水泥熟料的组成参考.ppt

n(一)化学成分n四种主要氧化物:CaO,SiO2,Al2O3,Fe2O3,其总量大于95%，一般硅酸水泥熟料各氧化物含量波动范围为:CaO 6267%，SiO2 2024%，Al2O3 47%，Fe2O3 2.56.0%;n白色硅酸盐水泥熟料中Fe2O3必须小于0.5%，SiO2高于24%，甚至可达27%第三章 熟料化学成分及矿物组成2021/3/102021/3/10n11 1系统中的水泥区2021/3/102021/3/10n22 2n(二)矿物组成n四种矿物主要是:硅酸三钙,3CaO.SiO2,简写C3S;n 硅酸二钙,2CaO.SiO2,简写C2S;n 铝酸三钙,3CaO.Al2O3,简写C3A;n 铁铝酸四钙,4CaO.Al2O3.Fe2O3,简写C4AF; 此外,熟料中还有:fCaO，和MgO,含碱矿物及玻璃体n注意:在反光显微镜下,C3S呈黑色多角形;C2S呈黑白双晶条纹的圆形;反射能力强的白色中间相是铁相固溶体,反射能力弱的黑色中间相是C3A;n硅酸盐矿物:C3S+C2S约75%n熔剂矿物:C3A和C4AF,以及氧化镁,碱等.2021/3/102021/3/10n33 31.硅酸三钙(C3S)nC3S是硅酸盐水泥熟料的主要矿物,其含量通常在50%以上.纯C3S只有在20651250C温度内才稳定,所以在室温下C3S呈介稳状态;它有三种晶系七种变形.nR型为三方晶系,M型为单斜晶系,T型为三斜晶系;这些变型的晶体结构相近.n由于在硅酸盐水泥熟料中,C3S常含有少量MgO, Al2O3, Fe2O3等形成固溶体,称为Alite(A矿),通常为M型或R型 .n在Alite 中常以C2S和CaO的包裹体存在。

nC3S凝结时间正常,水化较快,放热较多,早期强度高且后期强度增进率较大,28d强度可达一年强度的7080%,其28d强度和一年强度在四种矿物中均最高.但C3S的水化热较高,抗水性较差.2021/3/102021/3/10n44 4n颗粒层的填充结构n1、等径球形颗粒群的规则排列结构n等径球形颗粒的平面排列形式：n立方排列和六方排列2021/3/102021/3/10n55 5n规则填充2021/3/102021/3/10n66 6n规则填充：(a)和 (d)是在下层球的正上面排列上层球； (b)和(e)是在下层球和球的切点上排列上层球； (c)和(f)是在下层球间隙的中心上排列上层球2021/3/102021/3/10n77 72021/3/102021/3/10n88 8布拉伐格子是晶格的一种数学抽象，其中布拉伐格子的所有格点都是几何位置上等价、周围环境相同的点；若把原子或原子团安置在布拉伐格子的每一个格点上，就可得到相应的晶格虽然晶格的类型很多，但自然界中的布拉伐格子却只有14种这14种布拉伐格子又可划分为七大晶系n七大晶系分别是：单斜晶系、三斜晶系、三方晶系、四方晶系、斜方晶系、六方晶系、立方晶系2021/3/102021/3/10n99 92021/3/102021/3/10n1010102021/3/102021/3/10n1111112021/3/102021/3/10n121212面心立方堆积2021/3/102021/3/10n1313132.硅酸二钙（C2S)n在熟料中含量约为20%左右，是硅酸盐水泥熟料的主要矿物之一。

