水泥的腐蚀

例3-3 为什么水泥必须具有一定的细度？
在矿物组成相同的条件下，水泥磨得愈细，水泥颗粒平 均粒径愈小，比表面积越大，水泥水化时与水的接触面 越大，水化速度越快，水化反应越彻底。相应地水泥凝 结硬化速度就越快，早期强度和后期强度就越高。但其 28d水化热也越大，硬化后的干燥收缩值也越大。另外要 把水泥磨得更细，也需要消耗更多的能量，造成成本提 高。因此水泥应具有一定的细度。 [评注] 国家标准GB175-1999规定，水泥的细度可用比表 面积或0.08 mm方孔筛的筛余量（未通过部分占试样总量 的百分率）来表示。如普通水泥的细度为0.08 mm方孔筛 的筛余量不得超过10%。


其中游离氧化钙是一种最为常见，影响也是 最严重的因素。熟料中所含游离氧化钙或氧 化镁都是过烧的，结构致密，水化很慢。加 之被熟料中其它成分所包裹，使得其在水泥 已经硬化后才进行熟化，生成六方板状的Ca （OH）2晶体，这时体积膨胀97％以上，从而 导致不均匀体积膨胀，使水泥石开裂。当石 膏掺量过多时，在水泥硬化后，残余石膏与 水化铝酸钙继续反应生成钙矾石，体积增大 约1.5倍，也导致水泥石开裂。 体积安定性不良的水泥，会发生膨胀性裂纹 使水泥制品或混凝土开裂、造成结构破坏。 因此体积安定性不良的水泥，应判为废品， 不得在工程中使用。
例3-8 既然硫酸盐对水泥石具有腐蚀作 用，那么为什么在生产水泥时掺入的适 量石膏对水泥石不产生腐蚀作用？
解:硫酸盐对水泥石的腐蚀作用，是指水或 环境中的硫酸盐与水泥石中水泥水化生成 的氢氧化钙Ca（OH） 2 、水化铝酸钙C3AH6 反应，生成水化硫铝酸钙（钙矾石 C3AS3H31 ），产生1.5倍的体积膨胀。由于 这一反应是在变形能力很小的水泥石内产 生的，因而造成水泥石破抗碳化性好。因水化后氢氧化钙含量 较多，故水泥石的碱度不易降低，对钢 筋的保护作用强。适用于空气中二氧化 碳浓度高的环境。 6.耐热性差。因水化后氢氧化钙含量高。 不适用于承受高温作用的混凝土工程。 7.耐磨性好，适用于高速公路、道路和 地面工程。
例3-1 硅酸盐水泥熟料由那些矿物成分所 组成？这些矿物成分对水泥的性质有何 影响？

生产水泥时掺入的适量石膏也会和水化产物 水化铝酸钙C3AH6反应生成膨胀性产物水化硫铝 酸钙C3AS3H31，但该水化物主要在水泥浆体凝 结前产生，凝结后产生的较少。由于此时水泥 浆还未凝结，尚具有流动性及可塑性，因而对 水泥浆体的结构无破坏作用。并且硬化初期的 水泥石中毛细孔含量较高，可以容纳少量膨胀 的钙矾石，而不会使水泥石开裂，因而生产水 泥时掺入的适量石膏对水泥石不产生腐蚀作用， 只起到了缓凝的作用。


（２）提高混凝土的密实度，采取措施减 少水泥石结构的孔隙率，特别是提高表面 的密实度，阻塞腐蚀介质渗入水泥石的通 道。 （３）在水泥石结构的表面设置保护层， 隔绝腐蚀介质与水泥石的联系。如采用涂 料、贴面等致密的耐腐蚀层覆盖水泥石， 能够有效地保护水泥石不被腐蚀。
3.1.7 硅酸盐水泥的性能特点与应用

[评注] 水泥矿物在水化反应中放出的热量称为水化热。 水泥水化热的大小及放热的快慢，主要取决于 熟料的矿物组成和水泥细度。铝酸三钙C3Ａ的 水化热最大，硅酸三钙Ｃ3S的水化热也很大。 通常水泥等级越高，水化热度越大。凡对水泥 起促凝作用的因素均可提高早期水化热。反之， 凡能延缓水化作用的因素均可降低水化热。



[评注] 造成水泥石腐蚀的基本原因有： （1）水泥石中含有较多易受腐蚀的成分，主 要有氢氧化钙Ca（OH）2、、水化铝酸三钙C3AH6 等。 （2）水泥石本身不密实，内部含有大量毛细 孔，腐蚀性介质易于渗入和溶出，造成水泥石 内部也受到腐蚀。 工程环境中存在有腐蚀性介质且其来源充足。

