硅酸鹽與鋁酸鹽水泥的對比分析

王寶山

1 概述

水泥是加水能攪拌和成塑性漿體，可膠結(jié)砂石等材料，并能在空氣和水中硬化的粉狀水硬性膠凝材料，是基建工程的主要原材料之一，具有原材料廣泛、防火、適應(yīng)性強(qiáng)和應(yīng)用方便等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)、國防、交通、城市建設(shè)等工程，在代鋼代木等方面具有技術(shù)經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)越性，對保證國家建設(shè)和提高人民生活水平具有重要意義。水泥種類繁多，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)的命名原則，按其主要水硬性礦物名稱可分為硅酸鹽系、鋁酸鹽系、硫鋁酸鹽系等系列品種，也可按其用途和性能分為通用水泥、專用水泥以及特性水泥三大類，不同的水泥具有其特有的用途。本文著重強(qiáng)調(diào)硅酸鹽和鋁酸鹽水泥從成分上到能力上的不同之處，從細(xì)節(jié)上進(jìn)行逐一對比來達(dá)到對強(qiáng)化二者性能記憶的目的，對于分別選用和其他材料的應(yīng)用選擇具有良好的促進(jìn)意義，并期望對于建筑事業(yè)來說，能為各方人員所了解。

2 硅酸鹽水泥與鋁酸鹽水泥對比研究

此二種水泥是當(dāng)前建筑應(yīng)用范圍最廣的兩種，能夠得到各級建筑師的青睞。而除此之外還有幾百種的水泥在應(yīng)用的過程中。而這兩種水泥在合成和干固的過程也是有著不同點的，不能隨意將其混合利用，在適用范圍方面，還是有一定明確的區(qū)分的。

2.1 硅酸鹽水泥

硅酸鹽水泥分為二類：不摻加混合材料的稱Ⅰ型硅酸鹽水泥，代號為P·Ⅰ；在熟料粉磨時摻入不超過水泥質(zhì)量5%的石灰石或?；郀t礦渣混合材料的稱Ⅱ型硅酸鹽水泥，代號為P·Ⅱ。

當(dāng)水泥加水拌和后，在水泥顆粒表面立即發(fā)生水化反應(yīng)，水化產(chǎn)物溶于水中，接著，水泥顆粒又重新暴露出新的表面，繼續(xù)與水反應(yīng)，如此不斷，使水泥顆粒周圍的溶液很快成為水化產(chǎn)物的飽和溶液，在溶液達(dá)到飽和后，水泥繼續(xù)水化生成的產(chǎn)物就不能再溶解，就有許多細(xì)小分散狀態(tài)的顆粒析出，形成凝膠體，。隨著水化的繼續(xù)進(jìn)行，新生膠粒不斷增加，凝膠體逐漸變濃，水泥漿逐漸凝結(jié)，凝膠體中的氫氧化鈣將逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶。結(jié)晶貫穿于凝膠體中，形成具有一定強(qiáng)度的水泥石，。隨著硬化時間的延續(xù)，水泥顆粒內(nèi)部未能水化部分將繼續(xù)水化，使晶體逐漸增多，凝膠體逐漸密實，水泥石就具有越來越高的膠結(jié)力和強(qiáng)度。另外，當(dāng)水泥在空氣中凝結(jié)硬化時，其表面水化形成的氫氧化鈣會與空氣中的二氧化碳作用，生成碳酸鈣薄層。

將上述文字總結(jié)起來說就是，硅酸鹽水泥的反應(yīng)由表及里，先快后慢的過程，一開始由于接觸面積較大，反應(yīng)的速度和程度都較強(qiáng)，但是，反應(yīng)雙方中和為一層阻塞膜，使得進(jìn)一步反應(yīng)的速度越來越慢，舉例說明，反應(yīng)最快的時間段在前一個星期，而持續(xù)反應(yīng)在一個月內(nèi)大致成形，伺候的工作將越來越困難，經(jīng)過論證計算，水化過程在幾年甚至幾十年以后才能最終形成。

水泥產(chǎn)品中，硅酸鹽者的強(qiáng)度是相對很高的一種，建筑中也體現(xiàn)在針對強(qiáng)硬度的使用上，第二個特點是能夠耐受低溫，這與鋁酸鹽恰好相反，后者對高溫的耐受性好，而低溫不過關(guān)，第三個特點是水分揮發(fā)后的干固程度很好，產(chǎn)生裂紋的幾率小，所以對濕度的要求也相對低。

