硅酸盐水泥的水化速度表现为

硅酸盐水泥是通用硅酸盐水泥的基本品种，分为两种类型：未掺混合材料的为Ⅰ型硅酸盐水泥，代号P·Ⅰ；掺入不超过水泥质量5％的混合材料（粒化高炉矿渣或石灰石）的为Ⅱ型硅酸盐水泥，代号P·Ⅱ。

3．1．1 硅酸盐水泥的生产

硅酸盐水泥的生产过程包括3个环节：生料的制备、熟料的煅烧和水泥的粉磨，可简单概括为“两磨一烧”，如图3．1所示。

图3．1 硅酸盐水泥生产工艺流程图

1）生料的制备

生产硅酸盐水泥的原料主要是石灰质原料和黏土质原料。石灰质原料主要提供Ca O，可采用石灰岩、凝灰岩、贝壳等，其中多用石灰岩。黏土质原料主要提供Si O2、Al2O3及少量Fe2O3，可采用黏土、黄土、页岩、砂岩等，其中黏土与黄土应用最广泛。为满足成分要求，还常用一些调节Si O2、Al2O3、Fe2O3含量的辅助原料，例如用铁矿粉补充Fe2O3的含量。此外，为改善煅烧条件，还常常加入少量的矿化剂（如萤石Ca F2）、晶种等。

将原料按适当的比例配合，使生料化学成分满足：Ca O含量为64％～68％，Si O2含量为21％～23％，Al2O3含量为5％～7％，Fe2O3含量为3％～5％，Mg O含量小于5％，并将其在球磨机内研磨到规定细度并均匀混合。生料制备有干法和湿法两种。

2）熟料的煅烧

将配制好的生料入窑进行高温煅烧，生料在窑内的烧成过程中，要经历干燥、预热、分解、熟料烧成及冷却几个阶段。

①100～200℃，生料被加热，自由水逐渐蒸发而干燥。

②200～500℃，生料被预热。

③500～800℃，黏土质原料脱水并分解为无定形的Al2O3和Si O2，在600℃以后，石灰质原料中的Ca CO3开始少量分解为Ca O和CO2。

④800℃左右，生成铝酸一钙，也可能有铁酸二钙及硅酸二钙开始形成。

⑤900～1100℃，铝酸三钙和铁铝酸四钙开始形成；900℃时Ca CO3大量分解，直到分解完毕。

⑥1100～1200℃，大量形成铝酸三钙和铁铝酸四钙，硅酸二钙生成量最大。

⑦1300～1450℃，铝酸三钙和铁铝酸四钙呈熔融状态，产生的液相将Ca O及部分硅酸二钙溶解其中，在此液相中，硅酸二钙吸收Ca O化合成硅酸三钙。这一过程是煅烧水泥的关键，必须有足够的时间，以保证水泥熟料的质量。

烧成的水泥熟料经迅速冷却，得到水泥熟料块。在整个烧成过程中，烧成带的反应是煅烧水泥的关键。

3）水泥的粉磨

为了调节水泥的凝结时间，将水泥熟料配以适量石膏（常用天然二水石膏、天然硬石膏），并根据要求掺入5％以内或不掺混合材料，共同磨至适当的细度，即制成硅酸盐水泥。

3．1．2 硅酸盐水泥的组成和水化

1）矿物组成

硅酸盐水泥熟料主要由硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙4种矿物组成，其成分、化学式缩写及含量见表3．2。

表3．2 硅酸盐水泥的成分及含量

水泥熟料中除了上述主要矿物外，还含有少量的游离氧化钙（f-Ca O）、游离氧化镁（f-Mg O）、碱性氧化物（Na2O、K2O）和玻璃体等。

2）矿物特性

硅酸盐水泥熟料的4种主要矿物单独与水作用时表现出不同的特性，见表3．3。

表3．3 四种熟料矿物特性

硅酸三钙水化速度较快，水化热较大，其水化产物主要在早期产生，早期强度最高，且能不断增长，因而是决定水泥强度等级的最主要矿物。硅酸二钙水化速度最慢，水化热最小，其水化产物和水化热主要是在后期产生，对水泥早期强度贡献很小，但对后期强度增长至关重要。铝酸三钙水化速度最快，水化热最大，如果不掺石膏，易造成水泥速凝，其水化产物大多在3天内就产生，但强度并不高，以后也不再增长，甚至出现倒缩，硬化时表现出的体积收缩也最大，耐硫酸盐腐蚀性能差。铁铝酸四钙水化速度介于硅酸三钙和硅酸二钙之间，强度发展主要在早期，强度偏低，其突出特点是抗冲击性能和抗硫酸盐腐蚀性能好。

