10.3 硅酸盐水泥熟料的矿物组成

1、硅酸盐水泥熟料是一种由主要含CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3的原料按适当比例配合磨成细粉（生料）烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分的水硬性胶凝物质。,10.3硅酸盐水泥熟料的矿物组成,一、熟料的化学组成,主要化学成分与含量 主要氧化物：CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 其总和通常占熟料总量的95%以上。 其它氧化物：如MgO SO3 Na2O K2O TiO2 P2O5等，其总量通常占熟料的5%以下。,一、熟料的化学组成,主要化学成分要求 实际生产中，硅酸盐水泥中个主要氧化物含量的波动范围一般为： CaO 62%67% SiO2 20%24% Al2O3 4%7% Fe2O3

2、 2.5%6%,二、矿物组成,主要矿物组成： 硅酸三钙：3CaOSiO2 (C3S) 硅酸二钙：2CaOSiO2 (C2S) 铝酸三钙：3CaOAl2O3 (C3A) 铁铝酸四钙：4CaO Al2O3 Fe2O3 (C4AF),硅酸盐矿物75%,22%,95%,游离氧化钙：f-CaO 其它： 方镁石：（即结晶氧化镁） 玻璃体：,熔剂矿物,熟料的矿物组成及岩相结构,三、熟料的物理性能要求,凝结时间 安定性 强度 硅酸盐水泥熟料物理性能的检验，是通过将水泥熟料在500mm500mm标准小磨中与二水石膏一起磨细至表面积350m2/kg，80m方孔筛筛余4%制成P.型硅酸盐水泥后进行的。,四、化学成分

3、与矿物组成间的关系,熟料中的主要矿物均由各主要氧化物经高温煅烧化合而成，熟料矿物组成取决于化学组成，控制合适的熟料化学成分是获得优质水泥水泥熟料的中心环节，根据熟料化学成分也可以推测出熟料中各矿物的相对含量高低。 （1）CaO；（2）SiO2；（3）Al2O3；（4）Fe2O3； （5）其他少量氧化物和微量元素,五、熟料矿物的特性,硅酸三钙 存在形式： 纯C3S只在2065-1250温度范围内稳定，在1250 以下分解为C2S和CaO。纯C3S具有同质多晶现象,熟料中C3S不纯，总是与少量的其他氧化物 如Al2O3、Fe2O3、MgO、R2O等形成 固溶体。在显微镜下为黑色多角 形颗粒，又称阿

4、利特（Alite）， 简称A矿。,硅酸三钙 水化特性： 水化较快，水化反应主要在28d以内进行，约经一年后水化过程基本结束。 早期强度高，强度的绝对值和增进率较大。其28d强度可达到一年强度的70%80%。 水化热较高；抗水性较差。,五、熟料矿物的特性,硅酸二钙 矿物特性 熟料中硅酸二钙通常固溶有少量氧化物如Al2O3、Fe2O3、MgO、R2O等形成固溶体，称贝利特（Belite），简称B矿。在反光显微镜下呈圆粒状，常具有黑白交叉双晶条纹。,五、熟料矿物的特性,硅酸二钙 水化特性 水化反应比C3S慢的多，28d只水化20%左右，凝结硬化慢； 早期强度低，但28d后强度仍能较快增长，一年后其强

5、度可赶超阿利特； 水化热小；抗水性好。,五、熟料矿物的特性,硅酸二钙 多晶转变 纯C2S在1450以下有同质多晶现象。 其中：-C2S的密度为2.97g/cm3，-C2S的密度为3.28g/cm3，故发生转变时，伴随着体积膨胀10%，结果是熟料崩溃，生产中称之为粉化。而-C2S几乎无水硬性。,五、熟料矿物的特性,铝酸三钙 矿物特性 C3A可固溶有少量SiO2、Fe2O3、MgO、R2O等形成固溶体，在反光镜下，其反光能力弱，呈暗灰色，并填充在A矿与B矿中间， 又称黑色中间相。,五、熟料矿物的特性,铝酸三钙 水化特性 水化迅速，凝结较快，如不加石膏等缓凝剂，易使水泥急凝；早期强度较高，其强度3d

