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1、第三章 硅酸盐水泥熟料的组成概述：主要化学成分：CaO 62%67%SiO2 20%24%Al2O3 4%7%Fe2O3 2.5%6%其它氧化物：MgO SO3 Na2O K2O TiO2 P2O5等,95%,5%,缩写符号：Ca O C SiO2S Al2O3A FeO3F MgOM N aON K2OK TiO2T P2O5P CO2C SO3S H2OH,本章内容 1.熟料的矿物组成；2.熟料的率值；3.熟料矿物组成的计算。,第2次课：理论课主要教学内容：3.1熟料的矿物组成重点：1.熟料各矿物的存在形式、和水化特性。教学目的要求.掌握硅酸盐水泥熟料的化学组成与矿物组成；.了解熟料各矿物
2、的存在形式；掌握熟料各矿物的水化特性。教学方法与手段：讲授 板书与多媒体相结合,思考题：1.简述各熟料矿物的水化特性。2.简要说明熔剂矿物对熟料煅烧和质量的影响。3.熟料中的游离氧化钙、方镁石是怎样产生的？它的存在对建筑物有什么不良影响？在生产中采取哪些措施可以防止它的发生?,3.1 熟料的矿物组成,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%,少量：游离氧化钙f-CaO、方镁石 含碱矿物 玻璃体,熔剂矿物,硅酸三钙和硅酸二钙
3、合称硅酸盐矿物，约占75%左右。铝酸三钙和铁铝酸四钙合称熔剂矿物，约占22%左右。硅酸盐矿物和熔剂矿物总和约占95%左右。,熟料矿物含量范围（%）,一、硅酸三钙（50%，高的达60%）1.存在形式（矿物特性）：纯C3S T=20651250内稳定；T 2065 不一致熔融为CaO与液相 T 1250 C3S C2S+CaO（反应慢，常温下C3S呈介稳状态）熟料中C3S并不以纯的形式存在，而是形成固溶 体，称阿利特或A矿,2.形态 固溶体反光显微镜下呈黑色多角形颗粒。,3.水化特性 凝结时间正常，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
4、较大,居四种矿物之首。其28d强度可达到一年强度的70%80%。水化热较高；抗水性较差。易磨性好，干缩变形小。,二、硅酸二钙（20%）,1.存在形式多晶转变：-C2S-C2S-C2S-C2S熟料中C2S通常固溶有少量氧化物形成固溶体，称贝利特（Belite），简称B矿。,500,常温下，有水硬性，不稳定,几乎无水硬性,密度(g/cm3):3.28 2.97 体积膨胀10%，熟料粉化,2.形态：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。,3.水化特性 水化反应慢，28d水化20%，凝结硬化慢；早期强度低，28d后强度较快增长
5、，一年后赶超A矿。水化热小；抗水性好；抗蚀性好。易磨性差。,三.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统称为中间相。1.铝酸三钙（C3A+C12A7）形态：快冷时呈点滴状，慢冷时呈矩形或柱状，反光能力弱，呈暗灰色，一般称为黑色中间相 水化特性 水化迅速，放热量大，凝结较快；早期强度较高，但绝对值不高，其强度3d之内大部分发挥出来，以后几乎不增长，甚至倒缩；干缩变形大，抗硫酸盐性能差。,2.铁相固溶体（C4AF）形态：铁铝酸四钙代表的是一系列连续的铁相固溶体。通常固溶有少量的MgO、SiO2等氧化物，又称才利特（Celite）或C矿。在反光 镜下其反射能
6、力强，呈亮白色，并填充在A矿与B 矿之间，也称白色中间相。水化特性：水化速度早期介于C3A、C3S间，后期的发展不C3S；早期强度似C3A，后期能增长，似C2S水化热较C3A低，抗冲击性能和抗硫酸盐性能较好。,3.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、少量MgO和R2O 含量:取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,28d内绝对强度：C3SC4AFC3AC2S水 化 速 度：C3A C4AF C3SC2S水 化 热：C3A C3S C4AF C2S,四种矿物性能比较,四.游离氧化钙与方镁石
7、（MgO）1.游离氧化钙（f-CaO）定义 当配料不当，生料过粗或煅烧不良时，熟料中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（fCaO），又称游离石灰。特征 游离氧化钙在偏光显微镜下为无色圆形颗粒，有明显解理。在反光镜下用蒸溜水浸蚀后呈彩虹色。,游离氧化钙产生原因：配料不当，生料过粗或煅烧不良熟料慢冷或在还原气氛下C3S分解，熟料中的碱等取代C3S、C2S、C3A中的CaO，形成二次游离氧化钙。游离氧化钙危害：死烧的游离氧化钙结构致密，水化很慢，水化生成氢氧化钙时体积膨胀97.9%，在硬化水泥石内部产生膨胀应力。因此，随着游离氧化钙增加，抗拉、抗折强度降低，使3天以后强度倒缩，严
