四川川北公路规划勘察设计有限责任公司
摘要：对硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥的组成、品质要求及特性与用途进行了分析，比较二者性能差异，对其应用进行了对比分析。
关键词：硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥：组成；品质；特性与用途
1.前言
水泥是一种人造水硬性胶凝材料。水泥与水混合后，经一系列的物理化学作用，形成坚硬的结构体。这一过程既可以在空气中进行，而且可以在水中更好地实现，并能持续不断地发展形成所需要的强度，以满足各种实际工程需要。水泥是土木工程中一种最重要的建筑原材料。
水泥种类按其组成可分为常用水泥和特种水泥两大类。常用水泥用于一般土木建筑工程的水泥。有：硅酸盐水泥（P.Ⅰ、P.Ⅱ）、普通硅酸盐水泥（P.O）、矿渣硅酸盐水泥（P.S）、火山灰质硅酸盐水泥（P.P）、粉煤灰硅酸盐水泥（P.F）、复合硅酸盐水泥（P.C）。它们均是以硅酸盐水泥熟料为主要成分的一类水泥。
本文主要对硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥的组成、品质要求及特性与用途进行了较为详细的对比分析。
2.硅酸盐水泥与复合硅酸盐水泥对比分析：
2.1：水泥的组成
2.1.1：硅酸盐水泥的组成
2.1.1.1：硅酸盐水泥熟料氧化物组成
主要由氧化钙（CaO，简写为C）、二氧化硅（SiO2简写为S）、氧化铝（Al2O3简写A）和氧化铁（Fe2O3简写为F）四种氧化物组成。通常这四种氧化物总量在熟料中占95％以上。每种氧化物含量虽然不是固定不变，但其含量变化范围很小，水泥熟料中除了上述四种主要氧化物以外，还有含量不到5％的其他少量氧化物，如氧化镁、氧化钛、三氧化硫等。
其他少量氧化物的存在，也会不同程度地影响着硅酸盐水泥熟料的煅烧过程和水泥性能。
2.1.1.2：硅酸盐水泥熟料矿物组成
硅酸盐水泥熟料主要由以下四种矿物组成：硅酸三钙3CaOSi02，可简写为C3S；硅酸二钙2CaO Si02，可简写为C2S；铝酸三钙3CaOAl2O3，可简写为C3A；铁相固熔体通常以铁铝酸四钙4CaOAl2O3Fe2O3作为其代表式，可简写为C4AF。这四种熟料矿物决定着硅酸盐水泥的主要性能。
在硅酸盐水泥熟料中，假如生料配料不当，生料过烧或煅烧不良时，熟料中就会出现没有被吸收的以游离状态存在的氧化钙，常称为游离氧化钙。另外熟料在煅烧时，其中氧化镁有一部分可以和熟料矿物结合成固熔体以及熔于液相中。在硅酸盐水泥熟料中，氧化镁的固熔体量可达2％，多余的氧化镁结晶出来呈游离状态的方镁石存在，对水泥的体积安定性产生不良影响。
2.1.2：复合硅酸盐水泥的组成
复合硅酸盐水泥是由硅酸盐水泥熟料+石膏+20～50%（粒化高炉矿渣、火山灰质混合材料、粉煤灰、石灰石）两种或两种以上的混合材料磨细制成的水硬性胶凝材。
2.2：水泥的品质要求
2.2.1：凝结时间：硅酸盐水泥初凝时间不小于45min，终凝时间不大于390min。复合硅酸盐水泥初凝时间不小于45min，终凝时间不大于600min。
2.2.2：强度：硅酸盐水泥强度等级分为：42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R六个等级。复合硅酸盐水泥强度等级分为：32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R、六个等级。
2.2.3：体积安定性：硅酸盐水泥与复合硅酸盐水泥体积安定性均要求沸煮法合格（符合规范要求）。
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2.2.4：细度：硅酸盐水泥的细度以比表面积表示，其比表面积不小于300㎡/㎏；复合硅酸盐水泥的细度以筛余表示，其0.080mm方孔筛余不大于10%或0.045mm方孔筛余不大于30%。
