硅酸盐水泥熟料的组成_水泥工艺学

•§3硅酸盐水泥熟料的组成◆三种表示方法：•化学组成•矿物组成•率值熟料•§3.1化学组成•国内部分新型干法水泥企业的硅酸盐水泥熟料化学成分％•一、主要氧化物（≈97％）•CaO——C62%～67％•SiO2——S20％～24％•Al2O3——A4％～7％•Fe2O3——F2.5%～6.0％•二、次要氧化物（量少）•MgO——M•SO3——S•TiO2——T•P2O5——P•Na2O，K2O——R2O•§3.2矿物组成•水泥熟料是一种多矿物组成的结晶细小的人工岩石。•四种主要矿物组成：•硅酸三钙：3CaO·SiO2，C3S，60～70％；•硅酸二钙：2CaO·SiO2，C2S，≈20％；•铝酸三钙：3CaO·Al2O3，C3A，7～15％•铁相固溶体：4CaO·Al2O3·Fe2O3，C4AF，10～18％•硅酸三钙铝酸三钙•硅酸盐矿物熔剂矿物•硅酸二钙铁相固溶体•金相显微镜下：•C3S——板状多角颗粒黑色•C2S——圆形颗粒黑白双晶条纹•C3A——中间相黑色中间相•C4AF——中间相白色中间相C3SC3AC4AFC4AFC3AC2S•一、硅酸三钙与A矿•1.硅酸三钙•⑴组成固定组成3CaO·SiO2•⑵物理性能洁白色，γ＝3.14g/cm3•⑶化学性能•①多晶转变•R：三方晶系M：单斜晶系T：三斜晶系•1250℃以下：•C3SC2S＋CaO（反应较缓慢）•常温下介稳存在，具有一定的活性。•②固溶性•C3S固溶少量氧化物（BaO、P2O5、MgO、Al2O3）形成固溶体，称为A矿[Alite(阿利特)]。?•③水化性能•a水化较快，水化反应主要在28d内进行•b凝结时间正常•c早强较高，强度值高，强度增长率大•d水化热较高，抗水性较差•④形成•无液相：约1800℃•有液相：1250～1450℃•2CaO＋SiO2＝C2SC2S＋CaO＝C3S•2.A矿•⑴组成近似于C3S,不固定•⑵物理性能颜色因固溶物而异，γ＝3.14～3.25g/cm3•⑶化学性能•①反应活性比C3S高•②受阿利特晶体尺寸和发育程度影响•阿利特晶形完整、晶体尺寸适中、矿物分布均匀、界面清晰时，熟料的强度较高•3.C3S与A矿关系•⑴组成、结构、性能相近•⑵工业水泥熟料中仅存在A矿，无C3S•⑶把A矿“视为”C3S•二、C2S与B矿•1.C2S•⑴组成固定组成2CaO·SiO2•⑵物理性能洁白色α-C2Sα’-C2Sβ-C2Sγ-C2S比重3.043.403.282.97•⑶化学性质•①多晶转变在室温下，α、α´H、α´L、β等变形都是不稳定的，有转变成γ型的趋势。•②水硬性•α、α´、β型有水硬性，γ型无水硬性•工艺控制：常温下要求保留β型——急冷•③固溶性•C2S固溶少量氧化物（A、F、M、R2O、T、P等）形成固溶体，称为B矿[Belite，贝利特]。•2.B矿•⑴组成近似于C2S，不固定•⑵物性颜色因固溶物而异•⑶化学性能：•①水化慢，28d只水化20%左右•②早强低，后期强度高（一年赶上A矿，二年超过A矿）•③水化热低，抗水性好•工艺措施：•a磨细水化加快，早强提高•b掺外加剂（如CaCl2）水化加快•3.C2S与B矿的关系•与C3S和A矿相同•三、中间相•1.铝酸钙•⑴组成：主要为C3A，有时有C12A7，C3A可固溶有少量SiO2、Fe2O3、MgO、R2O等形成固溶体。•⑵水化特性•①水化迅速，凝结较快，如不加石膏等缓凝剂，易使水泥急凝；•②早期强度较高，但绝对值不高，其强度3d之内大部分发挥出来，以后几乎不增长，甚至倒缩；•③水化热高；•④干缩变形大，脆性大，耐磨性差；•⑤抗硫酸盐性能差•2.铁铝酸四钙•⑴组成：较复杂，成分接近于铁铝酸四钙（C4AF），固溶有少量的MgO、SiO2等氧化物，又称才利特（Celite）或C矿。•⑵水化特性•①水化速度在早期介于铝酸三钙与硅酸三钙之间，但随后的发展不如硅酸三钙；•②早期强度类似于铝酸三钙，而后期还能不断增长，类似于硅酸二钙；•③水化热较铝酸三钙低，抗冲击性能和抗硫酸盐性能较好。•四种主要矿物性能比较：•28d内绝对强度：C3S＞C4AF＞C3A＞C2S•水化速度：C3A＞C4AF＞C3S＞C2S•水化热：C3A＞C3S＞C4AF＞C2S•四、次要矿物•1.