-硅酸鹽水泥熟料

第一章硅酸鹽水泥熟料

※硅酸鹽水泥熟料（clinker)

由主要含CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3的原料，按適當(dāng)比例配合磨成細(xì)粉（生料）燒至部分熔融，所得以硅酸鈣為主要成分的水硬性膠凝物質(zhì)，其中硅酸鈣礦物含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）不小于65%，氧化鈣和氧化硅質(zhì)量比不小于2.0。熟料C3S、C2S、C3A、C4AF◆三種表示方法：化學(xué)組成礦物組成率值第一章硅酸鹽水泥熟料一、熟料的化學(xué)成分及含量二、熟料的礦物組成及含量三、熟料的化學(xué)成分與礦物組成的關(guān)系四、熟料礦物的特性五、熟料的率值六、熟料礦物組成的計(jì)算七、熟料化學(xué)成分、礦物組成和率值之間的關(guān)系一、熟料的化學(xué)成分及含量主要氧化物：CaOSiO2Al2O3Fe2O3

其總和通常占熟料總量的95%以上。其它:MgO(M);SO3(S);Na2O、K2O(R2O);TiO2(T);P2O5(P)等，其總量通常占熟料的5%以下。實(shí)際生產(chǎn)中硅酸鹽水泥中個(gè)主要氧化物含量的波動(dòng)范圍一般為：

CaO--C62%～67%SiO2--S20%～24%Al2O3--A4%～7%Fe2O3--F2.5%～6%硅酸鹽水泥熟料CaO-SiO2-Al2O3系統(tǒng)中的水泥區(qū)

如將主要氧化物的含量（CaO＋SiO2＋Al2O3）換算成100％（將Fe2O3計(jì)算在Al2O3中），則硅酸鹽水泥熟料的組成幾乎落在C3S-C2S-CA3三角形的區(qū)域中。一、熟料的化學(xué)成分及含量硅酸鹽水泥熟料硅酸鹽水泥熟料是一種多礦物組成的、結(jié)晶細(xì)?。?0~60μm）的人造石。主要四種礦物：硅酸三鈣：3CaO·SiO2，可以簡(jiǎn)寫(xiě)C3S，60~70%；硅酸二鈣：2CaO·SiO2，可以簡(jiǎn)寫(xiě)C2S，≈20％；鋁酸三鈣：3CaO·Al2O3，可以簡(jiǎn)寫(xiě)C3A，7～15％；鐵相固溶體：4CaO·Al2O3·Fe2O3，簡(jiǎn)寫(xiě)C4AF，10～18％。其他：少量游離氧化鈣(f-CaO)、方鎂石、含堿礦物及玻璃體。二、熟料的礦物組成及含量

硅酸鹽礦物

熔劑礦物硅酸鹽水泥熟料硅酸鹽水泥熟料在反光顯微鏡下的巖相照片

C3SC2S鐵相固溶體鋁酸三鈣二、熟料的礦物組成及含量金相顯微鏡下：硅酸鹽水泥熟料三、熟料的化學(xué)成分與礦物組成的關(guān)系硅酸鹽水泥熟料C3SC2SC3AC4AFCaOSiO2Al2O3Fe2O3

1、硅酸三鈣(tricalciumsilicate)在熟料中，C3S不以純的形式存在，總是與少量的其他氧化物如Al2O3、Fe2O3、MgO、R2O等形成固溶體，稱(chēng)之為阿利特（Alite），簡(jiǎn)稱(chēng)A礦。在反光顯微鏡下為黑色多角形顆粒。常溫下，A礦晶型為M型或R型。硅酸鹽水泥熟料四、熟料礦物的特性1、硅酸三鈣(tricalciumsilicate)硅酸鹽水泥熟料四、熟料礦物的特性1、硅酸三鈣(tricalciumsilicate)硅酸鹽水泥熟料四、熟料礦物的特性1、硅酸三鈣(tricalciumsilicate)硅酸鹽水泥熟料四、熟料礦物的特性1、硅酸三鈣(tricalciumsilicate)硅酸鹽水泥熟料四、熟料礦物的特性礦物水化特性：水化較快，水化反應(yīng)主要在28d內(nèi)進(jìn)行，約經(jīng)一年后水化過(guò)程基本完成；早期強(qiáng)度高，強(qiáng)度的絕對(duì)值和強(qiáng)度的增進(jìn)率大，居四種礦物之首，28d強(qiáng)度達(dá)一年強(qiáng)度的70%~80%；水化熱較高；抗水性較差。2、硅酸二鈣(ditricalciumsilicate)純C2S在1450℃以下有下列多晶轉(zhuǎn)變：780~860℃α型為三方或六方晶系；α′型為斜方晶系；β型為單斜晶系；γ型為斜方晶系。H表示高溫型，L表示低溫型。硅酸鹽水泥熟料四、熟料礦物的特性

