高鐵水泥質(zhì)量控制-通用硅酸鹽水泥質(zhì)量控制

水泥定義及分類概述一、水泥的定義水泥—指加水拌和成塑性漿體后，能膠結(jié)砂、石等適當(dāng)材料并能在空氣和水中硬化的粉狀水硬性膠凝材料。水硬性—指一種材料磨細(xì)成粉和水拌和成漿后，能在潮濕空氣和水中硬化并形成穩(wěn)定化合物的性能。二、水泥的特點(diǎn)粉末狀材料，加水拌合成漿體，既能夠在干燥環(huán)境中凝結(jié)硬化，又能更好地在水中硬化，保持或發(fā)展其強(qiáng)度，形成具有堆聚結(jié)構(gòu)的人造石材。三、水泥適用范圍不僅適合用于干燥環(huán)境中的工程部位，而且也適合用于潮濕環(huán)境及水中的工程部位。1.1水泥的分類

按性能和用途分水泥通用水泥專用水泥特性水泥硅酸鹽水泥普通硅酸鹽水泥礦渣硅酸鹽水泥粉煤灰硅酸鹽水泥火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥復(fù)合硅酸鹽水泥石灰石硅酸鹽水泥砌筑、油井、道路、大壩水泥等白色硅酸鹽水泥、快凝快硬硅酸鹽水泥等礦物組成分類水泥種類主要水硬性物質(zhì)主要品種硅酸鹽水泥硅酸鈣絕大多數(shù)通用水泥、專用水泥和特種水泥鋁酸鹽水泥鋁酸鈣高鋁水泥、自應(yīng)力鋁酸鹽水泥、快硬高強(qiáng)鋁酸鹽水泥等。硫鋁酸鹽水泥無水硫鋁酸鈣硅酸二鈣有自應(yīng)力硫鋁酸鹽水泥、低堿度硫鋁酸鹽水泥、快硬硫鋁酸鹽水泥等鐵鋁酸鹽水泥鐵相、無水硫鋁酸鈣、硅酸二鈣有自應(yīng)力鐵鋁酸鹽水泥、膨脹鐵鋁酸鹽水泥、快硬鐵鋁酸鹽水泥等氟鋁酸鹽水泥氟鋁酸鈣、硅酸二鈣氟鋁酸鹽水泥等其他水泥活性二氧化硅活性氧化鋁石灰火山灰水泥、石膏礦渣水泥、低熱鋼渣礦渣水泥等模塊三水硬性膠凝材料

1硅酸鹽水泥1.1硅酸鹽水泥的生產(chǎn)過程與方法啟新水泥，中國第一家水泥廠，具有100多年的歷史，中國第一桶（舊時水泥按桶計量）水泥誕生地，曾一度成為中國最大的水泥企業(yè)。清末唐山啟新洋灰有限公司“龍馬負(fù)太極圖”安徽海螺水泥廠拉法基是建材領(lǐng)域唯一一家入選2008年“全球100名最具可持續(xù)發(fā)展的企業(yè)”。作為世界建材行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者，其四個分支在業(yè)內(nèi)均位處前列：水泥和屋面系統(tǒng)位居世界第一、混凝土與骨料位居世界第二、石膏建材位居世界第三。水泥概述水泥是水硬性膠凝材料。水泥是三大建筑主材之一，應(yīng)用十分廣泛。

