水泥熟料组成及特性.ppt

第四节 水泥熟料组成及特性,第一部分 硅酸盐水泥矿物组成及化学成分 1. 熟料成分 硅酸盐水泥熟料矿物等化学成分：主要由氧化钙、氧化硅、氧化铝和氧化铁四种氧化物组成，同时还含有约5%的少量如氧化镁、三氧化硫、氧化钛、氧化磷以及碱等。现代生产的硅酸盐水泥熟料，各主要氧化物含量波动范围为： CaO：62-67%； SiO2：20-24%； Al2O3：4-7%； Fe2O3：2.5-6.5%。,第四节 水泥熟料组成及特性,熟料矿物：熟料矿物中，氧化钙、氧化硅、氧化铝和氧化铁不是以单独的氧化物存在，而是经高温煅烧后，以两种或两种以上氧化物反应生成的多种矿物集合体，其结晶细小，通常为30-60um。 硅酸盐水泥熟料中主要形成四种矿物： 硅酸三钙：3 CaO. SiO2； 硅酸二钙：2 CaO. SiO2； 铝酸三钙：3CaO.Al2O3； 铁铝酸四钙：4 CaO.Al2O3. Fe2O3。 另外，还有少量的游离氧化钙（f- CaO）、方镁石（结晶氧化镁）、含碱矿物以及玻璃体等。 以上四种主要矿物约占95%，其中硅酸钙约占75%，合称为硅酸盐矿物；铝酸三钙和铁铝酸四钙占22%左右，称为熔剂矿物。,微量元素的影响,（一）MgO 熟料中含少量MgO，有以下作用： 1、增加液相量。 2、降低熟料熔融温度。 3、改善水泥色泽。 4、过多的MgO会影响水泥安定性。 一般熟料中的MgO含量在2-3%以下。 （二）碱 碱在熟料中有以下作用： 1、微量碱可以降低烧成温度，增加液相量。 2、过多碱使CaO难以吸收，不利于烧成。 3、碱含量过高会降低水泥强度，使凝结时间不正常。 4、硬化水泥表面起白霜，易开裂，产生碱集料反应。 5、生料碱含量过高，在干法生产中，易结皮堵塞。,微量元素的影响,（三）SO3 在熟料中含有的SO3有以下作用： 1、降低液相粘度，增加液相量，有利于C3S的形成。 2、降低熟料的烧成温度。 3、降低水泥的凝结速度，延长凝结时间。 4、过量的SO3会影响水泥的安定性。 （四）TiO2 在熟料中含有少量TiO2（0.5-1.0%）可以提高强度，过量则会降低熟料强度，故一般熟料中的TiO2不超过0.3%。 （五）P2O5（五氧化二磷） 在熟料中含有0.1-0.3%的P2O5可以提高强度，过多则会加速C3S分解，产生二次f-CaO，降低强度。,2.熟料矿物组成及特点 2.8 硅酸盐水泥熟料的矿物组成及化学成分,第四节 水泥熟料组成及特性,2.9 硅酸盐水泥熟料主要矿物组成的特点,第四节 水泥熟料组成及特性,2.10 硅酸盐水泥熟料主要矿物组成性能比较,各组分比例不同，水泥技术性质发生相应变化，可根据工程需要，改变组分可 制备不同性能的水泥。,第四节 水泥熟料组成及特性,3.矿物结构 硅酸盐水泥是一种多种矿物的聚集体 水泥熟料在显微镜下的内部结构见图2.3。,图2.3 显微镜下观察到的水泥熟料抛光薄片,第四节 水泥熟料组成及特性,在水泥熟料抛光薄片中： C3S-为光亮的棱角形晶体； C2S-为深色倒圆角的晶体； C3A-一般呈不规则的微晶体，如点滴状、矩形或柱状，由于反光能力弱，在反光镜下呈暗灰色，常称为黑色中间相； C4AF-呈棱柱状或圆粒状，反光能力强，在反光镜下呈亮白色，称为白色中间相。,第四节 水泥熟料组成及特性,C3S结构特征 C3S称为阿利特或简称A矿（因为没有纯的C3S ，固溶有MgO，Al2O3，Fe2O3 等）。其晶体断面为六角形和棱柱形。,图2.4 C3S晶体结构,第四节 水泥熟料组成及特性,C3S的结构特征可概括为： 具有热力学不稳定性；（温度高会分解） 结构中的钙离子具有较高活性； C3S结构中进入了Al3与Mg2离子并形 成固溶体，固溶程度越高，活性越大； 结构中存在大尺寸的“空穴”，使其具有较 大的水化速度。,第四节 水泥熟料组成及特性,C2S结构特征 C2S称为贝利特或简称B矿（因为没有纯的C2S ，固溶有MgO，Al2O3，Fe2O3 等） 。 C2S有4种晶型，在2130下烧至熔融为型，1420C为型，温度降至675转变为型，降到300400转变为型。 强度以型最高，以后随温度降低和晶型转变而降低，到型几乎没有强度，体积膨胀10，造成熟料粉化。 为防止晶型由型向型转变，目前采用两种途径，一种途径为烧制熟料时，采用急冷，使-C2S来不及转变为-C2S，而以-C2S型保持下来。另一种途径，是采用加入少量稳定剂，如P2O5(或磷酸钙)、V2O5、Mn2O3、Cr2O3、BaO等，使之溶入-C2S或-C2S中形成固溶体，阻止其转变。 结果：在水泥熟料中主要是型C2S。,C2S以-C2S的形式存在。