对普通硅酸盐水泥中铝酸三钙问题的几点认识

JIANGSU WATER RESOURCES2002.No.8
铝酸三钙(C
3A)是普通硅酸盐水
泥熟料中4种主要矿物成份之一，在
国家标准里（GB175-1999）未对其
成份含量提出限制要求，但它的含量
直接影响混凝土的抗硫酸盐侵蚀的
能力及水化热的大小。

在硫酸盐含量
高的地区，C
3A含量低的水泥可部分
替代抗硫酸盐水泥，作为抗硫酸盐侵
蚀的有效措施之一，同时由于发热量
小，可部分充当中、低热水泥使用。

1铝酸三钙的形成及结构特征
普通硅酸盐水泥（代号P.O.）是
由硅酸盐水泥熟料、6%~15%混合
材料、适量石膏共同磨细制成的水硬
性胶凝材料。

水泥熟料主要由石灰质和粘土
质两类原料中提供的CaO、SiO
2
、
Al2O3、Fe2O3等化学成份在高温下煅
烧生成，它的主要矿物成份为硅酸三
钙（3CaO·SiO2，简称C3S）、硅酸二钙
（2CaO·SiO
2
，简称C
2S
）、铝酸三钙
（3CaO·Al
2O3，简称C3A
）和铁铝酸四
钙（4CaO·Al2O3·Fe2O3，简称C4AF）。

C3A是在水泥熟料烧成过程中
900~1100O C时开始形成，1100~
1200O C时大量生成。

同时只有当化学
成份Al
2O3和Fe2O3的重量比(P)大
于0.64（铝率）时才能形成，其矿物含
量推算公式为：C
3A=2.65(Al2O3-
0.64Fe2O3)，当P<0.64时，由于
Al2O3含量不足，不可能形成C3A。

在
水泥熟料中，C
3A含量大约是5%~
12%。

C3A在显微镜下呈圆形粒子，属
立方晶体，粒子间距a
O=A7.6230，折
射率D=1.71010.002。

由许多四面
体[AlO
4
]5-和八面体[CaO6]10-、
[AlO6]9-所组成，中间由配位数为12
的Ca2+离子松散地联接，因此具有较
大的空穴。

C3A具有以下主要结构特征：一
是在晶体结构中，钙离子具有不规则
的配位数，其中处于配位数为6的钙
离子，以及虽然配位数为12，但联系
松散的钙离子，均具有较大的活性。

二是在晶体结构中，铝离子也有两种
配位情况，而且四面体[AlO
4
]5-是变
了形的，因此，铝离子也具有较大的
活性。

三是结构中具有较大的孔穴，
OH-离子容易进入晶格内部，因此
C3A的水化速度较高，从而有助于提
高水泥的早期强度。

2水泥中铝酸三钙含量价值问题
2.1水泥中C3A含量与抗硫酸盐
关系
抗硫酸盐水泥的一个重要指标
就是熟料中C
3A含量不大于5%。

这
一限量是由于在它晶体结构中，钙离
子和铝离子具有较大的活性，当水中
含有硫酸盐如硫酸钠、硫酸钙、硫酸
镁等时，这些成份和C
3A等发生化学
反应，形成对混凝土的侵蚀，水泥中
C3A含量高，这一作用大，反之则小。

水化铝酸钙和硫酸钠的反应式
为：
2(3CaO·Al2O3·12H2O)+
3(Na2SO4·10H2O)—3CaO·Al2O3·
3CaSO4·32H2O+2Al(OH)3+6NaOH+
16H2O
反应过程生成水化硫铝酸钙时，体
积会显著增加。

在混凝土中，这类腐蚀
的特点是在混凝土的孔隙和毛细管中
形成低溶解度的盐类，由于混凝土的毛
细管作用，水在混凝土内上升，并不断
蒸发，盐类在混凝土内不断结晶和聚
集，体积膨胀，引起巨大的应力，使混凝
土的结构遭到破坏。

而干缩湿胀，则会
加速混凝土崩解，因此在水位变化区的
混凝土破坏特别严重，水泥用量少、密
实性差的混凝土将更快地被侵蚀。

混凝土遭受硫酸盐侵蚀的特征是
表面发白，损害通常在棱角处开始，接
着裂缝开展并剥落，使混凝土处于一种
易碎的、甚至松散的状态。

因此，抗硫酸
赵立华傅捷
对普通硅酸盐水泥中
铝酸三钙问题的几点认识20
工
程
建
设
!""!年第#期江苏水利
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(上接第19页)过程中出现喷浆口堵
塞或输浆管断浆，则重新下沉至断浆
面以下1m,再提升喷浆，以确保整桩
喷浆的均匀性和连续性。

