硅酸盐水泥与普通硅酸盐水泥

第二节　硅酸盐 水泥与普通硅酸盐水泥

一、硅酸盐水泥与普通硅酸盐水泥的定义、类型及代号

硅酸盐水泥是 通用硅酸盐水泥的一个基本品种，其他品种的硅酸盐水泥都是在它的基础上加入不同品种和一定掺量的混合材料或适当改变熟料中矿物成分的含量而制成。按国家标准《通用硅酸盐水泥》（GB　175—2007）规定：硅酸盐水泥分为两种类型，不掺加混合材料的称为Ⅰ型硅酸盐水泥，代号为P·Ⅰ；在硅酸盐水泥粉磨时掺加不超过水泥质量5%的石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的称为Ⅱ型硅酸盐水泥，代号为P·Ⅱ。

凡由硅酸盐水泥熟料、混合材料、适量 石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为普通硅酸盐水泥，代号为P·O。按国家标准《通用硅酸盐水泥》（GB　175—2007）规定：普通硅酸盐水泥中，活性混合材料掺加量＞5%且≤20%，其中允许用不超过水泥质量8%且符合该标准第5.2.4条的非活性混合材料或不超过水泥质量5%且符合该标准第5.2.5条的窑灰代替。

普通硅酸盐水泥中混合材料掺量较少，其性能与硅酸盐水泥相近，本节对硅酸盐水泥讨论的问题，也适用于普通硅酸盐水泥。

二、硅酸盐水泥的生产

硅酸盐水泥的主要原料包括石灰质原料和黏土质原料。石灰质原料主要提供CaO，它可以采用石灰岩、 凝灰岩和贝壳等，其中多用石灰岩。黏土质原料主要提供SiO₂、Al₂O₃及少量Fe₂O₃，它可以采用黏土、黄土、页岩、泥岩、粉 砂岩及河泥等。为满足成分要求还常用校正原料，例如 铁矿粉、砂岩等。为了改善煅烧条件，提高熟料质量，常加入少量矿化剂，如 萤石、石膏等。

硅酸盐水泥的生产过程分为制备生料、煅烧熟料、粉磨水泥等三个阶段，简称两磨一烧，如图5－1所示。

图5－1　硅酸盐水泥主要生产流程

生料的制备是把几种原料按适当比例配合，使生料中含有62%～67%的CaO，20%～27%的SiO₂，4%～7%的Al₂O₃和2.5%～6.0%的Fe₂O₃。经准确配合的原料需粉磨到一定细度，再均化处理，以使煅烧时各成分间的 化学反应能充分进行。

水泥煅烧过程在窑内进行，水泥窑型主要有回转窑、立窑两种。前者产量大，质量稳定，但建厂一次投资大。立窑由于其质量相对不稳定，能耗大，国内已较少使用。烧制水泥虽烧成设备各异，但生料在窑内都要经历干燥、预热、分解、烧成和冷却等五个阶段，才能形成熟料。其中烧成带的反应是煅烧水泥的关键。