Ca ( OH ) 2 CO 2 H 2 O CaCO
3
2 H 2O
CO 2 H 2 O CaCO
3
Ca ( HCO 3 ) 2
（4）硫酸盐的腐蚀 当环境中含有硫酸盐的水渗入到水泥石结构 中时，会与水泥石中的氢氧化钙反应生成石膏， 石膏再与水泥石中的水化铝酸钙反应生成钙矾石， 产生1.5倍的体积膨胀，这种膨胀必然导致脆性 水泥石结构的开裂，甚至崩溃。由于钙矾石为微 观针状晶体，人们常称其为水泥杆菌。
（2）一般酸的腐蚀 工程结构处于各种酸性介质中时， 酸性介质易与水泥石中的氢氧化钙反 应，其反应产物可能溶于水中而流失， 或发生体积膨胀造成结构物的局部被 胀裂，破坏了水泥石的结构。其腐蚀反
应过程为：
Ca ( OH ) 2 2 H

Ca

2 H 2O
（3）碳酸的腐蚀 雨水及地下水中常溶有较多的二氧化碳，形成了 碳酸。碳酸水先与水泥石中的氢氧化钙反应，中 和后使水泥石碳化，形成了碳酸钙，碳酸钙再与 碳酸反应生成可溶性的碳酸氢钙，并随水流失， 从而破坏了水泥石的结构。其腐蚀反应过程为：
低 最差
低 中

例3-2 何谓水泥的体积安定性？水泥的体积 安定性不良的原因是什么？安定性不良的水 泥应如何处理？



解： 水泥浆体硬化后体积变化的均匀性称为水泥 的体积安定性。即水泥硬化浆体能保持一定 形状，不开裂，不变形，不溃散的性质。导 致水泥安定性不良的主要原因是： （1） 由于熟料中含有的的游离氧化钙、游 离氧化镁过多； （2） 掺入石膏过多；
解 硅酸盐水泥熟料的主要矿物成分有硅酸三钙Ｃ3S、 硅酸二钙C2S、铝酸三钙C3Ａ和铁铝酸四钙Ｃ4AF。这 些矿物成分对水泥性质产生的影响见下表：
Ｃ 3S 凝结硬化 速度 28d 水化热 强度 耐腐蚀性 高 差 大 快
C 2S 慢 小
C 3Ｃ Ａ 最快 中 大 最
C 4A F 快 中
早期低 后期高 强
[评注]

例3-2.试说明生产硅酸盐水泥时为什么 必须掺入适量石膏？


解:水泥熟料中的铝酸三钙遇水后，水化反应的 速度最快，会使水泥发生瞬凝或急凝。为了延 长凝结时间，方便施工，必须掺入适量石膏。 [评注]在有石膏存在的条件下，水泥水化时， 石膏能很快与铝酸三钙作用生成水化硫铝酸钙 （钙矾石），钙矾石很难溶解于水，它沉淀在 水泥颗粒表面上形成保护膜，从而阻碍了铝酸 三钙的水化反应，控制了水泥的水化反应速度， 延缓了凝结时间。

例3-1 现有甲、乙两厂生产的硅酸盐水泥熟 料，其矿物成分如下表，试估计和比较这两 厂所生产的硅酸盐水泥的性能有何差异？
生产 厂 甲 乙 Ｃ 3S 56 42 熟料矿物成分，% C 2S 17 35 C 3Ａ 12 7 Ｃ 4A F 15 16

解:由甲厂硅酸盐水泥熟料配制的硅酸盐 水泥的强度发展速度、水化热、２８d时 的强度均高于由乙厂硅酸盐水泥熟料配 制的硅酸盐水泥．但耐腐蚀性则低于由 乙厂硅酸盐水泥熟料配制的硅酸盐水泥。




1.凝结硬化快，早期及后期强度均高， 适用于有早强要求的工程，（如冬季施工、 预制、现浇等工程），高强度混凝土工程 （如预应力钢筋混凝土，大坝溢流面部位 混凝土）。 2.抗冻性好，适合水工混凝土和抗冻性要 求高的工程。 3.耐腐蚀性差，因水化后氢氧化钙和水化 铝酸钙的含量较多。 4.水化热高，不宜用于大体积混凝土工程。 但有利于低温季节蓄热法施工。
4 CaO Al 2 O 3 12 H 2 O 3 CaSO 3 CaO Al 2 O 3 3 CaSO

4 4
20 H 2 O
31 H 2 O Ca ( OH ) 2
此外，有些其它物质也能腐蚀水泥石，如镁盐、 强碱、糖类、脂肪等。

2. 防止水泥石腐蚀的方法 （１）根据工程的环境特点，合理选择 水泥品种，或适当掺加混合材料，减少 可腐蚀物质的浓度，防止或延缓水泥的 腐蚀。如处于软水环境的工程，常选用 掺混合材料的矿渣水泥、火山灰水泥或 粉煤灰水泥，因为这些水泥的水泥石中 氢氧化钙含量低，对软水侵蚀的抵抗能 力强。
3.1.6 水泥石的腐蚀
1.水泥的腐蚀： （1）软水侵蚀 水泥石长期接触软水时，会使水泥石中 的氢氧化钙不断被溶出，当水泥石中游离 的氢氧化钙减少到一定程度时，水泥石中 的其它含钙矿物也可能分解和溶出，从而 导致水泥石结构的强度降低，甚至破坏。 当水泥石处于软水环境时，特别是处于流 动的软水环境中时，水泥被软水侵蚀的速 度更快。

