第三章硅酸鹽水泥熟料的組成

第三章硅酸鹽水泥熟料的組成概述：

主要化學(xué)成分：CaO62%~67%SiO220%~24%Al2O34%~7%Fe2O32.5%~6%

其它氧化物：MgOSO3Na2OK2OTiO2P2O5等

＞95%＜5%縮寫符號(hào)：

CaO

－CSiO2－SAi2O3－AFeO3－F

MgO－MN

aO－NK2O－KTiO2－TP2O5－PCO2－CSO3－SH2O－H本章內(nèi)容

1.熟料的礦物組成；

2.熟料的率值；

3.熟料礦物組成的換算。

§3.1熟料的礦物組成

主要礦物組成：

硅酸三鈣：3CaO·SiO2

(C3S)

硅酸二鈣：2CaO·SiO2

(C2S)

鋁酸三鈣：3CaO·Al2O3

(C3A)

鐵鋁酸四鈣：4CaO·Al2O3·Fe2O3(C4AF)

硅酸鹽礦物~75%~22%~95%少量：游離氧化鈣f-CaO、方鎂石

含堿礦物玻璃體熔劑礦物硅酸三鈣和硅酸二鈣合稱硅酸鹽礦物，約占75%左右。鋁酸三鈣和鐵鋁酸四鈣合稱熔劑礦物，約占22%左右。硅酸鹽礦物和熔劑礦物總和約占95%左右。

熟料礦物含量范圍（%）

熟料類別C3SC2SC3AC4AF回轉(zhuǎn)窯熟料立窯熟料新型干法窯熟料國(guó)內(nèi)重點(diǎn)企業(yè)熟料國(guó)外水泥企業(yè)熟料45～6538～6053545715～3220～332420204～114～787810～1813～20101410一、硅酸三鈣（～50%，高的達(dá)60%）1.存在形式（礦物特性）：

·

純C3ST=2065～1250℃內(nèi)穩(wěn)定；

T>2065℃不一致熔融為CaO與液相

T＜1250℃C3SC2S+CaO

（反應(yīng)慢，常溫下C3S呈介穩(wěn)狀態(tài)）

·

熟料中C3S并不以純的形式存在，而是形成固溶體，稱阿利特或A礦

2.形態(tài)

固溶體反光顯微鏡下呈黑色多角形顆粒。3.水化特性

·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?！ぴ缙趶?qiáng)度高，強(qiáng)度的絕對(duì)值和增進(jìn)率較大,居四種礦物之首。其28d強(qiáng)度可達(dá)到一年強(qiáng)度的70%～80%?！に療彷^高；抗水性較差?！ひ啄バ院茫煽s變形小。

二、硅酸二鈣（20%）1.存在形式·多晶轉(zhuǎn)變：

α-C2Sα‘-C2Sβ-C2Sγ-C2S·熟料中C2S通常固溶有少量氧化物形成固溶體，稱貝利特（Belite），簡(jiǎn)稱B礦。＜500℃常溫下，有水硬性，不穩(wěn)定幾乎無(wú)水硬性

密度(g/cm3):3.282.97

體積膨脹10%，熟料粉化2.形態(tài)：反光顯微鏡下呈圓粒狀，也可見(jiàn)其他不規(guī)則形狀。正常熟料中具有黑白交叉雙晶條紋；低溫煅燒且慢冷熟料中常發(fā)現(xiàn)有平行雙晶。3.水化特性

·水化反應(yīng)慢，28d水化20%，凝結(jié)硬化慢；

·早期強(qiáng)度低，28d后強(qiáng)度較快增長(zhǎng)，一年后趕超A礦。

·水化熱?。豢顾院?；抗蝕性好。

·易磨性差。三.中間相填充在阿利特、貝利特之間的鋁酸鹽、鐵酸鹽、組成不定的玻璃體和含堿化合物等統(tǒng)稱為中間相。

1.鋁酸三鈣

（C3A+C12A7）

形態(tài)：快冷時(shí)呈點(diǎn)滴狀，慢冷時(shí)呈矩形或柱狀，反光能力弱，呈暗灰色，一般稱為黑色中間相

水化特性

·水化迅速，放熱量大，凝結(jié)較快；·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；·干縮變形大，抗硫酸鹽性能差。2.鐵相固溶體（C4AF）

