硅酸盐水泥熟料及组成.docx

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硅酸盐水泥熟料及组成

         硅酸盐水泥熟料的组成

§2-1熟料的组成

§2-2熟料矿物特性

§2-3熟料的率值

§2-4熟料矿物组成的计算与换算

【掌握内容】

1、硅酸盐水泥熟料的化学组成及矿物组成

2、四种主要矿物主要特性

3、熟料的率值：

符号、公式、物理意义

【理解内容】

1、 熟料的率值大小与熟料质量及煅烧过程的关系

2、 玻璃体的形成、组成、性能

3、 游离氧化钙的类型及其对安定性的影响

4、 方镁石的形成，性能

【了解内容】

1、熟料矿物组成的计算方法

2、熟料化学组成、矿物组成、率值之间的换算

3、熟料矿物的岩相结构

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§2-1 熟料的组成

一、化学组成：

主要氧化物：

CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 其总和通常占熟料总量的95%以上。

其它氧化物：

如MgO SO3 Na2O K2O TiO2 P2O5等，其总量通常占熟料的5%以下。

实际生产中，硅酸盐水泥中个主要氧化物含量的波动X围一般为：

CaO           62%~67%

SiO2           20%~24%

Al2O3          4%~7%

Fe2O3          2.5%~6%

二、矿物组成：

在硅酸盐水泥熟料中，各氧化物不是单独存在的，而是以两种或两种以上的氧化物反应组合成各种不同的氧化物集合体，即以熟料矿物的形态存在。

主要矿物：

硅酸三钙：

3CaO·SiO2              简写成C3S    占50%~65%

         硅酸二钙：

2CaO·SiO2              简写成C2S   占15%~35%

         铝酸三钙：

3CaO·Al2O3             简写成C3A 占6%~12%

         铁铝酸四钙：

4CaO·Al2O3·Fe2O3    简写成C4AF 占8%~12%

其次还有：

游离氧化钙：

f-CaO

         方镁石：

MgO

         玻璃体等

其中：

硅酸三钙和硅酸二钙合称硅酸盐矿物，一般约占75%左右，新型干法生产，约占77%左右。

铝酸三钙和铁铝酸四钙合称熔剂矿物，一般约占22%左右，新型干法生产，约占20%左右。

硅酸盐矿物和熔剂矿物总和约占95%左右。

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§2-2熟料矿物特性

一、硅酸三钙（A矿、又称阿里特、约占55%左右）

（一）、存在形式：

1、纯C3S只在2065℃~1250℃温度X围内稳定，在2065℃以上不一致熔融为CaO与液相；在1250℃以下分解为C2S和CaO。

2、纯C3S具有同质多晶现象。

3、化学组成：

熟料中C3S不纯，总是与少量的其他氧化物如Al2O3、Fe2O3、MgO、R2O等形成固溶体。

化学组成如下：

54CaO·16SiO2·MgO·AI2O3       （C54S16MA）

105CaO·35SiO2·2MgO·AI2O3    （C105S35M2A）

4、显微结构：

在反光显微镜下为黑色多角形颗粒（如下图），又称阿利特（Alite），简称A矿。

（二）、矿物水化特性：

1、水化较快，水化反应主要在28d以内进行，约经一年后水化过程基本结束。

2、早期强度高，强度的绝对值和增进率较大。

其28d强度可达到一年强度的70%~80%。

3、水化热较高。

其他性能：

易磨性好；

干缩变形大；

抗水性较差。

水化快，但凝结时间正常；

抗酸性腐蚀能力差；

烧成温度高；

冷却过程易发生分解；

二、硅酸二钙（B矿，又称贝里特、约占22%左右）

（一）、存在形式：

1、多晶转变

纯C2S在1450℃以下有同质多晶现象。

过程如下：

其中：

