《无机材料工学教学课件》2-水泥熟料组成.ppt
水泥工艺,第二章 硅酸盐水泥熟料的组成,硅酸盐水泥熟料：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，所得到的以硅酸钙为主要成分的水硬性物质。,2.1 熟料的化学组成,主要氧化物 CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3 总和通常占熟料总量的95%以上。其它氧化物 MgO、SO3、Na2O、K2O、TiO2、P2O5，等 总量通常占熟料的5%以下。,水泥工艺,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 2.5%6%,水泥工艺,水泥工艺,2.2 熟料的矿物组成,各种氧化物经煅烧后，两种或两种以上形成各种化合物，称之为矿物，熟料是各种矿物的集合体。主要矿物 硅酸三钙（3CaOSiO2，简写成C3S）硅酸二钙（2CaOSiO2，简写成C2S）铝酸三钙（3CaOAl2O3，简写成C3A）铁铝酸四钙（4CaOAl2O3Fe2O3，简写成C4AF）,水泥工艺,次要矿物 游离氧化钙（f-CaO）方镁石（结晶 MgO）玻璃体熟料矿物含量 C3S+C2S 硅酸盐矿物 约占75%C3A+C4AF 熔剂矿物 约占25%硅酸盐矿物+熔剂矿物 约占95%左右。,2.3 熟料矿物的特性,硅酸三钙矿物特点 最重要的熟料矿物，四种主要矿物中最后生成。2CaO+SiO2 2CaOSiO2 2CaOSiO2+CaO 3CaOSiO2 C3S通过固相反应形成时需要很高的温度 1450 少量形成 1650 加热1小时基本形成 1800 加热几分钟基本形成,水泥工艺,阿利特（或A矿）C3S中含有少量其它氧化物形成的固溶体 在反光显微镜下为黑色多角形颗粒,水泥工艺,水化及性能水化较快 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强度的绝对值和增进率较大 早期强度高 28d强度可达到一年强度的70%80%水化热较高抗水性较差,水泥工艺,硅酸二钙 矿物特点 2CaO+SiO2 2CaOSiO2-C2S与-C2S之间的晶型转变-C2S-C2S，体积膨胀10%,熟料粉化-C2S几乎无水硬性 贝利物（B矿）C2S中含有少量其它氧化物形成的固溶体。反光显微镜下呈圆粒状，常有黑白交叉双晶条纹。,水泥工艺,水化及性能水化慢反应比C3S慢得多，28d只水化20%左右早期强度低，后期强度增进较好一年后其强度可赶超阿利特水化热小抗水性好,水泥工艺,*C2S活化方法固溶杂质、快冷、微细化意义 节省能源、资源，降低环境负荷，提高水泥性降低烧成温度、低品位石灰石应用、减少CO2和NOX排放、降低水化热、提高耐久性*大坝水泥提高C2S含量，降低水化热。,水泥工艺,铝酸三钙矿物特点 固溶体（黑色中间相）C3A可固溶有少量其它氧化物形成固溶体；反光镜下，呈暗灰色，填充在A矿与B矿中间。,水泥工艺,水化及性能水化迅速易使水泥急凝早期强度较高，但绝对值不高强度3d之内大部分发挥出来有强度倒缩现象水化热高干缩变形大抗硫酸盐性能差,水泥工艺,铁铝酸四钙矿物特点固溶体（白色中间相）连续固溶体：C2AXF1-X X=0-0.7 才利特(C矿)固溶少量其它氧化物 反光镜下呈亮白色，填充在A矿与B矿之间,水泥工艺,水化及性能水化速度在早期介于铝酸三钙与硅酸三钙之间，但随后的发展不如硅酸三钙；早期强度类似于铝酸三钙，而后期还能不断增长，类似于硅酸二钙；水化热较铝酸三钙低；耐磨性能好；抗冲击性能和抗硫酸盐性能较好。,水泥工艺,*道路水泥 C4AF大于16%*高铁水泥 C2S 35%、铁相30%、C4A3S 20%、CaSO4 15%煅烧温度1200*非拉瑞水泥 以C3S与铁相为主 耐磨、抗硫酸盐侵蚀,水泥工艺,玻璃体 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、R 2O 含量取决于液相量及冷却条件,水泥工艺,游离氧化钙（f-CaO）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。