純C2S具有同質(zhì)多晶現(xiàn)象?！暨€原性氣氛，溫度低，液相量不足，在500℃以下，C2S由密度

3.28kg/m3的β型轉(zhuǎn)變?yōu)槊芏?.97kg/m3的γ型，體積膨脹10％而使熟料粉化。在熟料中，C2S不以純的形式存在，總是與少量的其他氧化物如Al2O3、Fe2O3、MgO、R2O等形成固溶體，稱(chēng)之為貝利特（Belite），簡(jiǎn)稱(chēng)B礦。在反光顯微鏡下呈圓粒狀，常具有黑白交叉雙晶條紋。常溫下，B礦為介溫態(tài)。硅酸鹽水泥熟料四、熟料礦物的特性2、硅酸二鈣(ditricalciumsilicate)硅酸鹽水泥熟料四、熟料礦物的特性2、硅酸二鈣(ditricalciumsilicate)硅酸鹽水泥熟料四、熟料礦物的特性2、硅酸二鈣(ditricalciumsilicate)硅酸鹽水泥熟料四、熟料礦物的特性2、硅酸二鈣(ditricalciumsilicate)2、硅酸二鈣(ditricalciumsilicate)硅酸鹽水泥熟料四、熟料礦物的特性礦物水化特性：貝利特水化較慢，28天僅水化20％左右。凝結(jié)固化較慢，早期強(qiáng)度低，但后期強(qiáng)度增長(zhǎng)率較髙，在1年后可趕上阿利特。貝利特的水化熱較小，抗水化性好，適合用于大體積工程或處于侵蝕性大的工程用水泥。3、中間相硅酸鹽水泥熟料四、熟料礦物的特性

※充填在阿利特和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(chēng)為中間相。（1）鋁酸三鈣（tricalciumaluminate)

硅酸鹽水泥熟料3、中間相四、熟料礦物的特性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(chēng)黑色中間相。

硅酸鹽水泥熟料礦物水化特性水化快，凝結(jié)快；早強(qiáng)較高，但絕對(duì)值不高。3d發(fā)揮出大部分強(qiáng)度，以后不增長(zhǎng)，甚至倒縮。水化熱高，干縮變形大，脆性大，耐磨性差，抗硫酸鹽性能差。

（1）鋁酸三鈣（tricalciumaluminate)

3、中間相四、熟料礦物的特性（2）鐵相固溶體(ferritesolidsolution)

硅酸鹽水泥熟料3、中間相四、熟料礦物的特性熟料中鐵相較復(fù)雜。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，稱(chēng)之為才利特（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(chēng)白色中間相。（2）鐵相固溶體(ferritesolidsolution)

硅酸鹽水泥熟料3、中間相四、熟料礦物的特性礦物水化特性水化速度：早期介于C3A、C3S間，后期的發(fā)展不如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。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以及少量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。硅酸鹽水泥熟料（4）玻璃相(glass)3、中間相四、熟料礦物的特性

游離氧化鈣指熟料中未化合的氧化鈣，也稱(chēng)游離石灰。硅酸鹽水泥熟料4、游離氧化鈣和方鎂石四、熟料礦物的特性（1）游離氧化鈣（Free-lime或f-CaO）

※一次游離氧化鈣結(jié)構(gòu)比較致密，水化較慢通常三天后水化反應(yīng)明顯。水化生成Ca(OH)2時(shí)，體積增加97.9%，在硬化的水泥漿體中造成局部膨脹應(yīng)力。因此過(guò)多的游離氧化鈣會(huì)引起3d以后強(qiáng)度倒縮，引起安定性不良。我國(guó)回轉(zhuǎn)窯游離氧化鈣控制在1.5%以下，立窯控制在3.0%以下。硅酸鹽水泥熟料4、游離氧化鈣和方鎂石四、熟料礦物的特性（1）游離氧化鈣（Free-lime或f-CaO）

※少量的MgO可以進(jìn)入熟料礦物中形成固溶體，或溶于液相中。如果MgO含量過(guò)多會(huì)以方鎂石結(jié)晶存在，這種高溫煅燒的方鎂石，其水化速度比游離氧化鈣更慢，幾個(gè)月甚至幾年才明顯反映出來(lái)。水化生成Mg(OH)2時(shí)，體積膨脹148%，在水泥石內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力，輕者會(huì)降低水泥制品強(qiáng)度，重者會(huì)造成水泥制品破壞。硅酸鹽水泥熟料4、游離氧化鈣和方鎂石四、熟料礦物的特性（2）方鎂石