在熟料中并不是以纯的形式存在，常含少量MgO, Al2O3, Fe2O3, R2O等氧化物形成固溶体，通常称之为 Blite或B矿，纯C2S在1450以下有下列晶型转变nC2S存在,等变形,在室温下, ,变形是不稳定的,有转变成型的趋势.一般在熟料中和较少存在；在烧成温度较高，冷却较快时,由于固溶了少量的MgO、Al2O3、Fe2O3、R2O等氧化物形成固溶体而以型存在,通常所指的硅酸二钙或B矿即为型硅酸二钙.由于有固溶体的存在, 型的C2S可以稳定.n,型C2S强度较高,而型C2S几乎无水硬性.在立窑厂有时熟料常出现粉化现象,就是由于出现了型向转变,体积膨胀的结果.nBlite水化反应较慢,28d仅水化20%左右,凝结硬化缓慢,早期强度较低,但后期强度增长率较高,在一年后可赶上Alite,Blite的水化热较小,抗水性较好.2021/3/102021/3/10n1414143.中间相n填充在Alite和Blite 之间物质通称为中间相,部分结晶,部分成为玻璃体.n(1)铝酸三钙(C3A)n在熟料中含量约在715%的范围内,结晶完善的C3A呈立方,八面体或十二面体.一般成玻璃相或不规则微晶体.在反光镜下,快冷呈点滴状,慢冷呈矩形或柱形,常因反光能力差,呈暗灰色,故称黑色中间相.nC3A水化迅速,放热多,凝结很快,硬化快,强度3d内就发挥出来,但绝对值不高,以后几乎不增长,甚至倒缩.干缩变形大,抗硫酸盐性能差.2021/3/102021/3/10n151515n(2)铁相固溶体n在熟料中一般1018%。

熟料中含铁相较复杂，是一系列的连续固溶体，一般用C4AF表示，称为铁铝酸四钙，又称为Clite,C矿，属斜方晶系，常呈棱柱状和圆粒状晶体,在反光镜下由于反射能力强，呈亮白色，故通常称为白色中间相nC4AF的水化速度在早期介于C3A与C3S之间，但随后的发展不如C3S早期强度类似C3A，后期还能不断地增长，类似于C2S.抗冲击性能和抗硫酸盐性能好，水化热较C3A低，含C4AF高的熟料难磨，所以在道路水泥中和抗硫酸盐水泥中，C4AF含量应高些n(3)玻璃体n在实际的生产中,由于冷却速度较快,部分液相来不及结晶而成为过冷液体，即玻璃体n熔剂矿物太多或太少，都会影响熟料质量2021/3/102021/3/10n161616n(4)游离氧化钙和方镁石n游离氧化钙又称为游离石灰，是指经高温煅烧而仍未化合的氧化钙nf-CaO增加，首先是抗折强度下降，进而引起3d以后强度倒缩，严重影响安定性n我国回转窑f-CaO一般控制在1.5%以下，立窑控制在2.5%以下n方镁石是指游离的MgO晶体，它在熟料中有三种存在形式:1.溶解于C3A、C3S中形成固溶体；2.溶于玻璃体中；3.以游离状态形式存在n以前两者形式存在熟料中，对硬化水泥浆体无破坏作用，但以游离状态形式存在会造成体积安定性不良。

因此，在水泥生产中应严格限制MgO的含量2021/3/102021/3/10n171717n关于水泥四种矿物性质的比较:n1.水化速度: C3AC3SC4AFC2Sn2.水化热: C3AC3SC4AFC2Sn3.强度: C3SC2SC4AFC3An4.耐化学侵蚀: C4AFC2SC3SC3An5.干缩性: C3AC3SC2SC4AF2021/3/102021/3/10n181818三.熟料的率值n率值:各氧化物之间的比例n(一)石灰饱和系数n在熟料四个主要氧化物中,CaO为碱性氧化物,SiO2, Al2O3和Fe2O3为酸性氧化物，两者相互化合生成四种熟料矿物C3S、C2S、C3A和C4AFn古特曼(A.Guttmann)和杰耳(F.Gille)认为酸性氧化物形成碱性最高的矿物为C3S、C3A和C4AF，从而提出了他们的石灰理论极限含量为便于计算，可将C4AF改写为C3A与CF，所以石灰理论极限含量计算式为：n CaO=2.8SiO2+1.65Al2O3+0.35Fe2O32021/3/102021/3/10n191919n 苏联学者金德和容克根据上式，认为在实际生产中，Al2O3和Fe2O3始终为CaO所饱和，唯独SiO2可能不完全饱和生成C3S，而存在一部分C2S，因此，应在SiO2之前加一石灰饱和系数KH。

