硅酸盐水泥与铝酸盐水泥的比照研究.docx

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1、硅酸盐水泥与铝酸盐水泥的比照研究硅酸盐水泥与铝酸盐水泥的比照研究摘要：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，比照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1前言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

2、为硅酸盐系、铝酸盐系、硫铝酸盐系等系列品种，可以按其用处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处。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具体的比照研究，对二者在工程的选用具有一定得指导意义。2硅酸盐水泥与铝酸盐水泥比照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，其应用范围也大不一样。2.1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（GB175-2020）规定：

3、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3CaOSiO2、硅酸二钙2CaOSiO2、铝酸三钙3CaOAl2O3和铁铝酸四钙4CaOAl2O3Fe2O3。其中硅酸三钙和硅酸二钙是主要的，占70%以上2。上述几种矿物主要是依靠原料中提供的CaO62-68%、SiO220-24%、Al2O34-7%和Fe2O32.5-6.5%等在高温下相互作用而构成的。硅酸盐水泥分为二类：不掺加混合材料的称型硅酸盐水泥，代号为P；在熟料粉磨时掺入不超过水泥质量5%的石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的称型硅酸盐水泥，代号为P，其主要技术要求如

4、表1所示3。当水泥加水拌和后，在水泥颗粒外表立即发生水化反响，水化产物溶于水中，接着，水泥颗粒又重新暴露出新的外表，继续与水反响，如此不断，使水泥颗粒周围的溶液很快成为水化产物的饱和溶液，见图1a。在溶液到达饱和后，水泥继续水化生成的产物就不能再溶解，就有很多细小分散状态的颗粒析出，构成凝胶体，见图1b。随着水化的继续进行，新生胶粒不断增加，凝胶体逐步变浓，水泥浆逐步凝结，凝胶体中的氢氧化钙将逐步转变为结晶，见图1c。结晶贯穿于凝胶体中，构成具有一定强度的水泥石，见图1d。随着硬化时间的延续，水泥颗粒内部未能水化部分将继续水化，使晶体逐步增加，凝胶体逐步密实，水泥石就具有越来越高的胶结力和强度

5、。另外，当水泥在空气中凝结硬化时，其外表水化构成的氢氧化钙会与空气中的二氧化碳作用，生成碳酸钙薄层。通过上述经过能够看出，硅酸盐水泥的水化反响是从颗粒外表逐步深化到内层的，开场进行较快，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。一般水泥在开场的3-7天内，水化、水解速度快，强度增长亦较快，大致在28天内能够完成这个经过的基本部分，以后则显著减慢，强度增长亦极为缓慢。实践证明若完成水泥的水化和水解全经过，需要几年、几十年的时间4。在常用的水泥品种中，硅酸盐水泥标号较高，常用于重要构造中的高强度混凝土、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

6、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，可用于枯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缺乏：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水化经过中放出大量的热，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5。2.2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

7、钙CaOAl2O3和二铝酸一钙CaO2Al2O3，主要化学成分为CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3和少量的MgO、TiO2等6。铝酸盐水泥按Al2O3含量百分数能够分为四类：CA-50、CA-60、CA-70和CA-80。其化学成分及主要物理性能指标如表3、4所示。表3铝酸盐水泥的化学成分GB201-2000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经过，其水化反响随温度而不同：当温度20时，其主要水化产物为CaOAl2O310H2O；当温度在20-30时，主要水化产物为2CaOAl2O38H2

8、O；当温度30时，主要水化产物为3CaOAl2O36H2O。CA2的水化与CA基本一样，但水化速率较慢。另外，C12A7的水化反响很快，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。水化物CAH10或C2AH8为针状或片状晶体，相互结成坚固的结晶连生体，构成晶体骨架。同时所生成的氢氧化铝凝胶填塞于骨架空间，构造致密，使水泥初期强度能得到迅速增长，而以后强度增长不显著。CAH10和C2AH8随着时间延长逐步转化为较稳定的C3AH6，此经过随着环境温度的上升而加速，其结果游离水从水泥石内析出，孔隙增大，同时C3AH6本身强度较低，晶体间结合差，因此

9、使水泥石的强度大为下降，引起长期强度下降，十分在湿热环境中，强度降低显著后期强度可比最高强度值降低40%以上。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一样，但放热速率十分快，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下面的耐热构筑物；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，且硬化后构造致密，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强度便可到达普通硅酸盐水泥28d的水平，后期强

10、度增长不显著，主要用于工期紧急的工程和抢修工程。3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，常用于重要构造中的高强度混凝土、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枯燥环境下的地面工程。铝酸盐水泥放热速率十分快、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，因而在工程施工经过中，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特别重要的作用。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，2020,12(35):169-170.3袁润章.胶凝材料学第二版M.武汉：武汉理工大学出版社，1996.4沈春林.聚合物水泥防水涂料M.北京：化学工业出版社，2003.5李连生，郭芳芳.硅酸盐水泥的主要性能和应用J.应用能源技术，2007(4):10-11.6张宇震.中国铝酸盐水泥的生产与发展J.水泥，2003(7):42-45.