生料在煅烧过程中发生如下化学过程：

三、硅酸盐水泥熟料的矿物组成

各种氧化物在煅烧过程中反应形成四种主要硅酸盐水泥熟料矿物，其名称、 分子式和含量范围如下：

硅酸三钙3CaO·SiO₂（简写为C₃S），含量37%～60%。

硅酸二钙2CaO·SiO₂（简写为C₂S），含量15%～37%。

铝酸三钙3CaO·Al₂O₃（简写为C₃A），含量7%～15%。

铁铝酸四钙4CaO·Al₂O₃·Fe₂O₃（简写为C₄AF），含量10%～18%。

四种主要矿物中，硅酸三钙和硅酸二钙占水泥的比例达60%以上，所以称为硅酸盐水泥。

硅酸盐水泥熟料除上述主要组成外，尚含有少量以下成分：

（1）游离氧化钙。它是在煅烧过程中没有全部化合而残留下来呈游离态存在的氧化钙，其含量过高将造成水泥安定性不良，危害很大。

（2）游离氧化镁。若其含量高、晶粒大时也会导致水泥安定性不良。

（3）含碱矿物以及玻璃体等。含碱矿物及玻璃体中Na₂O和K₂O含量高的水泥，当遇有活性骨料时，易产生碱－骨料膨胀反应。

水泥熟料中的氧化物和化合物组成通常写成简写的形式（表5－1）。

表5－1　水泥的氧化物和化合物简写

四、硅酸盐水泥的水化与凝结硬化

水泥加水拌合后成为既有 可塑性又有 流动性的水泥浆。在形成水泥浆的同时，立即与水发生化学反应，称为“水化”。随着水化的进行，水泥浆逐渐失去可塑性和流动性的过程称为“凝结”。“凝结”有初凝和终凝之分。水泥浆体逐渐失去流动性时的状态称为“初凝”；浆体完全失去可塑性，开始产生结构强度时，称为“终凝”。随着水化、凝结的继续，浆体逐渐转变为具有一定强度的坚硬固体水泥石，此过程称为“硬化”。可见，水化是水泥产生凝结硬化的前提，而凝结硬化则是水泥水化的结果。

（一）硅酸盐水泥的水化

水泥与水拌合后，其颗粒表面的熟料矿物立即与水发生化学反应，各组分开始溶解，形成水化物，放出一定热量，固相体积逐渐增加。

水泥是多矿物的集合体，各矿物的水化会互相影响。熟料单矿物的水化反应式如下：

在四种熟料矿物中，C₃A水化速度最快，C₃S和C₄AF水化也很快，而C₂S最慢。

硅酸三钙或硅酸二钙水化生成水化硅酸钙（C－S－H）和氢氧化钙（CH）。C－S－H不溶于水，并立即以胶体微粒析出，逐渐凝聚成为C－S－H凝胶。CH在溶液中的浓度很快达到过饱和，呈六方板状晶体析出。水化铝酸钙为立方晶体，在氢氧化钙 饱和溶液中，其一部分还能与氢氧化钙进一步反应，生成六方晶体的水化铝酸四钙。因水泥中掺有少量石膏，故生成的水化铝酸钙会与石膏反应，生成高硫型水化硫铝酸钙（3CaO·Al₂O₃·3CaSO₄·32H₂O，简写C₆AH₃₂）针状晶体，其矿物名称为钙矾石，简称AFt。当石膏完全消耗后，一部分将转变为单硫型水化硫铝酸钙（3CaO·Al₂O₃·CaSO₄·18H₂O，简写C₄AH₁₈）晶体，简称AFm。通常，AFt在水泥加水后的24 h内大量产生，随后逐渐转变成AFm。

综上所述，如果忽略一些次要的和少量的成分，则硅酸盐水泥与水作用后，生成的主要水化产物为：水化硅酸钙和水化铁酸钙凝胶、氢氧化钙、水化铝酸钙和水化硫铝酸钙晶体。在完全水化的水泥石中，水化硅酸钙约占50%，氢氧化钙约占25%。图5－2是用扫描 电子显微镜观察到的水泥主要水化产物的形貌。

图5－2　用扫描电子显微镜观察到的水泥主要水化产物的形貌

（P.K.Mehta，P.J.M.Monteiro）

硅酸盐水泥水化反应为放热反应，水化放出的热量称为水化热。硅酸盐水泥的水化热大，放热周期较长，但大部分（50%以上）热量是在3天以内、特别是在水泥浆发生凝结、硬化的初期放出。水化热的大小以及放热速率主要决定于水泥的矿物组成。C₃A的水化热与水化放热速率最大，C₃S与C₄AF次之，C₂S的水化热最小，水化放热也最慢。表5－2是硅酸盐水泥熟料矿物在不同龄期的水化热。