γ-C2S的密度为/cm3，β-C2S的密度为/cm3，故发生β→γ转变时，伴随着体积膨胀10%，结果是熟料崩溃，生产中称之为粉化。

而γ-C2S几乎无水硬性。

2、熟料中硅酸二钙通常固溶有少量氧化物如Al2O3、Fe2O3、MgO、R2O等形成固溶体，称贝利特（Belite），简称B矿。

3、化学组成：

                Ca2FeAISiO0.395      （Ca2MxSi1-xO）

4、显微结构：

在反光显微镜下呈圆粒状，常具有黑白交叉双晶条纹。

（三）、水化特性

Ø水化慢，凝结硬化慢：

水化反应比C3S慢的多，28d只水化20%左右；

Ø早强低，后强高：

早期强度低，但28d后强度仍能较快增长，一年后其强度可赶超阿利特；

Ø水化热小：

其他特性：

Ø抗腐蚀性能好；

Ø晶型易转变，影响强度；

Ø易磨性差；

Ø干缩变形类似C3S，略小;

三、铝酸三钙

（一）、矿物特性

C3A可固溶有少量SiO2、Fe2O3、MgO、R2O等形成固溶体，在反光镜下，其反光能力弱，呈暗灰色，并填充在A矿与B矿中间，又称黑色中间相。

（二）、水化特性

水化迅速，凝结较快，如不加石膏等缓凝剂，易使水泥急凝，在四种矿物中排在第一；

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；

水化热高；

其他性能：

干缩变形大，脆性大，耐磨性差，抗硫酸盐性能差。

四、铁铝酸四钙

（一）矿物特性

铁铝酸四钙代表的是一系列连续的铁相固溶体。

通常固溶有少量的MgO、SiO2等氧化物，又称才利特（Celite）或C矿。

在反光镜下其反射能力强，呈亮白色，并填充在A矿与B矿之间，也称白色中间相。

（二）水化特性

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；

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；

水化热较铝酸三钙低，抗冲击性能和抗硫酸盐性能较好。

五、玻璃体

（一）形成：

工厂实际生产条件下，硅酸盐水泥熟料中的部分熔融液相被快速冷却来不及结晶而成为过冷凝体，称为玻璃体。

（二）、主要成分：

Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、R2O

（三）含量：

取决于液相量及冷却条件

（四）性能：

不及晶体稳定，因而水化热较大；可改善熟料性能与易磨性。

六、游离氧化钙（f-CaO）

1、定义：

游离氧化钙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。

2、种类及其对安定性的影响：

见表2-1

表2-1游离氧化钙的种类及其对安定性的影响

七、方镁石（MgO）

1、方镁石：

指游离状态的氧化镁晶体，是熟料中氧化镁的一部分。

2、产生：

熟料煅烧时，一部分氧化镁存在于玻璃体中，一部分结晶出来，呈游离状态。

当熟料快冷时，结晶细小，慢冷时晶体发育较大，结构致密。

3、危害：

方镁石半包裹在熟料矿物中间，与水反应速度很慢，几个月甚至几年才明显反映出来。

水化生成Mg（OH）2时，体积膨胀148%，在水泥石内产生应力，轻者会降低水泥制品强度，重者会造成水泥制品破坏。

方镁石含量越多，晶体尺寸越大，引起的破坏越严重，因此，应限制其含量及晶体尺寸。

熟料冷却速度越快，方镁石晶体越小，含量越少。

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§2-3 熟料的率值

熟料的率值：

描述熟料中各氧化物含量之间比例关系的系数。

率值的作用：

简单明了地表示熟料化学成分与矿物组成之间的关系，明确地表示出水泥熟料的性能及其对煅烧的影响。

我国主要采用的率值有三个：

石灰饱和系数、硅率、铝率。

一、石灰饱和系数：

（一）  符号：

KH

（二）  物理意义：

KH表示水泥熟料中的总CaO含量扣除饱和酸性氧化物（如Al2O3、Fe2O3）所需要的氧化钙后，剩下的与二氧化钙化合的氧化钙的含量与理论上二氧化硅全部化合成硅酸三钙所需要的氧化钙含量的比值。

