1前言
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(diǎn)[1]，廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)、國(guó)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(duì)保證國(guó)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(guó)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。本文主要對(duì)硅酸鹽水泥和鋁酸鹽水泥的組成、性能特點(diǎn)、水化機(jī)理和應(yīng)用進(jìn)行了較為詳細(xì)的對(duì)比研究，對(duì)二者在工程的選用具有一定得指導(dǎo)意義。
2硅酸鹽水泥與鋁酸鹽水泥對(duì)比研究
在目前已投入應(yīng)用的百余種水泥中，應(yīng)用最廣泛的是硅酸鹽系水泥和鋁酸鹽系水泥，其中又以硅酸鹽水泥和鋁酸鹽水泥的應(yīng)用最為普遍。由于組成成分和水化機(jī)理的不同，這兩種水泥具有截然不同的特性，其應(yīng)用范圍也大不相同。
2.1硅酸鹽水泥
在水泥諸品種中，硅酸鹽水泥是應(yīng)用最廣和研究最多的。按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GB175-2008》規(guī)定：凡由硅酸鹽水泥熟料、0-5%的石灰石或粒化礦渣、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料為硅酸鹽水泥。其礦物組成主要是：硅酸三鈣(3CaO·SiO2)、硅酸二鈣(2CaO·SiO2)、鋁酸三鈣(3CaO·Al2O3)和鐵鋁酸四鈣(4CaO·Al2O3·Fe2O3)。其中硅酸三鈣和硅酸二鈣是主要的，占70%以上[2]。上述幾種礦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%)等在高溫下互相作用而形成的。
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(hào)為P·Ⅰ;在熟料粉磨時(shí)摻入不超過水泥質(zhì)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(hào)為P·Ⅱ，其主要技術(shù)要求如表1所示[3]。
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，見圖1(a)。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，見圖1(b)。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，見圖1(c)。結(jié)晶貫穿于凝膠體中，形成具有一定強(qiáng)度的水泥石，見圖1(d)。隨著硬化時(shí)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(shí)，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(shí)，其表面水化形成的氫氧化鈣會(huì)與空氣中的二氧化碳作用，生成碳酸鈣薄層。
通過上述過程可以看出，硅酸鹽水泥的水化反應(yīng)是從顆粒表面逐漸深入到內(nèi)層的，開始進(jìn)行較快，隨后由于水泥顆粒表層生成了凝膠膜，其水分的滲入也就越來越困難，水化作用也就越來越慢。一般水泥在開始的3-7天內(nèi)，水化、水解速度快，強(qiáng)度增長(zhǎng)亦較快，大致在28天內(nèi)可以完成這個(gè)過程的基本部分，以后則顯著減慢，強(qiáng)度增長(zhǎng)亦極為緩慢。實(shí)踐證實(shí)若完成水泥的水化和水解全過程，需要幾年、幾十年的時(shí)間[4]。
在常用的水泥品種中，硅酸鹽水泥標(biāo)號(hào)較高，常用于重要結(jié)構(gòu)中的高強(qiáng)度混凝土、鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土工程;抗凍性好，適用于冬季施工及嚴(yán)寒地區(qū)遭受反復(fù)凍融的工程;干縮性好，耐磨性好，不易產(chǎn)生裂縫，可用于干燥環(huán)境下的地面及路面工程。
但同時(shí)硅酸鹽水泥也存在一定的不足：(1)硬化后含有較多的氫氧化鈣，抗軟水侵蝕和抗化學(xué)侵蝕性差，不適用于空氣中CO2含量較高的環(huán)境，不宜用于受流動(dòng)的軟水和有水壓作用的工程，也不宜用于受海水和礦物水作用的工程;(2)水化過程中放出大量的熱，不宜用于大體積混凝土工程;(3)耐腐蝕性差，不宜用于經(jīng)常與流動(dòng)淡水或硫酸鹽等腐蝕性介質(zhì)接觸的工程;(4)耐熱性差，不宜用于有耐熱要求的工程[5]。