硅酸盐水泥熟料的组成
硅酸盐水泥熟料的主要化学成分
硅酸盐水泥熟料的主要化学成分
硅酸盐水泥熟料主要由三种化学成分组成，分别是C3S、C2S和C3A。
其中，C3S（三钙硅酸盐）占熟料总量的50-70%，是水泥的主要硬化成分，其反应速率最快，强度发展也最快；C2S（二钙硅酸盐）占熟料总量的20-30%，在水泥硬化过程中，其反应速率比C3S要慢，但是强度发展时间长；C3A（三钙铝酸盐）占熟料总量的5-10%，它是水泥中的一种玻璃质体，可以迅速反应生成一定强度的水化产物，但是熟料中的C3A含量过高会导致水泥的早期强度过高、后期强度下降。
此外，熟料中还含有少量的C4AF（四钙铁酸盐）和游离氧化钙等成分。
这些成分的含量和比例决定了水泥的品种和性能。
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熟料特性
.4 硅酸盐水泥熟料的组成2.4.1 熟料的化学组成硅酸盐水泥熟料主要由CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3四种氧化物组成，含量占95%以上，此外还有少量其它氧化物。
四种主要氧化物含量的波动范围为：CaO 62～67% SiO220～24%Al2O34～7% Fe2O32.5～6.0%水泥熟料中各氧化物的含量对水泥的性质有极大影响，从氧化物的含量，大致可推断水泥的性质。
2.4.2 熟料的矿物组成硅酸盐水泥熟料中主要由以下四种矿物组成：硅酸三钙3CaO•SiO2，通常简写为C3S；硅酸二钙2CaO•SiO2，通常简写为C2S；铝酸三钙3CaO•Al2O3，通常简写为C3A；铁铝酸四钙4CaO•Al2O3•Fe2O3，通常简写为C4AF。
这四种主要矿物组成决定硅酸盐水泥的主要性质，在硅酸盐水泥熟料中，四种矿物占95%以上，C3S和C2S含量约占75%左右，称为硅酸盐矿物；C3A和C4AF约占22%左右，它们在1250～1280℃会熔融形成液相，促进C3S形成，称为熔剂矿物。
通常硅酸盐水泥熟料中，以上四种矿物组成含量波动范围如下：C 3S 37～60% C2S 15～37%C 3A 7～15% C4AF 10～18%另外，还有少量的游离氧化钙（f－CaO）、方镁石（结晶氧化镁）、含碱矿物和玻璃体等。
2.4.3 熟料的物理性能要求水泥熟料的性能在很大程度上决定了水泥的性能，熟料是水泥厂的半成品，近年来也越来越多地作为商品出售。
JC/853－1999对硅酸盐水泥熟料的物理性能提出了具体要求：初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于390min；沸煮法检验安定性合格；熟料应不带有杂物，运输和储存应不与其他物品相混杂。
2.4.4 化学成分与矿物组成间的关系熟料中的主要矿物由各主要氧化物经高温煅烧化合而成，熟料矿物组成取决于化学组成，控制合适的熟料化学成分是获得优质水泥熟料的中心环节，根据熟料化学成分也可推测出熟料中各矿物的相对含量高低。
材料工程技术专业《硅酸盐水泥熟料的矿物组成》
硅酸盐水泥熟料的矿物组成在硅酸盐水泥熟料中，CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3等并不是以单独的氧化物存在，而是以两种或两种以上的氧化物反响组合成各种不同的氧化物集合体，即以多种熟料矿物的形态存在。
这些熟料矿物结晶细小，通常为30～60um，因此，可以说硅酸盐水泥熟料是一种多矿物组成的、结晶细小的人造岩石。
1．熟料的矿物组成硅酸盐水泥熟料中的主要矿物有以下四种：硅酸三钙：3CaO·SiO2简写成C3S硅酸二钙：2CaO·SiO2 简写成C2S铝酸三钙：3CaO·Al2O3 简写成C3A铁铝酸四钙：4CaO·Al2O3·Fe2O3简写成C4AF另外，还有少量的游离氧化钙〔ƒ-CaO〕、方镁石〔即结晶氧化镁〕、含碱矿物以及玻璃体等。
