10.3 硅酸盐水泥熟料的矿物组成ppt课件

1、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。 2一、熟料的化学组成一、熟料的化学组成 主要化学成分与含量主要化学成分与含量 主要氧化物：主要氧化物：CaO SiOCaO SiO2 2 Al Al2 2O O3 3 Fe Fe2 2O O3 3 其总和通常占熟料总量的其总和通常占熟料总量的95%95%以以上。上。其它氧化物：如其它氧化物：如MgO SOMgO SO3 3 Na Na2 2O KO K2 2O TiOO TiO2 2 P P2 2O O5 5等，其总量通常占熟料等，

2、其总量通常占熟料的的5%5%以下。以下。3一、熟料的化学组成一、熟料的化学组成 主要化学成分要求主要化学成分要求 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：般为： CaO 62%CaO 62%67%67% SiO SiO2 2 20% 20%24%24% Al Al2 2O O3 3 4% 4%7%7% Fe Fe2 2O O3 3 2.5% 2.5%6%6% 二、矿物组成二、矿物组成 主要矿物组成：主要矿物组成： 硅酸三钙：硅酸三钙：3CaOSiO2 (C3S) 硅酸二钙：硅酸二钙：2CaOSiO2 (C2S) 铝酸三钙：铝

3、酸三钙：3CaOAl2O3 (C3A) 铁铝酸四钙：铁铝酸四钙：4CaO Al2O3 Fe2O3 (C4AF) 硅酸盐矿物硅酸盐矿物75%22%95% 游离氧化钙：游离氧化钙：f-CaO其它：其它： 方镁石：（即结晶氧化镁）方镁石：（即结晶氧化镁） 玻璃体：玻璃体：熔剂矿物熔剂矿物4;.5熟料的矿物组成及岩相结构熟料的矿物组成及岩相结构6三、熟料的物理性能要求三、熟料的物理性能要求 凝结时间凝结时间 安定性安定性 强度强度 硅 酸 盐 水 泥 熟 料 物 理 性 能 的 检 验 ， 是 通 过 将 水 泥 熟 料 在硅 酸 盐 水 泥 熟 料 物 理 性 能 的 检 验 ， 是 通 过 将 水

4、 泥 熟 料 在500mm500mm标准小磨中与二水石膏一起磨细至表面积标准小磨中与二水石膏一起磨细至表面积350m2/kg，80 m方孔筛筛余方孔筛筛余4%制成制成P.型硅酸盐水泥后进行的。型硅酸盐水泥后进行的。 7四、化学成分与矿物组成间的关系四、化学成分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。

5、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 1）CaOCaO；（；（2 2）SiOSiO2 2；（3 3）AlAl2 2O O3 3；（4 4）FeFe2 2O O3 3； （5 5）其他少量氧化物和微量元素）其他少量氧化物和微量元素 8五、熟料矿物的特性五、熟料矿物的特性 硅酸三钙硅酸三钙存在形式：存在形式： 纯纯C C3 3S S只在只在2065-12502065-1250温度范围内稳定，在温度范围内稳定，在12501250以下分解为以下分解为C C2 2S S和和CaOCaO。纯。纯C C3 3S S具有同质多晶现象具有同质多晶现象, ,熟料中熟料中C C3 3

6、S S不纯，总是与少量不纯，总是与少量的其他氧化物的其他氧化物如如AlAl2 2O O3 3、FeFe2 2O O3 3、MgOMgO、R R2 2O O等形成等形成固溶体。在显微镜下为黑色多角固溶体。在显微镜下为黑色多角形颗粒，又称阿利特（形颗粒，又称阿利特（AliteAlite），），简称简称A A矿。矿。 9硅酸三钙硅酸三钙水化特性：水化特性： 水化较快，水化反应主要在水化较快，水化反应主要在28d28d以内进行，约经一年后水化过程基本结以内进行，约经一年后水化过程基本结束。束。早期强度高，强度的绝对值和增进率较大。其早期强度高，强度的绝对值和增进率较大。其28d28d强度可达到一年强度