6、之内大部分发挥出来，以 后几乎不增长，甚至倒缩； 水化热高；脆性大，耐磨 性差，抗硫酸盐性能差。,五、熟料矿物的特性,铁铝酸四钙 矿物特性： 1、铁铝酸四钙代表的是一系列连续的固溶体。 2、不纯，形成固溶体，称C矿（才利特）,又称白色中间相。,五、熟料矿物的特性,铁铝酸四钙 水化特性： 1、水化速度：早期介于C3A、C3S间，后期的发展不如C3S； 2、早期强度似C3A，后期能增长，似C2S； 3、水化热较C3A低，抗冲击性能和抗硫酸盐性能较好。,五、熟料矿物的特性,玻璃体 形成：部分熔融液相被快速冷却来不及结晶而成为过冷凝体 主要成分：Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、R2O 含量：取

7、决于液相量及冷却条件 性能：不及晶体稳定，水化热较大；可改善熟料性能与易磨性。,五、熟料矿物的特性,游离氧化钙（f-CaO） 定义 是指熟料中没有以化合状态存在而是以游离状态存在的氧化钙。,五、熟料矿物的特性,游离氧化钙的种类及其对安定性的影响,方镁石（MgO） 指游离状态的氧化镁晶体。 产生 一部分氧化镁存在于玻璃体中，一部分结晶呈游离状态。 当熟料快冷时，结晶细小，慢冷时晶体发育较大，结构致密。,五、熟料矿物的特性,方镁石（MgO） 危害 方镁石与水反应速度很慢，几个月甚至几年才明显反映出来。水化生成Mg(OH)2时，体积膨胀148%，在水泥石内产生应力，轻者会降低水泥制品强度，重者会造成

8、水泥制品破坏。 方镁石含量越多，晶体尺寸越大，引起的破坏越严重，因此，应限制其含量及晶体尺寸。熟料冷却速度越快，方镁石晶体越小，含量越少。,五、熟料矿物的特性,六、熟料的率值,硅酸盐水泥熟料中各主要氧化物含量之间比例关系的系数称作率值。 表示化学成分与矿物组成之间的关系，水泥熟料的性能及其对煅烧的影响。 在一定的工艺条件下，率值是水泥生产质量控制的主要指标。 我国主要采用石灰饱和系数（KH）、硅率（n）、铝率（p）三个率值。,1.石灰饱和系数,物理意义： KH表示水泥熟料中，CaO总是与酸性氧化物Al2O3、Fe2O3饱和生成C3A，C4AF，在生成上述矿物后，所余下的氧化钙与使二氧化硅饱和形

9、成硅酸三钙所需的氧化钙的比值。 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。,数学表达式：,式中：CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、SO3分别为熟料中相应氧化物的质量百分数；f-CaO、f-SiO2分别为熟料中呈游离状态的氧化钙、二氧化硅的质量百分数。,2.硅率,含义：熟料中SiO2含量与Al2O3、Fe2O3之和的比例。反映了熟料中硅酸盐矿物（C3S+C2S）、熔剂矿物（C3A+C4AF）的相对含量。,3.铝率（又称铝氧率或铁率）,含义：表示熟料中Al2O3含量Fe2O3含量之比，反映了熟料中C3A和C4AF的相对含量。也反映煅烧过程中液相的性质（主要是液相的

10、粘度，C3A形成的液相粘度大，C4AF形成的液相粘度小）,七、熟料矿物组成的计算与换算,获得熟料矿物组成的方法： 仪器分析法：如岩相分析；X射线分析；红外光谱分析等。 理论计算法。,1.硅酸盐水泥熟料矿物组成的计算,石灰石饱和系数法 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分别是熟料中相应氧化物的百分含量(%)。KH是熟料的石灰饱和系数。,代数法：（也称鲍格法） C3S=4.07S-7.60S-6.72A-1.43F-2.86 SO3

11、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分别代表熟料中CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3 、SO3的百分含量。 以上公式适用于：IM0.64,1.硅酸盐水泥熟料矿物组成的计算,1.硅酸盐水泥熟料矿物组成的计算,【例3.1】已熟料化学成分如下表所示，试求熟料的率值和矿物组成。,=0.877 按石灰石饱和系数法公式可求得熟料矿物组成： C3S3.80（3KH2）SiO23.80（30.8772）21.4051.31% C3S8.60（1KH）SiO28.60（10.877）21.4022.64% C3A2.65（Al2O30.64Fe2O3）2.65（6.220.644.35）9.11% C4AF3.04Fe2O33.044.3513.22%,解：,2.熟料化学组成、矿物组成与率值的换算,由矿物组成计算各率值,2.熟料化学组成、矿物组成与率值的换算,由熟料率值计算化学成分 设=CaO+SiO2+Al2O3+Fe2O3，一般=95%-98%，具体值大小受原料化学成分和配料方案的影响，通常情况下可取=97.5%。,Al2O3pFe2O3 SiO2n（Al2O3F