形態(tài)：

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。

水化特性：·水化速度早期介于C3A、C3S間，后期的發(fā)展不C3S；·早期強(qiáng)度似C3A，后期能增長(zhǎng)，似C2S·水化熱較C3A低，抗沖擊性能和抗硫酸鹽性能較好。

3.玻璃體

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、少量MgO和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28d內(nèi)絕對(duì)強(qiáng)度：C3S＞C4AF＞C3A＞C2S水化速度：C3A＞C4AF＞C3S＞C2S水化熱：C3A＞C3S＞C4AF＞C2S四種礦物性能比較四.游離氧化鈣與方鎂石（MgO）

1.游離氧化鈣（f-CaO）

定義

當(dāng)配料不當(dāng)，生料過(guò)粗或煅燒不良時(shí)，熟料中出現(xiàn)沒(méi)有被吸收的以游離狀態(tài)存在的氧化鈣，稱為游離氧化鈣（f－CaO），又稱游離石灰。

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。

游離氧化鈣產(chǎn)生原因：·配料不當(dāng)，生料過(guò)粗或煅燒不良·熟料慢冷或在還原氣氛下C3S分解，·熟料中的堿等取代C3S

、C2S、C3A中的CaO，形成二次游離氧化鈣。

游離氧化鈣危害：

死燒的游離氧化鈣結(jié)構(gòu)致密，水化很慢，水化生成氫氧化鈣時(shí)體積膨脹97.9%，在硬化水泥石內(nèi)部產(chǎn)生膨脹應(yīng)力。因此，隨著游離氧化鈣增加，抗拉、抗折強(qiáng)度降低，使3天以后強(qiáng)度倒縮，嚴(yán)重時(shí)引起安定性不良。

控制：回轉(zhuǎn)窯熟料﹤

1.5%，立窯﹤2.8%。2.方鎂石（結(jié)晶MgO）

指游離狀態(tài)的氧化鎂晶體。

產(chǎn)生：碳酸鎂高溫下分解

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

水化很慢，水化時(shí)，固體體積膨脹148%，引起水泥的安定性不良。

控制：

水泥﹤5﹪，壓蒸安定性和格可放寬到6﹪3.2熟料的率值率值：硅酸鹽水泥熟料中各主要氧化物含量之間的比例稱作率值。

表示化學(xué)成分與礦物組成之間的關(guān)系、水泥熟料的性能及其對(duì)煅燒的影響。

我國(guó)主要采用石灰飽和系數(shù)（KH）、硅率（SM）、鋁率（IM）三個(gè)率值。一.水硬率(控制熟料適宜石灰含量的系數(shù))

公式：

物理意義：

熟料中氧化鈣與酸性氧化物之和的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的比值。式中CaO、SiO2、Ai2O3、Fe2O3分別代表熟料中各氧化物的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)一般取1.8～2.4二、硅率（硅酸率SM或n表示）

公式：

物理意義：熟料中SiO2含量與Al2O3、Fe2O3之和的質(zhì)量比。也表示了熟料中硅酸鹽礦物（C3S+C2S）、熔劑礦物（C3A+C4AF）的比例。一般取1.7～2.7

SM值對(duì)熟料煅燒和性能的影響：

SM值過(guò)高，表示硅酸鹽礦物多，熔劑礦物少，由于煅燒時(shí)液相量顯著減少，熟料煅燒困難；特別當(dāng)氧化鈣含量低，硅酸二鈣含量多時(shí)熟料易于粉化。SM過(guò)低，則熟料中硅酸鹽礦物太少而影響水泥強(qiáng)度，且由于液相過(guò)多，易出現(xiàn)結(jié)大塊、結(jié)爐瘤、結(jié)圈等，影響窯的操作一般取值：1.7～2.7三.鋁率（又稱鋁氧率或鐵率）

公式：

物理意義：表示熟料中Al2O3和Fe2O3含量的質(zhì)量比，也表示了熟料熔劑礦物中C3A和C4AF的比例。反應(yīng)煅燒過(guò)程中液相的性質(zhì)（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）

IM值熟料煅燒和性能的影響

鋁率高低，在一定程度上反映了水泥煅燒過(guò)程中高溫液相的粘度。IM值高，熟料中C3A多，相應(yīng)的C4AF少，液相粘度大，物料難燒；IM值過(guò)低，雖然液相粘度較小，液相中質(zhì)點(diǎn)易于擴(kuò)散，對(duì)C3S的形成有利，但燒結(jié)范圍變窄，窯內(nèi)易結(jié)大塊，不利于窯的操作。一般取0.8～1.7