硅酸三钙和硅酸二钙合称硅酸盐矿物，约占75%左右，要求最低为66%以上,它们是熟料的主要组分。
铝酸三钙和铁铝酸四钙合称熔剂矿物，约占22%左右。
硅酸盐矿物和熔剂矿物总和约占95%左右。
对于中等水化热、中等抗硫酸盐水泥熟料中的C3A≤％，C3S ＜％；高抗硫酸盐的水泥熟料中的C3A≤％，C3S＜％。
硅酸三钙和硅酸二钙都是硅酸盐矿物，硅酸盐水泥熟料的名称也由此而来。
在煅烧过程中，铝酸三钙和铁铝酸四钙与氧化镁、碱等在1250～1280℃开始会逐渐熔融成液相以促进硅酸三钙的顺利形成，因而把它们称之为熔剂性矿物。
四种主要矿物的含量一般范围及国内外局部水泥生产企业生产数据见表4-2。
表4-2 熟料矿物含量范围〔%〕〔1〕硅酸三钙①形成条件及其存在形式硅酸三钙是硅酸水泥熟料中的主要矿物，通常，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。
现代研究及测试技术一致证明：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。
硅酸盐水泥熟料成分
硅酸盐水泥熟料的矿物组成
硅酸盐水泥熟料的矿物组成硅酸盐水泥熟料实际上是 一种结晶细小的人造岩石（工艺岩石），它主要由 四种矿物组成：
1.硅酸三钙C3S：（3CaO·SiO2或Ca3SiO5）44-62%；
2.硅酸二钙C2S：（2CaO·SiO2或Ca2SiO4）18-30%； 3.铝酸三钙C3A：（3 CaO·Al2O3或CaAl2O6）5-18%； 4.铁铝酸四钙C4AF：（4CaO·Al2O3 ·Fe2O3或
（1）熟料中玻璃体对水泥性能的影响1） 影响水泥的颜色；2）玻璃体较多时， 能包围C2S，使C2S不易转化；3）玻璃
体提高时，水泥的抗硫酸盐性能增强。 （2）液相对煅烧的影响1）液量与煅烧 的关系C3A、C4AF在煅烧过程中，熔融 液相可以促进C3S的形成，这是它们的 一个重要作用。
如果物料中熔剂性矿物过少，使熟料易生
较高，主要引起水泥早期安定性不 良
f-CaO的危害与含量控制f-CaO与水反应生 成氢氧化钙时，体积膨胀97.9%，在硬化 水泥石内部造成局部应力，因此，随着fCaO含量的增加，首先抗拉（抗折）强度 降低，进而3天后强度倒缩，严重时引起 安定性不良。在烧成条件下死烧的一次fCaO结构比较致密，水化很慢，活性差， 通常要在加水3天后反应才比较明显，因 此一次f-CaO是引起安定性不良的主要原因； 二次f-CaO部分可能在混凝土拌制过程中已
硅酸盐水泥熟料 化学成分和矿物成分
水泥有限责任公司
硅酸盐水泥熟料的化学成分
一、主要化学成分
硅酸盐水泥熟料主要由CaO、SiO2、Al2O3、 Fe2O3四种氧化物组成。这四种氧化物通常占 95%以上，同时含有5%以下的其他氧化物，如 MgO、TiO2、P2O5以及碱（K2O与Na2O）等。 CaO：62-67%；SiO2：20-24%；Al2O3：4-7%； Fe2O3：2.5-6.0%
03-硅酸盐水泥的熟料组成
贝利特的显微结构：
反光显微镜下呈圆粒 状，也可见其他不规 则形状。正常熟料中 具有黑白交叉双晶条 纹；低温煅烧且慢冷 熟料中常发现有平行 双晶。
10
11
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§3-2 熟料矿物特性
二、硅酸二钙 （二）矿物水化特性 水化反应慢，28d水化~20%，凝结硬化慢； 早期强度低， 28d后强度较快增长， 一年后赶超A矿。 水化热小；抗水性好；
8
§2-2 熟料矿物特性
二、硅酸二钙 （一）、矿物特性： 1、多晶转变： α -C2S α‘- C2S β- C2S
＜500℃
γ- C2S 几乎无水硬性 2.97
常温下，有水硬性，不稳定 密度(g/cm3):3.28
体积膨胀10%， 熟料粉化 2、不纯，形成固溶体，简称B矿（贝利特），呈棱柱状 或板状
