《水泥工藝學(xué)》第三章硅酸鹽水泥熟料的組成

1、第三章 硅酸鹽水泥熟料的組成 概述： 主要化學(xué)成分： CaO 62%67% SiO2 20%24% Al2O3 4% 7% Fe2O3 2.5%6% 其它氧化物：MgO SO3 Na2O K2O TiO2 P2O5等,95%,5%,縮寫(xiě)符號(hào)： Ca O C SiO2S Ai2O3A FeO3F MgOM N aON K2OK TiO2T P2O5P CO2C SO3S H2OH,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：3CaOSiO2 (C3S) 硅酸二鈣：2CaOSiO2 (C2S) 鋁酸三鈣： 3C

2、aOAl2O3 (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(chēng)硅酸鹽礦物，約占75%左右。 鋁酸三鈣和鐵鋁酸四鈣合稱(chēng)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（%）,一、硅酸三鈣（50%，高的達(dá)60%） 1.存在形式（礦物特性）： 純C3S T=20651250內(nèi)穩(wěn)定； T 2065 不一致熔融為CaO與液相 T 1250 C3S C2S+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

3、形式存在，而是形成固溶 體，稱(chēng)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。 早期強(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%。 水化熱較高；抗水性較差。 易磨性好，干縮變形小。,二、硅酸二鈣（20%）,1.存在形式 多晶轉(zhuǎn)變： -C2S - C2S - C2S - C2S 熟料中C2S通常固溶有少量氧化物形成固溶體，稱(chēng)貝利特 （Belite），簡(jiǎn)稱(chēng)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):3.28 2.

4、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??；抗水性好；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(chēng)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(chēng)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

5、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(chēng)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。 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、C

6、aO、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：C3SC4AFC3AC2S 水 化 速 度：C3A C4AF C3SC2S 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(chēng)為游離氧化鈣（fCaO），又稱(chēng)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

7、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 1.0 %，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

8、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(chēng)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 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1.82.4,二、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

9、示了熟料中硅酸鹽礦物（C3S+C2S）、熔劑礦物（C3A+C4AF）的比例。 一般取1.72.7,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)熟料易于分化。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：1.72.7,三.鋁率（又稱(chēng)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

10、粘度大，C4AF形成的液相粘度?。?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0.81.7,四.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

11、分別為熟料中相應(yīng)氧化物的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)；,（IM0.64）,討論： 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； KH0.667,形成礦物為C2S 、C3A 和C4AF，而無(wú)C3S 2. KH1，熟料中必有游離氧化鈣存在； KH1，而IM0.64 時(shí)，形成C3S、C2S、C3A、C4AF,3. IM0.64 (Fe 過(guò)剩)，形成C3S、C2S、C2F、C4AF， 此時(shí)石灰飽和系數(shù)為： （IM0.64）,4.考慮到熟料中還有f-CaO、f-SiO2和石膏，此時(shí)： （IM0.64 ）,因此，熟料的KH值應(yīng)控制在0.6671間。 實(shí)

12、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0.870.96。,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)。,3.3 熟料礦物組成的計(jì)算 獲得熟料的礦物組成的方法： 儀器分析法：如巖相分析；X射線分析；紅外光譜分析等。 理論計(jì)算法。,化學(xué)法 C3S=3.80（3KH-2）SiO2 C2S=8.60(1-KH) SiO2 C3A=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)。,代數(shù)法：（也稱(chēng)鮑格法） C3S=4.07S-7.60S-6.72A-1.43F-2.86 SO3 C2S=8.60S+5.07A+1.07F+2.15SO3-3.07C=2.87S-0.754 C3S C3A=2.65A-1.69F C4AF=3.04F CaSO4=1.70 SO3 式中：C、S、A、F、SO3分別代表熟料中CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3 、SO3的百分含量。 以上公式適用于：IM0.64,【例2.1】已熟料