硅酸盐水泥强度主要取决于4种单矿物的性质。适当调整它们的相对含量，可以制成不同品种的水泥。例如：当提高C3S和C3A含量时，可生产快硬硅酸盐水泥；提高C2S和C4AF的含量，降低C3S、C3A的含量，可生产出低热大坝水泥；提高C4AF含量，则可制得干缩小、抗折强度高的道路水泥。

3）硅酸盐水泥的水化

水化是水泥颗粒与水接触，熟料矿物与水发生水化作用，由无水状态转变成含结合水的水化物的反应过程，该过程伴随热量的放出。

（1）硅酸三钙

在常温下，C3S的水化反应式表述如下：

2（3Ca O·Si O2）＋6H2O＝3Ca O·2Si O2·3H2O＋3Ca（OH）2

硅酸三钙水化较快，水化放热量高，水化产物是水化硅酸钙和氢氧化钙。水化硅酸钙（简写C-S-H）不溶于水，很快以胶体微粒析出，并逐渐凝聚成凝胶，构成具有很高强度的空间网状结构。同时，生成的氢氧化钙在溶液中的浓度很快达到饱和，并以晶体形态析出。水化硅酸钙具有很大的比表面积和刚性凝胶的特性，凝胶粒子间存在范德华力和化学结合键，因而具有较高的强度。氢氧化钙晶体具有层状结构，生成的数量较少，通常只起填充作用。

（2）硅酸二钙

C2S的水化过程与C3S极为相似，其水化反应表述为：

2（2Ca O·Si O2）＋4H2O＝3Ca O·2Si O2·3H2O＋Ca（OH）2

C2S的水化与C3S的差别是其水化速率较慢，水化放热量小。

（3）铝酸三钙

C3A水化过程的特征是反应迅速，水化放热量大，水化产物的组成和结构受水化条件影响大。

在常温下，C3A单独与水反应时，可用下式表述：

3Ca O·Al2O3＋6H2O＝3Ca O·Al2O3·6H2O

生成的水化铝酸三钙为立方晶体。

在硅酸盐水泥浆体中，熟料中的C3A实际上是在Ca（OH）2和有石膏存在的环境中水化的，C3A在Ca（OH）2饱和溶液中的水化反应可表述为：

3Ca O·Al2O3＋Ca（OH）2＋12H2O＝4Ca O·Al2O3·13H2O

生成的水化铝酸四钙为六方片状晶体，在室温下能稳定存在于水泥浆体的碱性环境中，其数量增长也较快，足以阻碍粒子的相对移动，这是水泥浆产生瞬时凝结的主要原因之一。因此在水泥粉磨时，需加入适量的石膏以调整其凝结时间。

石膏和氢氧化钙同时存在时，C3A开始水化生成的水化铝酸四钙会立即与石膏反应，其反应式为：

4Ca O·Al2O3·13H2O＋3（Ca SO4·2H2O）＋14H2O＝3Ca O·Al2O3·3Ca SO4·32H2O＋Ca（OH）2

生成的三硫型水化硫铝酸钙（高硫型水化硫铝酸钙），又称钙矾石（以AFt表示），是难溶于水的针状晶体，它在水泥熟料颗粒表面很快形成一层“保护膜”，阻碍水分子和离子的渗透与溶解，延缓水化。

当石膏耗尽而水泥中还有未完全水化的C3A时，C3A的水化产物水化铝酸四钙又能与钙矾石反应生成单硫型水化硫铝酸钙，即：

2（4Ca O·Al2O3·13H2O）＋3Ca O·Al2O3·3Ca SO4·32H2O＝3（3Ca O·Al2O3·Ca SO4·12H2O）＋2Ca（OH）2＋20H2O

