水泥石

包括各種水化產物和殘存的熟料礦物以及凝聚於孔中的水等。具有一定的機械強度與孔隙率，外形及許多性能與天然石材相似，因而統稱為水泥石。強度和耐久性是評價水泥石性能的重要指標。通常將28天以前的強度稱為早期強度，28天及其以後的強度稱為後期強度。耐久性則主要通過抗滲性、抗凍性以及對環境介質的抗蝕性三個方面來衡量。

水泥石的工程性質(強度和耐久性)決定於水泥石的結構組成，即決定於水化物的類型、水化物的相對含量以及孔的大小、形狀和分佈。水化物的類型取決於水泥品種，水化物的相對含量取決於水化程度，孔的大小決定了水灰比大小。

1.水灰比相同時，水化程度愈高，則水泥石結構中水化物愈多，而毛細孔和未水化水泥的量相對減少。水泥石結構密實、強度高、耐久性好。

2.水化程度相同而水灰比不同的水泥石結構，水灰比越大，毛細孔所佔比例相對增加，因此該水泥石的強度和耐久性下降。

水泥石的腐蝕與防止

導致水泥石腐蝕的因素很多，作用過程亦甚為複雜，僅介紹幾種典型介質對水泥石的侵蝕作用。

1．軟水侵蝕（溶出性侵蝕）。不含或僅含少量重碳酸鹽（含HCO的鹽）的水稱為軟水，如雨水、蒸餾水、冷凝水及部分江水、湖水等。當水泥石長期與軟水相接觸時，水化產物將按其穩定存在所必需的平衡氫氧化鈣（鈣離子）濃度的大小，依次逐漸溶解或分解，從而造成水泥石的破壞，這就是溶出性侵蝕。

在各種水化產物中，Ca（OH）2的溶解最大（25℃約1.3gCaO/l），因此首先溶出，這樣不僅增加了水泥石的孔隙率，使水更容易滲入，而且由於Ca（OH）2濃度降低，還會使水化產物依次發生分解，如高鹼性的水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣等分解成為低鹼性的水化產物，並最終變成硅酸凝膠、氫氧化鋁等無膠凝能力的物質。在靜水及無壓力水的情況下，由於周圍的軟水易為溶出的氫氧化鈣所飽和，使溶出作用停止，所以對水泥石的影響不大；但在流水及壓力水的作用下，水化產物的溶出將會不斷地進行下去，水泥石結構的破壞將由表及裡地不斷進行下去。當水泥石與環境中的硬水接觸時，水泥石中的氫氧化鈣與重碳酸鹽發生反應：

生成的幾乎不溶於水的碳酸鈣積聚在水泥石的孔隙內，形成緻密的保護層，可阻止外界水的繼續侵入，從而可阻止水化產物的溶出。

2．鹽類侵蝕。在水中通常溶有大量的鹽類，某些溶解於水中的鹽類會與水泥石相互作用產生置換反應，生成一些易溶或無膠結能力或產生膨脹的物質，從而使水泥石結構破壞。最常見的鹽類侵蝕是硫酸鹽侵蝕與鎂鹽侵蝕。

硫酸鹽侵蝕是由於水中溶有一些易溶的硫酸鹽，它們與水泥石中的氫氧化鈣反應生成硫酸鈣，硫酸鈣再與水泥石中的固態水化鋁酸鈣反應生成鈣礬石，體積急劇膨脹（約1.5倍），使水泥石結構破壞，其反應式是：

