硅酸盐水泥熟料的矿物组成
硅酸盐水泥熟料的矿物组成硅酸盐水泥熟料实际上是 一种结晶细小的人造岩石（工艺岩石），它主要由 四种矿物组成：
1.硅酸三钙C3S：（3CaO·SiO2或Ca3SiO5）44-62%；
2.硅酸二钙C2S：（2CaO·SiO2或Ca2SiO4）18-30%； 3.铝酸三钙C3A：（3 CaO·Al2O3或CaAl2O6）5-18%； 4.铁铝酸四钙C4AF：（4CaO·Al2O3 ·Fe2O3或
（1）熟料中玻璃体对水泥性能的影响1） 影响水泥的颜色；2）玻璃体较多时， 能包围C2S，使C2S不易转化；3）玻璃
体提高时，水泥的抗硫酸盐性能增强。 （2）液相对煅烧的影响1）液量与煅烧 的关系C3A、C4AF在煅烧过程中，熔融 液相可以促进C3S的形成，这是它们的 一个重要作用。
如果物料中熔剂性矿物过少，使熟料易生
较高，主要引起水泥早期安定性不 良
f-CaO的危害与含量控制f-CaO与水反应生 成氢氧化钙时，体积膨胀97.9%，在硬化 水泥石内部造成局部应力，因此，随着fCaO含量的增加，首先抗拉（抗折）强度 降低，进而3天后强度倒缩，严重时引起 安定性不良。在烧成条件下死烧的一次fCaO结构比较致密，水化很慢，活性差， 通常要在加水3天后反应才比较明显，因 此一次f-CaO是引起安定性不良的主要原因； 二次f-CaO部分可能在混凝土拌制过程中已
硅酸盐水泥熟料 化学成分和矿物成分
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硅酸盐水泥熟料的化学成分
一、主要化学成分
硅酸盐水泥熟料主要由CaO、SiO2、Al2O3、 Fe2O3四种氧化物组成。这四种氧化物通常占 95%以上，同时含有5%以下的其他氧化物，如 MgO、TiO2、P2O5以及碱（K2O与Na2O）等。 CaO：62-67%；SiO2：20-24%；Al2O3：4-7%； Fe2O3：2.5-6.0%
经发生反应，因此对硬化后混凝土影响减
小，当然在拌制过程中未反的那部分二次 f-CaO同样是对安定性有影响的
f-CaO的含量控制，一般情况下：湿法 窑：≤1.0%；干法窑：≤1.5%；立窑： 2.3-2.5%。机立窑为低值，普立窑为高
值。实际立窑生产的普遍偏高，曾经有 些厂高于10%。立窑熟料f-CaO含量可比此时要求全部酸性氧Fra bibliotek物（氧化硅、氧
化铝、氧化铁）与石灰生铝酸三钙、铁
铝酸四钙和硅酸三钙，几乎不存在硅酸 二钙，以求避免反应不完全而增加f-CaO。 生产时一般倾向于CaO含量稍高一些，以 使熟料中含有较多的硅酸三钙。
2、从Al2O3和Fe2O3含量分析Al2O3和 Fe2O3含量太少时，由于要求有较高的温 度，而加大煅烧难度。Al2O3含量太高时， 液相粘度太大，不利于熟料的形成；同
熟料矿物结构特征与性质
硅酸三钙（C3S）C3S是熟料的主要矿物， 占熟料总量的44-62%，它的性能决定了 熟料性能。水泥熟料质量的好坏主要取 决于C3S的含量与C3S的形态。1、纯C3S 的性质（1）主要化学性质纯C3S可用 3CaO+SiO2经过反复多次煅烧制得。
C3S的稳定温度范围为：1250-2065ºC。 低于1250ºC时，发生分解：C3S— C2S+CaO高于2065ºC时，不一致熔融： C3S—CaO+液相注：在1250ºC以下， C3S虽然发生分解，但进行得非常缓慢，
