硅酸鹽水泥熟料的組成(ppt 60頁).ppt

第三節(jié)硅酸鹽水泥熟料的組成 主講 張歡 硅酸鹽水泥熟料 clinker 由主要含CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3的原料 按適當(dāng)比例配合磨成細(xì)粉 生料 燒至部分熔融 所得以硅酸鈣為主要成分的水硬性膠凝物質(zhì) 其中硅酸鈣礦物含量 質(zhì)量分?jǐn)?shù) 不小于65 氧化鈣和氧化硅質(zhì)量比不小于2 0 熟料 C3S C2S C3A C4AF 三種表示方法 化學(xué)組成礦物組成率值 第三節(jié)硅酸鹽水泥熟料的組成 一 熟料的化學(xué)成分及含量 二 熟料的礦物組成及含量 三 熟料的化學(xué)成分與礦物組成的關(guān)系 四 熟料礦物的特性 五 熟料的率值 六 熟料礦物組成的計算 七 熟料化學(xué)成分 礦物組成和率值之間的關(guān)系 一 熟料的化學(xué)成分及含量 主要氧化物 CaOSiO2Al2O3Fe2O3其總和通常占熟料總量的95 以上 其它 MgO M SO3 S Na2O K2O R2O TiO2 T P2O5 P 等 其總量通常占熟料的5 以下 實際生產(chǎn)中硅酸鹽水泥中個主要氧化物含量的波動范圍一般為 CaO C62 67 SiO2 S20 24 Al2O3 A4 7 Fe2O3 F2 5 6 第三節(jié)硅酸鹽水泥熟料的組成 第三節(jié)硅酸鹽水泥熟料的組成 一 熟料的化學(xué)成分及含量 國內(nèi)部分新型干法水泥企業(yè)的硅酸鹽水泥熟料化學(xué)成分 CaO SiO2 Al2O3系統(tǒng)中的水泥區(qū) 如將主要氧化物的含量 CaO SiO2 Al2O3 換算成100 將Fe2O3計算在Al2O3中 則硅酸鹽水泥熟料的組成幾乎落在C3S C2S CA3三角形的區(qū)域中 一 熟料的化學(xué)成分及含量 第三節(jié)硅酸鹽水泥熟料的組成 硅酸鹽水泥熟料是一種多礦物組成的 結(jié)晶細(xì)小 30 60 m 的人造石 主要四種礦物 硅酸三鈣 3CaO SiO2 可以簡寫C3S 60 70 硅酸二鈣 2CaO SiO2 可以簡寫C2S 20 鋁酸三鈣 3CaO Al2O3 可以簡寫C3A 7 15 鐵相固溶體 4CaO Al2O3 Fe2O3 簡寫C4AF 10 18 其他 少量游離氧化鈣 f CaO 方鎂石 含堿礦物及玻璃體 二 熟料的礦物組成及含量 第三節(jié)硅酸鹽水泥熟料的組成 第三節(jié)硅酸鹽水泥熟料的組成 二 熟料的礦物組成及含量 國內(nèi)外部分水泥生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù) 硅酸鹽水泥熟料在反光顯微鏡下的巖相照片 二 熟料的礦物組成及含量 金相顯微鏡下 第三節(jié)硅酸鹽水泥熟料的組成 三 熟料的化學(xué)成分與礦物組成的關(guān)系 第三節(jié)硅酸鹽水泥熟料的組成 1 硅酸三鈣 tricalciumsilicate 第三節(jié)硅酸鹽水泥熟料的組成 四 熟料礦物的特性 純C3S是在室溫下存在的介穩(wěn)的高溫型礦物 純C3S具有同質(zhì)多晶現(xiàn)象 R型為三方晶系 M型為單斜晶系 T型為三斜晶系 1 硅酸三鈣 tricalciumsilicate 在熟料中 C3S不以純的形式存在 總是與少量的其他氧化物如Al2O3 Fe2O3 MgO R2O等形成固溶體 稱之為阿利特 Alite 