華南理工大學(xué)水泥工藝學(xué)第2章

1、第二章 硅酸鹽水泥熟料定義：是一種由主要含CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3的原料按適當(dāng)配比，磨成細(xì)粉，燒至部分熔融，所得以硅酸鈣為主要礦物成分的水硬性膠凝物質(zhì)。中華人民共和國(guó)建材行業(yè)規(guī)范：JC/T8531999熟料質(zhì)量化學(xué)成分熟料率值水泥質(zhì)量礦物組成巖相構(gòu)造水泥消費(fèi)中心環(huán)節(jié).硅酸鹽水泥熟料的化學(xué)成分化學(xué)成分CaOSiO2Al2O3Fe2O3含量()62672024472.56.0含約5的少量其它氧化物：MgO、SO3、TiO2、P2O5、K2O和Na2O水泥種類不同、原料成分不同、工藝過程不同，熟料化學(xué)成分有所不同。熟料化學(xué)成分必需適宜，在相圖中硅酸鹽水泥熟料的范圍內(nèi)，否那么生成其它礦

2、物組成，如無水硬性的C2AS，閃凝的C12A7。.第一節(jié) 熟料的礦物組成不是以單獨(dú)的氧化物存在，而是經(jīng)高溫煅燒后，以兩種或兩種以上的氧化物反響生成的多種礦物集合體。水泥熟料是一種多礦物組成的結(jié)晶細(xì)小(30 60 m)的人造巖石。.四種主要礦物名稱化學(xué)式簡(jiǎn)式種類含量()硅酸三鈣3CaO SiO2C3S硅酸鹽礦物7550硅酸二鈣2CaO SiO2C2S20鋁酸三鈣3CaO Al2O3C3A熔劑礦物228鐵相固溶體(鐵鋁酸四鈣)4CaO Al2O3 Fe2O3C4AF15還有少量的游離氧化鈣(fCaO)、方鎂石(結(jié)晶氧化鎂)、含堿礦物以及玻璃體等。一、熟料的礦物組成.硅酸鹽礦物C3SC4AFC2SC

3、3A含堿化合物玻璃體方鎂石fCaO熔劑礦物中間相.在硅酸鹽水泥熟料中，礦物不是以純的方式存在，總含有少量的其它氧化物構(gòu)成固溶體。C3S ： 阿利特(Alite)， A礦C2S： 貝利特(Belite)， B礦C4AF： 才利特(Celite)，C礦填充在阿利特、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。中間相在熟料煅燒過程中，開場(chǎng)熔融成液相；冷卻時(shí)，部分液相結(jié)晶，部分液相來不及結(jié)晶而凝結(jié)成玻璃體。玻璃體的主要成分為Al2O3 、Fe2O3 、CaO，也有少量的MgO和堿。.1. 熟料礦物的晶體構(gòu)造和巖相構(gòu)造二、四種主要的熟料礦物.礦物名稱密度(g/cm3)晶型和晶

4、形偏光鏡觀察(正交偏光鏡觀察)反光鏡觀察C3S純3.13三斜晶系T型六角形棱柱形A礦3.143.25單斜晶系M型六方片狀板狀三方晶系R型透明無色(灰色干涉色)黑色多角形顆粒(六角形棱柱形)有時(shí)呈環(huán)帶結(jié)構(gòu)C2S純3.28單斜晶系棱柱狀或板狀無色(黃色干涉色)B礦C3A純3.04等軸晶系透明無色工業(yè)熟料中立方晶系斜方晶系C4AFC礦3.77斜方晶系棱柱狀圓粒狀淺褐到深褐的多色性反射弱白(淺)色中間相型圓粒狀不規(guī)那么狀黑白雙晶條紋圓形顆粒反射強(qiáng)黑(深)色中間相.正常煅燒熟料反光六方板狀的A礦反光.熟料煅燒過程中，先固相反響生成貝利特，其邊棱再熔進(jìn)液相，尚未溶進(jìn)液相的貝利特以它形產(chǎn)生，多為圓粒狀。慢冷

5、時(shí)，液相中過多的貝利特在降溫過程中會(huì)析晶出來，以自形產(chǎn)生，故有時(shí)也出現(xiàn)其它不規(guī)那么外形。工藝條件正常的熟料中貝利特有交叉雙晶條紋，在燒成溫度低且冷卻緩慢的熟料中，有平行雙晶條紋。C3A快冷呈點(diǎn)滴狀，慢冷呈矩形或柱狀。2. 煅燒對(duì)熟料礦物巖相構(gòu)造的影響.類圓形具有交叉晶紋B礦反光慢冷陳列整齊細(xì)粒狀二次析晶B礦反光.低溫慢冷類圓形具有平行晶紋B礦反光類圓形具有交叉晶紋B礦反光.快冷 點(diǎn)滴狀C3A反光慢冷 帶棱角片狀C3A反光.慢冷 棱柱狀C4AF反光.礦物名稱生成條件水化特性C3SC2S+CaO 液相 C3SC3S+H2O C-S-H+CH水化較快,水化熱較高早強(qiáng)高,強(qiáng)度增長(zhǎng)快,28天達(dá)7080,

