浅谈硅酸盐水泥与铝酸盐水泥的对比研究

摘要：对硅酸盐水泥和铝酸盐水泥的组成、性能指标和水化机理进行了分析，对比二者性能差异对其应用范围进行了区别。

关键词：硅酸盐水泥 铝酸盐水泥 组成 性能 水化机理 应用

水泥是加水能搅拌和成塑性浆体，可胶结砂石等材料，并能在空气和水中硬化的粉状水硬性胶凝材料，是基建工程的主要原材料之一，具有原材料广泛、防火、适应性强和应用方便等优点[1]，广泛应用于工农业、国防、交通、城市建设等工程，在代钢代木等方面具有技术经济上的优越性，对保证国家建设和提高人民生活水平具有重要意义。水泥种类繁多，根据国家标准的命名原则，按其主要水硬性矿物名称可分为硅酸盐系、铝酸盐系、硫铝酸盐系等系列品种，也可按其用途和性能分为通用水泥、专用水泥以及特性水泥三大类，不同的水泥具有其特有的用途。本文主要对硅酸盐水泥和铝酸盐水泥的组成、性能特点、水化机理和应用进行了较为详细的对比研究，对二者在工程的选用具有一定得指导意义。

一、硅酸盐水泥与铝酸盐水泥对比研究

在目前已投入应用的百余种水泥中，应用最广泛的是硅酸盐系水泥和铝酸盐系水泥，其中又以硅酸盐水泥和铝酸盐水泥的应用最为普遍。由于组成成分和水化机理的不同，这两种水泥具有截然不同的特性，其应用范围也大不相同。

1.硅酸盐水泥

在水泥诸品种中，硅酸盐水泥是应用最广和研究最多的。按国家标准《GB175-2008》规定：凡由硅酸盐水泥熟料、0-5%的石灰石或粒化矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料为硅酸盐水泥。其矿物组成主要是：硅酸三钙（3CaO・SiO2）、硅酸二钙（2CaO・SiO2）、铝酸三钙（3CaO・Al2O3）和铁铝酸四钙（4CaO・Al2O3・Fe2O3）。其中硅酸三钙和硅酸二钙是主要的，占70%以上。上述几种矿物主要是依靠原料中提供的CaO（62-68%）、SiO2（20-24%）、Al2O3（4-7%）和Fe2O3（2.5-6.5%）等在高温下互相作用而形成的。

通过上述过程可以看出，硅酸盐水泥的水化反应是从颗粒表面逐渐深入到内层的，开始进行较快，随后由于水泥颗粒表层生成了凝胶膜，其水分的渗入也就越来越困难，水化作用也就越来越慢。一般水泥在开始的3-7天内，水化、水解速度快，强度增长亦较快，大致在28天内可以完成这个过程的基本部分，以后则显著减慢，强度增长亦极为缓慢。实践证实若完成水泥的水化和水解全过程，需要几年、几十年的时间[2]。

在常用的水泥品种中，硅酸盐水泥标号较高，常用于重要结构中的高强度混凝土、钢筋混凝土和预应力混凝土工程；抗冻性好，适用于冬季施工及严寒地区遭受反复冻融的工程；干缩性好，耐磨性好，不易产生裂缝，可用于干燥环境下的地面及路面工程。

但同时硅酸盐水泥也存在一定的不足：（1）硬化后含有较多的氢氧化钙，抗软水侵蚀和抗化学侵蚀性差，不适用于空气中CO2含量较高的环境，不宜用于受流动的软水和有水压作用的工程，也不宜用于受海水和矿物水作用的工程；（2）水化过程中放出大量的热，不宜用于大体积混凝土工程；（3）耐腐蚀性差，不宜用于经常与流动淡水或硫酸盐等腐蚀性介质接触的工程；（4）耐热性差，不宜用于有耐热要求的工程。

2.铝酸盐水泥

铝酸盐水泥是以矾土或含铝废渣为主要原料、烧制成以铝酸盐矿物或铝酸盐复合矿物为基本组成的水泥，代号为CA，主要矿物组成为铝酸一钙（CaO・Al2O3）和二铝酸一钙（CaO・2Al2O3），主要化学成分为CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3和少量的MgO、TiO2等[3]。

①当用户需要时，生产厂应提供结果和测定方法

表4铝酸盐水泥物理性能指标

①当用户需要时，生产厂应提供结果

铝酸盐水泥的水化作用主要是铝酸一钙的水化过程，其水化反应随温度而不同：当温度30℃时，主要水化产物为3CaO・Al2O3・6H2O。CA2的水化与CA基本相同，但水化速率较慢。另外，C12A7的水化反应很快，也生成C2AH8，C2AS与水作用则极为微弱，可视为惰性矿物，少量的C2S则生成水化硅酸钙凝胶。

由于其特有的水化机理，铝酸盐水泥具有与硅酸盐水泥不同的特点，在应用范围上也存在一定区别：（1）水化热大，与一般高强度硅酸盐水泥大致相同，但放热速率特别快，且放热集中，1d内即可放出水化热总量的70-80%；（2）耐高温性好，可用于1000℃以下的耐热构筑物；（3）耐硫酸腐蚀性强，抗腐蚀性高于抗硫酸盐水泥；（4）硬化后不含铝酸三钙，不析出游离的氢氧化钙，且硬化后结构致密，对矿物水的侵蚀作用有很高的抵抗性；（5）属早强型水泥，其1d强度可达3d强度的80%以上，3d强度便可达到普通硅酸盐水泥28d的水平，后期强度增长不显著，主要用于工期紧急的工程和抢修工程。

二、结论

硅酸盐水泥和铝酸盐水泥作为应用最为普遍的水泥品种，其重要性不言而喻。但是由于其成分、水化机理不同，使他们的性能存在较大差异，进而导致应用范围的不同。硅酸盐水泥标号高、抗冻性好、干缩性好、耐磨性好、不易产生裂缝，常用于重要结构中的高强度混凝土、钢筋混凝土和预应力混凝土工程，且适用于冬季施工、严寒地区遭受反复冻融的工程和干燥环境下的地面工程。铝酸盐水泥放热速率特别快、耐高温性好、耐硫酸腐蚀性强、不析出游离的氢氧化钙、早期强度高，可用于耐热构筑物、腐蚀性环境、矿物水侵蚀环境、工期紧急的工程和抢修工程等。不同的水泥优缺点也不同，适用范围不同，因此在工程施工过程中，明确水泥应用范围，正确合理的选用水泥品种对保证工程质量具有十分重要的作用。

参考文献：

[1]吴中伟，廉惠珍. 高性能混凝土[M]. 北京：中国铁道出版社，1999.

[2]张亚苗.对硅酸盐水泥技术指标的几点分析[J]. 山西建筑，2009， 12（35）：169-170.

[3]沈春林. 聚合物水泥防水涂料[M]. 北京：化学工业出版社，2003.