无机非金属材料工艺学习题

无机非金属材料工艺学习题内容摘要：

量则不断增加，因此浆体的稠度便逐渐增大，颗粒之间的摩擦力和粘结力逐渐增加，所以浆体可塑性逐 渐减小，表现为石膏的 “凝结 ”。 答：两个过程同时进行，干燥硬化和碳酸化。 石灰浆体在干燥过程中，由于水分的蒸发形成孔隙网，留在孔隙内的自由水产生毛细管力，使石灰粒子更加紧密而获得附加强度。 这个强度值不大，当浆体再遇水时，其强度又会丧失。 2．石灰浆体的碳酸化 石灰浆体从空气中吸收二氧化碳，生成碳酸钙。 答：液体水玻璃在空气中吸收二氧化碳，形成无定型碳酸，并逐渐干燥而硬化。 第十章 一、 名词解释 ： 加入适量水后 形成塑性浆体，既能在空气中硬化又能在水中硬化牢固地胶结在一起的细粉状水硬性胶凝材料，通称为水泥。 ： 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 )。 包含两种： （ 1）不掺加混合材料的称 I 型硅酸盐水泥，代号 ； （ 2）在硅酸盐水泥熟料粉磨时，掺加不超过水泥质量 5％的石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的称为 Ⅱ 型硅酸盐水泥，代号 P.Ⅱ。 ： 凡由硅酸盐水泥熟料、 6％一 15％混合材料和适量石膏磨细制成的 水硬性胶凝材料，称为普通砖酸盐水泥 (简称普通水泥 )、代号。 ： 凡由硅酸盐水泥熟料和粒化高炉矿渣，适量石膏细磨制成的水硬性胶凝材料，称为矿渣硅酸盐水泥，代号。 ： 由硅酸盐水泥熟料和火山灰质混合材料，适量石膏细磨制成的水硬性胶凝材料，代号。 ： 由硅酸盐水泥熟料和粉煤灰，适量石膏细磨制成的水硬性胶凝材料，代号。 ： 由硅酸盐水泥熟料和两种或两种以上规定混合材料，适量石膏细磨制成的水硬性胶凝材料。 ： 能加速结晶化全物形成，使水泥生料易于煅烧的少量外加物。 : 是指水泥已经硬化后，产生的不均匀体积变化，从而导致水泥制品出现裂缝或弯曲变形，降低建筑的质量，它包括： fCaO 的安定性， MgO 的安定性和水泥中 SO3引起的安定性不良。 二、 填空题 ：按其用途和性能可分为： 通用水泥 、 专用水泥 和 特性水泥 三大类。 ，但一般波动在 1670800kj/kg 熟料之间。 ，按 它的性质分为 活性 和 非活性 两大类。 石灰石（钙质原料 、 粘土（硅质原料） 和 铁粉（硫酸渣）。 ，其强度 愈高 ，放热量 也越大。 C3A 水化的最终产物与石膏反应的结果，其反应式为 : +3()+26H2O= ，可以分为 结晶水 、 吸附水 和 自由水。 石膏掺入量 密切相关。 镁石引起安定性不良的严重程度 ,不仅与 晶体尺寸 而且与 含量 有关。 组分性质 、 含量 、 烧结温度 等因素。 11 硅酸三钙的水化速率很快，其水化过程根据水化放热速率 时间曲线，可分为五个阶段，即 初始水解期 、 诱导期 、 加速期 、 衰退期 、 稳定期 ，即 ： 干燥带 、 预热带 、 碳酸盐分解带 、 放热反应带 、 烧成带 、冷却带。 CSH 凝胶， Ca(OH)2， 钙矾石（水化硫铝酸钙 ） ，水化铝酸钙、水化铁酸钙等。 双重腐蚀 作用。 C3S 和 C2S，熔剂矿物是指 C3A 和 C4AF。 三、 问答题。 答：硅酸盐水泥熟料化学组成： CaO 62％ 67％； SiO2 20％ 24％； A1203 4％ 7％； Fe2O3 ％6％，外通常还含有 Mg0、 SO Na TiO2 等。 矿物组成：在硅酸盐水泥熟料中 CaO、 A1203 、 Fe2O3 、 SiO2 不是以单独的氧化物存在 ,而是两种或两种以上的氧化物经高温化学反应而生成的多种矿物的集合体。 主要有以下四种矿物： 硅 酸三钙 可简写为 C3S； 硅酸二钙 可简写为 C2S； 硅酸三钙 可简写为 C3A； 铁相固镕体，通常为铁铝酸四钙 可简写成 C4AF 另外，还有少量游离氧化钙、方镁石、含碱矿及玻璃体。 答： C3S 特点： ① 凝结时间正常，水化较快， 28d 可水化 70％； ② Q 放热较多，早期强度高，后期强度增进率较大， σ28d＝ 7080％ σ年 且 σ28d和 σ年在四种矿中最高； ③ 适当提高 C3S 含量，可得优质熟料； ④ C3S 水化热高，抗水性差，（如要求水泥 Q 水化低，抗水化性，则 C3S 要少些）。 