7、强度可达到一年强度的的70%70%80%80%。 水化热较高；抗水性较差。水化热较高；抗水性较差。 五、熟料矿物的特性五、熟料矿物的特性 10 硅酸二钙硅酸二钙 矿物特性矿物特性 熟料中硅酸二钙通常固溶有少量氧化熟料中硅酸二钙通常固溶有少量氧化物如物如AlAl2 2O O3 3、FeFe2 2O O3 3、MgOMgO、R R2 2O O等形成固溶体，等形成固溶体，称贝利特（称贝利特（BeliteBelite），简称），简称B B矿。在反光矿。在反光显微镜下呈圆粒状，常具有黑白交叉双晶显微镜下呈圆粒状，常具有黑白交叉双晶条纹。条纹。 五、熟料矿物的特性五、熟料矿物的特性 11硅酸二钙硅酸二钙水

8、化特性水化特性水化反应比水化反应比C C3 3S S慢的多，慢的多，28d28d只水化只水化20%20%左右，凝结硬化慢；左右，凝结硬化慢；早期强度低，但早期强度低，但28d28d后强度仍能较快增长，一年后其强度可赶超阿利后强度仍能较快增长，一年后其强度可赶超阿利特；特；水化热小；抗水性好。水化热小；抗水性好。 五、熟料矿物的特性五、熟料矿物的特性 12硅酸二钙硅酸二钙多晶转变多晶转变 纯纯C C2 2S S在在14501450以下有同质多晶现象。以下有同质多晶现象。其中：其中：-C-C2 2S S的密度为的密度为2.97g/cm2.97g/cm3 3，-C-C2 2S S的密度为的密度为3.

9、28g/cm3.28g/cm3 3，故发，故发生生转变时，伴随着体积膨胀转变时，伴随着体积膨胀10%10%，结果是熟料崩溃，生产中称，结果是熟料崩溃，生产中称之为粉化。而之为粉化。而-C-C2 2S S几乎无水硬性。几乎无水硬性。 五、熟料矿物的特性五、熟料矿物的特性 13铝酸三钙铝酸三钙矿物特性矿物特性C C3 3A A可固溶有少量可固溶有少量SiOSiO2 2、FeFe2 2O O3 3、MgOMgO、R R2 2O O等形成固溶体，在反光镜下，其反等形成固溶体，在反光镜下，其反光能力弱，呈暗灰色，并填充在光能力弱，呈暗灰色，并填充在A A矿与矿与B B矿中间，矿中间，又称黑色中间相。又称

10、黑色中间相。 五、熟料矿物的特性五、熟料矿物的特性 14铝酸三钙铝酸三钙水化特性水化特性水化迅速，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，其强度度较高，其强度3d3d之内大部分发挥出来，以之内大部分发挥出来，以后几乎不增长，甚至倒缩；后几乎不增长，甚至倒缩；水化热高；脆性大，耐磨水化热高；脆性大，耐磨性差，抗硫酸盐性能差。性差，抗硫酸盐性能差。 五、熟料矿物的特性五、熟料矿物的特性 铁铝酸四钙铁铝酸四钙矿物特性：矿物特性：1、铁铝酸四钙代表的是一系列连续的固溶体。、铁铝酸四钙代表的是一系列连续的固溶体。2、不纯，形成

11、固溶体，称、不纯，形成固溶体，称C矿（才利特）矿（才利特）,又称白色中间相。又称白色中间相。五、熟料矿物的特性五、熟料矿物的特性 15;.铁铝酸四钙铁铝酸四钙水化特性：水化特性：1、水化速度：早期介于、水化速度：早期介于C3A、C3S间，后期的发展不如间，后期的发展不如C3S；2、早期强度似、早期强度似C3A，后期能增长，似，后期能增长，似C2S；3、水化热较、水化热较C3A低，抗冲击性能和抗硫酸盐性能较好。低，抗冲击性能和抗硫酸盐性能较好。五、熟料矿物的特性五、熟料矿物的特性 16;.17玻璃体玻璃体 形成形成：部分熔融液相被快速冷却来不及结晶而成为过冷凝体部分熔融液相被快速冷却来不及结晶而