单硫型水化硫铝酸钙为六方板状晶体，以AFm表示。

（4）铁铝酸四钙

C4AF的水化与C3A相似，只是水化反应速度稍慢，水化热较低。

C4AF单独与水反应时，生成水化铝酸三钙晶体和水化铁酸一钙凝胶，即：

4Ca O·Al2O3·Fe2O3＋7H2O＝3Ca O·Al2O3·6H2O＋Ca O·Fe2O3·H2O

在有氢氧化钙存在时，C4AF按下式水化形成水化铁铝酸四钙：

4Ca O·Al2O3·Fe2O3＋4Ca（OH）2＋22H2O＝2［4Ca O·（Al2O3·Fe2O3）·13H2O］

在有氢氧化钙和石膏同时存在时，其水化反应式如下：

4Ca O·Al2O3·Fe2O3＋2Ca（OH）2＋6（Ca SO4·2H2O）＋50H2O＝2［4Ca O·（Al2O3·Fe2O3）·3Ca SO4·32H2O］

如上所述，C4AF的水化产物与C3A的水化产物相比，其主要差别是部分Al2O3被Fe2O3代替，其他规律大体相当。

综上所述，如果忽略一些次要的和少量的组分，硅酸盐水泥水化后的主要水化产物有：水化硅酸钙凝胶（C-S-H）、水化铁酸一钙凝胶、Ca（OH）2晶体（CH）、水化铝酸钙晶体和水化硫铝酸钙晶体（AFt或AFm）。在充分水化的水泥石中，各种水化物的质量比估计为：C-S-H约70％，CH约20％，AFt和AFm约7％，未水化熟料颗粒和其他组分约3％。水化硅酸钙凝胶对水泥石的强度和其他主要性质起着决定性作用。

4）硅酸盐水泥的凝结硬化

（1）凝结硬化过程

水泥加水拌和后，最初形成具有可塑性的浆体，水泥颗粒表面的矿物开始在水中溶解并与水发生水化反应，随着水化反应的进行，水泥浆体逐渐变稠失去可塑性，但尚不具有强度的过程，称为水泥的“凝结”。随着水化反应的进一步进行，凝结的水泥浆开始产生强度并逐渐发展成为坚硬的石状体——水泥石，这一过程称为“硬化”。水化是水泥凝结硬化的前提，而凝结硬化是水泥水化的结果。凝结和硬化是人为划分的，实际上是一个连续的、复杂的物理化学变化过程。虽然世界各国科学家们通过一百多年的努力，甚至近年来应用了X射线和电子光学技术等分析方法，对水泥水化的认识有了很大的进展，但至今尚存在不同看法，仍有许多问题有待进一步研究，下面仅作简单介绍。

水泥加水拌和后，未水化的水泥颗粒迅速分散在水中，成为水泥浆体，如图3．2（a）所示。水泥的水化反应首先从表面开始，水泥颗粒遇水后，其表面的熟料矿物立即溶解，然后与水反应，生成相应的水化物并溶于水中。由于各水化物的溶解度很小，水化物的生成速度大于水化物向溶液中扩散的速度，一般在几分钟内，水泥颗粒周围的溶液就形成水化物的过饱和溶液，先后析出水化硅酸钙凝胶、水化硫铝酸钙、氢氧化钙和水化铝酸钙晶体等水化产物，附着在水泥颗粒表面。在水化初期，水化产物的数量较少，包裹有水化物膜层的水泥颗粒之间还是分离的，水泥浆仍具有可塑性，如图3．2（b）所示。

随着时间延长，水泥颗粒不断水化，新生水化物增多，包裹在水泥颗粒表面的水化物膜层增厚，颗粒间的空隙逐渐缩小，而包裹凝胶体的水泥颗粒则逐渐接近，以致相互接触，在接触点借助范德华力，凝聚成疏松多孔的空间网状结构（如图3．2（c）所示），水泥浆逐渐变稠，开始失去流动性和部分可塑性，也就是水泥浆体的“初凝”，但这时还不具有强度。