1、CaO是水泥熟料中最主要的氧化物，主要提供熟料中四 种主要矿物中的钙。CaO含量直接影响水泥质量：含量低， 则生成硅酸三钙少，水泥质量差；含量过高，影响熟料烧 成，使f-CaO含量升高。熟料CaO主要来源于石灰石。
2、SiO2提供水泥熟料中两种主要矿物硅 酸三钙和硅酸二钙中的硅，主要来源于粘 土。SiO2的主要性质：（1）在常温下是 化学极不活泼的物质，只有在高温下才能 与碱反应形成硅酸盐；（2）当有水存在 并在高温蒸汽下加热时，SiO2可与石灰反 应；（3）SiO2的光学性质随不同的稳定 剂而变化；（4）SiO2可分为可溶性和不 可溶性两种，可溶性的常可被石灰水等侵 蚀。自然界中，SiO2通常以石英的形式存 在。
因而水泥强度降低，严重时完全失去强 度。
3、贝利特的结构特征（1）β-C2S是在常
温下存在的介稳高温型矿物，因此其结 构上具有热力学不稳定性；（2）β-C2S 中，Ca++具有不规则的配位，因此β-C2S 具有较高的活性；（3）在β-C2S中杂质
和稳定剂的存在引起了晶格的变化，从 而也提高了它的稳定性；（4）在β-C2S 中不具有C3S结构中的空穴，这就是C2
之间，通常称为铁相固熔体。在一般硅
酸盐水泥熟料中，其组成接近铁铝酸四 钙C4AF，所以常用C4AF来代替熟料中的 铁相固熔体。当熟料中Al2O3/Fe2O3＜ 0.64时，则生成C4AF和铁酸二钙C2F的 固熔体。C4AF的固熔体又称为才利特 （Celite）或C矿。
4）干缩性小；5）易磨性较差， 与C2S相当；6）抗硫酸盐侵蚀性 能较好；7）在熟料煅烧过程中， 也形成液相，而且液相粘度小，
性矿物的比例与含量，当然配料是一个关 键。
综上所述，硅酸盐水泥熟料是一种多 矿物集合体，熟料的强度主要取决于 单矿物的强度；但并不是四种单矿物 强度的加和，矿物相互之间有一定的 促进和影响作用
（四）游离氧化钙和方镁石当配料不当、
生料过粗或煅烧不良时，熟料中就会出
现没有被吸收的以游离状态存在的氧化 钙，称为游离氧化钙，常写成f-CaO（或 fCaO），也称为游离石灰（Free Lime或 f-CaO ）。1、f-CaO的形成原因与类型熟 料中f-CaO主要有两种：一次f-CaO和二 次f-CaO。
CaO4Al2Fe2O10）10-18%。
硅酸三钙C3S、硅酸二钙为硅 酸盐矿物，其总量约为75%。 后两种由于在1250-1280ºC开 始，与MgO、碱等熔融成液相， 以促进C3S的形成，故称为熔 剂性矿物。除以上四种主要矿 物外，还有一些其他次要矿物。 如：方镁石（结晶的MgO）、 f-CaO、含碱化合物、玻璃体 等。
以至在室温下通过急冷可得到介稳的 C3S，这是水泥生产工艺中的一个非常 重要的环节。
熟料中C3S的性质：1）具有很好的水硬 性，硬度高，水化增进速率大，决定了 水泥的早期强度；2）水化热大，完全 水化时水化热为120Cal/g水泥；C3A＞ C3S＞C4AF＞C2S3）易磨性好：C3S ＞ C3A ＞C4AF＞C2S4）水化速度快；5） 抗水性较差，抗硫酸盐的侵蚀较差；6） 生产时所需温度较高。
二、次要成分熟料中微量成分和元素
（按含量由大至小）MgO、K2O、 SO3、Na2O、TiO2、Mn2O3、P2O5、 SrO、F-、Cl-、Cr2O等。这些次 要成分虽然数量不大，但对水泥 熟料的性能影响很大。当这些微 量成分（元素）在某一范围内时， 起有利作用，而超过范围时，却 严重影响水泥性能和熟料的烧成。