四种矿物性能比较
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§3-2 熟料矿物特性
种 类 产生原因 特 点 对水泥安定 性的影响 不大
五 游 离 氧
熟料煅烧过程中因欠烧、 欠烧游离氧化钙 漏生，在1100~1200℃低 （欠烧f-CaO） 温下形成
一次游离氧化钙 因配料不当、生料过粗或 （一次f-CaO） 煅烧不良，尚未与S、A、 F反应而残留的CaO 二次游离氧化钙 （二次f-CaO） 熟料慢冷或还原气氛下， C3S分解而形成的
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23
§3-4 熟料矿物组成的 计算与换算
熟料矿物组成可用：
岩相分析 测定法 X射线分析
红外光谱
计算法
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§3-4 熟料矿物组成的 计算与换算
一、计算
依据：熟料化学成分或率值 公式： 1、化学法 C3S=3.80(3KH-2)SiO2 C2S=8.60(1-KH) SiO2 C3A=2.65(Al2O3-0.64Fe2O3) C4AF=3.04Fe2O3
4.4 硅酸盐水泥熟料的组成
3.1 硅酸盐水泥熟料的化学组成
熟料矿物组成的测定
1. 岩相分析
基于在显微镜下测出单位面积中各矿物所占的百分率，再乘以相 应矿物的密度，得到各矿物的含量。 测定结果比较符合实际情况，但当矿物晶体较小时，可能因重叠 而产生误差。
2. X射线分析
基于熟料中各矿物的特征峰强度与单矿物特征峰强度之比以求得 其含量。 误差较小，但含量太低则不易测准。
(4)铝率IM ＞0.64时，C4 AF 3.04Fe2O3
本章要求
1 掌握硅酸盐水泥熟料中主要矿物的组成范围。
2 掌握C3S、C2S、C3A、铁相固溶体、f-CaO、
方镁石性能特点。
3 掌握硅酸盐水泥熟料的率值的计算方法及其
物理含义。
铁相固溶体（C2F－C8A3F )
C4AF实际是C2F-C8A3连续固溶体，在一般的硅酸盐水 泥熟料中，这种连续固溶体的化学成分接近于C4AF，简称 C 矿；矿物中也溶有少最MgO、SiO2等氧化物。C 矿在反 射光下呈白色，故又被称为白色中间相。 C4AF水化硬化速度较快，因而早期强度较高，仅次于 C3A。与 C3A不同的是它的后期强度也较高，类似 C2S。它 的水化热低，干缩变形小，耐磨，抗冲击，抗硫酸盐浸蚀 能力强。据研究发现：铁相固溶体的水化速率与其中的铝 的含量有直接关系，其含量越高，水化越快。
C3S加水调和后，凝结时间正常，水化较快， 早期强度高，强度增进率较大。其28 天强度、一 年强度是四种矿物中最高的。它的体积干缩性也 较小，抗冻性较好。但它的水化热较高，抗水性 较差，抗硫酸盐腐蚀能力也较差。另外，由于在 锻烧过程中，C3S形成需要较高的烧成温度和较 长的烧成时间，这给熟料的锻烧操作带来了困难。 因此，在实际生产中不能不切实际地追求C3S的 数量，否则将导致有害成分f-CaO增多，反而降 低熟料质量。
通用硅酸盐水泥熟料的矿物组成
通用硅酸盐水泥熟料的矿物组成1. 硅酸盐水泥简介嘿，大家好！今天咱们聊聊硅酸盐水泥，听起来有点高大上，但其实它就像咱们身边的一位老朋友，默默地在建筑中扮演着重要的角色。
你知道吗？这玩意儿广泛用于各种建筑项目，从高楼大厦到小桥流水，几乎无处不在。
硅酸盐水泥的基础，正是它的熟料，也就是那个矿物组成，今天就让我们深入探讨一下。
1.1 硅酸盐水泥的核心首先，我们得知道，硅酸盐水泥熟料主要由四种矿物组成，听起来简单，但它们的配合却是个艺术。
别担心，我这就给你逐一介绍。
最重要的得说说硅酸钙（C3S），也就是我们常说的三钙硅酸。
这家伙在水泥中占了大头，负责大部分强度的提升，简直就是个实力派。
