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、適應性強和應用方便等優點，廣泛應用于工農業、國防、交通、城市建設等工程，在代鋼代木等方面具有技術經濟上的優越性，對保證國家建設和提高人民生活水平具有重要意義。水泥種類繁多，根據國家標準的命名原則，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。本文著重強調硅酸鹽和鋁酸鹽水泥從成分上到能力上的不同之處，從細節上進行逐一對比來達到對強化二者性能記憶的目的，對于分別選用和其他材料的應用選擇具有良好的促進意義，并期望對于建筑事業來說，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

此二種水泥是當前建筑應用范圍最廣的兩種，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量5%的石灰石或粒化高爐礦渣混合材料的稱Ⅱ型硅酸鹽水泥，代號為P·Ⅱ。

當水泥加水拌和后，在水泥顆粒表面立即發生水化反應，水化產物溶于水中，接著，水泥顆粒又重新暴露出新的表面，繼續與水反應，如此不斷，使水泥顆粒周圍的溶液很快成為水化產物的飽和溶液，在溶液達到飽和后，水泥繼續水化生成的產物就不能再溶解，就有許多細小分散狀態的顆粒析出，形成凝膠體，。隨著水化的繼續進行，新生膠粒不斷增加，凝膠體逐漸變濃，水泥漿逐漸凝結，凝膠體中的氫氧化鈣將逐漸轉變為結晶。結晶貫穿于凝膠體中，形成具有一定強度的水泥石，。隨著硬化時間的延續，水泥顆粒內部未能水化部分將繼續水化，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力和強度。另外，當水泥在空氣中凝結硬化時，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。

將上述文字總結起來說就是，硅酸鹽水泥的反應由表及里，先快后慢的過程，一開始由于接觸面積較大，反應的速度和程度都較強，但是，反應雙方中和為一層阻塞膜，使得進一步反應的速度越來越慢，舉例說明，反應最快的時間段在前一個星期，而持續反應在一個月內大致成形，伺候的工作將越來越困難，經過論證計算，水化過程在幾年甚至幾十年以后才能最終形成。

水泥產品中，硅酸鹽者的強度是相對很高的一種，建筑中也體現在針對強硬度的使用上，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，第三個特點是水分揮發后的干固程度很好，產生裂紋的幾率小，所以對濕度的要求也相對低。

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

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含量百分數可以分為四類：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，其水化反應隨溫度而不同：當溫度＜20℃時，其主要水化產物為CaO·Al2O3· 10H2O；當溫度在20℃-30℃時，主要水化產物為2CaO·Al2O3·8H2O；當溫度＞30℃時，主要水化產物為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，互相結成堅固的結晶連生體，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，結構致密，使水泥初期強度能得到迅速增長，而以后強度增長不顯著。CAH10和C2AH8隨著時間延長逐漸轉化為較穩定的C3AH6，此過程隨著環境溫度的上升而加速，其結果游離水從水泥石內析出，孔隙增大，同時C3AH6本身強度較低，晶體間結合差，因而使水泥石的強度大為下降，引起長期強度下降，特別在濕熱環境中，強度降低顯著（后期強度可比最高強度值降低40%以上）。

水化的原理性質不同，因此鋁酸鹽水泥反應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放出大量的熱能，通常的放熱量在1天之內就能達到7成以上。第二，對于上限溫度的承受，能夠在1000℃左右的環境下工作。第三，耐腐等級較高，能夠抗擊非內部水和酸性物質的侵蝕，能夠達到很高的耐受性。第四，不產生氫氧化鈣。第五，強度上升快，在最早的時間內完成大部分強化工作。3天的強度相當于硅酸鹽水泥一個月的強度。但是所有強化工作結束要耗費漫長時間，適用于工期短，速度要求高的工程和迅速補修工程。

結語

硅酸鹽水泥和鋁酸鹽水泥作為應用最為普遍的水泥品種，其重要性不言而喻。但這兩種材料的內涵成分和使用特性并不相同,也不可能相互代替使用。其區別具體說來如下：前者適用于低溫情況較多的環境，其機理主要體現于硬度高，面對收縮時產生裂紋的幾率小，抗低溫，甚至在上凍的溫度下也能進行操作，以高強度著稱，因此在高強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，對于酸性物質的忍受度好，完工時的狀態是最好的，面對對速度要求較高而溫度較高的環境往往使用后者。所以從地理條件來說，前者在北方應用的范圍廣，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意義。

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