硅酸鹽水泥熟料中各主要氧化物含量之間比例關(guān)系的系數(shù)稱(chēng)作率值。五、熟料的率值※硅酸鹽水泥熟料1、定義

我國(guó)主要采用石灰飽和系數(shù)（KH）、硅率（n）、鋁率（p）三個(gè)率值。2、常用率值說(shuō)明熟料中C3A、C4AF的相對(duì)含量。反映液相的性質(zhì)。(C3A產(chǎn)生的液相粘度大；C4AF產(chǎn)生的液相粘度小.)（1）鋁率

(IronModulus)式中Al2O3、Fe2O3分別代表熟料中各該氧化物的質(zhì)量百分比%硅酸鹽水泥熟料五、熟料的率值※公式：含義：取值：0.9~1.9?？沽蛩猁}水泥或低熱水泥的鋁率可低至0.7。五、熟料的率值硅率反映了熟料中熔劑礦物（C3A+C4AF）之間的比例關(guān)系。當(dāng)鋁率大于0.64時(shí)p值過(guò)大，C3A多，液相粘度大，不利于C3S的形成，易引起熟料快凝；p值過(guò)低，C4AF量相對(duì)較多，液相粘度小，對(duì)C3S的形成有利，但易使窯內(nèi)結(jié)大塊，對(duì)煅燒不利。硅酸鹽水泥熟料（1）鋁率

(IronModulus)反映了熟料中硅酸鹽礦物、熔劑礦物的相對(duì)含量。（2）硅率（SilicaModulus)硅酸鹽水泥熟料五、熟料的率值※公式：含義：取值：1.7~2.7。式中SiO2、Al2O3、Fe2O3分別代表熟料中各該氧化物的質(zhì)量百分比%硅率反映了熟料中硅酸鹽礦物（C3S+C2S）、熔劑礦物（C3A+C4AF）的相對(duì)含量。當(dāng)鋁率大于0.64時(shí)

SM值過(guò)高，表示硅酸鹽礦物多，熔劑礦物少，對(duì)熟料強(qiáng)度有利，但將給煅燒造成困難；隨SM值的降低，液相量增加，對(duì)熟料的易燒性和操作有利，但SM值過(guò)低，熟料強(qiáng)度低，操作困難。硅酸鹽水泥熟料（2）硅率（SilicaModulus)五、熟料的率值※含義：熟料中的總CaO含量扣除飽和酸性氧化物（如Al2O3、Fe2O3）所需要的氧化鈣后，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(jiǎn)言之，石灰飽和系數(shù)表示熟料中二氧化硅被氧化鈣飽和成硅酸三鈣的程度。五、熟料的率值（3）石灰飽和系數(shù)(limesaturationcoefficient)石灰極限含量式中均代表熟料中各該氧化物的質(zhì)量百分比%硅酸鹽水泥熟料在理論上存在一個(gè)石灰極限含量（C3S、C3A、C4AF）五、熟料的率值（3）石灰飽和系數(shù)(limesaturationcoefficient)每1％酸性氧化物所需石灰含量分別為：

1％Al2O3形成C3A+“C3A”所需

CaO＝3×CaO摩爾量/Al2O3摩爾量＝3×56.08/101.96=1.651％Fe2O3形成“CF”所需

CaO＝CaO摩爾量/Fe2O3摩爾量＝56.08/169.70=0.351%SiO2形成C3S所需

CaO＝3×CaO摩爾量/SiO2摩爾量＝3×56.08/60.09=2.80CaO＝2.8SiO2+1.65Al2O3+0.35Fe2O3CaO＝KH×2.8SiO2+1.65Al2O3+0.35Fe2O3“C3A”、CFAl2O3/Fe2O3≥0.64硅酸鹽水泥熟料在理論上存在一個(gè)石灰極限含量五、熟料的率值（3）石灰飽和系數(shù)(limesaturationcoefficient)CaO＝2.8SiO2+1.65Al2O3+0.35Fe2O3CaO＝KH×2.8SiO2+1.65Al2O3+0.35Fe2O3Al2O3/Fe2O3≥0.64Al2O3/Fe2O3＜0.64硅酸鹽水泥熟料若考慮熟料中還有游離氧化鈣、游離氧化硅和石膏，則有：五、熟料的率值（3）石灰飽和系數(shù)(limesaturationcoefficient)Al2O3/Fe2O3≥0.64f-CaO、f-SiO2分別為熟料中呈游離狀態(tài)的氧化鈣、二氧化硅的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)硅酸鹽水泥熟料五、熟料的率值（3）石灰飽和系數(shù)(limesaturationcoefficient)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。KH與礦物組成之間的關(guān)系可用數(shù)學(xué)式表示：由上式可知，KH值還表示熟料質(zhì)量和易燒性。

