硅酸盐水泥的组成及配料计算.ppt

1、硅酸盐水泥的组成及配料计算,硅酸三钙C3S,纯C3S只在20651250温度范围内稳定。随着温度的降低，C3S在不同温度下存在多晶转变。硅酸三钙可以固溶少量的其它氧化物，将影响它的反应能力 和晶型。硅酸三钙加水调和后，初凝45min，终凝12h。水化较快。硅酸三钙可产生较高的强度，且强度发展比较快，早期强度 较高，且强度增进率较大，28d强度可以达到一年强度的70 80%。硅酸三钙水化热较高，抗水性较差。硅酸三钙固溶体晶体尺寸和发育程度会影响其反应能力。,硅酸三钙的合成：,在CaOSiO2二元系统中：,1800，几分钟；1650，1h，C3S基本形成，游离CaO 1左右；1450，1h，只有少

2、量C3S生成。,硅酸三钙单矿物在1450合成时，需要多次重复 粉磨再燃烧。如有足够的熔剂(液相)存在，就可使C2S在 液相中吸收CaO，比较迅速地形成硅酸三钙。,硅酸二钙C2S,纯C2S在1450 下，进行下列多晶转变：,C2S由型转变为型，体积膨胀10%而导致物料粉化。,型C2S无水硬性,等轴晶系，可固溶部分其他氧化物，呈多晶形态。在偏光镜下，无色透明。在反光镜下，快冷呈点滴状，慢冷呈矩形或柱状。反光能力弱，呈暗灰色。水化迅速，放热多，凝结很快，如不加缓凝剂，就会急凝。硬化很快，它的强度3天内就大部分发挥出来，故早期强度 较高，但绝对值不高，以后几乎不再增长，甚至倒缩。干缩变形大，抗硫酸盐性

3、能差。,铝酸三钙C3A,铝酸一钙CA 二铝酸一钙CA2 七铝酸十二钙C12A7 钙铝黄长石C2AS 六铝酸一钙CA6,Fe2O3？,铁铝酸四钙C4AF,斜方晶系，常呈棱柱状和圆粒状晶体。密度为3770Kgm3。在偏光镜下，具有从浅褐到深褐的多色性，二轴晶，,负光性，光轴角中等。在反光镜下，由于反射能力强，,呈亮白色，故在硅酸盐水泥熟料中又称白色中间相。,铁铝酸四钙的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。,铁铝酸四钙的抗冲击性能和抗硫酸盐性能较好，水化热,较铝酸三钙低。,四种矿物性能比较,28d内绝对

4、强度：C3SC4AFC3AC2S 水 化 速 度：C3A C4AF C3SC2S 水 化 热：C3A C3S C4AF C2S,硅酸盐水泥的组成设计及配料计算,一、硅酸盐水泥的组成设计,1.硅酸盐水泥对矿物组成的要求,硅酸盐水泥是一种水硬性胶凝材料，因此水泥熟料矿物 必须具备：,良好的与水反应的能力 相当的强度与良好的耐久性 反应速度可以满足生产的要求,对硅酸盐水泥而言，最符合硅酸盐水泥性质要求的矿物 组成是硅酸三钙和硅酸二钙。,C2S,k,C2S,C3S,C3A,C3S,C3A,2.硅酸盐水泥组成矿物的选择,硅酸盐水泥熟料由C2S、C3S、C3A、C4AF四种矿物组成。,均以固溶体的形式存在

5、。,A矿在硅酸盐水泥熟料中固溶了其它少量氧化物的C3S 称为阿利特（Alite），又称为A矿；,在反光显微镜下为黑色多角形颗粒,B矿C2S固溶体称为贝利特（Belite），又称为B矿；,在反光显微镜下呈圆粒状，快冷常具有黑白交叉双晶条纹；慢冷常具有黑白平行双晶条纹。,C矿固溶了其它少量氧化物的C4AF称为才利特（Celite），又称为C矿；在偏光显微镜下反光能力强，一般称为白 色中间相。,黑色中间相C3A固溶体。在偏光显微镜下反光能力弱，一般称为黑 色中间相。,C3A和C4AF在煅烧中的作用,铁铝酸四钙和铝酸三钙在煅烧过程中熔融成液相，又称 熔剂矿物，可以促进硅酸三钙的顺利形成。,如果物料中熔

