1.2水泥组成及配料计算

1、无机非金属材料生产过程的共性和个性，典型的生产过程，2. 1水泥，2无机非金属材料的主要品种论，不同种类的水泥主要取决于熟料矿物的性质。 硅酸盐水泥熟料的矿物组成，(1)主要矿物：硅酸三钙：3CaO SiO2，C3S5060%硅酸二钙：2CaO SiO2，C2S20%铝酸三钙：3CaO Al2O3，简称C3A 1 .硅酸三钙C3S、纯C3S仅在20651250的温度范围内稳定。 随着温度的降低，C3S在不同温度存在多晶转变。 硅酸三钙能固溶少量其他氧化物，影响其反应能力和晶型。 硅酸三钙加水调制后，初凝45min，终凝12h。 水化得快。 硅酸三钙能产生高强度，且强度发展较快，早期强度高，强度

2、增进率大，28d强度可达一年强度的70 80%。 硅酸三钙水热高，耐水性差。 硅酸三钙固溶体的结晶尺寸和发育程度影响其反应能力。 2.1.1水泥熟料矿物的性质，硅酸三钙的合成：在CaOSiO2二元体系中：1800，数分钟1650，1 h，C3S基本形，游离CaO 1左右； 1450，1 h，只生成少量C3S。 硅酸三钙单矿物在1450合成时需要反复多次粉磨再燃烧。 如果存在足够的焊剂(液相)，C2S就能够在液相中吸收CaO，比较迅速地形成硅酸三钙。 a矿在硅酸盐水泥熟料中固溶其他少量氧化物的C3S也称为阿利特(Alite )，在反射显微镜下为黑色多边形粒子，2 .硅酸二钙C2S，纯C2S为14

3、50下，进行了以下多晶转变：C2S从型向型，体积为110 型C2S的水硬性弱，硅酸二钙能固溶其他少量的氧化物。 根据固溶的氧化物的不同，同一晶型的硅酸钙与水反应得到的强度不同。 纯硅酸二钙色洁白，有氧化铁则呈褐色。 硅酸二钙固溶体与水的反应速度很慢，28天只有20%左右的反应。 冷凝固化慢，早期强度低，但后期强度增进率高，1年后能赶上或超过硅酸三钙固溶体。 硅酸二钙固溶体水热小，耐水性好。 b矿C2S固溶体又称Belite，又称b矿。 在反射显微镜下呈圆粒状，急冷多具有黑白交叉孪晶条纹，缓冷多具有黑白平行孪晶条纹。 等轴晶系、可固溶部分的其他氧化物呈多晶形态。 在偏振片下是无色透明的。 在反射

4、镜下，骤冷呈点滴状，骤冷呈矩形或柱状。 反射力弱，呈暗灰色。 水化快，散热多，凝结快，不添加缓凝剂就会急速凝固。 硬化快，因为那个强度在3天内大部分被发挥，早期强度高，不过，绝对值不高，今后几乎不增长，并且后退。 干缩变形大，耐硫酸盐性能差。 3 .铝酸三钙C3A、4 .铁铝酸四钙C4AF、多呈斜方晶系、棱柱状和圆粒状结晶。 密度为3770公斤m 3。 在偏振片下面，有从光脚本到暗脚本的多色性、双轴液晶、负光性、光轴角等。 在反射镜下，由于反射能力强，为明亮的白色，因此在硅酸盐水泥熟料中也称为白色中间相。 铁铝酸四钙的水合速度最初处于铝酸三钙和硅酸三钙之间，但其后的发展比硅酸三钙差。 初期的强

5、度与铝酸三钙相似，但后期可以与硅酸二钙相似持续生长。 铁铝酸四钙耐冲击性和耐硫酸盐性能好，水热低于铝酸三钙。 C3A和C4AF在烧成中的作用是，铁铝酸四钙和铝酸三钙在烧成过程中熔融成液相，也称为焊剂矿物，能够促进硅酸三钙的顺利形成。材料中的焊剂矿物过少，容易烧伤，氧化钙难以吸收，熟料中的游离氧化钙增加，影响熟料的品质，降低窑的产量，增加燃料消耗。 助熔剂矿物过多的话，窑内容易形成大块，炉肿瘤容易形成。回转窑容易形成大块，环也容易形成。 液相的粘度根据C3AC4AF比而增减。 粘度的影响？ c矿固溶了其他少量氧化物的C4AF称为Celite，在也称为c矿的偏光显微镜下反射力强，一般称为白色中间相