简言之，石灰饱和系数表示熟料中二氧化硅被氧化钙饱和成硅酸三钙的程度。

（三）  数学表达式：

理论值：

实际值：

式中：

CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、SO3分别为熟料中相应氧化物的质量百分数；

f-CaO、f-SiO2分别为熟料中呈游离状态的氧化钙、二氧化硅的质量百分数。

（四）、KH值与熟料矿物间的关系：

1、 从理论上讲：

KH值高，那么C3S较多，C2S较少。

（1）、KH=1，熟料中只有C3S，而无C2S；

（2）、KH＞1，无论生产条件多好，熟料中都有游离氧化钙存在；

（3）、KH≤

=0.667，熟料中无C3S。

因此，熟料的KH值应控制在0.667~1间。

2、 实际生产中，为使熟料顺利形成，又不产生过多的游离氧化钙，通常KH值控制在。

KH值越大，C3S含量越高，水泥具有快硬高强的特性；但要求煅烧温度较高，煅烧不充分时，熟料中将含有较多的游离氧化钙，影响熟料的安定性。

KH过低时，水泥熟料强度发展缓慢，早期强度低。

预分解窑

（五）、其他石灰饱和系数：

较常用的是LSF

LSF的含义：

熟料中CaO含量与全部酸性组分需要结合的CaO含量之比。

一般LSF值高水泥强度也高。

LSF的取值：

一般硅酸盐水泥熟料LSF=90~95

早强型的水泥熟料 LSF=95~98

二、硅率（又称硅氧率，我国俗称硅酸率）

（一）、符号：

n或SM

（二）、公式：

（三）、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。

（四）、SM值与熟料矿物及煅烧之间的关系：

一般取值：

。

SM值越高，表示硅酸盐矿物多，熔剂矿物少，对熟料强度有利。

但SM值过高时，熟料较难烧成，煅烧时液相量较少，不易挂窑皮；随SM值的降低，液相量增加，对熟料的易烧性和操作有利，但SM值过低，熟料强度低，窑内易结圈，结大块，操作困难。

预分解窑

三、铝率（又称铝氧率或铁率）

符号：

p或IM

公式：

含义：

表示熟料中Al2O3含量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）

p值与熟料矿物及煅烧的关系

一般取值。

p值过大，C3A多，液相粘度大，不利于C3S的形成，易引起熟料快凝；p值过低，C4AF量相对较多，液相粘度小，对C3S的形成有利，但窑内烧结X围窄，易使窑内结大块，对煅烧不利，不易掌握煅烧操作。

预分解窑

说明：

三个率值要相互配合适当，才能使熟料顺利烧成，并保证熟料质量。

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§2-4 熟料矿物组成的计算与换算

获得熟料的矿物组成的方法：

1、仪器分析法：

如岩相分析；X射线分析；红外光谱分析等；

2、计算法。

一、硅酸盐水泥熟料矿物组成的计算

依据：

熟料化学成分或率值

方法：

很多，常用的有

（一）、化学法：

C3（3KH-2）SiO2

C2S=8.60（1-KH）SiO2

C3A=2.65（Al2O32O3）

C42O3

式中：

SiO2、Al2O3、Fe2O3分别是熟料中相应氧化物的百分含量（%）。

    KH是熟料的石灰饱和系数。

（二）、代数法：

（也称鲍格法）

C3-2.86SO3

C2S=8.60S++3-0.754C3S

C3A=                           

C4AF=

CaSO4=1.70SO3

式中：

C、S、A、F、SO3分别代表熟料中CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、SO3的百分含量。

以上公式适用于：

IM≥

二、熟料化学组成、矿物组成与率值的换算

（一）、由矿物组成计算各率值

以上三式反映了率值与熟料矿物之间的关系。

（二）、由熟料率值计算化学成分

设∑=CaO+SiO2+Al2O3+Fe2O3，一般∑=95%~98%，具体∑值大小受原料化学成分和配料方案的影响，通常情况下可取∑=97.5%。

那么：

）     

（三）、由矿物组成计算化学成分