烧、欠烧，氧化钙不易被吸收完全，导致 熟料中f-CaO增高。相反，如果熔剂性矿物 过多，则在窑内易结大块、结瘤、结圈等， 使煅烧困难。2）液相的粘度对煅烧的影响 液相的粘度随C3A/C4AF的比例变化而发生 变化，C4AF多，液相粘度低，有利于液相 中离子的扩散，促进C3A的形成，但C4AF 过多，使烧成范围变窄，不利于窑的操作。 相反C3A/C4AF增大，液相粘度增大，不利 于离子的扩散。因此生产中应控制好熔剂
应从两个方面理解有利的一面：当熟料中含 有少量的MgO时，能降低熟料液相温度，增
加液相量，降低液相粘度，有利于熟料形成， 还能改善熟料色泽。在熟料中MgO的固熔总 量可达到2%，其中在阿利特中可溶解1-2%， C4AF中可熔0.4-3.2%，而在C2S和C3A中通常 小于1%。
关于熟料矿物组成的综合讨论1、从CaO 含量分析熟料中CaO的低限大约为62% （以避免熟料中C2S过多），过低的CaO 含量会增加C2S，降低水泥的胶凝性，甚 至会导致熟料的粉化。CaO的高限为67%，
贝利特的主要性质（1）β-C2S具有良好 的水硬性；（2）与水作用速度较慢，
早期强度低，后期强度高，一年后可超 过A矿；（3）干缩变形比C3A小，但比 C3S大；（4）易磨性较差，四种矿物中 与C4AF的易磨性相当；（5）抗水、抗 硫酸盐性较好。
中间相中间相——填充在阿利特、贝利
特之间的铝酸盐、铁酸盐、组成不定 的玻璃体和含碱化合物等。1、铝酸盐 熟料中的铝酸钙，主要是C3A，有时还 可能是七铝酸十二钙C12A，但其组成 大部分为C3A 。（1）C3A的结构特征 （3个方面）
3、Al2O3提供熟料矿物铝酸三钙和铁铝酸四钙 中的铝。主要来源于粘土。在水泥中Al2O3以酸 性氧化物的形式出现。在自然界中少部为刚玉 a-Al2O3，大部分以化合态存在。水泥生产中使 用的不是刚玉，而是化合态的Al2O3。4、Fe2O3 提供铁铝酸四钙中的铁。注：Al2O3、Fe2O3即 水泥熟料中熔剂性矿物铝酸三钙和铁铝酸四钙 的主要来源。
及冷却开始的温度与速率，生产中可
以保留不同的高温型。这也就是生产
中必须对熟料进行急冷的原因之一。 也是水泥生产中的一个关键。
烧成温度对贝利特的影响除了稳定 剂的影响外，在熟料烧成过程中， 如果烧成温度偏低、液相量不足、 C2S含量过多、冷却较慢、大窑通 风不良造成还原气氛严重都会影响 到C2S的性能。
更需值得注意的是：C2S在低于500ºC的 温度下，容易由比重为3.28的β型转变 为比重为2.97的γ型，体积膨胀10%，从
而导致熟料粉化。当然液相较多时，可 使熔剂矿物形成玻璃体将β-C2S晶体包
住；在迅速冷却的条件下，可使其越过 β型向γ型的转变温度（500ºC），而使β
型保留下来。熟料的粉化产物，视转变 的程度，主要为不同比例的β-C2S和γC2S的混合物，甚至大部分转变为γ型，
过多时易出现结大块、结溜，使
熟料烧成困难。
3、玻璃体在熟料煅烧过程中，熔融液 相如能在平衡条件下冷却，则全部可结 晶析出晶体，而不存在玻璃体。但在生 产中熟料通常冷却较快，有部分液相来 不及结晶成为玻璃体。玻璃体的主成成 分CaO、Al2O3、Fe2O3，也有少量MgO 和碱等。玻璃体实际上是热力学不稳定 的，具有一定的活性。