4.4-硅酸鹽水泥熟料的組成課件

1、硅酸鹽水泥熟料的組成高鋁水泥CaOAl2O3 SiO2 硅磚玻璃酸性礦渣硅灰石瓷堿性礦渣硅酸鹽水泥石灰質(zhì)耐火材料石英半硅磚瓷粘土高鋁磚電熔莫來石剛玉圖6.90CaO-Al2O3-SiO2系統(tǒng)中各種材料組成范圍示意圖 火山灰 水泥的質(zhì)量主要取決于熟料的質(zhì)量，優(yōu)質(zhì)熟料應(yīng)該具有合適的礦物組成和巖相結(jié)構(gòu)。因而控制組成十分關(guān)鍵熟料礦物組成的測定1. 巖相分析 基于在顯微鏡下測出單位面積中各礦物所占的百分率，再乘以相應(yīng)礦物的密度，得到各礦物的含量。 測定結(jié)果比較符合實際情況，但當(dāng)?shù)V物晶體較小時，可能因重疊而產(chǎn)生誤差。2. X射線分析 基于熟料中各礦物的特征峰強(qiáng)度與單礦物特征峰強(qiáng)度之比以求得其含量。 誤差較

2、小，但含量太低則不易測準(zhǔn)。3. 紅外光譜分析3.1 硅酸鹽水泥熟料的化學(xué)組成硅酸鹽水泥熟料礦物的結(jié)構(gòu)圖4-9 水泥熟料的顯微鏡照片 主要礦物組成： 硅酸三鈣：3CaOSiO2 (C3S) 硅酸二鈣：2CaOSiO2 (C2S) 鋁酸三鈣： 3CaOAl2O3 (C3A) 鐵鋁酸四鈣：4CaO Al2O3 Fe2O3 (C4AF) 硅酸鹽礦物75%22%95%其它： 游離氧化鈣：f-CaO 方鎂石：（即結(jié)晶氧化鎂） 玻璃體：熔劑礦物3.2 硅酸鹽水泥熟料的礦物組成在硅酸鹽水泥熟料中，氧化鈣、氧化硅、氧化鋁和氧化鐵并不是以單獨的氧化物存在，而是經(jīng)高溫燃燒后，以兩種或兩種以上的氧化物反應(yīng)生成的多種礦

3、物集合體，其結(jié)晶細(xì)小，通常，在硅酸鹽水泥熟料中主要形成四種礦物； 硅酸三鈣 3CaOSiO2，可簡寫為C3S，38-55%； 硅酸二鈣 2CaOSiO2，可簡寫為C2S，20-33% 鋁酸三鈣 3CaOAl2O3：可簡寫為C3A: 4-15% 鐵相固溶體 通常以鐵鋁酸四鈣4CaO Al2O3 Fe2O3代替，可簡寫為C4AF:10-18%。 另外，還有少量的游離氧化鈣(f-CaO)、方鎂石(結(jié)晶氧化鎂f-MgO)、合堿礦物以及玻璃體等。 使用螢石或螢石加石膏作礦化劑的硅酸鹽水泥熟料中，還有氟鋁酸鈣（C11A7CaF2）、硫鋁酸鈣（3CACaSO4，簡寫為C4A3）等。3.3 硅酸鹽水泥熟料礦物

4、性質(zhì)3.3.1硅酸三鈣（C3S ) 存在形式： 純C3S只在20651250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。熟料中C3S不純，總是與少量的其他氧化物如Al2O3、Fe2O3、MgO、R2O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），簡稱A礦。 C3S加水調(diào)和后，凝結(jié)時間正常，水化較快，早期強(qiáng)度高，強(qiáng)度增進(jìn)率較大。其28 天強(qiáng)度、一年強(qiáng)度是四種礦物中最高的。它的體積干縮性也較小，抗凍性較好。但它的水化熱較高，抗水性較差，抗硫酸鹽腐蝕能力也較差。另外，由于在鍛燒過程中，C3S形成需要較高的燒成溫度和較長的燒成

5、時間，這給熟料的鍛燒操作帶來了困難。因此，在實際生產(chǎn)中不能不切實際地追求C3S的數(shù)量，否則將導(dǎo)致有害成分f-CaO增多，反而降低熟料質(zhì)量。 硅酸三鈣的結(jié)構(gòu)特征硅酸三鈣是在常溫下存在的介穩(wěn)的高溫型礦物。其結(jié)構(gòu)是熱力學(xué)不穩(wěn)定的。在硅酸三鈣結(jié)構(gòu)中，進(jìn)入了Al3+與Mg2+離子并形成固溶體，固溶程度越高，活性越大。比如在C54S16MA結(jié)構(gòu)中，由于Al3+離子取代Si4+離子，同時為了補(bǔ)償靜電而引入Mg2+，因而引起了硅酸三鈣的變形，提高了其活性。在硅酸三鈣結(jié)構(gòu)中，鈣離子的配位數(shù)是6，比正常的配位數(shù)低，并且處于不規(guī)則狀態(tài)，因而使鈣離子具有較高的活性。3.3.2硅酸二鈣（C2S ) 熟料中硅酸二鈣通常固

6、溶有少量氧化物如Al2O3、Fe2O3、MgO、R 2O等形成固溶體，稱貝利特（Belite），簡稱B礦。在反光顯微鏡下呈圓粒狀，常具有黑白交叉雙晶條紋。C2S與水作用時，水化速度較慢早期強(qiáng)度較低，但28 天以后強(qiáng)度仍能較快增長，一年后可接近場C3S。它的水化熱低，體積干縮性小，抗水性和抗硫酸鹽浸蝕能力較強(qiáng)。它的形成溫度一般較低，C2S在1450 以下易發(fā)生多種晶型轉(zhuǎn)變，尤其在低于500 時，由-C2S 轉(zhuǎn)變?yōu)槊芏雀　⒒钚院艿偷?C2S時，體積膨脹10 % ，導(dǎo)致熟料粉化，且使熟料強(qiáng)度大大降低。這種現(xiàn)象在通風(fēng)不良、液相量較少、還原氣氛較濃、冷卻較慢的立窯生產(chǎn)中較為多見。在燒成溫度較高、冷卻較