随着以上过程的不断进行，固态的水化产物不断增多，颗粒间接触点数目增加，结晶体和凝胶体互相贯穿形成的凝聚-结晶网状结构不断加强，使原先分散的水泥颗粒以及水化物相互连接起来，化学键合力不断增大，到一定的程度，水泥浆体完全失去可塑性，形成充满颗粒间隙的紧密网状结构，使水泥浆体具有抵抗外力的一定强度，此时达到“终凝”，并开始进入硬化阶段，如图3．2（d）所示。水泥进入硬化期后，水化速度逐渐减慢，水化物随时间的增长而逐渐增加，并填充于水泥石的毛细孔中，使结构更趋致密，强度相应提高。

图3．2 水泥凝结硬化过程示意图

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

水泥的水化和凝结硬化是从水泥颗粒表面开始的，逐渐往水泥颗粒的内核深入进行。开始时水化速度较快，水泥的强度增长快；但是由于水化不断进行，附着在水泥颗粒周围的水化产物不断增多，阻碍水和水泥未水化部分的接触，水化速度减慢，强度增长也逐渐减慢。由于部分水泥颗粒的内核很难完全水化，因此在硬化水泥石中，同时包含有水泥熟料矿物水化的凝胶体和结晶体、未水化的水泥颗粒内核、水（自由水和吸附水）和孔隙（毛细孔和凝胶孔），它们在不同时期相对数量的变化，使水泥石的性质随之发生变化。

（2）影响凝结硬化的因素

水泥的凝结硬化过程，也是水泥强度发展的过程。为了正确使用水泥，并能在生产中采取有效措施调节水泥的水化进程，必须了解影响水泥凝结硬化的因素。

①水泥熟料矿物组成。硅酸盐水泥熟料的矿物组成是影响水泥水化速度、凝结硬化过程和强度发展的主要因素。熟料中各种矿物的凝结硬化特点不同，当水泥中各种矿物的相对含量不同时，水泥的凝结硬化特点也不同。例如，水泥中C3S和C3A含量增加，水泥的凝结硬化速度加快，早期强度提高；反之，提高C2S和C4AF的含量，水泥的凝结硬化速度减慢，早期强度降低。

②水泥细度。水泥颗粒越细，与水接触越充分，水化反应速度越快，水化热越大，凝结硬化越快，早期强度越高。但水泥颗粒太细，单位需水量增多，硬化后水泥石中毛细孔增多，干缩增大，会使后期强度降低。另外，水泥颗粒太细，易与空气中的水分及二氧化碳反应，使水泥不宜久存，而且水泥磨制过细时能耗大、成本高。

③拌和用水量。拌和水泥浆体时，为使其具有一定的塑性和流动性，实际用水量通常大于水泥水化的理论需水量。用水量越大，水泥浆越稀，此时水泥的初期水化反应得以充分进行，但颗粒间的间隙越大，凝结硬化越慢，多余水分蒸发后在水泥石内形成的毛细孔越多，不仅导致水泥石的强度、抗冻性、抗渗性等降低，还会造成体积收缩等。

④养护条件（温度、湿度）。通常，水泥的养护温度在5～20℃时有利于强度增长。随着养护温度提高，水泥水化速度加快，其强度增长也快。但如果温度太高，反应速度太快，所生成的水化产物分布不均匀，形成的结构不密实，反而会导致后期强度下降（当温度达到70℃以上时，其28d的强度降低10％～20％）。养护温度低时，水泥水化速度慢，强度增长缓慢，早期强度较低，当温度接近0℃或低于0℃时，水泥停止水化，并有可能在冻结膨胀作用下造成已硬化的水泥石破坏。因此，冬季进行混凝土施工时，要采取一定的保温措施。

水是水泥水化、硬化的必要条件。若环境干燥，水泥浆体中的水分很快蒸发，水泥浆体由于缺水致使水化不能正常进行甚至停止，强度不再增长，严重的会导致水泥石或混凝土表面产生干缩裂缝。