鈣礬石呈針狀晶體，常稱其為“水泥桿菌”。若硫酸鈣濃度過高，則直接在孔隙中生成二水石膏結晶，產生體積膨脹而導致水泥石結構破壞。

鎂鹽鋟蝕主要是氯化鎂和硫酸鎂與水泥石中的氫氧化鈣起複分解反應，生成無膠結能力的氫氧化鎂及易溶於水的氯化鎂或生成石膏導致水泥石結構破壞，其反應式為：

可見，硫酸鎂對水泥石起鎂鹽與硫酸鹽雙重侵蝕作用。

在海水、湖水、鹽沼水、地下水、某些工業污水及流經高爐礦渣或煤渣的水中常含鉀、鈉、銨等硫酸鹽；在海水及地下水中常含有大量的鎂鹽，主要是硫酸鎂和氯化鎂。

3．酸類侵蝕。

（1）碳酸侵蝕：在某些工業污水和地下水中常溶解有較多的二氧化碳，這種水分對水泥石的侵蝕作用稱為碳酸侵蝕。首先，水泥石中的Ca（OH）2與溶有CO2的水反應，生成不溶於水的碳酸鈣；接著碳酸鈣又再與碳酸水反應生成易於水的碳酸氫鈣。反應式為：

當水中含有較多的碳酸，上述反應向右進行，從而導致水泥石中的Ca（OH）2不斷地轉變為易溶的Ca（HCO3）2而流失，進一步導致其他水化產物的分解，使水泥石結構遭到破壞。

（2）一般酸侵蝕：水泥的水化產物呈鹼性，因此酸類對水泥石一般都會有不同程度的侵蝕作用，其中侵蝕作用最強的是無機酸中的鹽酸、氫氟酸、硝酸、硫酸及有機酸中的醋酸、蟻酸和乳酸等，它們與水泥石中的Ca（OH）2反應后的生成物，或者易溶於水，或者體積膨脹，都對水泥石結構產生破壞作用。例如鹽酸和硫酸分別與水泥石中的Ca（OH）2作用：

反應生成的氯化鈣易溶於水，生成的石膏繼而又產生硫酸鹽侵蝕作用。

4．強鹼侵蝕。水泥石本身具有相當高的鹼度，因此弱鹼溶液一般不會侵蝕水泥石，但是，當鋁酸鹽含量較高的水泥石遇到強鹼（如氫氧化鈉）作用后出會被腐蝕破壞。氫氧化鈉與水泥熟料中未水化的鋁酸三鈣作用，生成易溶的鋁酸鈉：3CaOAl2O3+6NaOH=3Na2OAl2O3+3Ca（OH）2，當水泥石被氫氧化鈉浸潤后又在空氣中乾燥，與空氣中的二氧化碳作用生成碳酸鈉，它在水泥石毛細孔中結晶沉積，會使水泥石脹裂。

除了上述4種典型的侵蝕類型外，糖、氨、鹽、動物脂肪、純酒精、含環浣酸的石油產品等對水泥石也有一定的侵蝕作用。

在實際工程中，水泥石的腐蝕常常是幾種侵蝕介質同時存在、共同作用所產生的；但乾的固體化合物不會對水泥石產生侵蝕，侵蝕性介質必須呈溶液狀且濃度大於某一臨界值。

水泥的耐蝕性可用耐蝕係數定量表示。耐蝕係數是以同一齡期下，水泥試體在侵蝕性溶液中養護的強度與在淡水中養護的強度之比，比值越大，耐蝕性越好。

水泥石腐蝕的防止

從以上對侵蝕作用的分析可以看出，水泥石被腐蝕的基本內因為：一是水泥石中存在有易被腐蝕的組分，如Ca（OH）2與水化鋁酸鈣；二是水泥石本身不緻密，有很多毛細孔通道，侵蝕性介質易於進入其內部。因此，針對具體情況可採取下列措施防止水泥石的腐蝕。

1．根據侵蝕介質的類型，合理選用水泥品種。如採用水化產物中Ca（OH）2含量較少的水泥，可提高對多種侵蝕作用的抵抗能力；採用鋁酸三鈣含量低於5%的水泥，可有效抵抗硫酸鹽的侵蝕；摻入活性混合材料，可提高硅酸鹽水泥抵抗多種介質的侵蝕作用。

2．提高水泥石的密實度。水泥石（或混凝土）的孔隙率越小，抗滲能力越強，侵蝕介質也越難進入，侵蝕作用越輕。在實際工程中，可採用多種措施提高混凝土與砂漿的密實度。

3．設置隔離層或保護層。當侵蝕作用較強或上述措施不能滿足要求時，可在水泥製品（混凝土、砂漿等）表面設置耐腐蝕性高且不透水的隔離層或保護層。