7、快的熟料中，由于C2S中固熔進(jìn)少量Al2O3、 Fe2O3、MgO等，通常都可保留型。這種-C2S被稱為貝利特，簡稱B 礦。貝利特的結(jié)構(gòu)特征貝利特是在高溫下存在的介穩(wěn)的高溫型礦物，其結(jié)構(gòu)具有熱力學(xué)的不穩(wěn)定性。貝利特中的鈣離子具有不規(guī)則配位，使其具有較高的活性。在貝利特結(jié)構(gòu)中的雜志和穩(wěn)定劑的存在也提高了其結(jié)構(gòu)活性。鋁酸鈣（C3A、C12A7 、 C12A7CaF2、C4A3) C3A可固溶有少量SiO2、Fe2O3、MgO、R 2O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。 C3A與水結(jié)合后，水化迅速，凝結(jié)硬化很快，如不加石膏等緩凝劑，易使水泥急凝

8、。它的早期強(qiáng)度較高，但后期強(qiáng)度增長不多，甚至倒縮。它的水化熱高，干縮變形大，抗硫酸鹽浸蝕、抗堿性都較差。它的脆性也大，耐磨性差。C3A中也可固溶少量SiO2、Fe2O3、MgO等氧化物。 3.3.3中間相填充在阿利特、貝利特之間的物質(zhì)通稱為中間相，它包括鋁酸鹽、鐵酸鹽、組成不定的玻璃體、含堿化合物、游離氧化鈣及方鎂石等。鐵相固溶體（C2FC8A3F ) C4AF實際是C2F-C8A3連續(xù)固溶體，在一般的硅酸鹽水泥熟料中，這種連續(xù)固溶體的化學(xué)成分接近于C4AF，簡稱C 礦；礦物中也溶有少最MgO、SiO2等氧化物。C 礦在反射光下呈白色，故又被稱為白色中間相。 C4AF水化硬化速度較快，因而早期

9、強(qiáng)度較高，僅次于C3A。與C3A不同的是它的后期強(qiáng)度也較高，類似C2S。它的水化熱低，干縮變形小，耐磨，抗沖擊，抗硫酸鹽浸蝕能力強(qiáng)。據(jù)研究發(fā)現(xiàn)：鐵相固溶體的水化速率與其中的鋁的含量有直接關(guān)系，其含量越高，水化越快。形成 部分熔融液相被快速冷卻來不及結(jié)晶而成為過冷凝體 主要成分 Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、R 2O 含量 取決于液相量及冷卻條件，一般2%22% 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。玻璃體游離氧化鈣和方鎂石游離氧化鈣（f-CaO）指經(jīng)高溫煅燒而仍未化合的氧化鈣。其水化反應(yīng)如下： CaO+H2OCa(OH)2 此反應(yīng)的產(chǎn)生導(dǎo)致：體積膨脹97.9%，嚴(yán)重

10、時，抗折強(qiáng)度降低，3天以后強(qiáng)度倒縮，甚至導(dǎo)致安定性不良。通?；剞D(zhuǎn)窯控制在1.5%以下，立窯控制在2.5%以下。方鎂石（游離狀態(tài)的MgO晶體）MgO+H2OMg(OH)2MgO一般存在于鐵相固溶體、A礦、玻璃體或者以方鎂石出現(xiàn)。方鎂石與水會發(fā)生如下反應(yīng)，但反應(yīng)速率慢。種 類產(chǎn) 生 原 因特 點對水泥安定性的影響欠燒游離氧化鈣（欠燒f-CaO）熟料煅燒過程中因欠燒、漏生，在11001200低溫下形成結(jié)構(gòu)疏松多孔、不大一次游離氧化鈣（一次f-CaO）因配料不當(dāng)、生料過粗或煅燒不良，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，大二次游離氧化鈣（二次f-CaO）熟料慢冷或還原氣氛下，C3

11、S分解而形成的經(jīng)過高溫，水化較慢較大游離氧化鈣（f-CaO)3.4 硅酸鹽水泥熟料的率值及其意義 公式: n(SM)=含義： 反映了熟料礦物中硅酸鹽礦物與熔劑礦物之間的數(shù)量對比關(guān)系。取值： 硅酸鹽水泥為1.72.7，白色硅酸鹽水泥可高達(dá)4.0左右。硅 率鋁 率公式:含義： 表示C3A與C4AF的相對含量。在一定程度上反映了水泥煅燒過程中高溫液相的粘度。取值： 硅酸鹽水泥熟料為0.81.7，抗硫酸鹽水泥或低熱水泥的鋁率可降至0.7左右。石灰飽和系數(shù)公式: KH=含義：水泥熟料中的總CaO含量扣除飽和酸性氧化物所需要的氧化鈣后，所剩下的與二氧化硅化合的氧化鈣的含量與理論上二氧化硅全部化合成硅酸三鈣所需要的氧化鈣含量的比值。簡言之。KH表示熟料中二氧化硅被氧化鈣飽和成硅酸三鈣的程度。取值： 0.820.94堿 度公式:含義： 表示與一摩爾SiO2作用的CaO的摩爾數(shù)。取值： 23（三）按水泥熟料