6、28天或1年強(qiáng)度最高；抗水性較差C2SCaO+SiO2 C2SC2S+H2O C-S-H+CH水化較慢,水化熱較小早強(qiáng)低,28天水化20,28天后強(qiáng)度增長(zhǎng)較快,1年強(qiáng)度趕上C3S ；抗水性較好C3ACaO+Al2O3 CA C12A7 C3A水化(硫)鋁酸鈣水化迅速,水化熱高凝結(jié)硬化快, 強(qiáng)度3天大部分發(fā)揮,早強(qiáng)高,以后幾乎不增長(zhǎng);干縮變形大,抗硫酸鹽性能差C4AFCF C2F C4AF水化(硫)鐵酸鈣水化:C3AC4AFC3S早強(qiáng)類似C3A ，后強(qiáng)不斷增長(zhǎng)，類似C2S ；抗沖擊性能和抗硫酸鹽性能較好3. 熟料礦物的生成、水化和特性.三、游離氧化鈣和方鎂石物質(zhì)fCaO方鎂石晶型和晶形立方晶系等

7、軸晶系,立方體八面體偏光鏡觀察無色圓形顆粒很難看到反光鏡觀察蒸餾水浸蝕后呈彩虹色多角形,粉紅色有黑邊形成原因配料不當(dāng),生料過粗,煅燒不良，沒有被吸收生料中MgO含量高水化很慢,CaO+H2O=Ca(OH)2體積膨脹97.9水化更慢,MgO+H2O=Mg(OH)2體積膨脹148對(duì)熟料性能影響安定性不良:變形,開裂,破壞安定性不良:變形,開裂,破壞含量控制指標(biāo)水泥中MgO 5.0%壓蒸安定性合格允許到6.0水化立窯熟料 2.5回轉(zhuǎn)窯熟料 1.5.類圓形fCaO反光成堆方鎂石反光.MgO存在方式對(duì)其水化的影響玻 璃 體：活性高，水化快固 溶 體：幾個(gè)月1年水化方鎂石晶體: 幾年才水化fCaO形狀對(duì)其

8、水化的影響立窯fCaO含量允許高些，由于一部分fCaO是沒有經(jīng)過高溫死燒的(生燒)，水化速度較快，對(duì)安定性影響不嚴(yán)重?；剞D(zhuǎn)窯fCaO含量控制更嚴(yán)，由于是死燒的fCaO，構(gòu)造比較致密，通常要在3天后才水化。.化學(xué)成分礦物組成熟料煅燒熟料性能化學(xué)成分礦物組成煅燒性能CaO62%,過低C2S過多煅燒容易水化熱低,后強(qiáng)高,抗水性好;增加型C2S 型C2S ，粉化67%,過高幾乎無C2S或fCaO增多要求溫度高水化熱高,早強(qiáng)高,28天強(qiáng)度高，抗水性差，影響1年后強(qiáng)度強(qiáng)度下降，安定性不良Al2O3太少C3A少粘度小,燒結(jié)范圍窄,易結(jié)大塊水化慢，水化熱低太高C3A多粘度大，不利于C3S形成,要求溫度高快硬早

9、強(qiáng),水化熱高，凝結(jié)非常迅速難以控制;干縮變形大,抗硫酸鹽性能差Fe2O3太少C4AF少太高C4AF多粘度小，易結(jié)大塊抗沖擊性能和抗硫酸鹽性能較好.第二節(jié) 熟料的率值在水泥消費(fèi)控制中，不僅要控制熟料中各氧化物的含量，還要控制各氧化物之間的比例率值。率值既可方便地表示化學(xué)成分和礦物組成之間的關(guān)系，又可明確地表示對(duì)水泥熟料煅燒和性能的影響。一、三率值的物理意義與計(jì)算式.1. 水硬率1868年德國(guó)人W.Michaelis提出物理意義：熟料適宜石灰含量的一個(gè)系數(shù)，是熟料中氧化鈣 與酸性氧化物之和的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的比值。計(jì)算式：由于：當(dāng)酸性氧化物總和不變，而比例變動(dòng)時(shí)，所需CaO的量改動(dòng)。所以：控制一樣的水硬

10、率，不能保證同樣的礦物組成，對(duì)熟料質(zhì)量 和煅燒不利。要同時(shí)控制各酸性氧化物之間的比例。.庫(kù)爾 提出熟料中酸性氧化物之間關(guān)系的率值2. 硅率(硅酸率)物理意義：熟料中氧化硅含量與氧化鋁、氧化鐵之和的質(zhì)量比， 也表示了熟料中硅酸鹽礦物與熔劑礦物的比例。計(jì)算式：.3. 鋁率(鐵率，鋁氧率)物理意義：熟料中氧化鋁與氧化鐵含量的質(zhì)量比，也表示了 熟料熔劑礦物中鋁酸三鈣與鐵鋁酸四鈣的比例。計(jì)算式：鋁率高低，在一定程度上反映了熟料煅燒過程中高溫液相的粘度。.二、石灰飽和系數(shù)水硬率：熟料中氧化鈣與酸性氧化物之和的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的比值。斯波恩石灰最大限量：熟料中主要酸性氧化物實(shí)際上反響生成熟料礦物所需求的石灰最高含