（水泥素有“建筑工業(yè)的糧食”之稱）水泥的特點(diǎn)：

1）水泥砼是一種低能耗型建筑材料。

2）水泥具有許多優(yōu)異性能：

①水泥具有較好的可塑性；②水泥的適應(yīng)性較強(qiáng)；③水泥可制成各種用途的水泥基復(fù)合材料；④水泥耐久性較好。水泥工業(yè)的發(fā)展1824年英國人阿斯普丁發(fā)明水泥，因外觀和當(dāng)時常用于建筑中的應(yīng)該波特蘭島上出產(chǎn)的巖石相似，稱之為“波特蘭水泥”；1825-1843年水泥首次大規(guī)模使用在泰晤士河隧道工程；1877年回轉(zhuǎn)窯水泥熟料獲得專利；1910年實現(xiàn)機(jī)立窯機(jī)械化連續(xù)生產(chǎn)；1928年發(fā)明帶回轉(zhuǎn)爐篦子的“立波爾窯”；1950年發(fā)明懸浮余熱器窯；1971年發(fā)明窯外分解窯，新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)形成；我國水泥工業(yè)的發(fā)展1889年第一家水泥廠是建于河北唐山的唐山細(xì)棉土廠（后改為啟新洋灰公司、現(xiàn)為啟新水泥廠）；1889—1937年先后建設(shè)大連、中國、上海等水泥廠，是我們水泥工業(yè)發(fā)展的萌芽及早期發(fā)展階段；1937—1949年建設(shè)了哈爾濱、琉璃河等十余個新廠，但是由于戰(zhàn)亂，水泥工業(yè)發(fā)展處于衰落期；1949年后水泥工業(yè)才進(jìn)入發(fā)展期；50—60年代改擴(kuò)建了32個重點(diǎn)大中型濕法和半干法立波爾窯生產(chǎn)企業(yè)，小立窯發(fā)展蓬勃；70—80年代我們自行設(shè)計的小規(guī)模窯外分解（2000t以下）相繼投產(chǎn)，水泥工業(yè)水平有教大提高。90年代后水泥工業(yè)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、增大大型新型干法窯的比重，限制、淘汰、改造提高小立窯、加快水泥工業(yè)技術(shù)進(jìn)步，向水泥強(qiáng)國轉(zhuǎn)化。水泥的定義

指加水拌和成塑性漿體后，能膠結(jié)砂、石等適當(dāng)材料，并能在空氣和水中硬化的粉狀水硬性膠凝材料。

水泥的分類按照水泥的用途及性能分類：

通用水泥、專用水泥、特性水泥按照水泥的礦物組成分類：

硅酸鹽類水泥、鋁酸鹽類水泥、硫鋁酸鹽類水泥、氟鋁酸鹽類水泥、鐵鋁酸鹽類水泥等廣義硅酸鹽類水泥的分類【GB175-2007】硅酸鹽水泥（P.Ⅰ，P.Ⅱ

）普通硅酸鹽水泥（

P?O）簡稱普通水泥，在硅酸鹽水泥熟料中摻入5%-20%混合材料、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料。礦渣硅酸鹽水泥（P?S）摻入20%-70%?；郀t礦渣火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥（P?P）摻入20%-40%火山灰混合材粉煤灰硅酸鹽水泥（P?F）摻入20%-40%粉煤灰復(fù)合硅酸鹽水泥（P?C）摻入20%-50%兩種或以上的混合材硅酸鹽水泥的定義

凡由硅酸鹽水泥熟料、0-5%的石灰石或?；郀t礦渣、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為硅酸鹽水泥。硅酸鹽水泥的分類Ⅰ型硅酸鹽水泥：

不摻加混合材料的稱為Ⅰ型硅酸鹽水泥，用代號P.Ⅰ表示；Ⅱ型硅酸鹽水泥：在硅酸鹽水泥熟料粉磨時摻入不超過水泥質(zhì)量的5%的石灰石或粒化高爐礦渣混合材料的成為Ⅱ型硅酸鹽水泥，用代號P.Ⅱ表示。其中“P”是“Portland”的英文字首。品種強(qiáng)度等級抗壓強(qiáng)度抗折強(qiáng)度3d28d3d28d硅酸鹽水泥42.5≥17.0≥42.5≥3.5≥6.542.5R≥22.0≥4.052.5≥23.0≥52.5≥4.0≥7.052.5R≥27.0≥5.062.5≥28.0≥62.5≥5.0≥8.062.5R≥32.0≥5.5普通硅酸鹽水泥42.5≥17.0≥42.5≥3.5≥6.542.5R≥22.0≥4.052.5≥23.0≥52.5≥4.0≥7.052.5R≥27.0≥5.0礦渣硅酸鹽水泥火山灰硅酸鹽水泥粉煤灰硅酸鹽水泥32.5≥10.0≥32.5≥2.5≥5.532.5R≥15.0≥3.542.5≥15.0≥42.5≥3.5≥6.542.5R≥19.0≥4.052.5≥21.0≥52.5≥4.0≥7.052.5R≥23.0≥4.5一、硅酸鹽水泥的生產(chǎn)“兩磨一燒”生料的配制與磨細(xì)；將生料經(jīng)煅燒使之部分熔融形成熟料；將熟料與適量石膏共同磨細(xì)成為硅酸鹽水泥。熟料礦物組成