表5－2　硅酸盐水泥熟料矿物的水化热／（J·g^－1）

水化放热情况还与水泥细度、水灰比、养护温度、水泥储存时间，以及水泥中掺混合材及外加剂的品种、数量等因素有关。水泥颗粒越细，早期放热速率将显著增加。

（二）硅酸盐水泥的凝结硬化过程

自1882年雷·查特理（H.Lechatelier）首先提出水泥凝结硬化理论以来，有关水泥凝结硬化的过程至今仍在继续研究之中。利用多种近代测试分析技术，人们对水泥浆体结构形成的认识也不断深化。一般认为水泥浆体硬化结构的发展过程可分为早、中、后三个时期，分别相当于水泥在20℃环境中水化3 h、20～30 h以及更长时间。现将此过程简述如下：

在水化早期，水泥颗粒表面迅速溶解发生化学反应，于水化几分钟内就在水泥颗粒表面形成凝胶状膜层，大约在1 h左右即在凝胶膜外侧及液相中形成粗短的棒状钙矾石，见图5－3（b）。

水化中期，约有30%的水泥已经水化，它以C－S－H和CH的快速形成为特征，此时水泥颗粒被C－S－H形成的一层包裹膜全部包住，并不断向外增厚，随后逐渐在包裹膜内侧沉积。同时，膜的外侧生长出细长的钙矾石晶体，膜内侧则生成低硫型硫铝酸钙，CH晶体在原先充水的空间形成。在此期间，膜层长大并相互连接，见图5－3（c）。

图5－3　水泥凝结硬化过程 示意图

1—水泥颗粒；2—水分；3—凝胶；4—晶体；5—水泥颗粒的未水化内核；6—毛细孔

水化后期，水泥水化反应渐趋减慢，各种水化产物逐渐填满原来由水所占据的空间，由于钙矾石针、棒状晶体的相互搭接，特别是大量箔片状、纤维状C－S－H的交叉攀附，使原先分散的水泥颗粒及其水化产物联结起来，构成一个三维空间牢固结合较密实的整体（图5－3d）。

图5－4　普通硅酸盐水泥浆体中水化产物形成速率示意图

（P.K.Mehta，P.J.M.Monteiro）

随着凝胶体膜层的逐渐增厚，水泥颗粒内部的水化越来越困难，经过长时间（几个月甚至若干年）的水化以后，除原来极细的水泥颗粒外，多数颗粒仍剩余尚未水化的内核。所以，硬化后的水泥石是由水化产物、未水化的水泥颗粒内核和毛细孔组成，它们在不同时期相对数量的变化，使水泥石的性质也随之改变。

图5－4是普通硅酸盐水泥浆体中水化产物形成速率示意图。

在水泥石中，水化硅酸钙凝胶对水泥石的强度及其他主要性质起支配作用。关于水泥石中凝胶之间或晶体、未水化水泥颗粒与凝胶之间产生黏结力的实质，即凝胶体具有强度的实质，虽然至今尚无明确的结论，但一般认为范德华力、 氢键、离子引力以及表面能是产生黏结力的主要来源，也有认为可能有化学键力存在。

（三）影响硅酸盐水泥凝结硬化的主要因素

1.熟料矿物组成的影响

水泥的熟料矿物组成，是影响其水化速度、凝结硬化过程以及产生强度的主要因素。

硅酸盐水泥的四种熟料矿物中，C₃A的水化和凝结硬化速度最快，因此它是影响水泥凝结时间的决定性因素。在无石膏存在时，它能使水泥瞬间产生凝结。C₃A的水化和凝结硬化速度可通过掺加适量石膏加以控制。在有石膏存在时，C₃A水化后易与石膏反应而生成难溶于水的钙矾石，它沉淀在水泥颗粒表面形成保护膜，阻碍C₃A的水化，从而起到延缓水泥凝结的作用。但石膏掺量不能过多，否则不仅缓凝作用不大，还会引起水泥安定性不良。合理的石膏掺量主要取决于水泥中C₃A的含量和石膏的品种及质量，同时也与水泥细度和熟料中的SO₃含量有关。一般生产水泥时石膏掺量占水泥质量的3%～5%，具体掺量应通过试验确定。

