第三章 硅酸盐水泥熟料
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硅酸盐水泥熟料
• 硅酸盐水泥熟料，是一种由主要含有 CaO、SiO2、Al2O3、 Fe2O3的原料，按适当比例配合磨成细粉并烧至部分熔融所 得以硅酸钙为主要矿物成分的水硬性胶凝物质。 • 硅酸盐水泥熟料可用于通用硅酸盐水泥中、抗硫酸盐水泥、 中等水化热水泥中等。 • 硅酸盐水泥熟料矿物结晶非常细小30-60um，是一种多矿 物组成的、结晶细小的人造岩石。 •
C3S, C4AF,C3A,f-CaO C3S, C4AF,C3A C3S,C2S,C4AF,C3A C2S,C4AF,C3A
C3S,C2F, C4AF ,f-CaO C3S,C2F, C4AF C3S, C2S C2F, C4AF C2S C2F, C4AF
3.6.2 硅率
• 1.硅率表达式：又称硅酸率，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（n)表示：
矿物组成：具有一定化学成分和结构特征的稳定 单质和化合物。
材料中的元素和化合物以特定的矿物形式存在并决定着材 料的许多重要性质
3.1
• 熟料的矿物组成
矿物组成
硅酸盐矿物~75%
3CaO•SiO2，C3S 2CaO•SiO2，C2S 3CaO•Al2O3，C3A
4CaO•Al2O3•Fe2O3，C4AF
• 4．氧化钛：来源于粘土，≯0.3%，矿化剂作用0.5-1.0%，形 成固溶体，稳固β- C2S，提高早期强度。过高降低强度。 • 5． P2O5： 矿化剂作用0.1-0.3%，↑1%P2O5：Ｃ3S↓9.9% • Ｃ2S↑10.9%，降低早强。
• 3.6 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 系的系数称为率值。 • 控制生产的主要指标。 • 有些国家，如日本采用 HM, SM 和 IM 三个率值来 控制熟料成分，结果还比较满意。我国从日本引 进的冀东水泥厂也用此三个率值来控制生产。 • 但不少学者认为水硬率的意义不明确，因此，又 提出了不同的与石灰最大含量有关的计算公式， 常见的有 KH 和 LSF 。
CaO 1.65Al2 03 0.35Fe2O3 公式：KH= 2.8SiO2
2.意义：石灰饱和系数 KH 是熟料中全部氧
化硅生成硅酸钙（C3S+C2S) 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成硅酸 三钙的程度。
A / F <0.64
KH
CaO CaO游 1.1 Al2O3 0.7 Fe2O3 0.7 SO3 2.8( SiO2 SiO2 游 )
A/F ≥ 0.64 KH＞1无C2S, • KH=1 无C2S ， • 0.67＜KH＜1, • KH≤ 0.67， • • • • • A/F＜ 0.64 KH＞1无C2S , KH=1 无C2S 0.67＜KH＜1, KH≤ 0.67，
A / F <0.64：熟料矿物组成为C3S、C2S、
C4AF和C2F。C4AF＝“C2A＋C2F
”
则：KH＝(CaO–1.1Al2O3 – 0.7 Fe2O3) / 2.8SiO2
考虑游离CaO、游离SiO2和石膏，则：
A / F ≥0.64
KH
CaO CaO游 1.65 Al2O3 0.35Fe2O3 0.7 SO3 2.8( SiO2 SiO2 游 )
呈“死烧状 态”，结构 致密，
大
经过高温， 水化较慢
较大
• 回转窑熟料f-CaO＜1.5%，立窑熟料 f-CaO＜ 3.0% • 配料不当温度不够,保温时间不够 • 冷却慢 • 熟料中碱含量高 • 生料均匀性差 • 煅烧制度不稳 • 燃料质量差 • 细磨、加混合材、熟料出窑时洒水 放置一段时间
• 六、玻璃体
减少粉化措施： 快冷越过转变点 配料增加C3S,减少Ｃ2S,转化源少,可能性少 有足够的液相量包裹Ｃ2S, 较高温度下烧成的β- C2S比较稳定 加一些氧化物形成固溶体 烧成气氛要求是氧化气氛
贝利特的显微结构：
• 反光显微镜下呈圆粒 状，也可见其他不规 则形状。正常熟料中 具有黑白交叉双晶条 纹；低温煅烧且慢冷 熟料中常发现有平行 双晶。
•
• •
1 %Fe203 所需 CaO=56.08/159.7=0.35
1 ％SiO2 形成 C 3 S 所需 CaO= 3 × 56.08/60.09=2.8 由每 1 ％酸性氧化物所需石灰量乘以相应的酸性氧化物含量， 就可得石灰理论极限含量计算式： CaO ＝ 2. 8 SiO2 ＋ 1. 65 A1203 ＋ 0. 35 Fe2O3 金德和容克认为，在实际生产中，氧化铝和氧化铁始终为氧化 钙所饱和，而Si02可能不完全饱和成 C3S 而存在一部分C2S, 否则 熟料就会出现游离氧化钙。因此就在Si02 之前加一石灰饱和系数 KH 。故 CaO=KH 2. 8 SiO2 ＋ 1. 65 A1203 ＋ 0. 35 Fe2O3
• 四、铁铝酸四钙 • （一）、矿物特性：４CaO· 2O3· 2O3，其简写为 Al Fe
• Ｃ4AF，约占水泥熟料总量的8％～12％。
称C矿
（二）、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,耐磨性能好。
• 3．2．5其它氧化物
• 1．氧化镁 ：引起安定性不良。少量能降低液相出现温度和 黏度，有利于烧成，与Ｃ4AF形成固溶体，使水泥颜色变绿 黑色。 • 2．碱：（ Na2O + K2O） • 苛性碱、氯碱首先挥发，碳酸碱次之，硫酸碱较难。 • 挥发到烟气中的碱向窑尾运动部分排入大气，温度降低重新 冷凝，被物料吸收。碱在混凝土表面产生白斑，引起碱集料 反应。＜0.6 % • Na2O + 3C3Ａ→N C8Ａ3 + f-CaO • K2O + 3C3S→ K C23 S12 + f-CaO • 3．三氧化硫：形成硫酸盐，循环留在熟料理里，增加窑气 循环，安定性。
四、铁铝酸四钙
（一）、矿物特性：４CaO· 2O3· 2O3，其简写为 Al Fe Ｃ4AF，约占水泥熟料总量的10～18％。C2F—C8A3F
1、铁铝酸四钙代表的是一系列连续的固溶体。 2、不纯， SiO2 、MgO形成固溶体，称C矿（才利特）3.77 晶体：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.
