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中图分类号：TV42+1.5文献标识码： A 文章编号：
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，对比二者性能差异对其应用范围进行了区别，对于正确、科学使用这两种水泥，满足工程需要具有重要意义。关键词：硅酸盐水泥 ，铝酸盐水泥 ，性能 ，水化机理， 应用
Abstract: to Portland cement and aluminum acid salt of composition, cement performance index and hydration mechanism are analyzed, and the comparison of the differences between performance application scope the distinction is made for correctly, the scientific use of these two kinds of cement, meet the needs of the project is of great significance.
Keywords: Portland cement, aluminium acid salt cement, performance, hydration mechanism, application
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，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详细的对比研究，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对比研究
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，其应用范围也大不相同。
2.1硅酸盐水泥
在水泥諸品种中，硅酸盐水泥是应用最广和研究最多的。按国家标准《GB175-2008》规定：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（3CaO·SiO2）、硅酸二钙（2CaO·SiO2）、铝酸三钙（3CaO·Al2O3）和铁铝酸四钙（4CaO·Al2O3·Fe2O3）。其中硅酸三钙和硅酸二钙是主要的，占70%以上。上述几种矿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%）等在高温下互相作用而形成的。
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，其主要技术要求如表1所示。
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。
通过上述过程可以看出，硅酸盐水泥的水化反应是从颗粒表面逐渐深入到内层的，开始进行较快，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。一般水泥在开始的3-7天内，水化、水解速度快，强度增长亦较快，大致在28天内可以完成这个过程的基本部分，以后则显著减慢，强度增长亦极为缓慢。实践证实若完成水泥的水化和水解全过程，需要几年、几十年的时间。
在常用的水泥品种中，硅酸盐水泥标号较高，常用于重要结构中的高强度混凝土、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，可用于干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不足：（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）水化过程中放出大量的热，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。
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）。
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相同，但放热速率特别快，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℃以下的耐热构筑物；（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，且硬化后结构致密，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强度便可达到普通硅酸盐水泥28d的水平，后期强度增长不显著，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，常用于重要结构中的高强度混凝土、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干燥环境下的地面工程。铝酸盐水泥放热速率特别快、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，因此在工程施工过程中，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十分重要的作用。
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，对比二者性能差异对其应用范围进行了区别，对于正确、科学使用这两种水泥，满足工程需要具有重要意义。关键词：硅酸盐水泥 ，铝酸盐水泥 ，性能 ，水化机理， 应用
Abstract: to Portland cement and aluminum acid salt of composition, cement performance index and hydration mechanism are analyzed, and the comparison of the differences between performance application scope the distinction is made for correctly, the scientific use of these two kinds of cement, meet the needs of the project is of great significance.
Keywords: Portland cement, aluminium acid salt cement, performance, hydration mechanism, application
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，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详细的对比研究，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对比研究
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，其应用范围也大不相同。
2.1硅酸盐水泥
在水泥諸品种中，硅酸盐水泥是应用最广和研究最多的。按国家标准《GB175-2008》规定：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（3CaO·SiO2）、硅酸二钙（2CaO·SiO2）、铝酸三钙（3CaO·Al2O3）和铁铝酸四钙（4CaO·Al2O3·Fe2O3）。其中硅酸三钙和硅酸二钙是主要的，占70%以上。上述几种矿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%）等在高温下互相作用而形成的。
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，其主要技术要求如表1所示。
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。
通过上述过程可以看出，硅酸盐水泥的水化反应是从颗粒表面逐渐深入到内层的，开始进行较快，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。一般水泥在开始的3-7天内，水化、水解速度快，强度增长亦较快，大致在28天内可以完成这个过程的基本部分，以后则显著减慢，强度增长亦极为缓慢。实践证实若完成水泥的水化和水解全过程，需要几年、几十年的时间。
在常用的水泥品种中，硅酸盐水泥标号较高，常用于重要结构中的高强度混凝土、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，可用于干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不足：（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）水化过程中放出大量的热，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。
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）。
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相同，但放热速率特别快，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℃以下的耐热构筑物；（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，且硬化后结构致密，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强度便可达到普通硅酸盐水泥28d的水平，后期强度增长不显著，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，常用于重要结构中的高强度混凝土、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干燥环境下的地面工程。铝酸盐水泥放热速率特别快、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，因此在工程施工过程中，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十分重要的作用。