硅酸盐水泥各熟料矿物的水化、凝结硬化特性见表5－3所示。

表5－3　硅酸盐水泥各熟料矿物的水化、凝结硬化特性

2.水泥细度的影响

水泥细度即水泥颗粒的粗细程度。水泥颗粒的粗细直接影响水泥的水化、凝结硬化。因为水泥加水后，开始仅在水泥颗粒的表面进行水化，然后逐步向颗粒内部发展，而且是一个缓慢发展的过程。显然，水泥颗粒越细，水化作用的发展就越迅速且充分，使凝结硬化的速度加快，早期强度也就越高。但水泥颗粒过细，会使水化热增长过快，水泥用量高时，易导致浆体的开裂，长期强度增长率低甚至强度会倒缩。

3.拌合加水量的影响

拌合水泥浆体时，为使浆体具有一定塑性和流动性，所加入的水量通常要大大超过水泥充分水化所需的水量，多余的水从水泥石中蒸发，在硬化的水泥石内形成毛细孔。因此拌合水越多，硬化水泥石中的毛细孔就越多，当水灰比（用水量与水泥质量之比）为0.40时，完全水化后水泥石的总孔隙率约为30%，而水灰比为0.70时，水泥石的孔隙率高达50%。水泥石的强度随其毛细孔隙率的增加呈指数下降。因此，在熟料矿物组成大致相近的情况下，拌合水泥浆的用水量越大，硬化水泥石强度越低。

4.养护湿度和温度的影响

水是参与水泥水化反应的物质，是水泥水化、硬化的必要条件，因此，用水泥拌制的砂浆和混凝土，在浇筑后应注意保持潮湿状态，以利于获得和增加强度。通常，提高温度可加速硅酸盐水泥的早期水化，水泥石早期强度发展较快，但后期强度反而可能有所降低。相反，在较低温度下硬化时，虽然硬化速率慢，但水化产物较致密，反而可获得较高的最终强度。在0℃以下，当水结成冰时，水泥的水化、凝结硬化作用将停止。

5.养护龄期的影响

水泥的水化硬化是一个较长时期不断发展的过程。随着龄期的增长，水泥颗粒内各熟料矿物水化程度不断提高，凝胶体不断增加，毛细孔隙相应减少，水泥石的强度也逐渐提高。由于熟料矿物中对强度起决定性作用的C₃S在早期的强度发展快，所以水泥在3～14 d内强度增长较快，28 d后增长缓慢。

6.外加剂的影响

硅酸盐水泥的水化、凝结硬化在很大程度上受到C₃S、C₃A的制约，凡对C₃S和C₃A的水化能产生影响的外加剂，都能改变硅酸盐水泥的水化、凝结硬化性能。例如加入促凝剂（CaCl₂、Na₂SO₄等）就能促进水泥水化、硬化，提高早期强度。相反，掺加缓凝剂（木钙、糖类等）就会延缓水泥的水化硬化，影响水泥早期强度的发展。

7.水泥受潮与长期存放

水泥受潮后，因表面已水化而结块，从而丧失胶凝能力，严重降低其强度。而且，即使在良好的储存条件下，水泥也不可储存过久，因为水泥会吸收空气中的水分和二氧化碳，产生缓慢水化和碳化作用，经三个月后，水泥强度降低10%～20%，六个月后降低15%～30%，一年后降低25%～40%。

由于水泥水化从颗粒表面开始，水化过程中水泥颗粒被水化产物C－S－H凝胶所包裹，随着包裹层厚的增加，反应速率减缓。据研究表明，当包裹层厚达25μm时，水化将终止。因此，受潮水泥颗粒只在表面水化，若将其重磨，可使其暴露出新表面而恢复部分活性。至于轻微结块（能用手捏碎）的水泥，强度约降低10%～20%，这种水泥可以适当方式压碎后用于次要工程。

五、硅酸盐水泥与普通硅酸盐水泥的技术性质

国家标准GB　175—2007对硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的主要技术性质有下面一些要求。