硅酸三鈣(3CaO?SiO2簡寫為C3S)

硅酸二鈣(2CaO?SiO2簡寫為C2S)

鋁酸三鈣(3CaO?Al2O3簡寫為C3A)

鐵鋁酸四鈣(4CaO?Al2O3?Fe2O3簡寫為C4AF)

關(guān)鍵環(huán)節(jié)占70%以上(一)生產(chǎn)硅酸鹽水泥的原料生產(chǎn)硅酸鹽水泥的原料，主要有四類：

—石灰質(zhì)原料：石灰?guī)r、泥灰?guī)r、白堊、貝殼等

—粘土質(zhì)原料：粘土、黃土、頁巖、泥巖等

—少量含鐵原料（硫鐵礦渣等）和礦化劑（螢石等）

—校正原料生產(chǎn)硅酸鹽水泥的原料，主要有四種成分：氧化鈣

(石灰，CaO)二氧化硅

(SiO2)氧化鋁

(Al2O3)氧化鐵

(Fe2O3)石灰質(zhì)原料提供粘土質(zhì)原料提供改善煅燒條件調(diào)節(jié)某些氧化物之不足生料的配制按所要求的化學(xué)成分確定選用原料的加入比例；同時或分別將這些原料破碎；粉磨至規(guī)定細(xì)度；混合均勻。(二)生料的配制及水泥的生產(chǎn)方法水泥生產(chǎn)方法：濕法和干法。濕法將原料加水粉磨成生料漿（含水33-40%）后喂入濕法回轉(zhuǎn)窯煅燒成熟料，則稱為濕法；將濕法制備的生料漿脫水后，制成生料塊入窯煅燒，稱為半濕法，亦歸入濕法。干法將原料同時烘干與粉磨或先烘干后粉磨成生料粉，而后喂入干法窯內(nèi)煅燒成熟料，則稱為干法生產(chǎn)；將生料粉加入適量水分制成生料球，而后喂入立窯或立波爾窯內(nèi)煅燒成熟料的方法叫半干法，亦歸入干法。硅酸鹽水泥熟料：以適當(dāng)成分的生料燒至部分熔融，所得以硅酸鈣為主要成分的產(chǎn)物。窯型主要有立窯和回轉(zhuǎn)窯。1、立窯：有普通立窯和機(jī)械化立窯。2、回轉(zhuǎn)窯：中空式窯濕法回轉(zhuǎn)窯帶熱交換裝置的窯帶余熱鍋爐的窯回轉(zhuǎn)窯干法回轉(zhuǎn)窯帶預(yù)熱器的窯

帶分解爐的窯半干法回轉(zhuǎn)窯立波爾窯二、硅酸鹽水泥熟料的煅燒及水泥生產(chǎn)的工藝流程立窯華潤水泥(南寧)有限公司4000t/d水泥熟料回轉(zhuǎn)窯

2800t/d水泥熟料回轉(zhuǎn)窯礦山水泥廠球磨機(jī)耐磨鋼球水泥熟料塊水泥熟料塔水泥成品庫干法燒結(jié)過程去水區(qū)熱源冷卻區(qū)廢氣口石灰分解黏土分解C3S形成C2S形成混合物形成熔質(zhì)形成進(jìn)料口鍛燒區(qū)熟料區(qū)在干法燒制過程中，將混合物倒入回轉(zhuǎn)窯中，并在干燥狀態(tài)加熱，此可節(jié)省燃料的消耗和用水，不過此過程灰塵較多。雖然濕法通常比干法有效率，但需要較多的燃料故不經(jīng)濟(jì)。