6、。 黑色中间相C3A固溶体。 偏振显微镜反射力弱，一般称为黑色中间相。 水泥熟料矿物的性质，不同种类的水泥主要基于熟料矿物的性质决定。 4种矿物性能比较，28d内绝对强度： C3SC4AFC3AC2S水合速度： C3A C4AF C3SC2S水合热： C3A C3S C4AF C2S，5 .熟料中的其他物质及其作用，玻璃体，工厂通常熟料冷却快，有些玻璃体的主要成分为ff 冷却方式？ 游离氧化钙，性质：水合慢，水合生成氢氧化钙，体积膨胀97.9，固化水泥石内部产生局部膨胀应力。 作用：游离氧化钙含量增加：强度下降，甚至后退严重时会引起稳定性不良，使水泥制品变形或破裂，导致水泥浆的破坏。 必须严格

7、控制游离氧化钙的含量。 游离氧化钙(f-CaO )、方晶石、方晶石系游离状态的氧化镁结晶。 氧化镁的作用：熟料含有少量氧化镁时，可以降低熟料液相生成温度，增加液相数，降低液相粘度，有利于熟料的形成，也可以改善熟料色相。 方镁石的性质：方镁石的水合比游离氧化钙慢，水合生成氢氧化镁的话，体积会膨胀148，也会导致稳定性不良。 水化会导致稳定性不良。 方镁石膨胀的严重程度与其含量、结晶尺寸等都有关系。 2.1.2、1 .硅酸盐水泥对矿物组成的要求，由于硅酸盐水泥是水硬胶凝材料，水泥熟料矿物，相当于良好的水反应能力的强度和良好的耐久性反应速度能够满足生产的要求，修订硅酸盐水泥的组成， 由于硅酸盐水泥中

8、含有C3S的Fe2O3含量低，所以能够一并考虑Al2O3，C4AF通过相应地修正C3A，能够用CaO- Al2O3- Fe2O3三元系表示硅酸盐水泥的原料组成。 C4AF C3A CF、CaO 62g% SiO2 20$% Al2O3 Fe2O3 6.5%、C3S 50% C2S 20% C3A C4AF 22%、2.1.3原料修正计算、1 因此，在生产控制中，不仅要控制熟料中的各氧化物的含量，还要控制各氧化物之间的比例，即率值。 这样，可以比较容易地表示化学成分和矿物组成的关系，可以明确地表示水泥熟料的性能和对烧成的影响。 因此，在生产中，使用速率值作为生产控制的指标。 我国目前采用石灰饱和

9、系数KH、硅率SM和铝率IM个率值。 石灰饱和系数(KH )在Al2O3/Fe2O30.64时，熟料CaO与其他3种酸性氧化物SiO2、Al2O3、Fe2O3化合而形成C3S、C2S、C3A、C4AF这4个主要的熟料矿物。 理论上，烹饪材料的4个主要氧化物中，酸性氧化物应形成碱性最高的烹饪材料矿物C3S、C3A、C4AF。 CaO有极限石灰含量。 古特曼和杰耳：石灰理论界限含量的观点。 将C4AF视为“C3A”和“CF”，将“C3A”和C3A视为同一相。每个酸性氧化物所需的石灰含量分别为：1Al2O3形C3A所需的CaO=3CaO分子量/Al2O3分子量=1.65 1Fe2O3形CF所需的Ca

10、O=CaO分子量/Fe2O3分子量=0.35 1SiO2形C3S所需的CaO=3CaO分子量/SiO2分子量=2 现有石灰理论极限含量修正公式： CaO2.8SiO211.65Al2O30.35Fe2O3、金德、容克al2o3和fe2o3总是饱和于CaO，只有sio2完全饱和时，CaO不生成C3S，可能存在部分C2S。 否则，熟料中会出现游离氧化钙。 因此，应该在公式中的SiO2之前加入系数石灰饱和系数KH。 Cao kh2.8SiO 211.65al2o 310.35fe2o 3、kh=(Cao1. 65al2o3. 35fe2o3)/2.8 SiO 2、石灰饱和系数KH是熟料中的所有氧化硅