（一）细度

细度是鉴定水泥品质的主要项目之一。水泥颗粒的粗细除了直接影响水泥的水化、凝结硬化外，还会影响水泥浆的流动性、水化热、水泥石的变形以及耐久等性能。水泥颗粒过细，会降低与外加剂的适应性，增加需水量；过细的水泥易与空气中的水分及二氧化碳反应，致使水泥不宜久存；过细的水泥硬化时产生的收缩亦较大，水泥石的抗冻性能降低。另外，磨制过细的水泥耗能大，成本高。一般认为，水泥颗粒小于40μm时才具有较高活性，大于100μm时，则几乎接近惰性。所以水泥细度应合适，不能太粗也不能太细。通常，水泥颗粒的粒径在7～200μm范围内。

水泥细度通常用比表面积或筛余量表示，分别采用比表面积法（勃氏法）或筛析法测定。

比表面积为1 kg水泥所具有的总表面积（单位为m²／kg）；筛余量为未通过一定孔径方孔筛的水泥的质量分数（%）。国家标准规定，硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的细度均用比表面积表示，应不小于300 m²／kg。

（二）凝结时间

水泥的凝结时间有初凝与终凝之分。自加水起至水泥浆开始失去塑性、流动性减小所

需的时间，称为初凝时间。自加水时起至水泥浆完全失去塑性、开始有一定结构强度所需的时间，称为终凝时间。水泥的初凝和终凝是通过试验来规定的。国家标准规定硅酸盐水泥的初凝时间不得早于45 min，终凝时间不得迟于390 min。普通硅酸盐水泥的初凝时间不得早于45 min，终凝时间不得迟于600 min。凝结时间达不到标准的水泥为不合格水泥。

水泥凝结时间是以标准稠度的水泥净浆，在规定温度和湿度下，用凝结时间测定仪来测定。由于使用不同用水量制作的水泥净浆具有不同的黏度，从而对试杆的沉入产生不同的阻力。标准稠度是指用一定重量的标准试杆，从试件表面依靠自重，自由沉入水泥净浆，当沉入深度距底板（6±1）mm时水泥浆的稠度。水泥净浆达到规定稠度时所需的拌合水量称为标准稠度用水量，以占水泥质量的百分率表示。硅酸盐水泥的标准稠度用水量，一般在24%～30%之间。水泥熟料矿物成分不同，其标准稠度用水量亦有所差别，磨得越细的水泥，标准稠度用水量越大。

规定水泥的凝结时间对施工具有重要的意义。为了保证有足够的时间在初凝之前完成混凝土成型等各工序的操作，水泥的初凝时间不能过快；为了使混凝土在浇捣完毕后能尽早完成凝结硬化，产生强度，以利于下一道工序的及早进行，水泥的终凝时间不能过迟。但由于外加剂技术的发展，凝结时间可通过外加剂来控制。

（三）体积安定性

水泥的体积安定性是指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性。水泥硬化后产生不均匀的体积变化即体积安定性不良。水泥体积安定性不良会使水泥制品、混凝土构件产生膨胀性裂缝，降低建筑物质量，甚至引起严重工程事故。因此，水泥的体积安定性检验必须合格。

水泥安定性不良的原因是由于其熟料矿物组成中含有过多的游离氧化钙或游离氧化镁，或者水泥粉磨时所掺石膏超量等所致。熟料中所含的游离氧化钙或游离氧化镁都是在高温下生成的过烧氧化物，熟料表面形成一层致密的釉状物，水化很慢，它们要在水泥凝结硬化后才慢慢开始水化，水化时产生体积膨胀，从而引起不均匀的体积变化而使硬化水泥石开裂。

国家标准规定，由游离氧化钙引起的水泥安定性不良可采用试饼法或雷氏法检验。在有争议时以雷氏法为准。试饼法是通过观测水泥标准稠度净浆试饼沸煮前后的外形变化情况判断其体积安定性。用肉眼观察未发现裂纹，用直尺检查没有弯曲现象，则称为安定性合格，反之，为不合格。雷氏法是通过测定水泥标准稠度净浆在雷氏夹中沸煮前后试针的相对位移表征其体积膨胀的程度，当两个试件沸煮后的平均膨胀值不大于5.0 mm时，即判该水泥安定性合格，反之为不合格。

