资源描述
Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章 硅酸盐水泥熟料的组成,水泥的质量主要决定熟料的质量。优质的熟料应该具有合适的矿物组成和岩相结构。因此控制熟料的化学成分是水泥生产的中心环节之一。,硅酸盐水泥熟料的主要化学组成为氧化钙（,CaO,），二氧化硅（,SiO,2,），三氧化二铝（,Al,2,O,3,）三氧化二铁（,Fe,2,O,3,）。这四种氧化物组成通常在熟料中占,95%,以上，同时含有,5%,以下的少数氧化物，如氧化镁（,MgO,）、硫酐（,SO,3,）、氧化钛（,TiO,2,）、氧化磷（,P,2,O,5,）以及碱（,k,2,0,、,Na,2,0,）等。,各种氧化物的范围一般：,CaO,：,62-67%,；,SiO,2,：,20-24%,；,Al,2,O,3,：,4-7%,；,Fe,2,O,3,：,2.5-6%,这四种氧化物构成水泥熟料的最主要的化学成分。它们在水泥熟料生产中是按一定含量和一定比例进行配比生产的。配比不恰当，将会直接影响到熟料的质量进而影响到水泥的质量。,如熟料中若,CaO,含量过高，则,CaO,不能充分与硅酸性氧化物化合，部分呈现游离状态存在于熟料中，成“死烧状态”。这种“死烧状态”的氧化钙，其水化作用非常缓慢，常发生在水泥凝结硬化过程之后的水泥石中，致使水泥石膨胀变形、破裂。,如,氧化铝和氧化铁,，它们是熟料烧成过程中产生液相的主要氧化物，如果它们的含量过高，则产生的液相量过多，使物料易结大块而影响操作；如果含量过低，则产生液相量过少，使烧成困难，熟料易于“粉化”。所以在熟料生产中化验人员要对原料进行认真分析计算，作出科学合理的配料方案，指导熟料生产。,第一节 熟料的矿物组成,硅酸盐水泥熟料中各氧化物不是以单独状态存在，而是由两种或两种以上的氧化物合成的多矿物集合体。因此，水泥熟料是一种多矿物组成的结晶细小的人造岩石。,原料中,CaO,、,SiO,2,、,Al,2,O,3,和,Fe,2,O,3,，这四种氧化物，经过高温煅烧后发生化合反应，形成熟料中的四种主要矿物：,硅酸二钙（,2CaOSiO,2,），简写为,C,2,S,硅酸三钙（,3CaOSiO,2,），简写为,C,3,S,铝酸三钙,(3CaOAl,2,O,3,),，简写为,C,3,A,铁铝酸四钙,(4CaOAl,2,O,3,Fe,2,O,3,),简写为,C,4,AF,另外熟料中还有少量的游离氧化钙（,f-CaO,）、方镁石、含碱矿物（,R0,2,）以及玻璃体等。,硅酸盐矿物，,占,75%,左右,熔剂矿物，,占,22%,左右,一、硅酸三钙,1,、形成,3CaO+SiO,2,3CaOSiO,2,纯的,C,3,S,是一种无色晶体，为介稳物质，,1250,-2065,。,属于三个晶系、有七种晶型。熟料中的,C,3,S,并不是纯的，是,C,3,S,和一些氧化物形成的固溶体，称为,A,矿或阿利特矿。,2,、特性,C,3,S,在熟料中的含量为,50%,左右；凝结时间正常、早期强度高、水化热大、,28,天和一年的强度在四种矿物中最高、抗水性差。,二、硅酸二钙,1,、形成,2CaO+SiO,2,2CaOSiO,2,C,2,S,有四种晶型，在,1450,以下会发生晶型转变。,，,其中,、,，,、,晶型不稳定，但有活性和水硬性，,型晶型稳定，但没有活性和水硬性，体积会发生膨胀易粉化，强度较低。,熟料中的,C,2,S,也不是纯的，是,C,2,S,和一些氧化物形成的固溶体，称为,B,矿或贝利特矿。,2,、特性,C,2,S,在熟料中的含量为,20%,左右；凝结慢、水化较慢、水化,热小、早期强度低、但,28,天强度发展快、一年的强度可赶上甚,至超过,C,3,S,、抗水性好。,三、中间相,定义：,填充在阿利特和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。