀性介质易于渗入和 溶出，造成水泥石内部也受到腐蚀。 |工程环境中存在有腐蚀性介质且其来源 充足。 |例3-8 既然硫酸盐对水泥石具有腐蚀作用 ，那么为什么在生产水泥时掺入的适量石 膏对水泥石不产生腐蚀作用？ |解 |硫酸盐对水泥石的腐蚀作用，是指水或环 境中的硫酸盐与水泥石中水泥水化生成的 氢氧化钙Ca（OH）2、水化铝酸钙C3AH6反应 ，生成水化硫铝酸钙（钙矾石C3AS3H31）， 产生1.5倍的体积膨胀。由于这一反应是在 变形能力很小的水泥石内产生的，因而造 成水泥石破坏，对水泥石具有腐蚀作用。 |生产水泥时掺入的适量石膏也会和水化产 物水化铝酸钙C3AH6反应生成膨胀性产物水 化硫铝酸钙C3AS3H31，但该水化物主要在水 泥浆体凝结前产生，凝结后产生的较少。 由于此时水泥浆还未凝结，尚具有流动性 及可塑性，因而对水泥浆体的结构无破坏 作用。并且硬化初期的水泥石中毛细孔含 量较高，可以容纳少量膨胀的钙矾石，而 不会使水泥石开裂，因而生产水泥时掺入 的适量石膏对水泥石不产生腐蚀作用，只 起到了缓凝的作用。 |评注 硫酸盐与水泥石中水泥水 化生成的氢氧化钙Ca（OH）2、水 化铝酸钙C3AH6反应，生成水化硫 铝酸钙（钙矾石C3AS3H31），产生 1.5倍的体积膨胀。 钙矾石为微观 针状晶体，人们常称其为水泥杆菌 。 |例3-9 何谓水泥的活性混合材料和非活性混合 材料？二者在水泥中的作用是什么？ |解 |活性混合材料的主要化学成分为活性氧化硅 SiO2和活性氧化铝Al2O3。这些活性材料本身不 会发生水化反应，不产生胶凝性，但在常温下 可与氢氧化钙Ca（OH）2发生水化反应，形成 水化硅酸钙和水化铝酸钙而凝结硬化，最终产 生强度。这些混合材料称为活性混合材料。常 温下不能氢氧化钙Ca（OH）2发生水化反应， 也不能产生凝结硬化和强度的混合材料称为非 活性混合材料。 |活性混合材料在水泥中可以起到调节标 号、降低水化热、增加水泥产量，同时 还可改善水泥的耐腐蚀性和增进水泥的 后期强度等作用。而非活性混合材料在 水泥中主要起填充作用，可调节水泥强 度，降低水化热和增加水泥产量、降低 成本等作用。 |评注常用活性混合材料主要有粒化高 炉矿渣，火山灰质混合材料（常用的有 火山灰、硅藻土等）和粉煤灰等。非活 性混合材料有磨细石英砂、石灰石、粘 土、缓冷矿渣等。 |例3-10 掺混合材的水泥与硅酸盐水泥相比 ，在性能上有何特点？为什么？ |解 | 与硅酸盐水泥相比，掺混合材的水泥在性 质上具有以下不同点： |（1）早期强度低，后期强度发展快。这是 因为掺混合材料的硅酸盐水泥熟料含量少 ，活性混合材料的水化速度慢于熟料，故 早期强度低。后期因熟料水化生成的Ca（ OH）2不断增多并和活性混合材料中的活性 氧化硅SiO2和活性氧化铝Al2O3不断水化， 从而生成众多水化产物，故后期强度发展 快，甚至可以超过同标号硅酸盐水泥。 |（2）掺混合材的水泥水化热低，放热速度 慢。因掺混合材的水泥熟料含量少，故水 化热低。虽然活性材料水化时也放热，但 放热量很少，远远