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第五章水泥材料第二節(jié)硅酸鹽水泥熟料的
組成和配料一、硅酸鹽水泥熟料的化學(xué)成分主要化學(xué)成分(~95%):
CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3
62~67%20~24%5~6%4~7%其它少量氧化物(~5%):
MgO、SO2、TiO2、K2O、Na2O
不是以單獨(dú)的氧化物存在,而是以兩種或兩種以上的氧化物經(jīng)高溫反應(yīng)生成的一種多礦物組成的結(jié)晶細(xì)小的人造巖石。
礦物結(jié)晶細(xì)小:30~60μm二、熟料的礦物組成及特性(1)硅酸二鈣2CaO·SiO2
簡(jiǎn)寫C2S(2)硅酸三鈣3CaO·SiO2
簡(jiǎn)寫C3S(3)鋁酸三鈣3CaO·Al2O3
簡(jiǎn)寫C3A(4)鐵鋁酸四鈣4CaO·Al2O3·Fe2O3
簡(jiǎn)寫C4AF主礦物:C2S、C3S→~75%
C3A、C4AF→~25%熟料的礦物組成及巖相結(jié)構(gòu)次礦物:
f-氧化鈣、方鎂石、含堿礦物及玻璃體。硅酸鹽礦物熔劑性礦物硅酸鹽水泥熟料巖相結(jié)構(gòu)1)黑色多角形顆粒為C3S;2)黑白雙晶條紋的圓形顆粒為C2S結(jié)晶體;3)在這兩種晶體之間的是反射能力強(qiáng)的白色中間相鐵相固溶體和反射能力弱的黑色中間相鋁酸三鈣.熟料的礦物組成及巖相結(jié)構(gòu)(1)硅酸三鈣(C3S)(~50%)礦物特性
存在形式純C3S只在2065℃~1250℃溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定,在2065℃以上不一致熔融為CaO與液相;在1250℃以下分解為C2S和CaO。純C3S具有同質(zhì)多晶現(xiàn)象,熟料中C3S不純,總是與少量的其他氧化物如Al2O3、Fe2O3、MgOR2O等形成固溶體。在反光顯微鏡下為黑色多角形顆粒,又稱阿利特(Alite),簡(jiǎn)稱A礦。水化特性1)凝結(jié)時(shí)間正常,水化較快,水化反應(yīng)主要在28d以內(nèi)進(jìn)行,約經(jīng)一年后水化過(guò)程基本結(jié)束。2)早期強(qiáng)度高,強(qiáng)度的絕對(duì)值和增進(jìn)率較大。28d強(qiáng)度可達(dá)到一年強(qiáng)度的70%~80%。3)水化熱較高;4)抗水性較差。C3S中Ca離子的配位數(shù)是6,但配位不規(guī)則,有5個(gè)氧離子集中在一側(cè),另一側(cè)只有一個(gè),少離子處形成空腔,使水易進(jìn)入?yún)⑴c反應(yīng)。(2)硅酸二鈣(C2S)(~20%)礦物特性
熟料中硅酸二鈣通常固溶有少量氧化物:如Al2O3、Fe2O3、MgO、R2O等形成固溶體,稱貝利特(Belite),簡(jiǎn)稱B礦。在反光顯微鏡下呈圓粒狀,常具有黑白交叉雙晶條紋。
高溫?zé)蓵r(shí)B礦棱角已熔進(jìn)液相,而其余部分未熔進(jìn)液相緣故。多晶轉(zhuǎn)變純C2S在1450℃以下有同質(zhì)多晶現(xiàn)象。其中:γ-C2S的密度為2.97g/cm3,β-C2S的密度為3.28g/cm3,故發(fā)生β→γ轉(zhuǎn)變時(shí),伴隨著體積膨脹10%,結(jié)果是熟料崩潰,生產(chǎn)中稱之為粉化。
若液相多,冷卻迅速,可使熔劑性礦物形成玻璃體將β型C2S型晶體包住,使之越過(guò)γ→β型轉(zhuǎn)變溫度而保留下來(lái)。實(shí)際生產(chǎn)中,采用急冷,故以β-C2S型存在。水化特性