窯頭出熟料窯尾入生料窯外分解工藝是水泥工業(yè)的一次技術(shù)突破窯外分解工藝是水泥工業(yè)的一次技術(shù)突破預(yù)分解窯是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的一種煅燒工藝設(shè)備。它是在懸浮預(yù)熱器和回轉(zhuǎn)窯之間，增設(shè)一個分解爐或利用窯尾煙室管道，在其中加入30～60%的燃料，使燃料的燃燒放熱過程與生料的吸熱分解過程同時在懸浮態(tài)或流化態(tài)下極其迅速地進(jìn)行，使生料在入回轉(zhuǎn)窯之前基本上完成碳酸鹽的分解反應(yīng)，因而窯系統(tǒng)的煅燒效率大幅度提高。這種將碳酸鹽分解過程從窯內(nèi)移到窯外的煅燒技術(shù)稱窯外分解技術(shù)，這種窯外分解系統(tǒng)簡稱預(yù)分解窯窯外分解工藝是水泥工業(yè)的一次技術(shù)突破特點(diǎn)：在一般分解爐中，當(dāng)分解溫度為820～900℃時，入窯物料的分解率可達(dá)85～95%，需要分解時間平均僅為4～10s，而在窯內(nèi)分解時約需30多分鐘，效率之高可想而知；由于碳酸鈣的分解從窯內(nèi)移到窯外進(jìn)行，所以窯的長度可以大大縮短，降低占地面積；由于在分解爐內(nèi)物料呈懸浮狀態(tài)，傳熱面積增大，傳熱速率提高，從而使熟料單位熱耗大大降低；由于減輕了回轉(zhuǎn)窯的熱負(fù)荷，延長耐火材料的使用壽命，提高窯的運(yùn)轉(zhuǎn)率，同時提高了窯的容積產(chǎn)量。但由于對物料的適應(yīng)性較差，容易引起結(jié)皮和堵塞，同時系統(tǒng)的動力消耗較大窯外分解工藝是水泥工業(yè)的一次技術(shù)突破物料自上而下氣流自下而上結(jié)束模塊三水硬性膠凝材料

1硅酸鹽水泥1.3硅酸鹽水泥熟料礦物形成的物理化學(xué)過程石灰質(zhì)原料粘土質(zhì)原料鐵質(zhì)原料校正原料礦化劑按一定要求的比例配合生料經(jīng)均化、粉磨、調(diào)配而成。1450℃熟料水泥熟料生產(chǎn)的工藝流程發(fā)生了什么變化？生料在煅燒中過程形成水泥熟料的物理化學(xué)過程是十分復(fù)雜的，按溫度的升高大體上可以分為下述幾個階段:生料的干燥與脫水;碳酸鈣分解;固相反應(yīng);液相的形成與熟料的燒結(jié);熟料的冷卻一、生料的干燥與脫水干燥

生料中自由水的蒸發(fā)，稱為干燥。脫水

生料中粘土礦物的分解并放出其化合水，稱為脫水?；纤Y(jié)晶水層間水

以O(shè)H-離子形態(tài)存在于晶體結(jié)構(gòu)的格子中

以H2O分子形態(tài)存在于粘土礦物的層狀結(jié)構(gòu)間高嶺石英文名稱為kaolinite，化學(xué)組成為Al4[Si4O10]·(OH)8。是長石和其他硅酸鹽礦物天然蝕變的產(chǎn)物，是一種含水的鋁硅酸鹽。江西的景德鎮(zhèn)有一個高嶺村，這里盛產(chǎn)高嶺土，故名。明末，在景德鎮(zhèn)高嶺村開采此礦，后經(jīng)德國地質(zhì)學(xué)家李?；舴野锤邘X土之音譯成“Kaolin”介紹到世界礦物學(xué)界。蒙脫石又名微晶高嶺石，是一種層狀結(jié)構(gòu)、片狀結(jié)晶的硅酸鹽粘土礦，因其最初發(fā)現(xiàn)于法國的蒙脫城而命名的。為止瀉藥類非處方藥藥品。伊利石是黏土的一種，硅酸鹽黏土礦。一、生料的干燥與脫水

高嶺石Al2O3·2SiO2·2H2O

是一種有代表性的粘土礦物，具有“單網(wǎng)層”結(jié)構(gòu)，即由一層水鋁石和一層硅氧層結(jié)合而成。圖4-5所示。其結(jié)構(gòu)中的(OH)處于兩種不同的環(huán)境中：