四.石灰飽和系數(shù)(KH)

物理意義：

石灰飽和系數(shù)表示熟料中全部氧化硅生成硅酸鈣所需的氧化鈣含量與全部氧化硅生成硅酸三鈣所需氧化鈣最大含量的比值，也即表示熟料中氧化硅被氧化鈣飽和形成硅酸三鈣的程度。

數(shù)學(xué)表達(dá)式：·式中：CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、SO3分別為熟料中相應(yīng)氧化物的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)；（IM≥0.64）推導(dǎo)當(dāng)鋁率大于0.64，認(rèn)為酸性氧化物形成堿性最高的礦物為C3S

、C3A

、C4AF，為便于計(jì)算，將C4AF改寫成“C3A”和“CF”，令“C3A”和C3A相加，在“C3A”+C3A與“CF”中，每1％酸性氧化物所需石灰量分別為：由每1％酸性氧化物所需石灰量乘以相應(yīng)酸性氧化物含量，便可得石灰理論極限含量計(jì)算式：金德和容克認(rèn)為，在實(shí)際生產(chǎn)上硅酸鹽水泥的四個(gè)主要礦物中，氧化鋁和氧化鐵始終為氧化鈣所飽和，唯獨(dú)SiO2可能不完全被CaO飽和生成C3S，而存在一部分C2S，否則，熟料就會(huì)出現(xiàn)游離氧化鈣。因此，應(yīng)將KH放在SiO2之前，即：理論值：理論值：KH值與礦物組成的關(guān)系：從理論上講：KH值高，則C3S較多，C2S較少。1.KH=1，礦物組成為C3S、C3A、C4AF，而無(wú)C2S；

KH≤0.667,形成礦物為C2S、C3A和C4AF，而無(wú)C3S2.KH＞1，熟料中必有游離氧化鈣存在；

KH﹤1，而IM≥0.64時(shí)，形成C3S、C2S、C3A、C4AF

3.

IM﹤0.64

(Fe過(guò)剩)，形成C3S、C2S、C2F、C4AF，此時(shí)石灰飽和系數(shù)為：

（IM﹤0.64）4.考慮到熟料中還有f-CaO、f-SiO2和石膏，此時(shí)：（IM≥0.64）因此，熟料的KH值應(yīng)控制在0.667～1間。實(shí)際生產(chǎn)中，為使熟料順利形成，又不產(chǎn)生過(guò)多的游離氧化鈣，通常KH值控制在0.87～0.96。熟料率值的控制

在工廠生產(chǎn)中，為了使熟料順利燒成，保證熟料的質(zhì)量，應(yīng)同時(shí)控制KH、n、p這三個(gè)率值，并使三率值相應(yīng)配合適當(dāng)?！?.3熟料礦物組成的計(jì)算·獲得熟料的礦物組成的方法：

①儀器分析法：如巖相分析；X射線分析；紅外光譜分析等。②理論計(jì)算法。

◆化學(xué)法

為了計(jì)算方便，先列出有關(guān)摩爾量的比值：設(shè)與與SiO2反應(yīng)的CaO的量為Cs；與CaO反應(yīng)的SiO2的量為Sc，則:1、在一般情況下，CaO與SiO2反應(yīng)先生成的C2S，剩余的CaO再與C2S反應(yīng)生成C3S。則由該剩余的CaO量（Cs-1.87Sc）可以算出C3S含量：2、由Cs+Sc=C2S+C3S式，可計(jì)算出C2S含量：將（3-17）及KH公式代入上式得C2S=8.60(1-KH)SiO23、C4AF含量可直接由Fe2O3含量直接算出：C4AF=3.04Fe2O34、C3A含量的計(jì)算，應(yīng)先從總A12O3量中減去形成C4AF所消耗的A12O3量(0.64-Fe2O3)，從剩余的A12O3量，即可算出它的含量；

C3A=2.65(Al2O3-0.64Fe2O3)◆化學(xué)法C3S=3.80（3KH-2）SiO2C2S=8.60(1-KH)SiO2C3A=2.65(Al2O3-0.64Fe2O3)C4AF=3.04Fe2O3式中：SiO2、Al2O3、Fe2O3分別是熟料中相應(yīng)氧化物的百分含量（%）。KH是熟料的石灰飽和系數(shù)?！舸鷶?shù)