例3-6.影响硅酸盐水泥水化热的因素有那 些？水化热的大小对水泥的应用有何影响？


解:影响硅酸盐水泥水化热的因素主要有硅酸三 钙Ｃ 3S、铝酸三钙C3 Ａ的含量及水泥的细度。硅 酸三钙Ｃ 3S、铝酸三钙C3 Ａ的含量越高，水泥的 水化热越高；水泥的细度越细，水化放热速度越 快。 水化热大的水泥不得在大体积混凝土工程中使用。 在大体积混凝土工程中由于水化热积聚在内部不 易散发而使混凝土的内部温度急剧升高，混凝土 内外温差过大，以致造成明显的温度应力，使混 凝土产生裂缝。严重降低混凝土的强度和其它性 能。但水化热对冬季施工的混凝土工程较为有利， 能加快早期强度增长，使抵御初期受冻的能力提 高。

例3-4.何谓水泥的体积安定性？水泥的体积安 定性不良的原因是什么？安定性不良的水泥应 如何处理？



解:水泥浆体硬化后体积变化的均匀性称为水泥的体积 安定性。即水泥硬化浆体能保持一定形状，不开裂， 不变形，不溃散的性质。导致水泥安定性不良的主要 原因是： （1） 由于熟料中含有的的游离氧化钙、游离氧化 镁过多； （2） 掺入石膏过多； 其中游离氧化钙是一种最为常见，影响也是最严重的 因素。熟料中所含游离氧化钙或氧化镁都是过烧的， 结构致密，水化很慢。加之被熟料中其它成分所包裹， 使得其在水泥已经硬化后才进行熟化，生成六方板状 的Ca（OH）2晶体，这时体积膨胀９７％以上，从而导 致不均匀体积膨胀，使水泥石开裂。

例3-5.某些体积安定性不合格的水泥， 在存放一段时间后变为合格，为什么？


解:某些体积安定性轻度不合格水泥，在空气中放置２ ~4周以上，水泥中的部分游离氧化钙可吸收空气中的 水蒸汽而水化（或消解），即在空气中存放一段时间 后由于游离氧化钙的膨胀作用被减小或消除，因而水 泥的体积安定性可能由轻度不合格变为合格。 [评注] 必须注意的是，这样的水泥在重新检验并确认 体积安定性合格后方可使用。若在放置上段时间后体 积安定性仍不合格则仍然不得使用。安定性合格的水 泥也必须重新标定水泥的标号，按标定的标号值使用。
Ｃ 3S 凝结硬化速 度 28d 水 化 热 大 快
C2S 慢 小
C 3Ａ 最快 最大
Ｃ 4A F 快 中
强度
高
早期低、 后期高 强
低
低
耐腐蚀性
差
最差
中
甲厂硅酸盐水泥熟料中的硅酸三钙Ｃ3S 、铝酸 三钙C3Ａ 的含量均高于乙厂硅酸盐水泥熟料，而乙厂 硅酸盐水泥熟料中硅酸二钙C2S含量高于甲厂硅酸盐水 泥熟料。熟料矿物成分含量的不同是造成上述差异的主 要原因。

例3-7.为什么流动的软水对水泥石有 腐蚀作用？

解:水泥石中存在有水泥水化生成的氢氧化钙。 氢氧化钙Ca（OH）2可以微溶于水。水泥石长 期接触软水时，会使水泥石中的氢氧化钙不 断被溶出并流失，从而引起水泥石孔隙率增 加。当水泥石中游离的氢氧化钙Ca（OH）2浓 度减少到一定程度时，水泥石中的其它含钙 矿物也可能分解和溶出，从而导致水泥石结 构的强度降低，所以流动的软水或具有压力 的软水对水泥石有腐蚀作用。



当石膏掺量过多时，在水泥硬化后，残余石膏与水化铝 酸钙继续反应生成钙矾石，体积增大约1.5倍，也导致 水泥石开裂。 体积安定性不良的水泥，会发生膨胀性裂纹使水泥制品 或混凝土开裂、造成结构破坏。因此体积安定性不良的 水泥，应判为废品，不得在工程中使用。 [评注] 水泥的体积安定性用雷氏法或试饼法检验。沸 煮后的试饼如目测未发现裂缝，用直尺检查也没有弯曲， 表明安定性合格。反之为不合格。雷式夹两试件指针尖 之间距离增加值的平均值不大于5.0㎜时，认为水泥安 定性合格。沸煮法仅能检验游离氧化钙的危害。游离氧 化镁和过量石膏往往不进行检验，而由生产厂控制二者 的含量，并低于标准规定的数量。