11、生成硅酸钙(c3s10c2s )所需要的即KH 考虑到熟料中有游离CaO、游离SiO2和石膏，KH式为：KH=(CaO-f-CaO)-(1.65Al2O3十. 0.35fe2o30.7so3)/2.8(sio3)，KH=(c3s0. 8838 c2s )/(c3s0. 8838 c2s )。 在C2S=0的情况下，KH=1，即此时的烹调材料矿物仅为C3S、C3A、C4AF，没有C2S。 因此，正常硅酸盐水泥熟料中石灰饱和系数KH应控制在0.6671.0之间。 为了使水泥具有良好的力学性能，C3S在熟料中的含量应适当提高，KH一般控制在0.880.94。 硅率SM、硅率也称为硅酸率，其数学式表示

12、SiO2/(Al2O3 Fe2O3)、式中，SiO2、Al2O3、Fe2O3分别表示熟料中的各该氧化物的质量百分率。 物理意义：硅率是表示熟料中氧化硅含量与氧化铝、氧化铁之和的质量比。 还给出了熟料中硅酸盐矿物和焊剂矿物的比例。 Al2O3/Fe2O3大于0.64时： sm=(c3s1. 3256 c2s )/(1. 434 c3s2. 046 c2s )，式中：硅率根据c3s、c2s、C3A、C3A硅酸盐矿物与焊剂矿物之比而增减。 熟料中的硅率过高，液相量显着减少，热膜烧成变得困难。 特别是氧化钙含量低、硅酸二钙含量多时，熟料容易粉化。 硅率过低，硅酸盐矿物过少，影响水泥的强度，液相过多，容

13、易出现结块、结炉瘤、结圈等，影响窑的操作。 通常，硅酸盐水泥熟料的硅率在1.72.7之间，一部分白色硅酸盐水泥熟料的硅率高达4.0左右。 铝率IM，率铝也称铁率，其公式为IM=Al2O3/Fe2O3，物理意义：铝率是表示熟料中氧化铝和氧化铁含量的质量比，熟料焊剂矿物中的铝酸三钙和铁铝IM铝超过0.64时，铝率与矿物组成关系的公式为，式中C3A、C4AF为熟料中的各该矿物的质量百分率。 铝率的高低反映水泥烧成中的高温液相的粘度。 铝率高、熟料中的C3A多、对应的C4AF少时，液相粘度大、材料难烧。 铝率过低，液相粘度小，液相中的质点容易扩散，有利于硅酸三形成，但烧结范围狭窄，容易在窑内形成大块，

14、不利于窑的操作。 中国现在KH、SM、IM三个效率值互相合作控制水泥生产，三个效率值必须同时控制，合作必须适当。 三个汇率值不能同时升高，也不能同时降低。 三个率的值由各工厂的原料、燃料和设备等具体条件决定。 2 .熟料矿物组成的修正算法，熟料矿物组成可以用岩相分析、x射线定量分析等方法测定，也可以由化学成分修正算法。 岩相分析x射线定量分析红外分光分析x射线光谱分析仪根据化学成分修正熟料矿物组成的方法有石灰饱和系数法和博格法两种。石灰饱和系数法首先表示与摩尔质量有关的比：C3S中的MC3S/MCaO=4.07 C2S下的2MCaO/MSiO2=1.87。 C4AF中的MC4AF/MFe2O3

15、=3.04。 设C3A下的MC3A/MAl2O3=2.65 CaSO4下的mcaso4/MSO3=1.7mal2o3/mfe2o3=0. 64，与SiO2反应的CaO为Cs。 与CaO反应的SiO2为Sc，cs=Cao-(1. 65al2o 30.35fe2o 30.7 so3)=2.8khsc (1)，Sc=SiO2 (2)，在正常烧成的情况下。 根据该剩馀的CaO量(Cs-1.87Sc )，能够计算出C3S含量： c3s=4. 07 (cs-1.87sc )=4. 07 cs-7.6 sc (3)。 KH=(Cao1. 65al2o3. 35fe2o3)/2.8 SiO2Cao1. 65al2o3. 35fe2o3=2.8khs io 2，C2S上的2MCaO/MSiO2