水泥熟料矿物的特性(精)

水泥熟料矿物的特性硅酸三钙硅酸三钙是硅酸水泥熟料中的主要矿物，它是在高温液相作用下，由先导形成的固相硅酸二钙吸收氧化钙而成。（1）矿物特征水泥熟料中的硅酸三钙并不是以纯的C3S形式存在，而总是与少量的其他氧化物如A12O3、Fe2O3、MgO、R2O等形成固溶体。这种固溶体在反光显微镜下的岩相照片为黑色多角形颗粒，将其定名为阿利物（Alite），简称A矿。（2）水化特性硅酸三钙加水调和后，在其为断的与水发生反应的过程中，具有如下特性：ａ.水化较快，水化反应主要在28d以内进行，约经一年后水化过程基本完成；ｂ.早期强度高，强度的绝对值和强度的增进率较大。其28d强度可以达到它一年强度的70%~80%，就28d或一年的强度来说，在四种主要矿物中硅酸三钙最高，它对水泥的性能起着主导作用。ｃ.水化热较高，水化过程中释放出约500J/g的水化热；抗水性较差。因此，如果要求水泥的水化热较低，抗水性较好时则宜适当降低熟料中的C3S含量。硅酸二钙硅酸二钙由CaO与SiO2化合而成，是硅酸盐水泥熟料中的主要矿物之一。（1）矿物特征硅酸二钙通常因溶有少量氧化物A12O3、Fe2O3、MgO、R2O等面呈固溶体存在。这种固溶少量氧化物的硅酸二钙称贝利特（Belite），简称B矿。在硅酸盐水泥熟料中，贝利特呈圆粒状，但也可见其他不规则形状。这是由于熟料在煅烧过程中，先固相反应形成的贝利特，其边棱再溶进液相，在液相中吸收CaO反应生成阿利特所致。在反光显微镜下，工艺条件正常的熟料中贝利特具有黑白交叉双晶条纹；在烧成温度低且冷却缓慢的熟料中，常发现有平行双晶。（2）水化特性ａ.水化反应比C3S慢得多，至28d龄期仅水化20%左右，凝结硬化缓慢。ｂ.早期强度低，但28d以后强度仍能较快增长，一年后其强度可以赶上甚至超过阿利特的强度.ｃ.水化热250J/g，是四种矿物中最小者；抗水性好，因而对大体积工程或处于侵蚀性大的工程用水泥，适当提高贝利特含量，降低阿利特含量是有利的。铝酸三钙铝酸三钙在熟料煅烧中起熔剂的作用，亦被称之为熔剂性矿物，它和铁铝酸四钙在1250～1280℃时熔融成液相，从而促使硅酸三钙顺利生成。（1）矿物特征铝酸三钙也可以固溶有少量SiO2、Fe2O3、MgO、R2O等而成固溶体。铝酸三钙晶型随原材料性质、熟料形成与冷却工艺的不同而有所差别，尤其是受熟料冷却速度的影响最大。通常，在氧化铝含量高的慢冷熟中，结晶出较完整的晶体，在反光镜下呈矩形或粒形；当冷却速度快时，铝酸三钙溶入玻璃相或呈不规则的微晶体析出，在反光镜下成点滴状。在反光镜下，铝酸三钙的反光能力弱，呈暗灰色，并填充在A矿与B矿中间，故又称之为黑色中间相。（2）水化特性ａ.水化迅速，凝结很快，如不加石膏等缓凝剂，易使水泥急凝。ｂ.早期强度较高，但绝对值不高。它的强度3d之内就大部分发挥出来，以后却几乎不再增长，甚至倒缩。ｃ.水化热高，干缩变形大，脆性大，耐磨性差，抗硫酸盐性能差。故制造抗硫酸盐水泥或大体积混凝土工程用水泥时，应将铝酸三钙控制在较低的范围之内。铁铝酸四钙铁铝酸四钙（C4AF）代表的是硅酸盐水泥熟料中一系列连续的铁相固溶体。通常铁铝酸四钙中溶有少量的MgO、SiO2等氧化物，故又称为才利特（Celite）或C矿。它也是一种熔剂性矿物。（1）矿物特征铁铝酸四钙常显棱柱和圆粒状晶体。