6、剂矿物过少，易生烧，氧化钙不易被吸收 完全，导致熟料中游离氧化钙增加，影响熟料质量，降 低窑的产量，增加燃料消耗。如果熔剂矿物过多，在立窑内易结大块，结炉瘤；在回 转窑内易结大块，甚至结圈等。,液相的粘度，随C3AC4AF比而增减。,粘度的影响？,3.硅酸盐水泥的组成设计,硅酸盐水泥中含有C3S、C2S、C3A、C4AF四种矿物，相应的组成氧化物为CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3。因为 Fe2O3含量较低，可以合并入Al2O3一并考虑，C4AF则相应 计入C3A，这样可以用CaO-Al2O3-SiO2三元系统来表示 硅酸盐水泥的配料组成。,CaO 62%67%SiO2 20%24%Al

7、2O3+Fe2O3 6.5%13%,C3S 50%60%C2S 20%C3A+C4AF 22%,4.熟料中其他物质及其作用,玻璃体,工厂中，通常熟料冷却较快，有部分液相来不及结晶就成为玻璃 体。玻璃体的主要成分为Fe2O3、Al2O3、CaO，也有少量的MgO和 碱(K2O和Na2O)等。,冷却方式？,游离氧化钙,性质：水化很慢；水化生成氢氧化钙时，体积膨胀97.9，在硬 化水泥石内部造成局部膨胀应力。,作用：游离氧化钙含量增加：强度降低，甚至倒缩；严重时甚至引起安定性不良，使水泥制品变形或 开裂，导致水泥浆体的破坏。,应严格控制游离氧化钙的含量。,游离氧化钙（f-CaO),方镁石,方镁石系游

8、离状态的氧化镁晶体。氧化镁的作用：熟料含有少量氧化镁时，能降低熟料液相 生成温度，增加液相数量，降低液相粘，有利于熟 料形成，还能改善熟料色泽。,方镁石性质：方镁石的水化比游离氧化钙更为缓慢；水化生成氢氧化镁时，体积膨胀148，也会 导致安定性不良。水化时会导致安定性不良。,方镁石膨胀的严重程度与其含量、晶体尺寸等都有关系。,二、配料计算,1.熟料的率值,水泥熟料是一种多矿物集合体，而这些矿物又是由四种 主要氧化物化合而成。因此，在生产控制中，不仅要控制熟料 中各氧化物的含量，还应控制各氧化物之间的比例，即率值。这样，可以比较方便地表示化学成分和矿物组成之间的关系，明确地表示对水泥熟料的性能和

9、煅烧的影响。因此，在生产中，用率值作为生产控制的一种指标。,我国目前采用的是石灰饱和系数KH、硅率SM和 铝率IM三个率值。,石灰饱和系数（KH）,当A2O3/Fe2O30.64时，熟料CaO与另外三种酸性氧 化物化合形成C3S、C2S、C3A、C4AF四个主要熟料矿物。,CaO存在一个极限石灰含量。,古特曼与杰耳：石灰理论极限含量的观点。,将C4AF看作为“C3A”和“CF”，并把“C3A”与C3A 视为同一相。,理论上在熟料四个主要氧化物中，酸性氧化物应形成碱性最高的熟料矿物C3S、C3A、C4AF。,每1酸性氧化物所需石灰含量分别为：,1Al2O3形成C3A所需CaO=3CaO分子量/A

10、l2O3 分子量=1.65 1Fe2O3形成 CF所需CaO=CaO分子量/Fe2O3 分子量=0.35 1SiO2形成C3S所需CaO=3CaO分子量/SiO2分子量=2.8,1酸性氧化物所需石灰量，既石灰理论极限含量计算公式：CaO2.8SiO2 十1.65Al2O3+0.35Fe2O3,金德和容克Al2O3和Fe2O3始终为CaO所饱和，唯有 SiO2可能不完全被饱和和CaO生成C3S，而存在一部分C2S。否则，熟料就会出现游离氧化钙。因此应在公式中的SiO2之 前加一系数石灰饱和系数KH。,CaO KH 2.8SiO2 十 1.65Al2O3 十 0.35Fe2O3,KH=（CaO 1

11、.65 Al2O3 0.35 Fe2O3）/2.8SiO2,石灰饱和系数KH是熟料中全部氧化硅生成硅酸钙(C3S十C2S)所需的氧化钙量与全部二氧化硅理论上全部生成硅酸三钙所需的氧化钙含量的比值。即KH表熟料中二氧化硅被氧化钙饱和形成硅酸三钙的程度。,考虑到熟料中有游离CaO、游离SiO2和石膏，KH式可写为:,KH=（CaO-f-CaO）-（1.65Al2O3十0.35Fe2O3+0.7SO3)/2.8(SiO2-f-SiO2),石灰饱和系数KH与熟料矿物组成的关系式：,KH=(C3S+0.8838C2S)/(C3S+1.3256C2S),当C3S=0时，KH=0.667，即此时的熟料矿物只