12、成为过冷凝体主要成分：主要成分：AlAl2 2O O3 3、FeFe2 2O O3 3、CaOCaO、MgOMgO、R R2 2O O含量：含量：取决于液相量及冷却条件取决于液相量及冷却条件 性能：性能：不及晶体稳定，水化热较大；可改善熟料性能与易磨性。不及晶体稳定，水化热较大；可改善熟料性能与易磨性。 五、熟料矿物的特性五、熟料矿物的特性 18游离氧化钙（游离氧化钙（f-CaO） 定义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。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、熟料矿物的特性五、熟料矿物的特性 19游离氧化钙的种类及其对安定性的影响游离氧化钙的种类

13、及其对安定性的影响 种类种类 产生原因产生原因 特点特点 对水泥安定对水泥安定的影响的影响欠烧欠烧f-CaO f-CaO 熟料煅烧过程中因欠烧、漏生，熟料煅烧过程中因欠烧、漏生，在在1100110012001200低温下形成低温下形成 结构疏松多孔结构疏松多孔 不大不大 一次一次f-CaO f-CaO 因配料不当、生料过粗或煅烧因配料不当、生料过粗或煅烧不良，尚未与不良，尚未与S S、A A、F F反应而反应而残留的残留的CaOCaO呈呈“死烧状死烧状态态”，结构致，结构致密密 大大 二次二次f-CaO f-CaO 熟料慢冷或还原气氛下，熟料慢冷或还原气氛下，C C3 3S S分分解而形成的解

14、而形成的经过高温，水经过高温，水化较慢化较慢 较大较大 20方镁石（方镁石（MgOMgO） 指游离状态的氧化镁晶体。指游离状态的氧化镁晶体。产生产生 一部分氧化镁存在于玻璃体中，一部分结晶呈游离状态。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。当熟料快冷时，结晶细小，慢冷时晶体发育较大，结构致密。五、熟料矿物的特性五、熟料矿物的特性 21方镁石（方镁石（MgOMgO）危害危害 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。水化生成生成Mg(OH)Mg(OH)2 2时，

15、体积膨胀时，体积膨胀148%148%，在水泥石内产生应力，轻者会降低水，在水泥石内产生应力，轻者会降低水泥制品强度，重者会造成水泥制品破坏。泥制品强度，重者会造成水泥制品破坏。 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。少。五、熟料矿物的特性五、熟料矿物的特性 22六、熟料的率值六、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

16、称作率值。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。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。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（我国主要采用石灰饱和系数（KHKH）、硅率（）、硅率（n n）、铝率（）、铝率（p p）三个）三个率值。率值。 231.1.石灰饱和系数石灰饱和系数 物理意义：物理意义： KHKH表示水泥熟料中，表示水泥熟料中，CaOCaO总是与酸性氧化物总是与酸性氧化物AlAl2 2O O3 3、FeFe2 2O O3 3饱和

17、生成饱和生成C C3 3A A，C C4 4AFAF，在生成上述矿物后，所余下的氧化钙与使二氧化硅饱和形，在生成上述矿物后，所余下的氧化钙与使二氧化硅饱和形成硅酸三钙所需的氧化钙的比值。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。三钙的程度。 2423232SiO8.2OFe35.0OAl65.1CaOKH数学表达式：数学表达式： 式中：式中：CaOCaO、SiOSiO2 2、AlAl2 2O O3 3、FeFe2 2O O3 3、SOSO3 3分别为熟料中相应氧化分别为熟料中相应氧

18、化物的质量百分数；物的质量百分数；f-CaOf-CaO、f-SiOf-SiO2 2分别为熟料中呈游离状态的氧化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。钙、二氧化硅的质量百分数。 2233232SiOfSiO8 . 2)SO7 . 0OFe35. 0OAl65. 1 ()CaOfCaO(KH252.2.硅率硅率 含义：熟料中含义：熟料中SiOSiO2 2含量与含量与AlAl2 2O O3 3、FeFe2 2O O3 3之和的比例。反映了熟料之和的比例。反映了熟料中硅酸盐矿物（中硅酸盐矿物（C C3 3S+CS+C2 2S S）、熔剂矿物（）、熔剂矿物（C C3 3A+CA+C4 4

