硅酸盐水泥熟料的组成

硅酸盐水泥熟料的组成一.熟料的化学组成硅酸盐水泥熟料主要由CaO,SiO2,AI2O3和Fe2O3四种氧化物组成,通常在熟料中占95%左右。同时还含有5%的少量氧化物,如MgO,SO3,以及碱K2O、Na2O。氧化物对熟料的锻烧和水泥性质的影响：CaO是水泥熟料中最主要成份,SiO2含量较多,AI2O3和Fe2O3含量较少.在水泥熟料中,氧化钙、氧化硅、氧化铝和氧化铁不是以单独的氧化物存在,而是经高温锻烧后,以两种或两种以上的氧化物反应生成多种矿物集合体,其结晶细小,因此熟料是一种多矿物组成的结晶细小的人造岩石。硅酸盐水泥熟料主要由下面四种矿物组成：硅酸三钙：3CaO.SiO2.简写为:C3S硅酸二钙:：2CaO.SiO2.简写为:C2S铝酸三钙：3CaO.AI2O3,.简写为:C3A铁铝酸四钙：4CaO.Al2O3.Fe2O3,简写为:C4AF硅酸盐水泥熟料中,以上四种矿物占95%以上,硅酸盐矿物C3S和C2S含量约占75%左右,熔剂矿物C3A和C4AF含量约占22%左右,在锻烧过程中,C3A和C4AF与氧化镁、碱等,在1250-1280℃开始,会逐渐熔融成液相,以促进C3S的顺利形成,故称为熔剂矿物。二.熟料的矿物组成1.硅酸三钙:主要由硅酸二钙和氧化钙反应生成,是硅酸盐水泥熟料的主要矿物,其含量通常为50%左右,有的高达60%以上,纯C3S只在2065-1250℃温度范围内稳定,在2065℃以上一致熔融为CaO和液相,在1250℃以下分解为C2S和CaO,实际上C3S的分解反应进行得比较缓慢,致使纯C3S在室温下可以呈介稳状态存在。在硅酸盐水泥熟料中,硅酸三钙并不以纯的形式存在,总含有少量的其它氧化物如氧化镁、氧化铝等形成固熔体,称为阿利特或A矿,纯硅酸三钙颜色洁白,当熟料中含有少量氧化铬Cr2O3时,阿利特呈绿色,含氧化钴时,随钴的价数不同,可得浅兰色或玫瑰色,阿利特的密度为3.14-3.25g/cm3。硅酸三钙加水调和后,凝结时间正常,它水化快,粒径为40-45um的硅酸盐颗粒加水28天后,可水化70%左右,所以钙酸三钙强度发展比教快,早期强度较高,且强度增进率较大,28天强度可以达到它一年强度的70-80%。就28天或一年的强度来说,在四种主要矿物中硅酸三钙强度最高。适当提高熟料中C3S含量,且其岩相结构良好时,可以获得高质量的熟料,但硅酸三钙水化热较高,抗水性差,如要求水泥的水化热低,抗水性好时,则熟料中C3S含量要适当低一些。2CaO+SiO2→2CaO.SiO22CaO.SiO2+CaO→3CaO.SiO2如无液相存在,在CaO-SiO2二元系统中,以固相反应合成硅酸三钙单矿物时,在1800℃时需几分钟就能迅速形成,在1650℃下加热一小时,硅酸三钙基本形成,游离氧化钙为1%左右,1450℃下加热1小时,则只有少量C3S晶体生成,而大部份是硅酸二钙和氧化钙,因此,硅酸三钙单矿物在1450℃合成时,需要多次重复粉磨再锻烧。但如有足够的液相存在时,在1250-1450℃时,就可使C2S在液相中吸收CaO,比较迅速地形成硅酸三钙,为此,生料中CaO含量过高时,会给锻烧带来困难,使熟料中游离氧化钙增高,从而降低水泥强度,甚至水泥的安定性。2.硅酸二钙C2S,亦称贝利特硅酸二钙是水泥熟料中另一个重要矿物组成,在熟料中的含量一般在20%左右,熟料中的硅酸二钙并不是以纯的形式存在,而是C2S与MgO,AI2O3,Fe2O3等氧化物形成固溶体矿物,称为B矿或贝利特。实际生产的熟料中C2S以β型存在,因而通常所指的硅酸二钙即为β-C2S。如熟料冷却速度慢还可能有γ-C2S存在。如果锻烧温度低，液相不足,硅酸二钙含量过多,冷却速度慢,通风不良,还原氛严重时,C2S在不低于500℃的温度下,容易由密度3.28g/cm3的β型转变为密度为2.97/cm3的γ型,体积膨胀10%，从而导致熟料粉化,但液相较多时,可使熔剂矿物形成玻璃体，将β-C2S晶体包住,在迅速冷却的条件下,使其越过β-γ的转变温度而保住β形C2S。C2S水化热小,抗水性好,因而对大体积工程或处于侵蚀性小的工程用水泥,适当提高C2S含量,降低C3S含量是有利的。3.铝酸钙铝酸三钙在水泥熟料中含量为7-15%。纯的铝酸三钙为无色晶体,密度为3.04g/cm3,在1000-1300℃温度下由固相反应生成,铝酸三钙也可固溶于SiO2,MgO,R2O中。铝酸三钙水化硬化速度非常快,它的强度3天之内就能充份发挥,所以早期强度高，但绝对值较小,以后几乎不再增长,甚至倒缩,放热多,凝结很快,干缩变形大,抗硫酸盐性能差。4.铁铝酸四钙(C矿)C4AF在硅酸盐水泥熟料中,含量一般为10-18%,它和铝酸钙矿物构成熟料的熔剂矿物,对熟料的烧成起较大作用,密度为3.77g/cm3。C4AF的水化速度在早期介于C3A与C3S之间，但后期的发展不如C3S。硬化较低,制造大体积工程用水泥时,适当提高C4AF含量是有利的。C4AF和C3S在锻烧过程中熔融成液相,可以促进C3S的形成,这是它们的一个重要作用。如果物料中熔剂矿物过少,易生烧,氧化钙不易被吸收,导致熟料中游离氧化钙增加,影响熟料质量,降低窑的产量,增加燃料消耗;如果熔剂矿物过多,在回转窑内易结大圈,甚至结圈等。液相的粘度,随C3A/C4AF比而增减。C4AF多液相粘度低,有利于液相中离子的扩散,促进硅酸三钙的形成,但C4AF过多,易使烧结范围变窄,不利于窑的操作。5.游离氧化钙和方镁石当配料不当,生料过粗或锻烧不良时,熟料中就会出现没有吸收的以游离状态存在的氧化钙,称为游离氧化钙,又称游离石灰。在烧成温度下,死烧的游离氧化钙结构比较致密,水化很慢,通常要在加水3天以后反应才比较明显。游离氧化钙水化生成氢氧化钙时,体积膨胀。因此游离氧化钙的增加,首先是抗拉,抗折强度的降低,3天后强度倒缩,严重时引起安定性不良,使水泥变形成开裂,回转窑熟料游离氧化钙应控制在1.5%以下。