nCaO=KH2.8SiO2+1.65Al2O3+0.35Fe2O3n即：naO-1.65Al2O3-0.35Fe2O3/2.8SiO2n上式适应的条件是：铝率Al2O3/Fe2O30.64的熟料n因此，石灰饱和系数KH是熟料中全部二氧化硅生成硅酸钙（）所需的氧化钙含量与全部二氧化硅理论上全部生成硅酸三钙所需的氧化钙含量的比值也即表示熟料中氧化硅被氧化钙饱和形成硅酸三钙的程度2021/3/102021/3/10n202020n若小于.64，则熟料矿物组成为C3S、C2S、C4AF和，同理可将C4AF改写成C2A和C2F ，可得：naO-1.1Al2O3-0.7Fe2O3/2.8SiO2 n如果考虑熟料中还有游离CaO，游离SiO2和石膏，则上面两式分别为：（上式适用条件为IM0.64，下式适用条件为IM0.64)2021/3/102021/3/10n212121石灰饱和系数与矿物组成的关系可用下式表示：从上式中可知： 当C3S=0时，KH=0.667，这时，熟料中只有C2S，C3A，C4AF而无C3S； 当C2S=0时,KH=1，此时，熟料中无C2S，只有C3S,C3A,C4AF 所以KH值介于0.6671.0之间。

2021/3/102021/3/10n222222nKH实际上表示了熟料中C3S与C2S百分含量的比例KH越大，则硅酸盐矿物中的C3S的比例越高，熟料强度越好，故提高KH有利于提高水泥熟料质量但KH过高，熟料煅烧困难，必须提高煅烧温度，延长煅烧时间，否则会出现f-CaO，同时窑的产量低，热耗高，窑衬工作条件恶化n为使熟料顺利形成，不致因过多的游离石灰而影响熟料的质量，通常，在工厂条件下，石灰饱和系数一般控制在0.820.96之间n值得一提的是，各国用于控制石灰含量的率值公式有所不同，常见的有：n水硬率HM，石灰标准值KSt，李和派克石灰饱和系数LSF2021/3/102021/3/10n232323(二）硅率n硅率又称硅酸率，它表示熟料中SiO2的百分含量与Al2O3和Fe2O3百分含量之比，还表示熟料中硅酸盐矿物与溶剂矿物的比例关系，用SM表示：nSM=SiO2/(Al2O3+Fe2O3)nSM一般在1.72.7之间n若熟料硅率SM过高，则由于高温液相量显著减少，熟料煅烧困难，C3S不易形成，如果CaO含量低，那么C2S含量过多而熟料易粉化nSM过低，则熟料因硅酸盐矿物少而强度降低，且由于液相量过多，易出现结大块、结炉瘤、结圈等，影响窑的操作。

2021/3/102021/3/10n242424（三）铝率n铝率又称铁率，表示熟料中氧化铝与氧化铁的质量比，也表示熟料中铝酸三钙与铁铝酸四钙的比例关系，以IM表示，计算式为：nIM=Al2O3/Fe2O3nIM一般在0.91.7之间n熟料铝率IM高，熟料中铝酸三钙多，液相黏度大，物料难烧，水泥凝结快但铝率IM过低，虽然液相黏度小，液相中质点易扩散对硅酸三钙形成有利，但烧结范围窄，窑内易结大块，不利于窑的操作2021/3/102021/3/10n252525n课堂测验题：n1.请推导IM0.64时的KH公式 n2.某熟料中SiO2含量为20%，已知与SiO2化合的CaO含量为50.4%，试计算该熟料的KH已知分子量分别是：Si:28，O:16，Ca:40, Fe:56, Al:27)n3.请说明熟料粉化的原因n4.水泥粉磨时，为什么要加入石膏？但又为什么要限制其掺量？n5.造成水泥安定性不良的原因有那些？各应采取什么方法检验？为什么？2021/3/102021/3/10n262626四.熟料矿物组成的计算n（一）石灰饱和系数法n（二）鲍格法（代数法）n（三）熟料真实矿物组成与计算矿物组成的差异n1.固溶体的影响n2.冷却条件的影响n3.碱和其他微组分的影响2021/3/102021/3/10n2727272021/3/102021/3/10n2828282021/3/102021/3/10n292929n思考题n1.推导石灰饱和系数KH公式？n2.KH过低和过高将会对熟料质量、窑的操作产生怎样的影响？n3. SM过低和过高将会对熟料质量、窑的操作产生怎样的影响？n4 .下列水泥是什么品种的水泥？nA. 91.5%熟料，5%石灰石，3.5%石膏;nB. 91%熟料，5%矿。