保持环境的温度和湿度，使水泥石强度不断增长的措施，称为养护。因此，使用水泥时必须注意养护，使水泥在温度和湿度适宜的环境中凝结硬化，不断增长其强度。

⑤养护时间。水泥的水化和硬化是一个较漫长的过程，随着养护时间的增加，水泥水化更加充分，凝胶体数量不断增加，毛细孔隙减少，密实度和强度增加。硅酸盐水泥在3～14d内强度增长较快，28d后强度增长趋于缓慢。但是，只要维持适当的温度和湿度，水泥的水化将不断进行，其强度在几年甚至几十年后还会继续增长。

3．1．3 基本性能

1）硅酸盐水泥的技术要求

技术要求即品质指标，是衡量水泥品质及保证水泥质量的重要依据。硅酸盐水泥的技术指标主要有不溶物、烧失量、三氧化硫、氧化镁、氯离子、碱含量、细度、凝结时间、安定性及强度指标共10项。国家标准《通用硅酸盐水泥》（GB175—2007）对水泥的技术要求见表3．4和表3．5。

表3．4 硅酸盐水泥的化学物理指标（依据GB175—2007）

续表

注：a．如果水泥压蒸试验合格，则水泥中氧化镁的含量（质量分数）允许放宽至6．0％。

b．当有更低要求时，该指标由买卖双方协商确定。

表3．5 通用硅酸盐水泥的强度指标（依据GB175—2007）

（1）不溶物和烧失量

不溶物是指水泥经酸和碱处理，不能被溶解的残留物。其主要成分是结晶Si O2，其次是R2O3，属于水泥中非活性组分之一。水泥烧失量是指水泥在950～1000℃高温下煅烧失去的质量分数。

水泥中的不溶物和烧失量指标是为了控制水泥生产过程中的熟料煅烧质量及限制某些组分的掺入量。

（2）细度

细度即水泥的粗细程度，硅酸盐水泥的细度用比表面积表示。水泥必须有足够的细度，才能具有良好的和易性、不泌水等性能，并应具有一定的早期强度，以满足施工进度要求。国家标准规定，水泥的比表面积应大于300m2／kg。从水泥生产来说，水泥的粉磨细度直接影响水泥生产的能耗、质量、产量和成本，故实际生产中必须权衡利弊进行适当控制。

（3）标准稠度用水量

标准稠度用水量是指水泥加水调拌至某一规定稠度净浆时所需拌和用水量占水泥质量的百分数。由于用水量的多少直接影响凝结时间和安定性等性质的测定，因此，必须在标准稠度下进行试验。硅酸盐水泥的标准稠度用水量一般为24％～30％。水泥熟料矿物的成分和细度不同时，其标准稠度用水量也不相同。

（4）凝结时间

水泥的凝结时间是指水泥从加水拌和开始到水泥浆失去流动性，即从可塑状态发展到固体状态所需要的时间，分初凝时间和终凝时间。初凝时间是指水泥加水拌和到标准稠度净浆开始失去可塑性所需的时间；终凝时间是指水泥加水拌和直至标准稠度净浆完全失去塑性的时间。为保证水泥砂浆或混凝土有充分的时间进行搅拌、运输和成型，必须要求水泥有一定的初凝时间；施工完毕后希望混凝土能较快硬化，较快脱模，因此，又要求水泥有不太长的终凝时间。为了调节水泥凝结时间，可以加入适量的石膏，使水泥凝结时间达到标准要求。

国家标准规定：硅酸盐水泥的初凝时间不应小于45min，终凝时间不应大于390min。凝结时间不满足要求的水泥为不合格品。

（5）体积安定性

水泥硬化后体积变化的均匀性称为水泥体积安定性。安定性是水泥质量指标中最重要的指标之一，它直接反映水泥质量的好坏。如果水泥中某些成分的化学反应发生在水泥硬化过程中甚至硬化后，造成剧烈而不均匀的体积变化（体积膨胀）足以使混凝土强度明显降低，甚至溃裂，这种现象称为水泥安定性不良。引起水泥安定性不良的原因有熟料中的游离氧化钙、游离氧化镁过多或石膏掺量过多。安定性不满足要求的为不合格品。