在反光镜下由于它反射能力强，呈亮白色，并填充在A矿和B矿间，故通常又把它称作为白色中间相。（2）水化特性ａ.水化速度在早期介于铝酸三钙与硅酸三钙之间，但随后的发展不如硅酸三钙。ｂ.早期强度类似于铝酸三钙，而后期还能不断增长，类似于硅酸二钙。ｃ.水化热较铝酸三钙低，其抗冲击性能和抗硫酸盐性能较好。因此，制造抗硫酸盐水泥或大体积工程用水泥时，适当提高铁铝酸四钙的含量是有利的。玻璃体工厂实际生产条件下，硅酸盐水泥熟料中的部分熔融液相被快速冷却来不及结晶而成为过冷凝体称为玻璃体。在玻璃体中，质点排列无序，组成也不定。其主要成分Al2O3、Fe2O3、CaO，还有少量的MgO和碱（Na2O+K2O）等。玻璃体在熟料中的含量取决于熟料煅烧时形成液相量和冷却条件。当液相一定，玻璃体含量则随冷却速度而异。快冷时熟料中的玻璃体较多，而慢冷时玻璃体较小甚至几乎没有。普通冷却的熟料中含玻璃体约2%～21%，急冷的熟料含玻璃体8%～22%，而慢冷的熟料含玻璃体约0～2%。玻璃体不及晶体稳定，因而水化热较大；在玻璃体中，-C2S可被保留下来而不至于转化成几乎没有水硬性的-C2S；玻璃体中矿物晶体细小，可以改善熟料性能与易磨性。游离氧化钙和方镁石（1）游离氧化钙的种类及其对水泥安定性的影响游离氧化钙是指熟料中没有以化合状态存在的氧化钙，又称为游离石灰（ƒ-CaO）。当配料不当，生料过粗或煅烧不良时，熟料中出现的尚没有与酸性氧化物SiO2、Al2O3、Fe2O3完全化学反应而残留的CaO，即游离状态存在的CaO。这种ƒ-CaO在烧成温度下经高温煅烧而呈“死烧状态”，结构致密，晶体较大，一般达10～20um，往往聚集成堆分布，形成矿巢，且包裹在熟料矿物之中，并受到杂质离子的影响，遇水生成Ca（OH）2的反应很慢，通常要在加水3d以后反应明显，至水泥混凝土硬化后较长一段时间内才完全水化。游离氧化钙与水作用生成Ca（OH）2时，固相体积膨胀97.9%，在已硬化的水泥石内部造成局部膨胀应力。由于熟为中ƒ-CaO往往成堆聚集，随着随离氧化钙含量的增加，在水泥石内部产生不均膨胀，严重时甚至引起安定性不良，导致水泥制品变形或开裂崩溃。为此，应严格控制它的含量，以确保水泥质量。ƒ-CaO是影响水泥安定性最主要的因素。降低ƒ-CaO含量，提高ƒ-CaO的水化活性，适当提高水泥的粉磨细度等均有利于改善ƒ-CaO对安定性的影响。为确保水泥质量，一般回转窑熟料应控制ƒ-CaO在1.5%以下。（2）方镁石及其危害方镁石系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，氧化镁有一部分可和熟料结合成固熔体以及溶于相中，多余的氧化镁结晶出来，呈游离状态。当熟料快速冷却时，结晶细小，而慢冷时其晶粒发育粗大，结构致密。方镁石半包裹在熟料矿物中间，与水反应速度很慢，通常认为要经过几个月甚至几年才明显反映出来。水化生成Mg（OH）2时，固相体积膨胀148%，在已硬化的水泥石内部产生很大的破坏应力，轻者会降低水泥制品强度，严重时会造成水泥制品破坏，如开裂、崩溃等。方镁石引起的膨胀严重程度与其含量、晶体尺寸等都有关系。晶体小于1um，含量5%时就会引起轻微膨胀；晶体在5～7um，含量达到3%就会引起严重膨胀。为此，国家标准中限定了氧化镁含量，实际生产中还应采用快速冷却熟料、掺加混合材等措施缓和膨胀的影响。