簡稱A礦 在反光顯微鏡下為黑色多角形顆粒 常溫下 A礦晶型為M型或R型 第三節(jié)硅酸鹽水泥熟料的組成 四 熟料礦物的特性 1 硅酸三鈣 tricalciumsilicate 第三節(jié)硅酸鹽水泥熟料的組成 四 熟料礦物的特性 1 硅酸三鈣 tricalciumsilicate 第三節(jié)硅酸鹽水泥熟料的組成 四 熟料礦物的特性 1 硅酸三鈣 tricalciumsilicate 第三節(jié)硅酸鹽水泥熟料的組成 四 熟料礦物的特性 1 硅酸三鈣 tricalciumsilicate 第三節(jié)硅酸鹽水泥熟料的組成 四 熟料礦物的特性 礦物水化特性 水化較快 水化反應(yīng)主要在28d內(nèi)進(jìn)行 約經(jīng)一年后水化過程基本完成 早期強度高 強度的絕對值和強度的增進(jìn)率大 居四種礦物之首 28d強度達(dá)一年強度的70 80 水化熱較高 抗水性較差 2 硅酸二鈣 ditricalciumsilicate 純C2S在1450 以下有下列多晶轉(zhuǎn)變 型為三方或六方晶系 型為斜方晶系 型為單斜晶系 型為斜方晶系 H表示高溫型 L表示低溫型 第三節(jié)硅酸鹽水泥熟料的組成 四 熟料礦物的特性 純C2S具有同質(zhì)多晶現(xiàn)象 若還原性氣氛 溫度低 液相量不足 在500 以下 C2S由密度3 28kg m3的 型轉(zhuǎn)變?yōu)槊芏? 97kg m3的 型 體積膨脹10 而使熟料粉化 在熟料中 C2S不以純的形式存在 總是與少量的其他氧化物如Al2O3 Fe2O3 MgO R2O等形成固溶體 稱之為貝利特 Belite 簡稱B礦 在反光顯微鏡下呈圓粒狀 常具有黑白交叉雙晶條紋 常溫下 B礦為介溫態(tài) 第三節(jié)硅酸鹽水泥熟料的組成 四 熟料礦物的特性 2 硅酸二鈣 ditricalciumsilicate 第三節(jié)硅酸鹽水泥熟料的組成 四 熟料礦物的特性 2 硅酸二鈣 ditricalciumsilicate 第三節(jié)硅酸鹽水泥熟料的組成 四 熟料礦物的特性 2 硅酸二鈣 ditricalciumsilicate 第三節(jié)硅酸鹽水泥熟料的組成 四 熟料礦物的特性 2 硅酸二鈣 ditricalciumsilicate 2 硅酸二鈣 ditricalciumsilicate 第三節(jié)硅酸鹽水泥熟料的組成 四 熟料礦物的特性 礦物水化特性 貝利特水化較慢 28天僅水化20 左右 凝結(jié)固化較慢 早期強度低 但后期強度增長率較髙 在1年后可趕上阿利特 貝利特的水化熱較小 抗水化性好 適合用于大體積工程或處于侵蝕性大的工程用水泥 3 中間相 第三節(jié)硅酸鹽水泥熟料的組成 四 熟料礦物的特性 充填在阿利特和貝利特之間的鋁酸鹽 鐵酸鹽 組成不定的玻璃體和含堿化合物等統(tǒng)稱為中間相 1 鋁酸三鈣 tricalciumaluminate 第三節(jié)硅酸鹽水泥熟料的組成 3 中間相 四 熟料礦物的特性 C3A可固溶有少量SiO2 Fe2O3 MgO R2O等形成固溶體 在反光鏡下 其反光能力弱 呈暗灰色 并填充在A礦與B礦中間 又稱黑色中間相 第三節(jié)硅酸鹽水泥熟料的組成 礦物水化特性水化快 凝結(jié)快 早強較高 但絕對值不高 3d發(fā)揮出大部分強度 以后不增長 甚至倒縮 水化熱高 干縮變形大 脆性大 耐磨性差 抗硫酸鹽性能差 1 鋁酸三鈣 tricalciumaluminate 3 中間相 四 熟料礦物的特性 2 鐵相固溶體 