（6）强度

强度是硅酸盐水泥的重要指标，是评定水泥强度等级的依据。国家标准规定，采用《水泥胶砂强度检验法》（ISO法）（GB／T17671—1999）测定水泥强度。该法是将水泥、标准砂和水以规定的质量比例（水泥∶标准砂∶水＝1∶3∶0．5）按规定的方法搅拌均匀并成型为40mm× 40mm×160mm的试件，在温度（20±1）℃的水中，养护到一定的龄期（3d、28d）后，测其抗折强度、抗压强度。根据所测得强度值，将硅酸盐水泥分为42．5、42．5R、52．5、52．5R、62．5、62．5R共6个强度等级（符号R表示早强型）。各龄期的强度不能低于国家标准的规定（见表3．5），各龄期强度不满足要求的为不合格品。

（7）碱含量（选择性指标）

配制混凝土的骨料中含有活性Si O2时，若水泥中的碱含量高，就可能产生碱-骨料反应，使混凝土产生不均匀的体积变化，甚至导致混凝土产生膨胀破坏。水泥中碱含量按Na2O＋0．658K2O计算值表示。若使用活性骨料，用户要求提供低碱水泥时，水泥中的碱含量应不大于0．60％，或由买卖双方协商确定。

（8）氯离子含量

水泥混凝土是碱性的（新拌混凝土的p H值为12．5或更高），钢筋在碱性环境下由于其表面氧化保护膜的作用，一般不致锈蚀。但如果水泥中氯离子含量较高，氯离子会加剧锈蚀反应，破坏保护膜，加速钢筋锈蚀。因此，国家标准规定：硅酸盐水泥中氯离子含量应不大于0．06％，当有更低要求时，由买卖双方协商确定。

（9）密度、堆积密度

硅酸盐水泥的密度一般为3．0～3．15g／cm3，松散堆积密度一般为1000～1300kg／m3，紧密堆积密度一般为1500～1900kg／m3。水泥储存时间过长，尤其是在比较潮湿的条件储存时，密度会降低。

（10）水化热

各种熟料矿物在水化时都会放出一定的热量，水泥的水化热与其矿物组成、细度和混合材掺量有关。水泥在水化过程中放出的热量称为水泥的水化热。硅酸盐水泥3d龄期内放热量为总热量的50％，7d龄期内放热量为总热量的75％，90d龄期内放热量为总热量的90％。

在冬季施工时，水化热能提高水泥浆体温度，有利于水泥正常水化，加快施工进度。但在大体积混凝土工程中，水化放出的热量聚集在内部不易散失，使混凝土内部温度升高，会导致混凝土结构内外温差较大而产生应力，致使混凝土结构因不均匀膨胀而产生裂缝，给工程质量带来严重危害，因此降低大体积混凝土水化温升非常重要。

2）硅酸盐水泥的腐蚀与防止

硅酸盐水泥硬化后，在通常的使用条件下，一般有较好的耐久性。但当水泥石所处的环境中含有腐蚀性液体或气体介质时，水泥石会受到腐蚀。

（1）腐蚀的类型及原因

引起水泥石腐蚀的原因很多，作用也非常复杂，下面介绍几种典型介质的腐蚀作用。

①软水腐蚀。雨水、雪水、蒸馏水、工厂冷凝水及重碳酸盐含量很低的河水与湖水等都属于软水。若水泥石长期与这些水接触，水泥石中的氢氧化钙会溶于水。在静水及无压力的情况下，由于水泥石周围的水易被溶出的氢氧化钙所饱和，使溶解作用终止，所以溶出仅限于表层，影响不大。但在流水及压力水的作用下，氢氧化钙会不断溶解流失，使水泥石碱度降低。同时，由于水泥石中的其他水化产物必须在一定的碱性环境中才能稳定存在，氢氧化钙的溶出还会引起其他水化产物的分解，最终导致水泥石破坏，因此这种腐蚀也称为溶出性腐蚀。