C2S 特点： ① 贝利特水化反应较慢， 28d 水化只有 20％左右； ② 凝结硬化慢， σ早较低， σ后增长率较高，一年后赶上 A 的强度； ③ Q 水化热小，抗水性好。 C3A 特点： ① 水化速度快，放热多，凝结快，易使水泥急凝，需加石膏等缓凝剂； ② 硬化快，早强高，后强 σ增加少，强度 3d 内就发挥出来 ； ③ 干缩变形大，抗硫酸盐性能差。 C4AF 特点： ① 水化速度在 C3A 和 C3S 之间，水化热较 C3A 低； ② 早强高，类似 C3A，后期还能不断增长，类似 C2S； ③ 抗冲击性能及抗硫酸盐性能好，因此，在制抗硫酸盐水泥、道路水泥时，可提高 C4AF，但含 C4AF 高熟料难磨。 游离氧化钙和方镁石特点： 死烧的 fCaO＋ H2O→Ca(OH)2 △ V%=% 体积膨胀 它发生在终凝之后，在硬化水泥石内部造成的局部膨胀应力，强度 σ↓，严重性引起安定性不良，浆体破坏。 因此要控制 fCaO 量含量。 f MgO＋ H2O→Mg(OH)2 △ V%=148% 它发生终凝结之后，导致安定性不良。 答：硅率或硅酸率：表示熟料中 SiO2 的质量百分数与 Al2O3+Fe2O3 百分质量之比，还表示硅酸盐矿物与熔剂矿物的比例，反映熟料质量与易烧性。 SM＝ SiO2 /（ Al2O3/Fe2O3） 铝率与铁率： IM 表示熟料中氧化铝与氧化铁的质量百分比或 C3A 与 C4AF 的比例关系。 IM＝ Al2O3 /Fe2O3 石灰饱和系数： KH 表示水泥熟料中的总 CaO 含量扣除饱和酸性氧化物（如 Al2O Fe2O3）所需要的氧化钙后，剩下的与二氧化钙化合的氧化钙的含量与理论上二氧化硅全部化合成硅酸三钙所需要 的氧化钙含量的比值。 答：硅酸盐水泥熟料矿物组成的计算，是假设熟料平衡冷却，并生成 C3S、 C2S、 C3A、 C4AF四种纯矿物，其计算结果与熟料真实矿物组成并不完全一致，有时甚至相差较大。 其原因是： 1，固溶体的影响 实际矿物不是上述四种纯矿物，而是有少量其氧化物的固溶体，即阿利特、贝利特、铁相固溶体等。 2，冷却条件的影响 硅酸盐水泥熟料冷却过程，若缓慢冷却而平衡结晶，则液相几乎全部结晶出 C3A、 C4AF 等矿物。 但在工业生产条件下，冷却 速度较快，因而液相可部分或几乎全部变成玻璃体。 此时，实际 C3A、 C4AF 含量均比计算值低，而 C3S 含量增加。 3．碱和其他微量组分的影响 碱的存在可能与硅酸盐矿物形成 KC23S1，与铝酸三钙形成 NC8A3，而析出 CaO，从而使C3A 减少，而出现 NC8A3，碱也可能影响 C3S 含量。 其他次要氧化物如 TiOz、 Mg0、 P2O5 也会影响熟料的矿物组成。 ，应考虑哪些因素。 答： 1，水泥品种和强度等级： 2，原料品质： 3，燃料品质； 4，生料细度和均匀性； 5，窑型与规格 . 什么。 答：配料计算依据是物料平衡，即反应物的量＝生成物的量。 具体式子如下： ＋干粘土＋干铁粉＝干生料 ＋灼烧粘土＋灼烧煤铁粉＝灼烧生料（无煤灰） ＋煤灰＝熟料 ，都发生了哪些反应。 影响这些反应的因素有哪些。 答：和煤粉混合并将煤粉送入窑内的空气由窑头喷入。 烟气向窑尾运动，料浆由窑尾喂入，在向窑头运动中温度升高，并进行物理、化学反应。 它经过下列六个过程：干燥、预热、碳酸盐分解、固相反应、烧成、冷却。 影响碳酸钙分解反应的因素： (1)石灰石、 粘土的结构和物理性质： 结构致密、质点排列整齐、结晶粗大、晶体缺陷少的石灰石，质地坚硬，分解反应困难。 (2 生料细度：生料细度细，颗粒均匀，粗粒少，生料的比表面积增加，使传热和传质速度加快，有利于分解反应。 (3)反应条件： 提高反应温度，分解反应的速度加快，同时促使 CO2 扩散速度加快；加强通风，及时地排出反应生成的 CO2 气体，也可加速分解反应。 (4)生料悬浮分散程度 ： 生料粉在预热器和分解炉内的悬浮分散性好，则可增加传热面积，减少传质阻力，提高分解速度。 