12、 有C2S、C3A、C4AF而无C3S；当C2S=0时，KH=1，即此时的熟料矿物只有 C3S、C3A、C4AF而无C2S。,因此，在正常硅酸盐水泥熟料中，石灰饱和系数KH应控制在0.6671.0之间。为了使水泥具有较好的力学性能，应适当提高C3S在熟料中的含量，KH一般控制在0.880.94。,硅率SM,硅率又称为硅酸率，其数学表达式是：,SiO2/(Al2O3+Fe2O3),式中：SiO2、Al2O3、Fe2O3分别代表熟料中各该氧化物的质量百分数。,物理意义：硅率是表示熟料中氧化硅含量与氧化铝、氧化铁之和的质量比。也表示了熟料中 硅酸盐矿物与熔剂矿物的比例。,当Al2O3/Fe2O3大于

13、0.64时：,SM=(C3S+1.3256C2S)/(1.434C3S+2.046C2S),式中：C3S、C2S、C3A、C4AF分别代表熟料中各该矿物 的质量百分数。,硅率随硅酸盐矿物与熔剂矿物之比而增减。,熟料中硅率过高，液相量显著减少，热料煅烧困难。特别当氧化钙含量低，硅酸二钙含量多时，熟料易 于粉化。硅率过低，硅酸盐矿物太少而影响水泥强度，且由 于液相过多，易出现结大块、结炉瘤、结圈等，影 响窑的操作。,通常，硅酸盐水泥熟料的硅率在 1.72.7之间，有的白色硅酸盐水泥熟料的硅率可高达 4.0左右。,铝率IM,率铝又称为铁率，其数学表达式为：,IM=Al2O3/Fe2O3,物理意义：铝

14、率是表示熟料中氧化铝和氧化铁含量的 质量比，也表示熟料熔剂矿物中铝酸三钙 与铁铝酸四钙的比例。,当IM铝大于0.64时，铝率和矿物组成关系的数学式是：,式中：C3A、C4AF为熟料中各该矿物的质量百分数。,铝率高低，反映了水泥煅烧过程中高温液相的粘度。,铝率高，熟料中C3A多、相应C4AF较少，则液相粘度大，物料难烧。铝率过低，虽然液相粘度较小，液相中质点易于扩散，对 硅酸三形成有利，但烧结范围变窄，窑内易结大块，不利 于窑的操作。,1.2.2 无机非金属材料的组成设计及配料计算,二、配料计算,1.熟料的率值,（4）熟料矿物组成的计算,熟料矿物组成可用岩相分析、X射线定量分析等方法 测定，也可

15、以根据化学成分进行计算。,岩相分析 X射线定量分析 红外光谱分析 X射线光谱分析仪,KH,SM,IM,常用的从化学成分计算熟料矿物组成的方法有两种，即 石灰饱和系数法和鲍格法。,石灰饱和系数法,先列出有关摩尔质量的比值：,C3S中的MC3S/MCaO=4.07;C2S中的2MCaO/MSiO2=1.87;C4AF中的MC4AF/MFe2O3=3.04;C3A中的MC3A/MAl2O3=3.04 CaSO4中的MCaSO4/MSO3=3.04 MAl2O3/MFe2O3=0.64,设与SiO2反应的CaO为Cs；与CaO反应的SiO2为Sc，则,Cs=CaO-（1.65Al2O3+0.35Fe2

16、O3+0.7SO3）=2.8KHSc（1）,Sc=SiO2（2）,正常煅烧情况下，CaO与SiO2反应先生成C2S，剩余的CaO 再与部分C2S反应生成C3S。则由该剩余的CaO量（Cs-1.87Sc），可以算出C3S含量：,C3S=4.07（Cs-1.87Sc）=4.07Cs-7.6Sc（3）,KH=（CaO 1.65 Al2O3 0.35 Fe2O3）/2.8SiO2 CaO 1.65 Al2O3 0.35 Fe2O3=2.8KH SiO2,C2S中的2MCaO/MSiO2=1.87,C3S中的MC3S/MCaO=4.07,将（1）、（2）代入（3）式中，整理后得：,C3S=4.07（2.8KHSc）-7.6Sc=3.8（3KH-2）SiO2（4）,由Cs+Sc=C2S+C3S，可计算出C2S含量：,C2S=Cs+Sc-C3S=8.6Sc-3.07Cs（5）,将式（1）、（2）代入（5），整理后得：,C2S=8.6（1-KH）SiO2（6）,C4AF含量可直接由Fe2O3含量算出：,C4AF=3.04 Fe2O3（7）,C3A含量的计算，应先从总Al2O3量中将去形成C4AF所需的