1)水化反應(yīng)較C3S慢,28d只水化20%左右,凝結(jié)硬化慢;
2)早期強(qiáng)度低,但28d后強(qiáng)度仍能較快增長(zhǎng),一年后其強(qiáng)度可趕超阿利特;
3)水化熱??;4)抗水性好。
礦物特性
C3A可固溶有少量SiO2、Fe2O3、MgO、R2O等形成固溶體,在反光鏡下,其反光能力弱,呈暗灰色,并填充在A礦與B礦中間,又稱黑色中間相。
(3)鋁酸三鈣(C3A)(7~15%)水化特性1)水化迅速,凝結(jié)較快,如不加石膏等緩凝劑,易使水泥急凝;2)早期強(qiáng)度較高,但絕對(duì)值不高,其強(qiáng)度3d之內(nèi)大部分發(fā)揮出來(lái),以后幾乎不增長(zhǎng),甚至倒縮;3)水化熱高;4)干縮變形大,脆性大,耐磨性差,抗硫酸鹽性能差。礦物特性
鐵鋁酸四鈣代表的是一系列連續(xù)的鐵相固溶體。通常固溶有少量的MgO、SiO2等氧化物,又稱才利特(Celite)或C礦。
在反光鏡下其反射能力強(qiáng),呈亮白色,并填充在A礦與B礦之間,也稱白色中間相。
(4)鐵鋁酸四鈣(C4AF)(10~18%)水化特性
1)水化速度在早期介于C3A與C3S之間,但隨后的發(fā)展不如C3S;
2)早期強(qiáng)度類似于C3A,而后期還能不斷增
長(zhǎng),類似于C2S;
3)水化熱較C3A低,抗沖擊性能和抗硫酸鹽性能較好?!舨Aw
形成部分熔融液相被快速冷卻來(lái)不及結(jié)晶而成為過(guò)冷凝體
主要成分Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、R2O
含量取決于液相量及冷卻條件
性能不及晶體穩(wěn)定,水化熱較大;可改善熟料性能與易磨性。
◆游離氧化鈣(f-CaO)
定義是指熟料中沒(méi)有以化合狀態(tài)存在而是以游離狀態(tài)存在的氧化鈣。
特征
游離氧化鈣在偏光顯微鏡下為無(wú)色圓形顆粒,有明顯解理。在反光鏡下用蒸溜水浸蝕后呈彩虹色。
游離氧化鈣的種類及其對(duì)安定性的影響
種類產(chǎn)生原因特點(diǎn)對(duì)水泥安定的影響欠燒f-CaO熟料煅燒過(guò)程中因欠燒、漏生,在1100~1200℃低溫下形成結(jié)構(gòu)疏松多孔不大一次f-CaO因配料不當(dāng)、生料過(guò)粗或煅燒不良,尚未與S、A、F反應(yīng)而殘留的CaO呈“死燒狀態(tài)”,結(jié)構(gòu)致密大
二次f-CaO熟料慢冷或還原氣氛下,C3S分解而形成的經(jīng)過(guò)高溫,水化較慢較大一次f-CaO結(jié)構(gòu)致密,水化很慢,通常3天后才明顯,而且水化后生成氫氧化鈣,體積增加97.9%,因此,會(huì)造成水泥硬化后其內(nèi)部的不均勻局部膨脹,使已硬化的水泥石開裂。因此,熟料中隨f-CaO含量的增加,首先是抗折強(qiáng)度下降,進(jìn)而引起3天以后強(qiáng)度倒縮,嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起水泥安定性不良?!舴芥V石(MgO)
指游離狀態(tài)的氧化鎂晶體。
產(chǎn)生一部分氧化鎂存在于玻璃體中,一部分結(jié)晶呈游離狀態(tài)。當(dāng)熟料快冷時(shí),結(jié)晶細(xì)小,慢冷時(shí)晶體發(fā)育較大,結(jié)構(gòu)致密。
危害1)水反應(yīng)速度很慢,幾個(gè)月甚至幾年才明顯
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