8、重时引起安定性不良。控制：回转窑熟料 1.0%，立窑2.8%。,2.方镁石（结晶MgO）指游离状态的氧化镁晶体。产生：碳酸镁高温下分解 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。危害 水化很慢，水化时，固体体积膨胀148%，引起水泥的安定性不良。控制：水泥5，压蒸安定性和格可放宽到6,第3次课：理论课主要教学内容：3.2 熟料的率值 3.3 熟料矿物组成计算重点：1.各率值的公式、物理意义及其对熟料煅烧和性能的影响。2.熟练掌握硅酸盐水泥熟料的率值的计算与控制；教学目的要求：1.掌握各率值的公式、物理意义及其对熟料煅烧和性能的影响。
9、2.熟练掌握硅酸盐水泥熟料的率值的计算与控制；3.利用相关计算式对熟料的率值、化学组成、矿物组成进行测算和换算。教学方法与手段：讲授 板书与多媒体相结合,作业题:1.简述各熟料率值对熟料煅烧和质量的影响。2.简述石灰饱和系数的物理意义.,3.2 熟料的率值 率值：硅酸盐水泥熟料中各主要氧化物含量之间的比例称作率值。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。我国主要采用石灰饱和系数（KH）、硅率（SM）、铝率（IM）三个率值。,一.水硬率公式：物理意义：熟料中氧化钙与酸性氧化物之和的质量百分数的比值。式中CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3 分别代表熟料中各氧化物的质
10、量百分数 一般取1.82.4,二、硅率（硅酸率 SM或n表示）公式：物理意义：熟料中SiO2含量与Al2O3、Fe2O3之和的质量比。也表示了熟料中硅酸盐矿物（C3S+C2S）、熔剂矿物（C3A+C4AF）的比例。一般取1.72.7,SM值对熟料煅烧和性能的影响：SM值过高，表示硅酸盐矿物多，熔剂矿物少，由于煅烧时液相量显著减少，熟料煅烧困难；特别当氧化钙含量低，硅酸二钙含量多时熟料易于分化。SM过低，则熟料中硅酸盐矿物太少而影响水泥强度，且由于液相过多，易出现结大块、结炉瘤、结圈等，影响窑的操作 一般取值：1.72.7,三.铝率（又称铝氧率或铁率）公式：物理意义：表示熟料中Al2O3 和 F
11、e2O3含量的质量比，也表示了熟料熔剂矿物中C3A和C4AF的比例。反应煅烧过程中液相的性质（主要是液相的粘度，C3A形成的液相粘度大，C4AF形成的液相粘度小）,IM值熟料煅烧和性能的影响 铝率高低，在一定程度上反映了水泥煅烧过程中高温液相的粘度。IM值高，熟料中C3A多，相应的C4AF少，液相粘度大，物料难烧；IM值过低，虽然液相粘度较小，液相中质点易于扩散，对C3S 的形成有利，但烧结范围变窄，窑内易结大块，不利于窑的操作。一般取0.81.7,四.石灰饱和系数(KH)物理意义：石灰饱和系数表示熟料中全部氧化硅生成硅酸钙所需的氧化钙含量与全部氧化硅生成硅酸三钙所需氧化钙最大含量的比值，也即
12、表示熟料中氧化硅被氧化钙饱和形成硅酸三钙的程度。,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；,（IM0.64）,讨论：从理论上讲：KH值高，则C3S较多，C2S较少。1.KH=1，矿物组成为C3S、C3A、C4AF，而无C2S；KH0.667,形成矿物为C2S、C3A 和C4AF，而无C3S2.KH1，熟料中必有游离氧化钙存在；KH1，而IM0.64 时，形成C3S、C2S、C3A、C4AF,3.IM0.64(Fe 过剩)，形成C3S、C2S、C2F、C4AF，此时石灰饱和系数为：（IM0.64）,4.考虑到熟料中还有f-CaO、f
13、-SiO2和石膏，此时：（IM0.64）,因此，熟料的KH值应控制在0.6671间。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。,熟料率值的控制 在工厂生产中，为了使熟料顺利烧成，保证熟料的质量，应同时控制KH、n、p这三个率值，并使三率值相应配合适当。,3.3 熟料矿物组成的计算 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；红外光谱分析等。理论计算法。,化学法C3S=3.80（3KH-2）SiO2C2S=8.60(1-KH)SiO2C3A=2.65(Al2O3-0.64Fe2O3)C4AF=3.04Fe2O3式中：SiO2、Al
14、2O3、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 SO3C2S=8.60S+5.07A+1.07F+2.15SO3-3.07C=2.87S-0.754 C3SC3A=2.65A-1.69FC4AF=3.04FCaSO4=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,【例2.1】已熟料化学成分如表2.11所示，试求熟料的率值和矿物组成。,按化学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%,3.4 熟料矿物组成的选择选择熟料矿物组成应考虑的因素：(1)水泥品种和标号；(2)原料品质；(3)燃料品质(4)生料细度和均匀性；(5)窑型与规格；(6)生料易烧性。,