雖然它的優(yōu)點較明顯，但是也有缺陷的存在，首先，干硬后會產(chǎn)生大量氫氧化鈣，放水等級低，遇見化學(xué)成分和二氧化碳環(huán)境時強(qiáng)度會被消減，所以在有水的環(huán)境下都不適于操作，其次，水化過程中內(nèi)部溫度急劇升高并向外擴(kuò)散，如果大面積施工則隱患眾多，第三，溫度的承受喜低不喜高，嚴(yán)酷的低溫可以生存，但是高溫反而強(qiáng)度會下降。以上這些缺點能夠被鋁酸鹽水泥很好的彌補(bǔ)。后者的優(yōu)點正體現(xiàn)在對前者的彌補(bǔ)過程中。

2.2 鋁酸鹽水泥

鋁酸鹽水泥是以礬土或含鋁廢渣為主要原料、燒制成以鋁酸鹽礦物或鋁酸鹽復(fù)合礦物為基本組成的水泥，代號為CA，主要礦物組成為鋁酸一鈣（CaO·Al2O3）和二鋁酸一鈣（CaO·2Al2O3），主要化學(xué)成分為CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3和少量的MgO、TiO2等。

鋁酸鹽水泥按Al2O3含量百分?jǐn)?shù)可以分為四類：CA-50、CA-60、CA-70和CA-80。

鋁酸鹽水泥的水化作用主要是鋁酸一鈣的水化過程，其水化反應(yīng)隨溫度而不同：當(dāng)溫度＜20℃時，其主要水化產(chǎn)物為CaO·Al2O3· 10H2O；當(dāng)溫度在20℃-30℃時，主要水化產(chǎn)物為2CaO·Al2O3·8H2O；當(dāng)溫度＞30℃時，主要水化產(chǎn)物為3CaO·Al2O3·6H2O。CA2的水化與CA基本相同，但水化速率較慢。另外，C12A7的水化反應(yīng)很快，也生成C2AH8，C2AS與水作用則極為微弱，可視為惰性礦物，少量的C2S則生成水化硅酸鈣凝膠。

水化物CAH10或C2AH8為針狀或片狀晶體，互相結(jié)成堅固的結(jié)晶連生體，形成晶體骨架。同時所生成的氫氧化鋁凝膠填塞于骨架空間，結(jié)構(gòu)致密，使水泥初期強(qiáng)度能得到迅速增長，而以后強(qiáng)度增長不顯著。CAH10和C2AH8隨著時間延長逐漸轉(zhuǎn)化為較穩(wěn)定的C3AH6，此過程隨著環(huán)境溫度的上升而加速，其結(jié)果游離水從水泥石內(nèi)析出，孔隙增大，同時C3AH6本身強(qiáng)度較低，晶體間結(jié)合差，因而使水泥石的強(qiáng)度大為下降，引起長期強(qiáng)度下降，特別在濕熱環(huán)境中，強(qiáng)度降低顯著（后期強(qiáng)度可比最高強(qiáng)度值降低40%以上）。

水化的原理性質(zhì)不同，因此鋁酸鹽水泥反應(yīng)的過程顯示出了獨特的個性，直接影響到了使用能力：第一，水化過程可以在很短的時間內(nèi)放出大量的熱能，通常的放熱量在1天之內(nèi)就能達(dá)到7成以上。第二，對于上限溫度的承受，能夠在1000℃左右的環(huán)境下工作。第三，耐腐等級較高，能夠抗擊非內(nèi)部水和酸性物質(zhì)的侵蝕，能夠達(dá)到很高的耐受性。第四，不產(chǎn)生氫氧化鈣。第五，強(qiáng)度上升快，在最早的時間內(nèi)完成大部分強(qiáng)化工作。3天的強(qiáng)度相當(dāng)于硅酸鹽水泥一個月的強(qiáng)度。但是所有強(qiáng)化工作結(jié)束要耗費漫長時間，適用于工期短，速度要求高的工程和迅速補(bǔ)修工程。

結(jié)語

硅酸鹽水泥和鋁酸鹽水泥作為應(yīng)用最為普遍的水泥品種，其重要性不言而喻。但這兩種材料的內(nèi)涵成分和使用特性并不相同,也不可能相互代替使用。其區(qū)別具體說來如下：前者適用于低溫情況較多的環(huán)境，其機(jī)理主要體現(xiàn)于硬度高，面對收縮時產(chǎn)生裂紋的幾率小，抗低溫，甚至在上凍的溫度下也能進(jìn)行操作，以高強(qiáng)度著稱，因此在高強(qiáng)度砼工程中十分多見。后者降溫程度好，在溫度上的特點是能夠耐受較高溫度，對于酸性物質(zhì)的忍受度好，完工時的狀態(tài)是最好的，面對對速度要求較高而溫度較高的環(huán)境往往使用后者。所以從地理條件來說，前者在北方應(yīng)用的范圍廣，而后者在南方條件下更容易使用，但是具體使用的時候還要考慮具體原因。這對于材料的針對選擇有較強(qiáng)意義。

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