ferritesolidsolution 第三節(jié)硅酸鹽水泥熟料的組成 3 中間相 四 熟料礦物的特性 熟料中鐵相較復(fù)雜 鐵鋁酸四鈣代表的是一系列連續(xù)的鐵相固溶體 通常固溶有少量的MgO SiO2等氧化物 稱之為才利特 Celite 或C礦 在反光鏡下其反射能力強 呈亮白色 并填充在A礦與B礦之間 也稱白色中間相 2 鐵相固溶體 ferritesolidsolution 第三節(jié)硅酸鹽水泥熟料的組成 3 中間相 四 熟料礦物的特性 礦物水化特性水化速度 早期介于C3A C3S間 后期的發(fā)展不如C3S 早期強度似C3A 后期能增長 似C2S 水化熱較C3A低 抗沖擊性能和抗硫酸鹽性能較好 第三節(jié)硅酸鹽水泥熟料的組成 3 中間相 四 熟料礦物的特性 第三節(jié)硅酸鹽水泥熟料的組成 3 中間相 四 熟料礦物的特性 第三節(jié)硅酸鹽水泥熟料的組成 3 中間相 四 熟料礦物的特性 28d內(nèi)絕對強度 C3S C4AF C3A C2S水化速度 C3A C4AF C3S C2S水化熱 C3A C3S C4AF C2S 四種礦物性能比較 形成 部分熔融液相被快速冷卻來不及結(jié)晶而成為過冷凝體 主要成分 Al2O3 Fe2O3 CaO以及少量MgO和R2O 含量取決于液相量及冷卻條件 性能 不及晶體穩(wěn)定 水化熱較大 可改善熟料性能與易磨性 第三節(jié)硅酸鹽水泥熟料的組成 4 玻璃相 glass 3 中間相 四 熟料礦物的特性 游離氧化鈣指熟料中未化合的氧化鈣 也稱游離石灰 第三節(jié)硅酸鹽水泥熟料的組成 4 游離氧化鈣和方鎂石 四 熟料礦物的特性 1 游離氧化鈣 Free lime或f CaO 一次游離氧化鈣結(jié)構(gòu)比較致密 水化較慢通常三天后水化反應(yīng)明顯 水化生成Ca OH 2時 體積增加97 9 在硬化的水泥漿體中造成局部膨脹應(yīng)力 因此過多的游離氧化鈣會引起3d以后強度倒縮 引起安定性不良 我國回轉(zhuǎn)窯游離氧化鈣控制在1 5 以下 立窯控制在3 0 以下 第三節(jié)硅酸鹽水泥熟料的組成 4 游離氧化鈣和方鎂石 四 熟料礦物的特性 1 游離氧化鈣 Free lime或f CaO 少量的MgO可以進(jìn)入熟料礦物中形成固溶體 或溶于液相中 如果MgO含量過多會以方鎂石結(jié)晶存在 這種高溫煅燒的方鎂石 其水化速度比游離氧化鈣更慢 幾個月甚至幾年才明顯反映出來 水化生成Mg OH 2時 體積膨脹148 在水泥石內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力 輕者會降低水泥制品強度 重者會造成水泥制品破壞 第三節(jié)硅酸鹽水泥熟料的組成 4 游離氧化鈣和方鎂石 四 熟料礦物的特性 2 方鎂石 硅酸鹽水泥熟料中各主要氧化物含量之間比例關(guān)系的系數(shù)稱作率值 五 熟料的率值 第三節(jié)硅酸鹽水泥熟料的組成 1 定義 我國主要采用石灰飽和系數(shù) KH 硅率 n 鋁率 p 三個率值 2 常用率值 說明熟料中C3A C4AF的相對含量 反映液相的性質(zhì) C3A產(chǎn)生的液相粘度大 C4AF產(chǎn)生的液相粘度小 1 鋁率 IronModulus 式中Al2O3 Fe2O3分別代表熟料中各該氧化物的質(zhì)量百分比 第三節(jié)硅酸鹽水泥熟料的組成 五 熟料的率值 公式 含義 取值 0 9 1 9 抗硫酸鹽水泥或低熱水泥的鋁率可低至0 7 五 熟料的率值 硅率反映了熟料中熔劑礦物 