当水泥中石膏掺量过多时，多余的石膏将与已固化的水化铝酸钙作用生成水化硫铝酸钙晶体，体积膨胀1.5倍，造成硬化水泥石开裂破坏。氧化镁和石膏的危害作用不易快速检验，通常在水泥生产中严格加以控制。国家标准规定，水泥中游离氧化镁含量不得超过水泥质量的5%，三氧化硫含量不得超过水泥质量的3.5%。

（四）强度及强度等级

水泥的强度是评定其质量的重要指标。国家标准规定，采用《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》（GB／T　17671—1999）测定水泥强度，该法是将水泥和中国ISO标准砂按质量计以1∶3混合，用0.5的水灰比按规定的方法制成40 mm×40 mm×160 mm的试件，在标准温度（20±1）℃的水中养护，分别测定其3 d和28 d的抗折强度和抗压强度。根据测定结果，将硅酸盐水泥分为42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5和62.5R等六个强度等级。普通硅酸盐水泥则减少了62.5和62.5R两个等级。强度等级中代号R表示早强型水泥，其主要特点是早期强度较高。各等级、各类型硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的各龄期强度不得低于表5－4的数值，如强度低于表中强度等级的指标值时为不合格品。

表5－4　硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥各龄期的强度值

（五）碱含量

水泥中碱含量按Na₂O＋0.658K₂O计算值来表示。碱对水泥的很多性能都产生影响，适量的碱含量有利于促进水泥水化的发展速度。若使用活性骨料，用户要求提供低碱水泥时，水泥中碱含量不得大于0.60%，或由供需双方商定。

（六）密度与堆积密度

在进行混凝土配合比计算和储运水泥时需要知道水泥的密度和堆积密度。硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的密度一般在3000～3　150 kg／m³之间。水泥在松散状态时的堆积密度一般在900～1300 kg／m³之间，紧密堆积状态可达1400～1700 kg／m³。

六、水泥石的腐蚀与防止

硅酸盐水泥硬化后，在一般使用条件下具有较好的耐久性，但在流动的淡水及某些侵蚀性液体如酸性水、硫酸盐溶液和浓碱溶液中会逐渐受到侵蚀。

（一）水泥石的几种主要侵蚀作用

1.软水侵蚀（溶出性侵蚀）

水泥石中的水化产物须在一定浓度的氢氧化钙溶液中才能稳定存在，如果溶液中的氢氧化钙浓度小于水化产物所要求的极限浓度时，则水化产物将被溶解或分解，从而造成水泥石结构的破坏。这就是硬化水泥石软水侵蚀的原理。

雨水、雪水、 蒸馏水、工厂冷凝水及含 碳酸盐甚少的河水与湖水等都属于软水。当水泥石长期与这些水相接触时，氢氧化钙会被溶出（每升水中能溶解氢氧化钙1.23 g以上）。在静水无 压力的情况下，由于氢氧化钙的 溶解度小，易达到饱和，故溶出仅限于表层，影响不大。但在流水及压力水作用下，氢氧化钙被不断溶解流失，使水泥石碱度不断降低，从而引起其他水化产物的分解溶蚀，如高碱性的水化硅酸盐、水化铝酸盐等分解成为低碱性的水化产物，最后会变成胶结能力很差的产物，使水泥石结构遭受破坏，这种现象称为溶析。此外，氢氧化钙的溶出还会影响混凝土的外观。溶出的氢氧化钙与空气中的CO₂反应生产白色的 碳酸钙沉积在混凝土的表面，这种现象称为风化。

当环境水中含有重碳酸盐时，则重碳酸盐与水泥石中的氢氧化钙起作用，生成几乎不溶于水的碳酸钙，其反应式为

生成的碳酸钙沉积在已硬化水泥石中的孔隙内起密实作用，从而可阻止外界水的继续侵入及内部氢氧化钙的扩散析出。所以，对需与软水接触的混凝土，若预先在空气中硬化，存放一段时间后使之形成碳酸钙外壳，则可对溶出性侵蚀起到一定的保护作用。