3/4的(OH)位于兩個單網(wǎng)層之間，稱之為外層的(OH)；

1/4的(OH)位于單網(wǎng)層之中，故稱之為內(nèi)層的(OH)。高嶺石受熱時，外層(OH)易于脫出，而內(nèi)層的(OH)則較困難，其脫水反應(yīng)可用下式表示：

Al2O3·2SiO2·2H2O470℃-540℃

Al2O3·2SiO2·1/2H2O+3/2H2OAl2O3·2SiO2·1/2H2O＞540℃Al2O3·2SiO2+1/2H2O干燥過程由于煅燒方式的不同而有所差異：干法窯生料含水量一般不超過1.0％；立波爾窯和立窯為便于生料成球，通常含水12~14%，濕法為保證料漿的可泵性則通常為30-40%。含水量的差異也是造成窯型能耗多少的主要因素之一。二、碳酸鈣分解分解條件

CaCO3CaO+CO2-1645J/g(890oC時)MgCO3MgO+CO2-(1047~1214)J/g(590oC時)

為了使分解能順利進(jìn)行，必須保持較高的反應(yīng)溫度和較低的CO2分壓。分解過程1.熱氣流傳向顆粒表面；2.熱量由表面向分解面?zhèn)鬟f；3.分解處的碳酸鈣在一定溫度下進(jìn)行分解并放出CO2;4.CO2氣體穿過CaO層向表面擴(kuò)散;5.表面的CO2向周圍介質(zhì)擴(kuò)散。傳熱傳質(zhì)物理過程化學(xué)反應(yīng)過程特點(diǎn)：縮核型強(qiáng)吸熱氣固反應(yīng)；燒失量大；CaOCaCO3CO2影響碳酸鈣分解速度的因素溫度CO2分壓原料粒度在窯內(nèi)的運(yùn)行狀態(tài)：懸浮狀態(tài)分解快石灰石的種類和物理性質(zhì)：致密程度、料塊形狀、雜質(zhì)等二、碳酸鈣分解碳酸鈣在水泥生料中所占比率在80％左右，其分解過程需要吸收大量的熱，是熟料煅燒過程中消耗熱量最多的一個過程，是水泥熟料煅燒過程中的重要環(huán)節(jié)。分解所需總熱量約占濕法生產(chǎn)總熱耗的1/3，約占新型干法窯的1/2。1.溫度碳酸鹽分解是吸熱反應(yīng)，是熟料形成過程中消耗熱量最多的一個工藝過程。溫度升高使分解速度加快。但應(yīng)注意，溫度過高，將增加廢氣溫度和熱耗，預(yù)熱器和分解爐結(jié)皮、堵塞的可能性亦大。2.CO2的分壓碳酸鹽分解是可逆反應(yīng)，受系統(tǒng)溫度和周圍介質(zhì)中CO2的分壓影響較大。為了使分解反應(yīng)順利進(jìn)行，必須保持較高的反應(yīng)溫度和良好的通風(fēng)，降低周圍介質(zhì)中CO2的分壓。3.生料細(xì)度和顆粒級配生料顆粒粒徑越小，比表面積越大，傳熱面積增大，分解速度加快；生料顆粒均勻，粗顆粒少，也可加速碳酸鹽的分解。4.生料懸浮分散程度懸浮態(tài)：懸浮預(yù)熱器內(nèi)生料處于懸浮態(tài)，比表面積可達(dá)200～400m2/kg，生料粉中CaCO3分解受化學(xué)反應(yīng)速率控制。【850度需秒鐘即完成】堆積態(tài)：回轉(zhuǎn)窯內(nèi)生料處于堆積態(tài)，CaCO3分解受傳熱、傳質(zhì)過程控制。【800-1000度需15min】5.石灰石的種類和物理性質(zhì)石灰石中伴生其他礦物和雜質(zhì)具有降低分解溫度的作用；方解石晶體越小、缺陷越多，分解越快。如果黏土質(zhì)原料的主導(dǎo)礦物是高嶺土，由于其活性大，在800℃下能與氧化鈣或直接與碳酸鈣進(jìn)行固相反應(yīng)，生成低鈣礦物，則可以促進(jìn)碳酸鈣的分解過程；反之，如果黏土的主導(dǎo)礦物是活性差的蒙脫石和伊利石，則CaCO3的分解速度慢。定義