C3A C4AF 之間的比例關(guān)系 當(dāng)鋁率大于0 64時p值過大 C3A多 液相粘度大 不利于C3S的形成 易引起熟料快凝 p值過低 C4AF量相對較多 液相粘度小 對C3S的形成有利 但易使窯內(nèi)結(jié)大塊 對煅燒不利 第三節(jié)硅酸鹽水泥熟料的組成 1 鋁率 IronModulus 反映了熟料中硅酸鹽礦物 熔劑礦物的相對含量 2 硅率 SilicaModulus 第三節(jié)硅酸鹽水泥熟料的組成 五 熟料的率值 公式 含義 取值 1 7 2 7 式中SiO2 Al2O3 Fe2O3分別代表熟料中各該氧化物的質(zhì)量百分比 硅率反映了熟料中硅酸鹽礦物 C3S C2S 熔劑礦物 C3A C4AF 的相對含量 當(dāng)鋁率大于0 64時SM值過高 表示硅酸鹽礦物多 熔劑礦物少 對熟料強度有利 但將給煅燒造成困難 隨SM值的降低 液相量增加 對熟料的易燒性和操作有利 但SM值過低 熟料強度低 操作困難 第三節(jié)硅酸鹽水泥熟料的組成 2 硅率 SilicaModulus 五 熟料的率值 含義 熟料中的總CaO含量扣除飽和酸性氧化物 如Al2O3 Fe2O3 所需要的氧化鈣后 剩下的與二氧化硅化合的氧化鈣的含量與理論上二氧化硅全部化合成硅酸三鈣所需要的氧化鈣含量的比值 簡言之 石灰飽和系數(shù)表示熟料中二氧化硅被氧化鈣飽和成硅酸三鈣的程度 五 熟料的率值 3 石灰飽和系數(shù) limesaturationcoefficient 石灰極限含量 式中均代表熟料中各該氧化物的質(zhì)量百分比 第三節(jié)硅酸鹽水泥熟料的組成 在理論上存在一個石灰極限含量 C3S C3A C4AF 五 熟料的率值 3 石灰飽和系數(shù) limesaturationcoefficient 每1 酸性氧化物所需石灰含量分別為 1 Al2O3形成C3A C3A 所需CaO 3 CaO摩爾量 Al2O3摩爾量 3 56 08 101 96 1 651 Fe2O3形成 CF 所需CaO CaO摩爾量 Fe2O3摩爾量 56 08 169 70 0 351 SiO2形成C3S所需CaO 3 CaO摩爾量 SiO2摩爾量 3 56 08 60 09 2 80 CaO 2 8SiO2 1 65Al2O3 0 35Fe2O3 CaO KH 2 8SiO2 1 65Al2O3 0 35Fe2O3 Al2O3 Fe2O3 0 64 第三節(jié)硅酸鹽水泥熟料的組成 在理論上存在一個石灰極限含量 五 熟料的率值 3 石灰飽和系數(shù) limesaturationcoefficient CaO 2 8SiO2 1 65Al2O3 0 35Fe2O3 CaO KH 2 8SiO2 1 65Al2O3 0 35Fe2O3 Al2O3 Fe2O3 0 64 Al2O3 Fe2O3 0 64 第三節(jié)硅酸鹽水泥熟料的組成 若考慮熟料中還有游離氧化鈣 游離氧化硅和石膏 則有 五 熟料的率值 3 石灰飽和系數(shù) limesaturationcoefficient Al2O3 Fe2O3 0 64 f CaO f SiO2分別為熟料中呈游離狀態(tài)的氧化鈣 二氧化硅的質(zhì)量百分?jǐn)?shù) 第三節(jié)硅酸鹽水泥熟料的組成 五 熟料的率值 3 石灰飽和系數(shù) limesaturationcoefficient 實際生產(chǎn)中 為使熟料順利形成 又不產(chǎn)生過多的游離氧化鈣 通常KH值控制在0 87 0 96 