死烧f-CaO导致水泥安定性不良 CaO+H2O Ca(OH)2 体积膨胀 V=97.7%,水泥工艺,方镁石 游离状态的氧化镁晶体 安定性不良的根源之一 MgO+H2O Mg(OH)2 体积膨胀 V=148%，方镁石水化缓慢 通用水泥国家标准规定：MgO小于5.0%，压蒸合格放宽到6.0%,水泥工艺,氧化镁作为膨胀组分的膨胀水泥与膨胀剂 从害怕膨胀防止膨胀利用膨胀，利用膨胀来补偿水泥混凝土的收缩，提高其抗裂能力。*氧化镁微膨胀水泥 熟料中氧化镁含量 3.5%-5.0%控制C3A、C3S含量 三峡大坝工程采用该水泥*膨胀剂 轻烧氧化镁,水泥工艺,我国主要采用的三个率值是石灰饱和系数（KH）、硅率（n）、铝率（p）。率值是硅酸盐水泥熟料中各主要氧化物含量之间比例关系。率值反映化学成分与矿物组成之间的关系，反映熟料的煅烧和性能。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。,2.4 熟料的率值,水泥工艺,石灰饱和系数表达式,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。,水泥工艺,物理意义表示熟料中二氧化硅被氧化钙饱和成硅酸三钙的程度。KH值高，则C3S较多，C2S较少 KH=1，熟料中只有C3S，而无C2S KH1，熟料中都有游离氧化钙存在 KH0.667，熟料中无C3S 实际生产中，为使熟料顺利形成，又不产生过多的游离氧化钙，通常KH值控制在0.870.96。,水泥工艺,2.4.2 硅率表达式,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与熔剂矿物的相对含量。SM值过高，表示硅酸盐矿物多，熔剂矿物少，对熟料强度有利，但将给煅烧造成困难；SM值的降低，液相量增加，对熟料的易烧性和操作有利，但SM值过低，熟料强度低，操作困难。一般取值：1.72.7,水泥工艺,2.4.3 铝率表达式,含义熟料中Al2O3含量Fe2O3含量之比反映了熟料中C3A和C4AF的相对含量反映煅烧过程中液相的性质（主要是液相的粘度)p值过大，C3A多，液相粘度大，不利于C3S 的形成，易引起熟料快凝；p值过低，C4AF量相对较多，液相粘度小，对C3S 的形成有利，但易使窑内结大块，对煅烧不利。,水泥工艺,水泥工艺,2.5 熟料的矿物组成的计算与换算,获得熟料的矿物组成的方法仪器分析法 如：岩相分析；X射线分析等。理论计算法 如：鲍格法,鲍格法C3S=4.07S-7.60S-6.72A-1.43F-2.86 SO3C2C3C4AF=3.04FCaSO4=1.70 SO3 以上公式适用于：IM0.64 C、S、A、F、SO3分别代表熟料中CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3 和SO3的百分含量。,水泥工艺,由矿物组成计算各率值,水泥工艺,由熟料率值计算化学成分,为设计熟料中CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3含量的总和，根据原料成分总和估算，一般97%。,Al2O3pFe2O3SiO2n（Al2O3Fe2O3）CaO（SiO2Al2O3Fe2O3）,水泥工艺,水泥工艺,由矿物组成计算化学成分,SiO20.2631C3S0.3488C2SAl2O30.3773C3A0.2098C4AFFe2O30.3286C4AFCaO0.7369C3S0.6512C2S0.622C3A 0.4616C4AF0.4119CaSO4SO30.5881CaSO4,