在生料煅燒過程中，碳酸鹽分解的組分與粘土分解的組分通過質(zhì)點(diǎn)的相互擴(kuò)散而進(jìn)行的反應(yīng)稱為固相反應(yīng)。在不同的固相反應(yīng)溫度下其反應(yīng)產(chǎn)物如下：~800oC：CaO·Al2O3(CA)、CaO·Fe2O3(CF)與2CaO·SiO2(C2S)開始形成。800~900oC：開始形成了12CaO·7Al2O3(C12A7)。900~1100oC：2CaO·Al2O3·SiO2(C2AS)形成之后又分解。開始形成3CaO·Al2O3(C3A)和4CaO·Al2O3·Fe2O3(C4AF)。所有碳酸鈣均分解，游離氧化鈣達(dá)最高值。l100~1200oC：大量形成C3A和C4AF，C2S含量也達(dá)到最大值。

三、固相反應(yīng)固相反應(yīng)特點(diǎn)：固相反應(yīng)能夠進(jìn)行的主要原因：固態(tài)物質(zhì)結(jié)構(gòu)上存在缺陷。固相反應(yīng)是放熱反應(yīng)，可使物料溫度快速升高300℃以上，物料活性高、預(yù)燒性好。影響固相反應(yīng)速度的因素固相反應(yīng)的溫度生料細(xì)度和均勻性生料的物質(zhì)狀態(tài)礦化劑【形成固溶體缺陷】在溫度為800~1200oC之間，通過固相反應(yīng)可以形成若干水泥熟料礦物如：C3A、C4AF以及C2S。但是，若僅通過固相反應(yīng)形成C3S時，則其溫度需高達(dá)1600oC。為了降低C3S的形成溫度，必須使熟料中出現(xiàn)液相，燒至部分熔融。這時，物料逐漸由疏松狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樯珴苫液?，結(jié)構(gòu)致密的熟料，并伴隨著體積收縮。與此同時，C2S與游離CaO逐漸溶解于液相中，相互反應(yīng)形成硅酸鹽水泥熟料的主要礦物——硅酸三鈣。

四、液相的形成與熟料的燒結(jié)液相如何形成？影響熟料燒結(jié)的因素液相出現(xiàn)溫度液相數(shù)量液相的性質(zhì)氧化鈣和硅酸二鈣在液相中的溶解速度反應(yīng)物存在狀態(tài)五、熟料的冷卻快速冷卻快速冷卻可使高溫下形成的液相來不及結(jié)晶而成玻璃相；同時也使C3S等礦物晶體的尺寸因來不及長大而保持其細(xì)小均勻分布的狀態(tài)；并且由于急冷在熟料粒子內(nèi)部產(chǎn)生較大的結(jié)晶應(yīng)力，使其形成較多的微細(xì)裂紋。工藝裝備允許的條件下盡可能采用快速冷卻，這不僅能使水泥熟料的使用性質(zhì)(如水泥的活性)，以及抗硫酸鹽性能等變好，而且也能改善熟料的工藝性質(zhì)，特別是使其易磨性變好。熟料快速冷卻的目的和作用是：⑴為了防止C3S在1250℃分解出現(xiàn)二次游離氧化鈣，降低熟料的強(qiáng)度；⑵為了防止C2S在500℃時發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變，產(chǎn)生“粉化”現(xiàn)象；⑶防止C3S晶體長大而強(qiáng)度降低且難以粉磨；⑷減少M(fèi)gO晶體析出，使其凝結(jié)于玻璃體中，避免造成水泥安定性不良；⑸減少C3A晶體析出，不使水泥出現(xiàn)快凝現(xiàn)象，并提高水泥的抗硫酸鹽性能；⑹使熟料產(chǎn)生應(yīng)力，改善熟料的易磨性。結(jié)束模塊三水硬性膠凝材料