KH與礦物組成之間的關(guān)系可用數(shù)學(xué)式表示 由上式可知 KH值還表示熟料質(zhì)量和易燒性 KH值越大 C3S的比例越高 熟料強度越好 KH值過高 熟料燒結(jié)困難需延長燒結(jié)時間 否則會出現(xiàn)游離氧化鈣 同時窯的產(chǎn)量降低 熱耗高 窯襯工作條件惡化 KH 1 熟料中只有C3S 而無C2S KH 1 無論生產(chǎn)條件多好 熟料中都有游離氧化鈣存在 KH 0 667 熟料中無C3S 只有C2S C3A C4AF 第三節(jié)硅酸鹽水泥熟料的組成 其他常見的石灰飽和系數(shù)有 水硬率HM CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 石灰標(biāo)準(zhǔn)值KSt 100CaO 2 8SiO2 1 1Al2O3 0 7Fe2O3 李和派克石灰飽和系數(shù)LSF CaO 2 8SiO2 1 18Al2O3 0 65Fe2O3 五 熟料的率值 3 石灰飽和系數(shù) limesaturationcoefficient 第三節(jié)硅酸鹽水泥熟料的組成 五 熟料的率值 說明 三個率值要相互配合適當(dāng) 才能使熟料順利燒成 并保證熟料質(zhì)量 應(yīng)根據(jù)各工廠的原燃料和設(shè)備等具體條件而定 第三節(jié)硅酸鹽水泥熟料的組成 國內(nèi)部分水泥廠熟料率值及礦物組成 六 熟料礦物組成的計算 獲得熟料的礦物組成的方法 儀器分析法 如巖相分析 X射線分析 紅外光譜分析等 理論計算法 如石灰飽和系數(shù)法和鮑格法 第三節(jié)硅酸鹽水泥熟料的組成 六 熟料礦物組成的計算1 石灰飽和系數(shù)法 步驟如下 計算鋁率 0 64 按不同的公式計算KH按下列公式分別計算C3S C2S C3A C4AFC3S 3 80 3KH 2 SiO2C2S 8 60 1 KH SiO2C3A 2 65 Al2O3 0 64Fe2O3 C4AF 3 04Fe2O3 式中 SiO2 Al2O3 Fe2O3分別是熟料中相應(yīng)氧化物的百分含量 第三節(jié)硅酸鹽水泥熟料的組成 例 已熟料化學(xué)成分如下表所示 試求熟料的率值和礦物組成 解 因IM 0 64 故KH值按下式計算 按石灰飽和系數(shù)法公式可求得熟料礦物組成 C3S 3 80 3KH 2 SiO2 3 80 3 0 877 2 21 40 51 31 C3S 8 60 1 KH SiO2 8 60 1 0 877 21 40 22 64 C3A 2 65 Al2O3 0 64Fe2O3 2 65 6 22 0 64 4 35 9 11 C4AF 3 04Fe2O3 3 04 4 35 13 22 例 已知某水泥廠的熟料飽和系數(shù)KH為0 9 試求硅酸三鈣占硅酸鹽礦物百分比 解 根據(jù)公式C3S 3 80 3KH 2 SiO2 C2S 8 60 1 KH SiO2得 C3S占硅酸鹽礦物 C3S C2S 百分比為 鮑格法也稱代數(shù)法 是根據(jù)物料平衡 列出熟料化學(xué)成分與礦物組成的關(guān)系式 并組成聯(lián)立方程組 解方程組得到礦物組成的計算式 當(dāng)IM 0 64時 C3S 4 07C 7 60S 6 73A 2 86SO3C2S 8 60S 5 07A 1 07F 2 15SO3 3 07C 2 87S 0 754C3SC3A 2 65A 1 69FC4AF 3 04F 第三節(jié)硅酸鹽水泥熟料的組成 六 熟料礦物組