11、量。古特曼與杰耳石灰實(shí)際極限含量: 酸性氧化物構(gòu)成堿性最高的礦物為C3S、C3A和C4AF。意義不明確首先實(shí)際計(jì)算CaO= 2.8SiO2+1.65Al2O3+0.35Fe2O3生成C3S、C2A、C2F石灰規(guī)范值.李和派克以為雖然生成C3S、C3A、C4AF，但要按相圖研討非平衡冷卻條件石灰飽和系數(shù)斯波恩修正石灰規(guī)范值.金德和容克以為Al2O3、Fe2O3最終被CaO飽和，SiO2不完全被CaO飽和生成C3S，有部分C2S，否那么出現(xiàn)fCaO。CaO= KH2.8SiO2+1.65Al2O3+0.35Fe2O3修正石灰飽和系數(shù)計(jì)算式：物理意義：熟料中全部SiO2生成硅酸鈣(C2S和C3S)所

12、需的CaO含量 與全部SiO2生成C3S所需CaO最大含量的比值， 也表示熟料中SiO2被CaO飽和構(gòu)成C3S的程度。.思索到熟料中還有fCaO、fSiO2和石膏.三、率值、化學(xué)成分和礦物組成之間的關(guān)系式1. 化學(xué)成分與率值 Al2O3=IM Fe2O3SiO2=SM (Al2O3+Fe2O3)CaO= -(SiO2+Al2O3+Fe2O3)設(shè)計(jì)熟料中四種氧化物含量的總和 ，普通為97左右。.2.率值與礦物組成當(dāng) IM 0.64時(shí).3.礦物組成與化學(xué)成分C3S=4.07CaO-7.60SiO2-6.72Al2O3-1.43Fe2O3 -2.86SO3C2S=2.87 SiO2-0.754 C3

13、SC3A=2.65Al2O3-1.69Fe2O3 C4AF=3.04Fe2O3 .四、率值、化學(xué)成分和礦物組成之間的關(guān)系 率值對(duì)熟料煅燒與性能的影響率值化學(xué)成分礦物組成熟料煅燒熟料性能KH高CaO多C3S / C2S 高SM一定時(shí),C3S多,C2S少; SM低,C3S不一定高,SM越高，硅酸鹽礦物越多，熔劑礦物越少煅燒困難,需要溫度高,一般采用較高SM,低IM水化熱高,早強(qiáng)高,28天強(qiáng)度高，抗水性差，影響1年后強(qiáng)度或煅燒不良, fCaO多煅燒溫度低或液相量少,液相粘度大強(qiáng)度下降，安定性不良KH低CaO少C3S / C2S 低SM一定時(shí),C3S少,C2S多煅燒較易,溫度可稍低,可采用中SM,中I

14、M水化熱低,后強(qiáng)高,抗水性好;增加型C2S 型C2S,粉化,強(qiáng)度下降.率值化學(xué)成分礦物組成熟料煅燒熟料性能SM高SiO2多硅酸鹽礦物多，熔劑礦物少;若KH低,C2S多煅燒困難,需要溫度高,否則易生燒強(qiáng)度高C2S粉化使強(qiáng)度下降;生燒形成fCaO影響安定性SM低SiO2少硅酸鹽礦物少，熔劑礦物多煅燒容易,液相過多,易結(jié)大塊,結(jié)圈,影響窯操作強(qiáng)度受影響.率值化學(xué)成分礦物組成熟料煅燒熟料性能IM高Al2O3多,Fe2O3少C3A/C4AF大SM一定, C3A多,C4AF少;SM高,C3A不一定多液相粘度大,煅燒困難,需要溫度高快硬早強(qiáng),水化熱高，凝結(jié)要控制;干縮變形大,抗硫酸鹽性能差I(lǐng)M低Al2O3少,Fe2O3多C3A/C4AF小液相粘度小,液相中質(zhì)點(diǎn)易于擴(kuò)散,對(duì)C3S形成有利,但燒結(jié)范圍變窄,易結(jié)大塊,影響窯操作水化慢,水化熱低;抗沖擊性能和抗硫酸鹽性能較好燒結(jié)范圍：指水泥生料加熱至出現(xiàn)燒結(jié)所必需的、最少的液相量時(shí)的溫度(開場(chǎng)燒結(jié)的溫度)與開場(chǎng)出現(xiàn)結(jié)大塊(超越正常液相量)時(shí)溫度的差值。液相量隨溫度升高而緩慢添加，其燒結(jié)范圍就較寬；液相量隨溫度升高而添加很快，其燒結(jié)范圍就較窄。含鐵量較高，燒結(jié)范圍就較窄；降低鐵的含量，添加鋁的含量，燒結(jié)范圍就變寬。硅酸鹽水泥熟料的燒結(jié)范圍約為150。.預(yù)分解窯普通采用“二高一中配方： 高