19、AFAF）的相对含量。）的相对含量。 32322OFeOAlSiO)SM(n或263.3.铝率（又称铝氧率或铁率）铝率（又称铝氧率或铁率） 含义：表示熟料中含义：表示熟料中AlAl2 2O O3 3含量含量FeFe2 2O O3 3含量之比，反映了熟料中含量之比，反映了熟料中C C3 3A A和和C C4 4AFAF的相对含量。也反映煅烧过程中液相的性质（主要是液相的粘度，的相对含量。也反映煅烧过程中液相的性质（主要是液相的粘度，C C3 3A A形成的液相粘度大，形成的液相粘度大，C C4 4AFAF形成的液相粘度小）形成的液相粘度小） 3232OFeOAl)IM(p或27七、熟料矿物组成的

20、计算与换算七、熟料矿物组成的计算与换算 获得熟料矿物组成的方法：获得熟料矿物组成的方法：仪器分析法：如岩相分析；仪器分析法：如岩相分析；X X射线分析；红外光谱分析等。射线分析；红外光谱分析等。理论计算法。理论计算法。 281.1.硅酸盐水泥熟料矿物组成的计算硅酸盐水泥熟料矿物组成的计算 石灰石饱和系数法石灰石饱和系数法C C3 3S=3.80(3KH-2)SiOS=3.80(3KH-2)SiO2 2C C2 2S=8.60(1-KH) SiOS=8.60(1-KH) SiO2 2C C3 3A=2.65(AlA=2.65(Al2 2O O3 3-0.64Fe-0.64Fe2 2O O3 3)

21、 )C C4 4AF=3.04FeAF=3.04Fe2 2O O3 3 式中：式中：SiOSiO2 2、AlAl2 2O O3 3、FeFe2 2O O3 3分别是熟料中相应氧化物的百分含量分别是熟料中相应氧化物的百分含量(%)(%)。KHKH是熟料的石灰饱和系数。是熟料的石灰饱和系数。 29代数法：（也称鲍格法）代数法：（也称鲍格法）C C3 3S=4.07S-7.60S-6.72A-1.43F-2.86 SOS=4.07S-7.60S-6.72A-1.43F-2.86 SO3 3C C2 2S=8.60S+5.07A+1.07F+2.15SOS=8.60S+5.07A+1.07F+2.15

22、SO3 3-3.07C=2.87S-0.754 C-3.07C=2.87S-0.754 C3 3S SC C3 3A=2.65A-1.69FA=2.65A-1.69FC C4 4AF=3.04FAF=3.04FCaSOCaSO4 4=1.70 SO=1.70 SO3 3 式中：式中：C C、S S、A A、F F、SOSO3 3分别代表熟料中分别代表熟料中CaOCaO、SiOSiO2 2、AlAl2 2O O3 3、FeFe2 2O O3 3 、SOSO3 3的百分含量。的百分含量。 以上公式适用于：以上公式适用于：IM0.64IM0.641.硅酸盐水泥熟料矿物组成的计算硅酸盐水泥熟料矿物组成

23、的计算 301.1.硅酸盐水泥熟料矿物组成的计算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。 氧化物氧化物SiOSiO2 2AlAl2 2O O3 3FeFe2 2O O3 3CaOCaOMgOMgOSOSO3 3- -CaOCaO % %（质量）（质量）21.421.40 06.26.22 24.354.3565.665.60 01.061.060.370.371.001.00100.0100.00 031 =0.877 =0.877按石灰石饱和系数法公式可求得熟料矿物组成：按石灰石饱和系数法公式可求得熟料矿物组成：C C3 3S S3.80

24、3.80（3KH3KH2 2）SiOSiO2 23.803.80（3 30.8770.8772 2）21.4021.4051.31%51.31%C C3 3S S8.608.60（1 1KHKH）SiOSiO2 28.608.60（1 10.8770.877）21.4021.4022.64%22.64%C C3 3A A2.652.65（AlAl2 2O O3 30.64Fe0.64Fe2 2O O3 3）2.652.65（6.226.220.640.644.354.35）9.11%9.11%C C4 4AFAF3.04Fe3.04Fe2 2O O3 33.043.044.354.3513.22%13.22%04 .218 . 2)37. 07 . 035. 435. 022. 665. 1 (0 . 16 .65(SKH解：解： 322.2.熟料化学组成、矿物组成与率值的换算熟