硅酸鹽水泥熟料的組成水泥工藝學(xué)

硅酸鹽水泥熟料的組成水泥工藝學(xué)2024/3/24硅酸鹽水泥熟料的組成水泥工藝學(xué)§3.1化學(xué)組成國內(nèi)部分新型干法水泥企業(yè)的硅酸鹽水泥熟料化學(xué)成分％硅酸鹽水泥熟料的組成水泥工藝學(xué)一、主要氧化物（≈97％）CaO——C62%～67％SiO2——S20％～24％Al2O3——A4％～7％Fe2O3——F2.5%～6.0％二、次要氧化物（量少）MgO——MSO3——STiO2——TP2O5——PNa2O，K2O——R2O硅酸鹽水泥熟料的組成水泥工藝學(xué)§3.2礦物組成水泥熟料是一種多礦物組成的結(jié)晶細(xì)小的人工巖石。四種主要礦物組成：硅酸三鈣：3CaO·SiO2，C3S，60～70％；硅酸二鈣：2CaO·SiO2，C2S，≈20％；鋁酸三鈣：3CaO·Al2O3，C3A，7～15％鐵相固溶體：4CaO·Al2O3·Fe2O3，C4AF，10～18％硅酸三鈣鋁酸三鈣

硅酸鹽礦物

熔劑礦物

硅酸二鈣鐵相固溶體硅酸鹽水泥熟料的組成水泥工藝學(xué)金相顯微鏡下：C3S——板狀多角顆粒黑色C2S——圓形顆粒黑白雙晶條紋C3A——中間相黑色中間相C4AF——中間相白色中間相C3SC3AC4AFC4AFC3AC2S硅酸鹽水泥熟料的組成水泥工藝學(xué)一、硅酸三鈣與A礦1.硅酸三鈣⑴組成固定組成3CaO·SiO2⑵物理性能潔白色，γ＝3.14g/cm3⑶化學(xué)性能①多晶轉(zhuǎn)變R：三方晶系M：單斜晶系T：三斜晶系硅酸鹽水泥熟料的組成水泥工藝學(xué)1250℃以下：C3SC2S＋CaO（反應(yīng)較緩慢）常溫下介穩(wěn)存在，具有一定的活性。②固溶性C3S固溶少量氧化物（BaO、P2O5、MgO、Al2O3）形成固溶體，稱為A礦[Alite(阿利特)]。?硅酸鹽水泥熟料的組成水泥工藝學(xué)③水化性能a水化較快，水化反應(yīng)主要在28d內(nèi)進(jìn)行b凝結(jié)時(shí)間正常c早強(qiáng)較高，強(qiáng)度值高，強(qiáng)度增長率大d水化熱較高，抗水性較差④形成無液相：約1800℃有液相：1250～1450℃2CaO＋SiO2＝C2SC2S＋CaO＝C3S硅酸鹽水泥熟料的組成水泥工藝學(xué)2.A礦⑴組成近似于C3S,不固定⑵物理性能顏色因固溶物而異，γ＝3.14～3.25g/cm3⑶化學(xué)性能①反應(yīng)活性比C3S高②受阿利特晶體尺寸和發(fā)育程度影響阿利特晶形完整、晶體尺寸適中、礦物分布均勻、界面清晰時(shí)，熟料的強(qiáng)度較高硅酸鹽水泥熟料的組成水泥工藝學(xué)3.C3S與A礦關(guān)系⑴組成、結(jié)構(gòu)、性能相近⑵工業(yè)水泥熟料中僅存在A礦，無C3S⑶把A礦“視為”C3S硅酸鹽水泥熟料的組成水泥工藝學(xué)二、C2S與B礦1.C2S⑴組成固定組成2CaO·SiO2