接下来是二钙硅酸（C2S），这个小兄弟虽然不如C3S那么出风头，但它的缓慢硬化过程也有一番妙用。
说实话，C2S就像是个老成持重的长者，虽然慢半拍，却也能在长期使用中逐渐增加强度，让你不得不佩服它的耐心。
1.2 其他重要成分然后咱们得提提三钙铝酸（C3A）和四钙铁矿（C4AF）。
C3A就像个火爆脾气的年轻人，遇水反应特别快，能在早期提供强度，但一不小心就会因为水分过多而导致起泡。
所以，掌握好它的使用量是非常重要的。
而C4AF则是个神秘的角色，它的存在能提高水泥的耐热性，尤其是在高温条件下，绝对是个能顶得住压力的好伙伴。
2. 矿物组成的配比了解了这些矿物后，咱们得谈谈它们之间的配比。
其实，这就像调制一杯美味的鸡尾酒，太多或太少都会影响最终的味道。
一般来说，硅酸盐水泥的组成比例大致为：C3S占5070%，C2S占1030%，C3A和C4AF则各占515%左右。
当然，这个比例并不是一成不变的，实际应用中得根据不同的需求进行调整。
比如说，如果你需要快速硬化的水泥，就可以多放点C3S；如果是要提高抗压强度，那就得考虑增加C2S的比例。
像调味品一样，适量才能出好菜嘛！2.1 硅酸盐水泥的强度说到强度，这可是大家最关心的话题了。
你想啊，水泥的主要任务就是让建筑稳稳当当地屹立于世，所以强度至关重要。
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。
第四章 硅酸盐水泥熟料矿物组成
氧化物 缩写符号 普通名称 质量分数/%
CaO
SiO2 Al2O3
C
S A
氧化钙
二氧化硅 氧化铝
64.67
21.03 6.16
Fe2O3
无机非金属材料工学 硅酸盐水泥熟料 31
C3A的性质
密度：3.04g/cm3
X-射线衍射特征谱三强线： 2.69(100)、1.555(34)、1.905(31) 断面外形呈不规则小颗粒状、点滴状
反光能力弱，反光镜下呈暗灰色，黑色中间相
无机非金属材料工学 硅酸盐水泥熟料 32
C3A的水硬特性
水化迅速，凝结迅速，水化热大，易急凝；
24
比重
无机非金属材料工学 硅酸盐水泥熟料
不同氧化物对C2S晶型的影响
C2S的固溶特性和贝利特
贝利特(belite)：熟料中-C2S的固溶体，B矿 贝利特中常见的固溶物质： Al2O3：1.10-2.60、Fe2O3：0.40-2.20、MgO： 0.20-0.60 K2O：0.30-1.00、Na2O：0.20-1.00 P2O5：0.10-0.30、TiO2：0.10-0.30
MgO K2O
F
M K
氧化铁
氧化镁 碱 三氧化硫 二氧化碳 水
2.58
2.62 0.61
Na2OSO3 CO2 H2ON S0.34
2.03 4
C
H
硅酸盐水泥熟料矿物组成
CaO-SiO2-Al2O3系统中的水泥区
5
硅酸盐水泥熟料矿物组成
硅酸盐水泥熟料的组成
C3A与水结合后，水化迅速，凝结硬化很快，如不加石 膏等缓凝剂，易使水泥急凝。它的早期强度较高，但后期 强度增长不多，甚至倒缩。它的水化热高，干缩变形大， 抗硫酸盐浸蚀、抗碱性都较差。它的脆性也大，耐磨性差。 C3A中也可固溶少量SiO2、Fe2O3、MgO等氧化物。
② 贝利特中的钙离子具有不规则配位，使其具有较高的活性。 ③ 在贝利特结构中的杂志和稳定剂的存在也提高了其结构活性。
3.3.3中间相
填充在阿利特、贝利特之间的物质通称为中间相， 它包括铝酸盐、铁酸盐、组成不定的玻璃体、含碱化 合物、游离氧化钙及方镁石等。
铝酸钙（C3A、C12A7 、 C12A7·CaF2、C4A3Ŝ) C3A可固溶有少量SiO2、Fe2O3、MgO、R 2O等形成固溶
铁相固溶体（C2F－C8A3F ) C4AF实际是C2F-C8A3连续固溶体，在一般的硅酸盐水
泥熟料中，这种连续固溶体的化学成分接近于C4AF，简称 C 矿；矿物中也溶有少最MgO、SiO2等氧化物。C 矿在反 射光下呈白色，故又被称为白色中间相。