,（一）铝酸钙,1,、形成,熟料中的铝酸钙为,C,3,A,，含量在,7-15%,，有时还出现,C,12,A,7,。,纯的,C,3,A,是等轴晶系，熟料中的是单斜晶系。,2,、特性,水化迅速、硬化快、水化热多、早期强度发展快、后期强度不增长，甚至倒缩、干缩变形大、抗硫酸盐性能差。,（二）铁相固溶体,1,、形成,熟料中，含铁相比较复杂，其化学组成为一系列的连续固溶体，称铁相固溶体。在熟料中含量为,10-18%,，其成分接近铁铝酸四钙，所以常用,C,4,AF,来代表熟料中的铁相固溶体，又称才利特矿或,C,矿。,2,、特性,水化速度在早期介于,C,3,S,和,C,3,A,之间，但是随后发展不如,C,3,S,。它的早期强度类似,C,3,A,，而后期还能不断增长，类似,C,2,S,。抗冲击性能和抗硫酸盐性能好，水化热比,C,3,A,低。,（三）玻璃体,1,、形成,熟料冷却速度较快，部分液相来不及结晶因而形成玻璃体。,化学组成不定，主要为,CaO,、,Al,2,O,3,、,Fe,2,O,3,和少量,Mg0,和,R,2,0,。结构上原子、分子离子排列无序，含量与冷却速度有关：慢冷,0-2%,、急冷,8-22%,。,2,、特性,处于不稳定状态，具有较高的活性。,以上中间相中，,C,4,AF,和,C,3,A,为熔剂性矿物，在煅烧过程中形成液相，促进硅酸三钙的形成，是它们的重要作用之一。它们的液相量、粘度大小都将影响煅烧过程。,四、游离氧化钙和方镁石,（一）游离氧化钙,指熟料中没有以化合状态存在，而是以游离状态存在的,CaO,，又称游离石灰（,f-CaO),熟料中游离氧化钙产生的条件不同，对水泥的质量影响也不一样。,（,1,）欠烧游离氧化钙,熟料煅烧过程中因欠烧、漏生，在,1100,-1200,的低温下形成的。这种氧化钙结构疏松多孔，遇水反应快，水泥的安定性危害不大，但是含量过高对水泥的强度影响较大。,（,2,）一次游离氧化钙,当熟料配料不当、生料过粗或煅烧不良时，熟料中出现的还没有和酸性氧化物化合而残留的,CaO,，即游离状态存在的,CaO,。这种氧化钙经较高的温度煅烧而呈“死烧状态”，结构致密、晶体较大，一般,10-20m,且包裹在熟料矿物中，遇水水化很慢，固相体积膨胀,97.9%,，在已经硬化的水泥浆体内部造成局部膨胀应力，导致水泥安定性不良。应控制其含量，保证水泥质量。,（,3,）二次游离氧化钙,熟料慢冷或还原气氛下，结构不稳定的,C,3,S,分解而形成的氧化钙，以及熟料中碱等取代熟料矿物中的氧化钙而形成，由于氧化钙化合后又游离出来，故称为二次游离氧化钙。这部分氧化钙也经过了高温煅烧，并分散在熟料中，水化较慢，对水泥的安定性也有一定影响。,在实际生产中，通常所指的游离氧化钙主要是指“死烧状态”下的一次游离氧化钙。,f-CaO,是影响水泥安定性的最主要的因素。降低,f-CaO,含量，提高其活性，适当提高水泥的粉磨细度均有利于改善,f-CaO,对安定性的影响。为确保水泥质量，一般回转窑熟料中,f-CaO,应控制在,1.5%,以下，立窑熟料中考虑有部分为欠烧，应控制在,3.0%,以下。,（二）方镁石,指游离状态的氧化镁晶体，是熟料中氧化镁的一部分，在熟料煅烧时，氧化镁有一部分和熟料结合成固溶体及溶于液相中，多余的氧化镁结晶出来，呈游离状态。,游离态的氧化镁对水泥质量的影响取决于熟料冷却的速度，快速冷却时，结晶细小。而慢冷时，晶粒粗度，结构致密，被包裹在熟料中，水化很慢，通常要经过几个月甚至几年才明显反应出来，水化生成的产物固相体积膨胀,148%,在已经硬化的水泥浆体内部造成局部膨胀应力，导致水泥安定性不良。,为此，国家标准中限定了氧化镁的含量，在实际生产中也采用快速冷却熟料、掺加混合材等措施缓和膨胀的影响。