1硅酸鹽水泥1.4硅酸鹽水泥熟料礦物的組成、結(jié)構(gòu)及其與膠凝性能的關(guān)系硅酸鹽水泥熟料礦物結(jié)構(gòu)C3SC2SC4AFC3A氧化鈣氧化硅氧化鋁氧化鐵氧化鎂堿含量硅酸鹽水泥熟料的化學(xué)成分硅酸鹽水泥熟料的礦物組成硅酸三鈣

硅酸三鈣的化學(xué)成分為3CaO·SiO2，其簡寫為C3S。它是硅酸鹽水泥熟料中最主要的礦物成分，約占水泥熟料總量的44~62％。硅酸三鈣遇水后能夠很快與水產(chǎn)生水化反應(yīng)，并產(chǎn)生較多的水化熱。它對促進(jìn)水泥的凝結(jié)硬化，特別是對水泥3~7天內(nèi)的早期強(qiáng)度以及后期強(qiáng)度都起主要作用。礦物形貌礦物特征急冷狀態(tài)得到C3S為介穩(wěn)狀態(tài)；且形成含MgO，Al2O3的固溶體，稱為阿利特（Alite）簡稱A礦。結(jié)構(gòu)特征C3S為常溫下介穩(wěn)型礦物，熱力學(xué)不穩(wěn)定。結(jié)構(gòu)中引入MgO，Al2O3形成固溶體，固溶程度越高，固溶種類越多，活性越大。C3S結(jié)構(gòu)中，鈣離子的配位數(shù)為6，處于不規(guī)則狀態(tài)，因而具有更高活性。硅酸三鈣硅酸鹽水泥熟料的礦物組成硅酸二鈣

硅酸二鈣的化學(xué)成分為3CaO·SiO2

，其簡寫為C2S，約占水泥熟料總量的18~30%。硅酸二鈣遇水后反應(yīng)較慢，水化熱也較低。它不影響水泥的凝結(jié)，對水泥的后期強(qiáng)度起主要作用。礦物形貌礦物特征急冷狀態(tài)得到C2S為常溫下介穩(wěn)狀態(tài)；且常形成含TiO2，F(xiàn)e2O3的固溶體，稱為貝利特（Belite）簡稱B礦。結(jié)構(gòu)特征β-C2S為常溫下介穩(wěn)型礦物，熱力學(xué)不穩(wěn)定。結(jié)構(gòu)中引入TiO2，F(xiàn)e2O3形成固溶體，固溶程度越高，固溶種類越多，活性越大。C2S結(jié)構(gòu)中，鈣離子具有不規(guī)則配位，處于不規(guī)則狀態(tài)，因而具有更高活性。硅酸二鈣硅酸鹽水泥熟料的礦物組成鋁酸三鈣

鋁酸三鈣的化學(xué)成分是3CaO·Al2O3，其簡寫為C3A，約占水泥熟料總量的5~12%。鋁酸三鈣遇水后反應(yīng)極快，產(chǎn)生的熱量大而且很集中。鋁酸三鈣對水泥的凝結(jié)起主導(dǎo)作用，但其水化產(chǎn)物強(qiáng)度較低，主要對水泥的早期強(qiáng)度有所貢獻(xiàn)。礦物形貌結(jié)構(gòu)特征C3A結(jié)構(gòu)中，鋁離子具有兩種配位形式，處于不規(guī)則狀態(tài)，因而具有更高活性。C3A結(jié)構(gòu)中具有較大的空洞，OH-離子很容易進(jìn)入晶格內(nèi)部，因此水化速度較快。C3A結(jié)構(gòu)中，鈣離子具有不規(guī)則配位，處于不規(guī)則狀態(tài)，因而具有更高活性。鋁酸三鈣硅酸鹽水泥熟料的礦物組成鐵鋁酸四鈣

鐵鋁酸四鈣的化學(xué)成分為：4CaO·Al2O3·Fe2O3，其簡寫為C4AF，約占水泥熟料總量的10~18%。鐵鋁酸四鈣遇水時水化反應(yīng)也很快，水化熱較低，水化產(chǎn)物的強(qiáng)度不高，對水泥石的抗壓強(qiáng)度貢獻(xiàn)不大，主要對抗折強(qiáng)度貢獻(xiàn)較大。礦物形貌礦物特征C4AF

