水泥矿物组成的计算方法

水泥矿物组成的计算方法

矿物组成的计算方法

研究水泥的矿物组成，一般是采用显微镜分析法、X射线分析法、化学分析法和热分析法等。在知道了水泥熟料的化学成分之后，也可以通过计算的方法，大致地求出水泥的主要矿物组成。

水泥中各种氧化物之间可能形成的矿物成分较多，目前研究清楚的只是几种主要的成分，有些还没有完全弄明白，有待矿物学专家们去继续研究。另外，水泥原料中的次要成分还能与主要化合物在一定范围内形成固溶体，或者变型的化合物，如与碱性物质(Na、K)作用形成Na.8Ca0.3Al。O。及K.23Ca0.12Si0。等。现在通过计算方法，主要是确定C3S、C2S、C3A及C4 AF四种主要矿物成分。

用计算方法求得的矿物组成，是水泥的一些标准相组成，它与真正的相组成是有一定偏差的。产生偏差的原因是由于在计算中假定水泥在煅烧中全部结晶，而且冷却后熟料中也没有玻璃相存在。实际上，在许多水泥中都含有相当多组成不定的玻璃相。玻璃相的存在不仅降低晶体化合物的总含量，而且还会产生液相与已经形成的晶体相互作用，并导致某一晶体化合物含量的降低，所以这种计算只能是大致的。许多研究证明，熟料中各个相的计算含量与实际采用显微镜得到的观测值楣比，偏差有可能达到4%～5%;其中碱性铝酸钙的偏差最大，但在大多数情况下，这样的偏差也是允许的。所以，根据水泥化学分析计算而求得的矿物组成还是可以用来评定水泥质量的。

利用这一方法进行计算时，必须首先计算出石灰饱和系数和氧化硅的碱度(CO)。所谓氧化硅的碱度，是指一分子的Si02需要多少分子Ca0与之相化合。

饱和系数KH与碱度CO的关系为

C0=3KH

如果C0=3，则熟料中的全部Si0。都化合成C。S;如果C0=2，则全部Si02都化合成C：S。据此就可以按照下面的公式求出Si0。与Ca0化合成C2S的占多少，化合成C3S的占多少，即

化合成C3S的Si02数量=C0-2

化合成C2S的Si02数量=3-CO

然后，根据B.A金德公式，可计算出水泥的矿物组成：

(1)硅酸三钙(C。S)的计算。已知l%的Si0：与2.8% Ca0相化合，可生成3.8%的C3S，根据可化合成C。S的Si0。数量，按下式就可以计算出C。S的百分含量，且口

C3S=3. 8Si02 (C0-2)

(2)硅酸二钙(C。S)的计算。已知l%的Si0。与1.87%的Ca0化合，可生成2. 87%的C2S。可按下式求出C2S的百分含量，即

C2S=2. 87Si02 (3-CO)

知果直接采用饱和系数进行计算，其计算式为：

C3S=3. 8Si02(3KH -2)=4. 07Ca0-7. 6Si02 -6. 72A12 03 -14. 2Fe2 03

C2 S=2. 87Si09(3-3KH) =8. 6Sioz +5. 07A12 03 +1. 07Fez 03 -3. 07Ca0

上式中的Si07和Ca0都是指它们在煅烧过程中起反应的一部分数量，此值为该氧化物的总含量与其成为游离状态的数量之差。

(3)铝酸三钙(C3A)的计算。在水泥中，全部Fe2 03均包含在C4 AF之内。在C4 AF中，每l%的Fe2 03能与0.64%的Al。03相结合，其余的Al：03则形成C3A，在剩余的Al2 03中每I%Al2 03能形成2.65%的C3A。于是水泥中C：jA 的含量可以按下式计算，即

C3 A=2. 65(A13 03 -0. 64Fe203)

(4)铁铝酸四钙(C。AF)的计算。已知每l%的Fe2 03能生成3.04%的C4 AF。由此C4 AF的含量可按下式计算，即

C。AF(%)=3. 04Fe203

(5)硫酸钙(CaS04)的计算。已知每l%的SO。能生成1.7%的CaS04，因此

CaS04 =1. 7S03

以上计算是按照熟料的煅烧和冷却都达到完全平衡的情况进行考虑的，但在实际生产中一般是难以达到的。熟料中除C3A外，还有由C。A中分解出的Cs A3，分解时将产生游离石灰，此时形成的C。S叱不考虑C3A分解出石灰时多。因此，计算所得C2S较实际情况多，而计算的C。S则较实际情况少;C。A和C4 AF的计算值往往也比实际情况略多。

下面以前述水泥为例进行具体计算。该水泥的饱和系数KH =0. 84。

C3S=3.8×22. 68%×(3×0.84-2) =44. 82%

C.)S=2. 87×22. 68%×(3-3×0.84) =31. 24%

C.A=2. 65×(6.74%-0. 64×3.31%)=12. 25%

C.AF=3. 04×3.31%=10. 06%

CaS04 =1.7×0.34%=0. 58%

关于硅酸盐水泥的矿物组成，R.H博格还提出了以下计算公式，即

C3 S=4. 07Ca0-7. 60Si02 -6. 72A12 03 -1. 43Fe2 03 -2. 85S03

C2 S=2. 87Si02 -0. 754C3S

C3 A=2. 65A1203 -1. 69Fe203

C4 AF=3. 04Fe203

水泥的各种矿物成分是在煅烧过程中随着不同的煅烧温度逐渐形成的。当温度达到800～1000℃时，CaCO。分解并开始与Si09、A12 03发生固相反应，形成部分矿物;当温度达到1300～1450℃时，固相反应完成，部分矿物熔融成为液相，并产坐部分新的矿物。

这些问题属于水泥生产工艺学方面的研究内容，在此不拟详述。但是，作为混凝土工作者，了解水泥矿物组成对水泥性能有什么影响也是十分必要的。