!喷浆搅拌均匀的控制：在工程
中采用了目前国内比较先进的喷浆
记录仪对喷浆过程进行控制。

在喷浆
阶段，操作人员可从屏幕上看到
0.1m和每1m桩的喷浆量、钻头入土
的深度，根据显示的数值可及时对喷
浆不足之处进行补浆，能确保喷浆的
均匀。

两次喷浆的浆量经电脑叠加
后，可打印出完整的喷浆量。

6质量检验
1.桩基低应变动力检测。

共检
测搅拌桩162根，其中A级桩143
根，B级桩19根，根据实测波形曲线
特征分析计算，所测162根桩桩身较
均匀，未发现异常情况。

2.基桩静载荷试验。

共做9根单
桩静载荷试验，测得单桩承载力不小
于133kN，其最大沉降量为
29.76mm，最小沉降量为10.94mm；
共做9组复合地基静载荷试验，测得
复合地基承载力极限值不小于
560kpa，其最大沉降量20.69mm，最
小沉降量为10.85mm，均满足设计要
求。

3.取芯检测。

经对本工程中4根
14~20d龄期的抽检桩，检测桩身水
泥土标贯击数在10~38击，显示出
桩身有较好的完整性和较高的强
度。

7结束语
水工建筑物的软土地基处理采
用深层水泥搅拌桩，只要所选用的施
工设备和施工工艺适当，管理措施得
力，完全可以在软土中使用。

(作者单位：江苏省水利建设总
公司225002)
盐侵蚀的混凝土必须采用含C
3A低的
水泥，5.5%~7%的C
3A含量是水泥抗
硫酸侵蚀好与差的一个大致界限。

所以
在抗硫酸盐水泥不足的情况下，可用
C3A含量低于5%的普通硅酸盐水泥
代替。

2.2水泥中C3A含量对水化热的影
响
中、低热水泥的重要指标之一就
是熟料中C
3A不大于6%。

C3A对水
泥早期的凝结及水化热有重要的影
响，水化快,水化热高,凝结快。

为了
减小水泥的水化热和放热速度，一般
通过调低原料中的铝率等方法来降
低熟料中的C
3A。

低的C
3A含量虽会有较小的水
化热，有利于减少、防止大体积混凝
土浇筑温度缝的发生，但同时会导致
水泥早期强度低、泌水性会有增加，
这在环境温度较低时必须注意，应适
当延迟拆模、增加保温措施和养护时
间。

3铝酸三钙的检测方法
水泥中的C
3A含量主要通过以
下3种方法测定：第一种方法是X射
线衍射、岩相分析等物化方法来大致
估算。

第二种方法是通过将水泥中的
熟料和混合材分离后再分析熟料中
的化学成份来确定，但这过程较为复
杂、困难，一般不予采用。

第三种也是
最常用的方法是直接分析水泥熟料
样品化学成份来计算出C
3A的含量，
再依据水泥中添加混合材和石膏等
比例，推算出水泥中C
3A实际的含
量。

特别指出的是普通硅酸盐水泥
中的C
3A含量不能由分析水泥内总
的Al
2O3、 :2O3的化学成份含量来确
定。

因为当混合材料取用矿渣时，由
于它是在高炉中冶炼时所产生的浮
于铁水表面的熔融物，经过骤冷处理
后形成，主要成份是硅酸钙与硅铝酸
钙，化学成份与硅酸盐水泥相近似，
其中CaO、SiO
2
、Al
2O3占总量的90%
以上。

由于在骤冷过程中，熔融状态
的矿渣粘度增加很快，来不及结晶，
所经历的热历史与熟料完全不同，矿
渣中的氧化物的结合状态与水泥熟
料中和各个氧化物的结合状态完全
不同，不会产生水泥熟料成份，大部
份形成的是玻璃质结构，自然也不含
C3A。

但由于主要化学成份仍然是
CaO、SiO2、Al2O3、 :2O3等，它们的含
量与水泥熟料中含量差别很大，如通
常矿渣中Al
2O3含量波动在7%~
20%，氧化铁和氧化亚铁含量很少约
为1%~3%，如果将这部分化学成份
计入，必将对正确结果产生干扰。

水泥中C
3A含量的高低，对混凝
土建筑物的质量影响很大。

在硫酸盐
含量高的地区，可以使用C
3A含量低
于5%的普通水泥来替代部分抗硫酸
盐水泥。

C
3A含量低的普通水泥由于
发热量较小而有利于提高大体积混
凝土的浇筑质量。

参考文献：
1.".M.布然诺夫混凝土工艺学·
北京：中国建筑工业出版社，1985
2.沈威，黄文熙，闵盘荣.水泥工艺
学.武汉：武汉工业大学出版社，
1991
（作者单位：省淮河入海水道海
口枢纽工程建设处224500）
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程
建
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对普通硅酸盐水泥中铝酸三钙问题的几点认识
作者：赵立华， 傅捷
作者单位：省淮河入海水道海口枢纽工程建设处,224500
刊名：
江苏水利
英文刊名：JIANGSU WATER RESOURCES
年，卷(期)：2002(8)
被引用次数：7次
1.Ю M 布然诺夫混凝土工艺学 1985
2.沈威;黄文熙;闵盘荣水泥工艺学 1991
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引用本文格式：赵立华.傅捷对普通硅酸盐水泥中铝酸三钙问题的几点认识[期刊论文]-江苏水利 2002(8)。