2.盐类侵蚀

（1）硫酸盐侵蚀

在海水、湖水、盐沼水、地下水、某些工业 污水及流经高炉矿渣或煤渣的水中，常含钾、钠、氨的硫酸盐，它们易与水泥石中的氢氧化钙、含铝的水化产物相反应。当C₃A含量高于5%时，大多数含铝相形成单硫型水化硫铝酸钙C₃A··H₁₈。如果C₃A含量高于8%时，水化产物中还有C₃A·CH·H₁₈。当与硫酸盐接触时，两种含铝水化产物相均转变成高硫型的钙矾石。其反应式为

通常认为，水泥石中与硫酸盐相关的膨胀与钙矾石的形成有关。多数研究者认为，钙矾石晶体生长时产生压力及其在碱性环境中吸水膨胀是导致水泥石破坏的主要原因。

由于 离子交换反应形成的二水石膏也能导致膨胀。当水中硫酸盐浓度较高时，硫酸钙将在孔隙中直接结晶成二水石膏，产生体积膨胀，导致水泥石的开裂破坏。

（2）镁盐侵蚀

在海水及地下水中，常含有大量的镁盐，主要是硫酸镁和氯化镁。它们与水泥石中的氢氧化钙起复分解反应：

生成的氢氧化镁松软而无胶凝力，氯化钙易溶于水，二水石膏又将引起硫酸盐的破坏作用。因此，硫酸镁对水泥石起镁盐和硫酸盐的双重侵蚀作用。

3.酸类侵蚀

（1）碳酸的侵蚀。在工业污水、地下水中常溶解有较多的二氧化碳，这种水对水泥石的腐蚀作用是通过下面方式进行的。

开始时，二氧化碳与水泥石中的氢氧化钙作用生成碳酸钙：

生成的碳酸钙再与含碳酸的水作用转变成重碳酸钙，此反应为可逆反应：

生成的重碳酸钙易溶于水，当水中含有较多的碳酸，并超过平衡浓度时，则上式反应向右进行，导致水泥石中的氢氧化钙通过转变为易溶的重碳酸钙而溶失。氢氧化钙浓度的降低，将导致水泥石中其他水化产物的分解，使腐蚀作用进一步加剧。

（2）一般酸的腐蚀。在工业废水、地下水中常含有无机酸和有机酸。工业窑炉中的烟气常含有二氧化硫，遇水后生成亚硫酸。各种酸类对水泥石都有不同程度的腐蚀作用，它们与水泥石中的氢氧化钙作用后的生成物，或者易溶于水，或者体积膨胀，在水泥石内产生内应力而导致破坏。腐蚀作用最快的是无机酸中的盐酸、氢氟酸、硝酸、硫酸和有机酸中的 醋酸、蚁酸和 乳酸等。例如盐酸和硫酸分别与水泥石中的氢氧化钙作用，其反应式如下：

反应生成的氯化钙易溶于水，生成的二水石膏继而又起硫酸盐的腐蚀作用。

4.强碱的腐蚀

碱类溶液如浓度不大时一般无害。但铝酸盐含量较高的硅酸盐水泥遇到强碱（如 氢氧化钠）作用后也会被腐蚀破坏。氢氧化钠与水泥熟料中未水化的铝酸盐作用，生成易溶的铝酸钠，其反应式为

当水泥石被氢氧化钠浸透后又在空气中干燥，与空气中的二氧化碳作用生成碳酸钠，碳酸钠在水泥石毛细孔中结晶沉积，而使水泥石胀裂。

除上述四种侵蚀类型外，对水泥石有腐蚀作用的还有其他物质，如糖、氨盐、纯酒精、动物脂肪，含环烷酸的石油产品等。

实际上，水泥石的腐蚀是一个极为复杂的物理化学作用过程，在遭受腐蚀时，很少仅为单一的侵蚀作用，往往是几种同时存在，互相影响。水泥石受到腐蚀的基本内因：一是水泥石中存在有易被腐蚀的组分，即Ca（OH）₂和水化铝酸钙；二是水泥石本身不密实，有很多毛细孔通道，侵蚀性介质易于进入其内部。