其结构特征可概括如下： -C2S结构具有热力学不稳定性； -C2S结构中的钙离子具有较高活性； -C2S结构中，杂质和稳定剂的存在提高了其结构活性； -C2S结构中没有大的“空穴”，水化速度较慢。,第四节 水泥熟料组成及特性,C3A结构特征 结构中的铝离子、钙离子具有较高活性； 结构中存在较大的“空穴”，水化速度快。,第四节 水泥熟料组成及特性,C4AF结构特征 C4AF也称才利特或C矿。在透射光下，呈黄 褐色或褐色的晶体，有很高的折射率。其结 构特征为： 高温时形成一种固溶体，在铝原子取代铁原子时引起晶格稳定性降低。,第四节 水泥熟料组成及特性,玻璃体 硅酸盐水泥熟料中的重要组成部分。组成不固定，主要成分有Al2O3、Fe2O3、CaO以及少量的 MgO。是熟料烧至部分熔融时部分液相冷却时来不及结晶的结果，具有热力学不稳定性。 游离CaO及 MgO 指未与其矿物结合的以游离状态存在的CaO及 MgO 。 形成原因：配料不当、煅烧不良。 作用及危害：熟料中含有少量的MgO，能降低熟料液相生成温度，增加液相数量，降低液相粘度，有利于熟料形成。如果MgO过量，可引起安定性不良。,第二部分 熟料的率值,水泥熟料是一种多矿物集合体，主要是由四种主要矿物组成。故在生产控制中，不仅要控制各氧化物的含量，还应控制各氧化物之间的比例即率值。 常用的率值有： 石灰饱和系数（KH）、硅率（SM或n）、铝率或铁率（IM或p）、碱度（N）。其他还有水硬率（HM）等。,一、石灰饱和系数,石灰饱和系数KH：表示水泥熟料中的总CaO含量扣除饱和酸性氧化物（如Al2O3、Fe2O3）所需要的氧化钙后，剩下的与二氧化硅化合的氧化钙的含量与理论上二氧化硅全部化合成硅酸三钙所需要的氧化钙含量的比值。简言之，石灰饱和系数表示熟料中二氧化硅被氧化钙饱和成硅酸三钙的程度。 KH= 考虑到熟料中还有游离氧化钙、游离氧化硅与石膏，故应将上式改为： KH= 当KH=1.0时，形成的熟料矿物为C3S、C3A、C4AF，而无C2S； 当KH=0.66时，形成的熟料矿物为C2S、C3A、C4AF，而无C3S。 为使熟料顺利形成，不致因游离石灰而影响熟料质量，干法预分解窑的KH值一般在0.87-0.93之间。,KH值对熟料质量和煅烧的影响 在生产中，适当提高KH值，可以改善熟料强度，提高熟料的质量。 KH值过高，则会使需要的煅烧温度升高，保温时间过长，耐火砖寿命减短，同时易产生f-CaO，降低熟料煅烧的产量和质量； KH值过低，虽然煅烧温度降低，升温速度加快，但熟料中硅酸盐矿物含量尤其是C3S降低，不仅煅烧时易结大块，同时也会使熟料易粉化，熟料的强度降低，同样也不可取。 熟料的粉化： 熟料的粉化是指当熟料中二氧化硅过多，冷却速度慢时，熟料中的C2S在500-600会由-C2S转变为-C2S，其密度由3.24减小到2.97，体积膨胀约11%，而使熟料胀裂崩溃，这就是熟料的粉化。熟料粉化后生成的-C2S几乎没有强度，因而严重影响熟料的质量。,二、硅酸率,简称硅率，用SM或n表示。 它表示熟料中硅酸盐矿物与熔剂矿物之比。 通常情况下，干法预分解窑硅酸盐水泥熟料中的n值一般为2.3-2.7。 若熟料中硅率过高时，则煅烧时由于液相量显著减少，熟料煅烧困难，特别是当氧化钙含量低，硅酸二钙含量多时，熟料易于粉化。粉化后的熟料强度低，严重影响熟料的质量。 当硅率低时，则熟料中硅酸盐矿物太少而影响水泥强度，且由于液相过多，易出现结大块、结炉瘤、结圈等现象，严重影响窑的操作。,三、铝氧率,也称为铝率、铁率。以IM或p表示。它是指熟料的熔剂矿物中C3A与C4AF之比。 目的：主要是影响液相的粘度，C3A形成的液相粘度大，C4AF形成的液相粘度小。 一般情况下，熟料的p值要求在1.5-1.8之间。 熟料的铝率高，熟料中铝酸三钙多，相应铁铝酸四钙就较少，液相粘度大，不利于C3S 的形成，易引起熟料快凝。 铝率过低，虽然液相粘度较小，液相中质点易于扩散，对C3S形成有利，但烧结范围变窄，窑内易结大块，不利于窑的操作。,由于现代新型干法水泥生产广泛采用了高新技术，在生产全过程特别是预分解窑系统有很大的改进，熟料的率值由过去的“两高一中”即“高硅率、高铝率、中饱和比”： KH=0.86-0.88，SM=2.4-2.6，IM=1.5-1.6 调整改变为“三高”： KH=0.87-0.93，SM=2.3-2.7，IM=1.5-1.8 熟料中硅酸钙含量达到70%甚至75%以上，硅酸三钙达到60%甚至65%以上。,四、碱度,指与一个摩尔SiO2作用的CaO的摩尔数。 如果水泥熟料中所有的SiO2都与CaO作用生成C3S，则N=3；如果它们