以鐵鋁酸鹽固溶體形式存在，稱為才利特（Celite）簡稱C礦。結(jié)構(gòu)特征C4AF為高溫下形成的固溶體，常溫下介穩(wěn)型礦物，熱力學(xué)不穩(wěn)定。結(jié)構(gòu)中Al離子取代Fe離子形成固溶體，引起晶格穩(wěn)定性降低，活性越大。鐵鋁酸四鈣玻璃體網(wǎng)絡(luò)形成體和網(wǎng)絡(luò)調(diào)整體組成，由熟料燒至部分熔融時出現(xiàn)，在急冷時來不及析晶得到的，熱力學(xué)不穩(wěn)定。游離氧化鈣和游離氧化鎂水泥熟料中，常有少量的沒與其他化合物結(jié)合的以游離狀態(tài)存在的氧化物稱為游離氧化物。高溫下形成過燒或死燒狀態(tài)，水化速度慢結(jié)構(gòu)致密。水泥熟料礦物的主要特性礦物名稱硅酸三鈣硅酸二鈣鋁酸三鈣鐵鋁酸四鈣含量范圍（％）37～6715～307～1510～18水化反應(yīng)速度快慢最快快強(qiáng)度高早期低，后期高低低（含量多時對抗折強(qiáng)度有利）水化熱較高低最高中水泥熟料具有水化反應(yīng)能力結(jié)構(gòu)的本質(zhì)結(jié)束模塊三水硬性膠凝材料

1硅酸鹽水泥1.5硅酸鹽水泥的水化反應(yīng)及機(jī)理C2SC3SC3AC4AF熟料礦物的水化反應(yīng)過程水化初期（幾十分鐘）熟料與水反應(yīng)速度較快，水化產(chǎn)物不斷地從液相中析出并聚集在水泥顆粒表面，形成以水化硅酸鈣凝膠為主體的凝膠薄膜，大約在1h左右即在凝膠薄膜外側(cè)及液相中形成粗短的針狀鈣礬石晶體。水化中期（若干小時）以水化硅酸鈣（C－S－H）和氫氧化鈣的快速形成為特征。水化后期（若干天）由于新生成的水化產(chǎn)物的壓力，水泥顆粒薄膜的凝膠薄膜破裂，使水進(jìn)入未水化水泥顆粒的表面，水化反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行。水化產(chǎn)物之間互相交叉連生，不斷密實，固體之間的空隙不斷減小，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)不斷加強(qiáng)，結(jié)構(gòu)逐漸緊密。主要的水化產(chǎn)物名稱簡寫形態(tài)含量水化硅酸鈣CxSyHzC-S-H凝膠50%以上氫氧化鈣CH晶體少量水化鋁酸鈣C3AH6晶體較少水化硫鋁酸鈣AFt晶體稀少水化鐵酸鈣CFH晶體較少（一）硅酸三鈣的水化硅酸三鈣水化各階段的動力學(xué)行為硅酸三鈣水化特點(diǎn)

C3S水化較快，凝結(jié)時間正常。C3S漿體強(qiáng)度發(fā)展較快，早期強(qiáng)度較高，強(qiáng)度增長率較大，28d強(qiáng)度可達(dá)到其一年強(qiáng)度的70~80%。在硅酸鹽熟料礦物中，其28d強(qiáng)度最高。（二）硅酸二鈣的水化（β-C2S）2CaO·SiO2+mH2OxCaO·SiO2·yH2O+(2-x)Ca(OH)2硅酸二鈣在常溫下水化反應(yīng)生成水化硅酸鈣(C-S-H凝膠)和氫氧化鈣。硅酸二鈣的水化特點(diǎn)：水化速率特別慢，約是C3S的1/20，強(qiáng)度發(fā)展緩慢，加水28d后僅水化20%左右，但后期強(qiáng)度較高。阿利特——C3S貝利特——C2S（三）鋁酸三鈣的水化鋁酸三鈣在純水中的水化第一階段相應(yīng)于C3A的迅速溶解，以