• 酸性氧化物形成的碱性最低的矿物为 C2S,C4AF,C3A • 为便于计算，将C4AF 改写成“C3A ” 和“ CF” ，令 “CF” 与C3A 相加，那么每 1 ％酸性氧化物所需石灰含量分别为： • 1 ％ A1 2 03 所需： CaO= 3 × 56.08/101.96=1.65
• • • 1 %Fe203 所需 CaO=56.08/159.7=0.35 1 ％SiO2 形成 C 2 S 所需 CaO= 2 × 56.08/60.09=1.8 7 由每 1 ％酸性氧化物所需石灰量乘以相应的酸性氧化物含量， 就可得石灰理论最低含量计算式： CaO ＝ 1. 87 SiO2 ＋ 1. 65 A1203 ＋ 0. 35 Fe2O3
（二）矿物水化特性 1.水化较快，水化反应主要在28d内进行，约经一年后水化 过程基本完成。 2.凝结时间正常，早期强度高，强度的绝对值和强度的增进 率大，居四种矿物之首，28d强度达一年强度的70%~80%； 3.水化热较高500J/g；抗水性较差。
• 二、硅酸二钙（15％～35%）纯Ｃ2S白色 • （一）矿物特性：
（二）、水化特性：
水化：水化速度在早期介于C3A与C3S之间，但随后的发展 不如C3S。 强度：早期类似C3A，后期能不断增长，类似于C2S。 抗冲击性能和抗硫酸盐性能好 水热化：较C3A低 难磨：在道路水泥中和抗硫酸盐水泥中，C4AF含量应高。
五、游离氧化钙（f-CaO)
种
类
产生原因
特 点
硅酸三钙 硅酸二钙
铝酸三钙
水泥熟料矿物 铁铝酸四钙
游离氧化钙和氧化镁
f－CaO和f－MgO 化学式及简写
熔剂矿物
~22%
碱类及杂质
熟料矿物特性
一、硅酸三钙 37～60% （一）、矿物特性：
1、纯C3S白色.1800℃只几分钟可以形成,1600℃1小时基本形成, f-Ｃa
Ｏ＜1%,1450℃下要反复多次才可烧成.
• 3.6.1 石灰饱和系数：
• 1．表达式： 古特曼与杰耳认为，酸性氧化物形成的碱性最高的 矿物为 C3S,C2S,C4AF,C3A ，从而提出了他们的石灰理论极限含 量。 • 为便于计算，将C4AF 改写成“C3A ” 和“ CF” ，令 “CF” 与C3A 相加，那么每 1 ％酸性氧化物所需石灰含量分别为： • 1 ％ A1 2 03 所需： CaO= 3 × 56.08/101.96=1.65
• 七、方镁石
多角形,粉红色有黑边
3.2 硅酸盐水泥熟料的组成
化学组成：构成材料的化学元素及化合物种 类和数量
主要化学成分：CaO 62%~67% SiO2 20%~24% ＞95% Al2O3 4%~ 7% Fe2O3 2.5%~6% 其它氧化物：MgO SO3 Na2O ＜5% K2O TiO2 P2O5等
• 水硬率是 1868 年德国人米夏埃利斯 (W. Michaelis) 提出 的作为控制熟料适宜石灰含量的一个系数。它是熟料中氧 化钙与酸性氧化物之和的质量百分数的比值，常用 HM 表 示，表达式：其计算式为：
• 意义：说明氧化钙与酸性氧化物之和的比值。 • 一般范围：水硬率通常在 1.8-2.4 之间。 • 水硬率假定各酸性氧化物所结合的氧化钙是相同的，实际 上并非如此。当各酸性氧化物的总和不变而它们之间的比 例发生变化时，所需的氧化钙并不相同。因此只控制同样 的水硬率，并不能保证熟料有相同的矿物组成。只有同时 也控制各酸性氧化物之间的比例，才能保证熟料矿物组成 的稳定。因此后来库尔 (H. HAD 提出了控制熟料酸性氧化 物之间的关系的率值：硅率和铝率。