2.2.5水化原理：水泥与水接触时，水泥中的各组分与水的反应称为水化。水泥的水化反应受水泥的组成、细度、加水量、温度、混合料等一系列因素的影响。水泥加水拌合后，成为可塑性的水泥浆，随着水化反应的进行，水泥浆随着逐渐变稠失去流动性而具有一定的塑性强度，称为水泥的“凝结”；随着水化进程的推移，水泥浆凝固具有一定的机械强度并逐渐发展而成为坚固的人造石——水泥石，这一过程称为：“硬化”。凝结与硬化是一个连续复杂的物理化学过程。水泥是一种多矿物、多组分体系、各种熟料矿物不可能单独进行水化，它们之间的相互作用必然对水化进程产生一定影响，因此，应用一般的反应方程式实际很难真实地表示水泥水化过程。
硅酸盐水泥的水化是一个放热反应过程，水化反应也遵循化学反应动力学的一般原理。硅酸盐水泥水化的快慢用水化速率来表征。在其他条件相同的情况下，反应物参与反应的表面积越大，其反应速率越快。提高水泥细度，增大表面积，早期水化速度明显加快，放热量提高。而较粗的颗粒则相反，各阶段反应都较慢。同样，温度升高也会加速水泥的水化反应。另外，采用合适的外加剂可以调节水泥的水化速率。通常有促凝剂、快硬剂和缓凝剂等三种。大多数有机外加剂对水泥的水化有延缓作用，其中使用最普遍的是各种木质素磺酸盐。有研究表明，木质素磺酸钠能使氢氧化钙结晶生长缓慢，甚至完全受到阻碍。
复合水泥中掺有两种或两种以上的混合料，根据其混合材料的种类和掺量的不同，其水化硬化过程也有不同程度的变化。
2.3：水泥的特性与用途
2.3.1：硅酸盐水泥的基本特性与用途
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。因为水泥凝结硬化较快，抗冻性好，适用于要求早期强度高、凝结快的工程，以及有抗冻融要求和冬季施工的工程。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：硅酸盐水泥石中Ca（OH）2含量较高，因此，抗软水侵蚀和抗化学侵蚀能力差，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。硅酸盐水泥放热量大，不宜用于大体积混凝土工程。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；耐热性差，不宜用于有耐热要求的工程。
2.3.2：复合硅酸盐水泥的基本性能与用途
复合硅酸盐水泥的特性取决于其所掺两种混合料的种类、掺量及相对比例，其适用范围可以根据其掺入的混合料种类，参照其他混合料水泥适用范围选用。复合硅酸盐水泥性能稳定，后期强度增长率大，和易性好，干缩性小，水化热低，耐腐蚀性好，适用于工业和民用建筑等工程以及港航工程及地下隧道等。但复合硅酸盐水泥水化硬化较慢，早期强度较低，抗冻性较差，不宜用于快硬及严寒地区处在水位升降范围内的混凝土。
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、水化原理不同，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、耐久性好、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。复合硅酸盐水泥性能稳定，后期强度增长率大，和易性好，干缩率小，水化热低，耐腐蚀性好，适用于工业和民用建筑等工程以及港航工程及地下隧道等。但复合硅酸盐水泥水化硬化较慢，早期强度较低，抗冻性较差，不宜用于快硬及严寒地区处在水位升降范围内的混凝土。
参考文献：
[1]《土木工程材料》/吴科如、张雄主编.——上海：同济大学出版社，2003.6
[2]《胶凝材料学》（第二版）[M]/袁润章主编.——武汉：武汉理工大学出版社，1996
[3]国家标准《通用硅酸盐水泥》GB175-2007——中国标准出版社，2007-11-09发布
论文作者:牛云莉
论文发表刊物:《建筑模拟》2019年第28期
论文发表时间:2019/8/26
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