硅酸盐与铝酸盐水泥的对比分析

王宝山

1 概述

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，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。本文着重强调硅酸盐和铝酸盐水泥从成分上到能力上的不同之处，从细节上进行逐一对比来达到对强化二者性能记忆的目的，对于分别选用和其他材料的应用选择具有良好的促进意义，并期望对于建筑事业来说，能为各方人员所了解。

2 硅酸盐水泥与铝酸盐水泥对比研究

此二种水泥是当前建筑应用范围最广的两种，能够得到各级建筑师的青睐。而除此之外还有几百种的水泥在应用的过程中。而这两种水泥在合成和干固的过程也是有着不同点的，不能随意将其混合利用，在适用范围方面，还是有一定明确的区分的。

2.1 硅酸盐水泥

硅酸盐水泥分为二类：不掺加混合材料的称Ⅰ型硅酸盐水泥，代号为P·Ⅰ；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Ⅱ型硅酸盐水泥，代号为P·Ⅱ。

当水泥加水拌和后，在水泥颗粒表面立即发生水化反应，水化产物溶于水中，接着，水泥颗粒又重新暴露出新的表面，继续与水反应，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，在溶液达到饱和后，水泥继续水化生成的产物就不能再溶解，就有许多细小分散状态的颗粒析出，形成凝胶体，。随着水化的继续进行，新生胶粒不断增加，凝胶体逐渐变浓，水泥浆逐渐凝结，凝胶体中的氢氧化钙将逐渐转变为结晶。结晶贯穿于凝胶体中，形成具有一定强度的水泥石，。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，使晶体逐渐增多，凝胶体逐渐密实，水泥石就具有越来越高的胶结力和强度。另外，当水泥在空气中凝结硬化时，其表面水化形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。

将上述文字总结起来说就是，硅酸盐水泥的反应由表及里，先快后慢的过程，一开始由于接触面积较大，反应的速度和程度都较强，但是，反应双方中和为一层阻塞膜，使得进一步反应的速度越来越慢，举例说明，反应最快的时间段在前一个星期，而持续反应在一个月内大致成形，伺候的工作将越来越困难，经过论证计算，水化过程在几年甚至几十年以后才能最终形成。

水泥产品中，硅酸盐者的强度是相对很高的一种，建筑中也体现在针对强硬度的使用上，第二个特点是能够耐受低温，这与铝酸盐恰好相反，后者对高温的耐受性好，而低温不过关，第三个特点是水分挥发后的干固程度很好，产生裂纹的几率小，所以对湿度的要求也相对低。

虽然它的优点较明显，但是也有缺陷的存在，首先，干硬后会产生大量氢氧化钙，放水等级低，遇见化学成分和二氧化碳环境时强度会被消减，所以在有水的环境下都不适于操作，其次，水化过程中内部温度急剧升高并向外扩散，如果大面积施工则隐患众多，第三，温度的承受喜低不喜高，严酷的低温可以生存，但是高温反而强度会下降。以上这些缺点能够被铝酸盐水泥很好的弥补。后者的优点正体现在对前者的弥补过程中。

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。

铝酸盐水泥按Al2O3含量百分数可以分为四类：CA-50、CA-60、CA-70和CA-80。

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＜20℃时，其主要水化产物为CaO·Al2O3· 10H2O；当温度在20℃-30℃时，主要水化产物为2CaO·Al2O3·8H2O；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。

水化物CAH10或C2AH8为针状或片状晶体，互相结成坚固的结晶连生体，形成晶体骨架。同时所生成的氢氧化铝凝胶填塞于骨架空间，结构致密，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随着时间延长逐渐转化为较稳定的C3AH6，此过程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，因而使水泥石的强度大为下降，引起长期强度下降，特别在湿热环境中，强度降低显著（后期强度可比最高强度值降低40%以上）。

水化的原理性质不同，因此铝酸盐水泥反应的过程显示出了独特的个性，直接影响到了使用能力：第一，水化过程可以在很短的时间内放出大量的热能，通常的放热量在1天之内就能达到7成以上。第二，对于上限温度的承受，能够在1000℃左右的环境下工作。第三，耐腐等级较高，能够抗击非内部水和酸性物质的侵蚀，能够达到很高的耐受性。第四，不产生氢氧化钙。第五，强度上升快，在最早的时间内完成大部分强化工作。3天的强度相当于硅酸盐水泥一个月的强度。但是所有强化工作结束要耗费漫长时间，适用于工期短，速度要求高的工程和迅速补修工程。

结语

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。但这两种材料的内涵成分和使用特性并不相同,也不可能相互代替使用。其区别具体说来如下：前者适用于低温情况较多的环境，其机理主要体现于硬度高，面对收缩时产生裂纹的几率小，抗低温，甚至在上冻的温度下也能进行操作，以高强度著称，因此在高强度砼工程中十分多见。后者降温程度好，在温度上的特点是能够耐受较高温度，对于酸性物质的忍受度好，完工时的状态是最好的，面对对速度要求较高而温度较高的环境往往使用后者。所以从地理条件来说，前者在北方应用的范围广，而后者在南方条件下更容易使用，但是具体使用的时候还要考虑具体原因。这对于材料的针对选择有较强意义。

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