玻璃体•形成部分熔融液相被快速冷却来不及结晶而成为过冷凝体•主要成分Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、R2O•含量取决于液相量及冷却条件•性能不及晶体稳定，水化热较大；可改善熟料性能与易磨性。•2.方镁石（MgO）•来源：主要是石灰石中含有白云石（CaCO3·MgCO3），部分来自粘土和页岩。•危害：方镁石含量越多，晶体尺寸越大，引起的破坏越严重；•工艺控制：熟料冷却速度越快，方镁石晶体越小，含量越少。•3.游离氧化钙（f-CaO）•是指熟料中没有以化合状态存在而是以游离状态存在的氧化钙。游离氧化钙的种类及其对安定性的影响种类产生原因特点对安定性的影响欠烧f-CaO熟料煅烧过程中因欠烧、漏生，在1100～1200℃低温下形成结构疏松多孔小一次f-CaO因配料不当、生料过粗或煅烧不良，尚未与S、A、F反应而残留的CaO呈“死烧状态”，结构致密大二次f-CaO熟料慢冷或还原气氛下，C3S分解而形成的经过高温，水化较慢不大•§3.3熟料的率值•一、硅率（硅酸率）SilicaModulus•1.数学表达式•SiO2、Al2O3、Fe2O3分别为熟料中相应氧化物的质量百分数；下同。•2.含义•熟料中SiO2含量与Al2O3、Fe2O3之和的比例。反映了熟料中硅酸盐矿物（C3S+C2S）、熔剂矿物（C3A+C4AF）的相对含量。•二、铝率（铝氧率或铁率）IronModulus•1.数学表达式•2.含义•表示熟料中酸性氧化物Al2O3含量与Fe2O3含量之比。反映了熟料中C3A和C4AF的相对含量；也反映煅烧过程中液相的性质（主要是液相的粘度，C3A形成的液相粘度大，C4AF形成的液相粘度小）。•三、石灰饱和系数KH•1.物理意义•表示熟料中二氧化硅被氧化钙饱和成硅酸三钙的程度。•2.数学表达式公式推导：假设酸性氧化物形成碱性最高的矿物为：C3S、C3A、C4AF为便于计算，将C4AF改写成“C3A”与“CF”，在各矿物中，每l％酸性氧化物所需石灰量分别为：每l%SiO2形成C3S所需石灰量为：8.209.6008.56332分子量分子量SiOCaOCaO每l%Al203形成C3A所需石灰量为：每l%Fe2O3形成“CF”所需石灰量为：65.196.10108.563332分子量分子量OAlCaOCaO35.070.15908.5632分子量分子量OFeCaOCaO可得石灰理论极限含量的计算式：CaO=2.8SiO2+1.65Al203+0.35Fe2O3在实际生产中，硅酸盐水泥的四个主要矿物中，氧化铝和氧化铁始终为氧化钙所饱和，唯独SiO2可能不完全被CaO饱和生成C3S，而存在了部分C2S，否则，熟料就会出现游离氧化钙。故存在一个石灰饱和系数，以KH表示。即：CaO=KH×2.8SiO2+1.65Al203+0.35Fe2O3则：232322.8SiOO0.35Fe01.65A1CaOKH•3.KH值与熟料矿物间的关系•从理论上讲：KH值高，则C3S较多，C2S较少。•①KH=1，熟料中只有C3S，而无C2S；•②KH＞1，无论生产条件多好，熟料中都有游离氧化钙存在；•③KH≤0.667，熟料中无C3S。•因此，熟料的KH值应控制在0.667～1之间。•§3.4熟料矿物组成的计算•一、化学组成与矿物组成•1.由化学组成计算矿物组成（适用于IM≥0.64）•C3S＝4.07C－7.60S－6.72A－1.43F－2.86SO3•C2S＝8.60S＋5.07A＋1.07F＋2.15SO3－3.07C•＝2.87S－0.754C3S•C3A＝2.65A－1.69F•C4AF＝3.04F•CaSO4＝1.70SO3•2.由矿物组成计算化学组成•C＝0.7369C3S＋0.6512C2S＋0.6227C3A•＋0.4616C4AF＋0.4119CaSO4•S＝0.2631C3S＋0.3488C2S•A＝0.3773C3A＋O.2098C4AF•F＝0.3286C4AF•二、化学组成与率值•1.由化学组成计算率值各率值公式•2.由率值计算化学组成•Al2O3=IM·Fe2O3•SiO2=SM（Al2O3+Fe2O3）•CaO=Σ-（SiO2+Al2O3+Fe2O3）•式中：Σ-设计熟料中SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO四种氧化物含量的总和(根据原料成分总和估算，一般Σ≈97%左右)。