②盐类腐蚀

A．硫酸盐腐蚀。湖水、海水、盐沼水、地下水、某些工业污水中常含有钾、钠、氨的硫酸盐，它们与水泥石中的氢氧化钙发生化学反应生成硫酸钙，生成的硫酸钙与水泥石中的固态水化铝酸钙反应生成高硫型水化硫铝酸钙，即钙矾石（AFt），其反应式为

3Ca O·Al2O3·6H2O＋3（Ca SO4·2H2O）＋20H2O＝3Ca O·Al2O3·3Ca SO4·32H2O

生成的钙矾石含有大量结晶水，比原有体积增加1．5倍以上，由于是在已经硬化的水泥石中发生上述反应，因此对水泥石产生巨大的膨胀破坏作用。钙矾石是一种针棒状晶体，故人们把水泥浆体硬化后形成的钙矾石称为“水泥杆菌”。

当环境水中的硫酸盐浓度较高时，生成的硫酸钙会在水泥石的孔隙中直接结晶成二水石膏，体积膨胀，导致水泥石破坏。

B．镁盐腐蚀。海水及地下水中常含有大量的镁盐，主要有硫酸镁和氯化镁，它们可与水泥石中的氢氧化钙发生如下反应：

Mg SO4＋Ca（OH）2＋2H2O＝Ca SO4·2H2O＋Mg（OH）2

Mg Cl2＋Ca（OH）2＝Ca Cl2＋Mg（OH）2

生成的氢氧化镁松软而无胶结能力，氯化钙易溶于水，二水石膏则产生上述的硫酸盐腐蚀，因此，硫酸镁对水泥石起镁盐和硫酸盐的双重腐蚀作用，故显得特别严重。

③酸类腐蚀：

A．碳酸腐蚀。在工业污水、地下水中常溶解有一些CO2，当含量过多时，将对水泥石起腐蚀作用。首先，水泥石中的Ca（OH）2在碳酸作用下生成碳酸钙：

CO2＋Ca（OH）2＋H2O＝Ca CO3＋2H2O

形成的碳酸钙又与碳酸作用生成易溶于水的碳酸氢钙。

Ca CO3＋CO2＋H2O Ca（HCO3）2

当水中含有较多的CO2并超过平衡浓度时，上述可逆反应向右进行，导致水泥石中的微溶于水的氢氧化钙转变为易溶于水的碳酸氢钙而溶失。随着氢氧化钙浓度降低，还会导致其他水化产物的分解，使腐蚀作用进一步加剧。

B．一般酸性腐蚀。工业废水、某些地下水、沼泽水中，常含有一定量的无机酸和有机酸，各种酸类对水泥石都有不同程度的腐蚀作用，即它们都可以与水泥石中的氢氧化钙作用，生成的钙盐或是易溶于水的，或是膨胀性的，从而产生破坏作用。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。

2HCl＋Ca（OH）2＝Ca Cl2＋H2O

H2SO4＋Ca（OH）2＝Ca SO4·2H2O

反应生成的氯化钙易溶于水，生成的二水石膏或者直接在水泥石孔隙中结晶产生膨胀，或者再与水泥石中的水化铝酸钙作用生成钙矾石，其破坏性更大。酸的氢离子浓度越大（即p H值越小时），腐蚀性越严重。

④强碱腐蚀。一般情况下，水泥石能抵抗碱类的腐蚀，但如果长期处于较高浓度（＞10％）的含强碱（Na OH、KOH）溶液中，也会发生缓慢的破坏。碱溶液腐蚀主要包括化学反应和物理析晶两方面的作用。