,四大矿物主要性能比较：,28,天强度：,C,3,S,C,4,AF,C,2,S,C,3,A,水化硬化速度：,C,3,A,C,4,AF,C,3,S,C,2,S,水化热：,C,3,A,C,3,S,C,4,AF,C,2,S,作业,4,、熟料的化学组成、矿物组成及四大矿物的特性,第三节 熟料的率值,水泥熟料是多矿物的集合体，而这些矿物又是四种主要氧化物化合而成，因此，在水泥生产中不仅要控制各氧化物的含量，还要控制各氧化物之间的比例，即率值。这样更能准确表示出水泥的性质及对煅烧的影响。,率值,是用来表示水泥熟料中多氧化物之间相对含量的系数。它是生产控制的一种指标。,一、水硬率,表示水泥熟料中氧化钙与酸性氧化物（,SiO,2,、,Al,2,O,3,、,Fe,2,O,3,）之和的质量百分数的比值，用,HM,或,m,表示。,计算公式如下：,HM,（,m,）,=CaO/SiO,2,+Al,2,O,3,+Fe,2,O,3,通常波动值在,1.8,2.4,之间。,二、硅率（硅酸率）和铝率（或称铁率）,1,、硅率,表示熟料中氧化硅含量与氧化铝、氧化铁之和的质量比。也表示熟料中硅酸盐矿物与溶剂矿物的比例。用,SM,或,n,表示：,计算公式如下：,SM(n)=SiO,2,/Al,2,O,3,+Fe,2,O,3,通常硅酸盐水泥熟料的硅率在,1.7,2.7,之间。,2,、铝率,铝率又称铁率或铝氧率。表示熟料中氧化铝和,氧化铁含量的质量比，也表示熟料溶剂矿物中铝酸三,钙与铁铝四钙的比例，用,IM,或者,p,表示。,计算公式如下：,IM(p)=Al,2,O,3,/Fe,2,O,3,通常硅酸盐水泥熟料的铝率在,0.9,1.7,之间。,有了这三个率值，就基本上可以控制水泥熟料煅烧,及水泥熟料的质量。但不少学者认为水硬率的意义不,是很明确，并在研究煅烧中熟料形成过程的基础上，,导出了石灰饱和系数来控制水泥熟料的组成。,三、石灰饱和系数,KH,值,为熟料中的总的,CaO,含量扣除饱和酸性氧化物所需要的氧化钙后，剩下的与,SiO,2,化合的氧化钙的含量与理论上,SiO,2,全部化合成硅酸三钙所需氧化钙含量的比值，也即表示熟料中氧化硅被氧化钙饱和形成硅酸三钙的程度。,计算公式为：,KH=,（,CaO 1.65Al,2,O,3,-0.35Fe,2,O,3,）,/2.8SiO,2,考虑到熟料中还有游离的,CaO,、,SiO,2,及,SO,3,，故上式：,（,CaOf-CaO,）,-,（,1.65Al,2,O,3,+0.35Fe,2,O,3,+0.7SO,3,）,KH=,2.8,（,SiO,2,SiO,2,游,）,从理论上讲，,KH,大小与熟料矿物成分有一定 的对应关系。,KH,高，则,C,3,S,较多，,C,2,S,较少。,（,1)KH=1,时，熟料中的,SiO,2,全部被饱和成,C,3,S,而无,C,2,S,，即熟料矿物组成为：,C,3,S,、,C,3,A,、,C,4,AF,（,2,）,KH,1,时，无论生产条件多完善，熟料中都,有游离氧化钙存在。熟料矿物组成为：,C,3,S,、,C,3,A,、,C,4,AF,及,f-CaO,（,3,）,KH,0.667,时，此时熟料矿物组成为,C,2,S,、,C,3,A,、,C,4,AF,无,C,3,S,因此，熟料的,KH,值通常控制在,0.667,1.00,之间。这样不仅可以生成四种主要矿物，理论上也无,f-CaO,存在。但在实际生产中，由于煅烧条件达不到理论上的要求，当,KH,接近,1,时，工艺条件难以满足需要，往往会使,f-CaO,明显增加；当,KH,过低，熟料中,C,3,S,过少，熟料质量必然也会很差；为使熟料顺利形成，而又不至于出现过多的游离氧化钙，在实际生产中，,KH,值控制在之间,。,在一定条件下，率值和矿物组成之间存在一定关系：,C,3,S+1.325 C,2,S,SM=,1.434 C,3,A+2.046 C,4,AF,1.15 C,3,A,IM=+0.64,C,4,AF,我国水泥生产中广泛应用石
展开阅读全文