KH值越大，C3S的比例越高，熟料強(qiáng)度越好。KH值過(guò)高，熟料燒結(jié)困難需延長(zhǎng)燒結(jié)時(shí)間，否則會(huì)出現(xiàn)游離氧化鈣，同時(shí)窯的產(chǎn)量降低，熱耗高，窯襯工作條件惡化。①KH=1，熟料中只有C3S，而無(wú)C2S；②KH＞1，無(wú)論生產(chǎn)條件多好，熟料中都有游離氧化鈣存在；③KH≤0.667，熟料中無(wú)C3S，只有C2S、C3A、C4AF

。硅酸鹽水泥熟料其他常見(jiàn)的石灰飽和系數(shù)有：水硬率HM=CaO/(SiO2+Al2O3+Fe2O3)

石灰標(biāo)準(zhǔn)值

KSt=100CaO/(2.8SiO2+1.1Al2O3+0.7Fe2O3)

李和派克石灰飽和系數(shù)

LSF=CaO/(2.8SiO2+1.18Al2O3+0.65Fe2O3)五、熟料的率值（3）石灰飽和系數(shù)(limesaturationcoefficient)硅酸鹽水泥熟料五、熟料的率值說(shuō)明：三個(gè)率值要相互配合適當(dāng)，才能使熟料順利燒成，并保證熟料質(zhì)量。應(yīng)根據(jù)各工廠的原燃料和設(shè)備等具體條件而定。窯型KHnp預(yù)分解窯0.86～0.902.2～2.61.3～1.8濕法長(zhǎng)窯0.88～0.921.5～2.51.0～1.8干法回轉(zhuǎn)窯0.86～0.892.0～2.351.0～1.6立波爾窯0.85～0.881.9～2.31.0～1.8立窯（無(wú)礦化劑）0.85～0.022.0～0.11.3～0.1立窯（摻復(fù)合礦化劑）0.92～0.961.6～2.11.1～1.5硅酸鹽水泥熟料六、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：如石灰飽和系數(shù)法和鮑格法。硅酸鹽水泥熟料六、熟料礦物組成的計(jì)算

1、石灰飽和系數(shù)法※步驟如下：計(jì)算鋁率（≥0.64）按不同的公式計(jì)算KH

按下列公式分別計(jì)算C3S、C2S、C3A、C4AFC3S=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（%）硅酸鹽水泥熟料【例】已熟料化學(xué)成分如下表所示，試求熟料的率值和礦物組成。

解：

因IM＞0.64，故KH值按下式計(jì)算：按石灰飽和系數(shù)法公式可求得熟料礦物組成：C3S＝3.80（3KH－2）SiO2-＝3.80（3×0.877－2）×21.40＝51.31%C3S＝8.60（1－KH）SiO2-＝8.60（1－0.877）×21.40＝22.64%C3A＝2.65（Al2O3－0.64Fe2O3）-＝2.65（6.22－0.64×4.35）＝9.11%C4AF＝3.04Fe2O3＝3.04×4.35＝13.22%【例】已知某水泥廠的熟料飽和系數(shù)KH為0.9，試求硅酸三鈣占硅酸鹽礦物百分比。解：

根據(jù)公式C3S=3.80(3KH-2)SiO2;C2S=8.60(1-KH)SiO2得：C3S占硅酸鹽礦物(C3S+C2S)百分比為：

鮑格法也稱(chēng)代數(shù)法。是根據(jù)物料平衡，列出熟料化學(xué)成分與礦物組成的關(guān)系式，并組成聯(lián)立方程組，解方程組得到礦物組成的計(jì)算式：

當(dāng)IM≥0.64時(shí)：C3S=4.07C-7.60S-6.73A-2.86SO3C2S=8.60S+5.07A+1.07F+2.15SO3-3.07C=2.87S-0.754C3S

C3A=2.65A-1.69FC4AF=3.04F硅酸鹽水泥熟料六、熟料礦物組成的計(jì)算

2、鮑格(BogueRH)法當(dāng)IM＜0.64時(shí)：C3S=4.07C-7.60S-4.47A-2.86F-2.86SO3C2S=8.60S+3.38A+2