影响固相反应的主要因素： 生科的细度和均匀 性 2．温度和时间 3．原料性质 4．矿化剂 影响烧成的因素： 液相量；液相粘度；液相的表面张力；氧化钙溶解于热料涣相的速率；反应物存在的状态。 ? 答：微量碱能降低最低共熔温度，降低熟料烧成温度，增加液相量，起助熔作用，对熟料性能并不造成多少危害。 但碱含量高时，会出现煅烧困难，同时，碱和熟料矿物反应生成含碱矿物和固溶体 KC23S12 和 NC8A3， C3S 将使难以形成，并增加游离氧化钙的含量，影响熟料强度。 答：熟料冷却有以下作用：提高熟料的质量，改善熟料 的易磨性，回收余热，有利于熟料的输送、储存和粉磨。 答：生产方法和窑型；废气余热的利用。 生料组成细度及生料易烧性；燃料不完全燃烧时的热损失；窑体的散热损失；矿化剂和微量元素的作用。 答：石膏的作用： (1)可以控制水泥的水化速度 ,调节凝结时间； (2)可提高早期强度 ,降低干缩变形 ,改善水泥的耐久性等。 但是加入的石膏要适量，过量的石膏会引起安定性不良，强度降低。 ，可将其水化过程分为哪几个阶段。 简 述各阶段的特点。 答： C3S 水化速率很快，其水化过程可由水化放热速率－水化时间曲线而得。 可分为五个阶段： 初始水化期（诱导前期）：加水后立即发生急剧反应迅速放热，约在 15 分钟内结束； 诱导期：水解反应很慢，一般维持 2 到 4 小时，是硅酸盐水泥能在几个小时内保持塑性的原因； 加速期：反应重新加快反应速率随时间而增长，出现第二个放热峰，在峰顶达到最大反应速率，维持 4 到 8 个小时，然后开始早期硬化； 衰减期：反应速率随时间下降，时间维持 12 到 24 小时； 稳定期：反应速率很低并基本稳定的阶段，水化完全受扩散速率控制。 影响 C3S 水化的因素： ① 水灰比。 ② 细度：越细。 水化越快。 ③ 温度 T 上升水化加速。 ④ 碱度，有 K+ ， Na+，水化速度加快。 ⑤ 外加剂：减水及可加速水化。 可以分为哪几个阶段。 答：水泥的主要水化产物是氢氧化钙、 CSH 凝胶、水化硫铝酸钙、水化铝酸钙和水化铁酸钙等。 可分为三个阶段。 ； 水化期；。 答：影响水泥水化的因素有很多，主要有以下几种：熟料矿物组成；水灰比；细度；养护温度；外 加剂。 答：水泥石的强度产生于水泥的水化反应生成 CSH 凝胶，随着凝胶不断产生，聚集，交联成立体网状结构，凝结，硬化，然后就有了强度。 在使用中要注意哪些问题。 答：高铝水泥是以铝酸钙为主，氧化铝含量约 50％的熟料，磨细制成的水硬性胶凝材料。 性能特点： T 初﹥ 40min； T 终凝﹤ 10h。 高铝水泥的特点是强度发展非常迅速， 24h 内几乎可达到最高强度。 氧护和使用温度﹤ 30℃ ，不能蒸汽养护，不能与硅酸盐水泥共用（易闪凝） 使用：高炉内衬，做膨胀 水泥，自应力水泥， 1200－ 1400℃ 耐热混凝土 四、 计算题 ，经初步配合比试验调整后，混凝土拌合物各种材料用量为： 普通水泥（实测强度为 48Mpa） , 水 , 砂 ，碎石 ，测得混凝土拌合物表观密度为 2400kg/m3,① 试估算此混凝土 28 天强度能达到多少。 ② 试计算每立方米混凝土拌合物各种材料用量。 （ A=,B=,保证率为 95%,t=） 解 :(1)此混凝土的 28 天强度为 : Ｒ 28＝ＡＲ c(C/WB)=48()= (2)1M3 混凝土拌合物各种用量 : C:S:G:W=:::=1::: 水泥的用量为 : C+++=2400 C=371kg/m3 S==594kg/m3 G==1250kg/m3 W==185kg/m3 ，其干燥基化学成分为： (%) Loss SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO 2 .91 试计算其灼烧基化学成分。 解： ① 由于燥基与灼烧基的软换关系：灼烧基含量 =干燥基 (4 分 ) ② 灼烧基 SiO2= Al2O3= Fe2O3= CaO= Mgo== SiO2 全部化合生成 C2S 时的石灰饱和系数 KH。 解： ① 由石灰饱和系数 KH 与熟料矿物组成的关系式： KH2= ? ② 当 SiO2 全部化合生成 C2S。