应该说明，干的固体化合物对水泥石不起侵蚀作用，腐蚀性化合物必须呈溶液状态，而且其浓度要达一定值以上。促进化学腐蚀的因素为较高的温度、较快的流速、干湿交替和出现钢筋锈蚀等。

（二）防止水泥石腐蚀的措施

1.根据侵蚀环境特点，合理选用水泥品种。例如采用水化产物中氢氧化钙含量较少的水泥，可提高对各种侵蚀作用的抵抗能力；对抵抗硫酸盐的腐蚀，应采用铝酸三钙含量低于5%的抗硫酸盐水泥。另外，掺入活性混合材料，可提高硅酸盐水泥对多种介质的抗腐蚀性。

2.提高水泥石的密实度。从理论上讲，硅酸盐水泥水化只需水（化学结合水）23%左右（占水泥质量的百分数），但实际用水量约占水泥重的30%～60%，多余的水分蒸发后形成连通孔隙，腐蚀介质就容易侵入水泥石内部，从而加速水泥石的腐蚀。在实际工程中，提高混凝土或砂浆密实度的措施有：合理进行混凝土配合比设计、降低水灰比、选择性能良好的骨料、掺加外加剂以及改善施工方法（如振动成型、真空吸水作业）等。

3.表面加保护层。当侵蚀作用较强时，可在混凝土或砂浆表面加做耐腐蚀性高且不透水的保护层，保护层的材料可为耐酸石料、耐酸陶瓷、刷防护涂层等。对具有特殊要求的抗侵蚀混凝土，还可采用聚合物混凝土或其他特种混凝土。

七、硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的特性与应用

（一）特性

由于这两种水泥中混合材掺量少，相应地熟料矿物多，所以具有下述特性：

1.凝结硬化快，强度高，尤其早期强度高。因为决定水泥石28 d以内强度的C₃S含量高，同时对水泥早期强度有利的C₃A含量较高。

2.抗冻性好。硅酸盐水泥硬化水泥石的密度比掺大量混合材水泥的高，故抗冻性好。显然，硅酸盐水泥的抗冻性优于普通硅酸盐水泥。

3.水化热大。这是由于水化热大的C₃S和C₃A含量高所致。

4.不耐腐蚀。水泥石中存在很多氢氧化钙和较多水化铝酸钙，所以这两种水泥的耐软水侵蚀和耐化学腐蚀性差。

5.不耐高温。水泥石受热到约300℃时，水泥的水化产物开始脱水，体积收缩，强度开始下降，温度达700～1000℃时，强度降低很多，甚至完全破坏，故不耐高温。

（二）应用

1.适用于重要结构的高强混凝土及预应力混凝土工程。

2.适用于早期强度要求高的工程及冬季施工的工程。

3.适用于严寒地区，遭受反复冻融的工程及干湿交替的部位。

4.不宜单独用于海水和有侵蚀性介质存在的工程。

5.不宜单独用于大体积混凝土。

6.不宜单独用于高温环境的工程。

7.在目前重大工程中，对于环境等级较高、侵蚀性较强，或大体积混凝土，多数通过研究后采用硅酸盐水泥掺入1～2种活性掺合料使用。

八、硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的包装标志及贮运

为了便于识别，避免错用，国家标准规定，水泥袋上应清楚标明：执行标准、水泥品种、代号、强度等级、生产者名称、生产许可证标志（QS）及编号、出厂编号、包装日期、净含量。掺火山灰质混合材料的普通硅酸盐水泥还应标上“掺火山灰”字样。包装袋两侧应印有水泥名称和强度等级，硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的印刷采用红色。水泥包装标志中水泥品种、强度等级、生产者名称和出厂编号不全的属不合格品。

水泥在运输和贮存时不得受潮和混入杂物，不同品种和强度等级的水泥应分别贮存，不得混杂堆放，并应采取防潮措施。