⑵物理性能潔白色α-C2Sα’-C2Sβ-C2Sγ-C2S比重3.043.403.282.97硅酸鹽水泥熟料的組成水泥工藝學(xué)⑶化學(xué)性質(zhì)①多晶轉(zhuǎn)變在室溫下，α、α′H、α′L、β等變形都是不穩(wěn)定的，有轉(zhuǎn)變成γ型的趨勢。硅酸鹽水泥熟料的組成水泥工藝學(xué)②水硬性α、α′、β型有水硬性，γ型無水硬性工藝控制：常溫下要求保留β型——急冷③固溶性C2S固溶少量氧化物（A、F、M、R2O、T、P等）形成固溶體，稱為B礦[Belite，貝利特]。硅酸鹽水泥熟料的組成水泥工藝學(xué)2.B礦⑴組成近似于C2S，不固定⑵物性顏色因固溶物而異⑶化學(xué)性能：①水化慢，28d只水化20%左右②早強(qiáng)低，后期強(qiáng)度高（一年趕上A礦，二年超過A礦）③水化熱低，抗水性好硅酸鹽水泥熟料的組成水泥工藝學(xué)工藝措施：a磨細(xì)水化加快，早強(qiáng)提高b摻外加劑（如CaCl2）水化加快3.C2S與B礦的關(guān)系與C3S和A礦相同硅酸鹽水泥熟料的組成水泥工藝學(xué)三、中間相1.鋁酸鈣⑴組成：主要為C3A，有時(shí)有C12A7，C3A可固溶有少量SiO2、Fe2O3、MgO、R2O等形成固溶體。⑵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，但絕對值不高，其強(qiáng)度3d之內(nèi)大部分發(fā)揮出來，以后幾乎不增長，甚至倒縮；硅酸鹽水泥熟料的組成水泥工藝學(xué)③水化熱高；④干縮變形大，脆性大，耐磨性差；⑤抗硫酸鹽性能差2.鐵鋁酸四鈣⑴組成：較復(fù)雜，成分接近于鐵鋁酸四鈣（C4AF），固溶有少量的MgO、SiO2等氧化物，又稱才利特（Celite）或C礦。硅酸鹽水泥熟料的組成水泥工藝學(xué)⑵水化特性①水化速度在早期介于鋁酸三鈣與硅酸三鈣之間，但隨后的發(fā)展不如硅酸三鈣；②早期強(qiáng)度類似于鋁酸三鈣，而后期還能不斷增長，類似于硅酸二鈣；③水化熱較鋁酸三鈣低，抗沖擊性能和抗硫酸鹽性能較好。硅酸鹽水泥熟料的組成水泥工藝學(xué)四種主要礦物性能比較：28d內(nèi)絕對強(qiáng)度：C3S＞C4AF＞C3A＞C2S水化速度：C3A＞C4AF＞C3S＞C2S水化熱：C3A＞C3S＞C4AF＞C2S硅酸鹽水泥熟料的組成水泥工藝學(xué)四、次要礦物1.玻璃體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、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。硅酸鹽水泥熟料的組成水泥工藝學(xué)2.方鎂石（MgO）來源：主要是石灰石中含有白云石（CaCO3·MgCO3），部分來自粘土和頁巖。危害：方鎂石含量越多，晶體尺寸越大，引起的破壞越嚴(yán)重；工藝控制：熟料冷卻速度越快，方鎂石晶體越小，含量越少。3.游離氧化鈣（f-CaO）是指熟料中沒有以化合狀態(tài)存在而是以游離狀態(tài)存在的氧化鈣。硅酸鹽水泥熟料的組成水泥工藝學(xué)游離氧化鈣的種類及其對安定性的影響

種類產(chǎn)生原因特點(diǎn)對安定性的影響欠燒f-CaO熟料煅燒過程中因欠燒、漏生，在1100～1200℃低溫下形成結(jié)構(gòu)疏松多孔小一次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f-CaO熟料慢冷或還原氣氛下，C3S分解而形成的經(jīng)過高溫，水化較慢不大硅酸鹽水泥熟料的組成水泥工藝學(xué)§3.3熟料的率值一、硅率

（硅酸率）SilicaModulus1.數(shù)學(xué)表達(dá)式SiO2、Al2O3、Fe2O3分別為熟料中相應(yīng)氧化物的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)；下同。2.含義熟料中SiO2含量與Al2O3、Fe2O3之和的比例。反映了熟料中硅酸鹽礦物（C3S+C2S）、熔劑礦物（C3A+C4AF）的相對含量。硅酸鹽水泥熟料的組成水泥工藝學(xué)二、鋁率（鋁氧率或鐵率）

IronModulus1.數(shù)學(xué)表達(dá)式2.含義表示熟料中酸性氧化物Al2O3含量與Fe2O3含量之比。反映了熟料中C3A和C4AF的相對含量；也反映煅燒過程中液相的性質(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）。硅酸鹽水泥熟料的組成水泥工藝學(xué)三、石灰飽和系數(shù)KH1.物理意義表示熟料中二氧化硅被氧化鈣飽和成硅酸三鈣的程度。2.數(shù)學(xué)表達(dá)式硅酸鹽水泥熟料的組成水泥工藝學(xué)公式推導(dǎo)：假設(shè)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”與“CF”，在各礦物中，每l％酸性氧化物所需石灰量分別為：每l%SiO2形成C3S所需石灰量為：硅酸鹽水泥熟料的組成水泥工藝學(xué)每l%Al203形成C3A所需石灰量為：每l%Fe2O3形成“CF”所需石灰量為：硅酸鹽水泥熟料的組成水泥工藝學(xué)可得石灰理論極限含量的計(jì)算式：CaO=2.8SiO2+1.65Al203+0.35Fe2O3

在實(shí)際生產(chǎn)中，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，而存在了部分C2S，否則，熟料就會出現(xiàn)游離氧化鈣。故存在一個(gè)石灰飽和系數(shù)，以KH表示。即：CaO=KH×2.8SiO2+1.65Al203+0.35Fe2O3則：硅酸鹽水泥熟料的組成水泥工藝學(xué)3.KH值與熟料礦物間的關(guān)系從理論上講：KH值高，則C3S較多，C2S較少。①KH=1，熟料中只有C3S，而無C2S；②KH＞1，無論生產(chǎn)條件多好，熟料中都有游離氧化鈣存在；③KH≤0.667，熟料中無C3S。因此，熟料的KH值應(yīng)控制在0.667～1之間。硅酸鹽水泥熟料的組成水泥工藝學(xué)§3.4熟料礦物組成的計(jì)算一、化學(xué)組成與礦物組成1.由化學(xué)組成計(jì)算礦物組成（適用于IM≥0.64）C3S＝4.07C－7.60S－6.72A－1.43F－2.86SO3C2S＝8.60S＋5.07A＋1.07F＋2.15SO3－3.07C＝2.87S－0.754C3SC3A＝2.65A－1.69FC4AF＝3.04FCaSO4＝1.70SO3硅酸鹽水泥熟料的組成水泥工藝學(xué)