化学反应腐蚀碱溶液与硬化水泥石组分之间发生化学反应，生成胶结力弱、易为碱溶液析出的产物，如：

3Ca O·Al2O3·6H2O＋6Na OH＝3Ca（OH）2＋3Na2O·Al2O3＋6H2O

3Ca O·2Si O2·3H2O＋6Na OH＝3Ca（OH）2＋2Na2Si O3＋2H2O

而物理析晶腐蚀则是因氢氧化钠渗入水泥石孔隙中，再与空气中的二氧化碳作用形成含大量结晶水的碳酸钠，其结晶沉淀也会造成水泥石结构胀裂：

2Na OH＋CO2＋H2O＝Na2CO3·10H2O

除上述腐蚀类型外，对水泥石有腐蚀作用的还有一些其他物质，如糖、氨盐、动物脂肪、含环烷酸的石油产品等。

在实际工程中，环境介质的影响往往是多方面的，很少只有单一的腐蚀作用，一般是以一种腐蚀为主，并同时存在其他次要腐蚀作用。产生水泥石腐蚀的基本内因有：

①水泥石中存在易被腐蚀的组分，即氢氧化钙和水化铝酸钙。

②水泥石结构本身不密实，存在很多腐蚀性介质易于进入内部的毛细孔通道，从而使氢氧化钙溶失，水泥石受损，胶结力降低；或者有膨胀性产物生成，引起胀裂破坏现象。

③侵蚀性介质以液相的形式与水泥石接触并具有适宜的环境温度、湿度和介质浓度等。

（2）防止腐蚀的措施

使用水泥时，应根据水泥石腐蚀原因，针对不同的腐蚀环境，采取以下防止措施：

①根据腐蚀环境特点，合理选用水泥品种。如选用C3S含量低的水泥，使水泥水化产物中Ca（OH）2含量减少，以提高耐软水侵蚀的作用。C3A低则可降低硫酸盐类的腐蚀作用。

②通过各种途径提高水泥石的密实度，防止侵蚀性介质渗入，如减小水灰比、采用优质骨料和掺合料、改善施工操作、掺入外加剂等。

③在水泥石表面设耐蚀保护层，以隔离侵蚀介质与水泥石接触。例如，在水泥石表面涂抹耐腐蚀的涂料（沥青、水玻璃、环氧树脂等），或在水泥石的表面铺贴建筑陶瓷、致密的天然石材等，都是防止水泥石腐蚀的有效做法。

3）硅酸盐水泥的性能及应用

①凝结硬化快，早期强度和后期强度高。硅酸盐水泥不掺混合材或掺入少量的混合材，硅酸三钙含量高，因此，凝结硬化快，早期强度和后期强度都高，适用于早期强度要求较高的工程，如高强混凝土工程及预应力混凝土工程。

②水化热大。硅酸盐水泥中C3A、C3S含量高，因此水化热较大，有利于冬期施工。但由于水化热较大，在大体积混凝土工程中，容易在混凝土构件内部聚集较多的热量，产生温度应力，造成混凝土破坏。因此，硅酸盐水泥一般不宜用于大体积混凝土工程。

③抗冻性好、耐磨性好。硅酸盐水泥石结构密实且早期强度高，因此抗冻性好；硬化时干缩小、不易产生干缩裂缝、表面不易起粉，因此耐磨性较好。故硅酸盐水泥适合用于严寒地区遭受反复冻融的工程及抗冻性要求较高的工程，也可用于道路工程。但由于水化热大，凝结时间短，不利于混凝土远距离运输或高温季节施工，所以只适用于快速抢修工程和冬季施工。

④耐腐蚀性差。硅酸盐水泥水化后，含有大量的氢氧化钙和水化铝酸钙，其耐软水和耐化学腐蚀性差，不适用于长期处于水中的混凝土和受化学侵蚀的工程。

⑤抗碳化性能好。水泥石中的氢氧化钙与空气中二氧化碳和水作用生成碳酸钙的过程称为碳化。碳化会引起水泥石内部碱度降低，当水泥石碱度降低到一定程度（以p H计算低于11．5时），钢筋混凝土中的钢筋便失去钝化保护膜而开始锈蚀。而硅酸盐水泥水化后，水泥石中含有较多的氢氧化钙，碳化时碱度下降少，对钢筋的保护作用强，因此适用于空气中二氧化碳浓度高的环境，如热处理车间等。

⑥不耐高温。当水泥石处于250～300℃的高温环境时，水化产物水化硅酸钙开始脱水，体积收缩，强度下降。氢氧化钙在600℃以上会分解生成氧化钙和水，高温后的水泥石受潮时，生成的氧化钙与水作用导致体积膨胀，会造成水泥石破坏。因此，硅酸盐水泥不宜用于温度高于250℃的耐热混凝土工程，如工业窑炉和高炉基础。