C4AF水化硬化速度较快，因而早期强度较高，仅次于 C3A。与C3A不同的是它的后期强度也较高，类似C2S。它 的水化热低，干缩变形小，耐磨，抗冲击，抗硫酸盐浸蚀 能力强。据研究发现：铁相固溶体的水化速率与其中的铝 的含量有直接关系，其含量越高，水化越快。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
其它： 游离氧化钙：f-CaO
~95%
方镁石：（即结晶氧化镁）
熔剂矿物
玻璃体：
3.2 硅酸盐水泥熟料的矿物组成
在硅酸盐水泥熟料中，氧化钙、氧化硅、氧化铝和氧化铁 并不是以单独的氧化物存在，而是经高温燃烧后，以两种或 两种以上的氧化物反应生成的多种矿物集合体，其结晶细小， 通常，在硅酸盐水泥熟料中主要形成四种矿物；
第3章 硅酸盐水泥熟料的组成
由于硅酸盐水泥熟料是多矿物集合体，因此熟料 的强度主要决定于4种单矿物的强度，但并不是4种
单矿物强度简单的加和。有些矿物之间有一定的促
进作用。
4、游离氧化钙
1）产生原因：当配料不当、生料过粗或煅烧不良、 欠烧、漏生、慢冷或还原气氛时，熟料中就会出现 未被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(f-CaO)。也即没有与酸性氧化 物化合而以游离状态存在的CaO。 熟料中f-CaO的产生条件不同，形态也不同，其对 水泥的质量影响也不一样。 欠烧的f-CaO、一次的f-CaO 、二次的f-CaO
第3章 硅酸盐水泥熟料的组成
水泥的质量主要决定于熟料的质量。 优质熟料应该具有适合的矿物组成和岩相结构。 熟料的化学成分不仅决定了熟料的矿物组成，同 时还与熟料的烧成工艺和资源的合理利用密切相关， 直接影响优质、高产、低消耗等经济指标。因此控 制熟料的化学成分，是水泥生产的关键环节之一。
3.1 熟料的化学成分
一、硅酸三钙 1．热力学稳定性 1250℃-2065℃。 高于2065℃：不一致熔分解 低于1250℃： 实际上在1250℃以下分解反应进行得非常缓慢， 只有在慢冷且还原气氛下才明显进行，所以C3S在 室温下可以呈介稳状态存在。
2．多晶转变
C3S有三个晶系7种变型：斜方晶系的R型；单斜
晶系的MⅠ、MⅡ、MⅢ型和三斜晶系的TⅠ、TⅡ、TⅢ
6）水化特性
①水化速度在早期介于铝酸三钙和硅酸三钙之间。
但随后的发展不如硅酸三钙。
②早期强度类似于铝酸三钙，后期还能继续增长，
类似于硅酸二钙。
③水化热较铝酸三钙低，抗冲击性能、抗硫酸盐性
能好，耐磨。
因而，大体积工程，抗硫酸盐工程可适当提高其含
硅酸盐水泥熟料矿物组成及其配料计...
3.1.2
熟料的矿物组成
硅酸盐水泥熟料是一种多矿物组成的、结晶细小 的人造石。通常为30～60μ m。
(1)主要矿物
硅酸三钙（3CaO· 2，简写成C3S） SiO 硅酸二钙（2CaO· 2，简写成C2S） SiO 铝酸三钙（3CaO· 2O3，简写成C3A） Al 铁铝酸四钙（4 CaO· 2O3· 2O3，简写成C4AF） Al Fe
3.2.2 硅率 SiO 2 n (或SM) Al 2 O 3 Fe 2 O 3
含义：熟料中SiO2含量与Al2O3、Fe2O3之和的比例。 反映了熟料中硅酸盐矿物（C3S+C2S）与熔剂矿物 （C3A+C4AF）的相对含量。
◇SM值与熟料矿物及煅烧之间的关系
SM值过高，表示硅酸盐矿物多，熔剂矿物少， 对熟料强度有利，但将给煅烧造成困难；随SM值的 降低，液相量增加，对熟料的易烧性和操作有利， 但SM值过低，熟料强度低，操作困难。 一般取值：1.7～2.7。
二次fCaO
◆方镁石（MgO） 指游离状态的氧化镁晶体。 ◇产生 一部分氧化镁存在于玻璃体中，一部分结晶呈游 离状态。当熟料快冷时，结晶细小，慢冷时晶体发育 较大，结构致密。 ◇危害 方镁石与水反应速度很慢，几个月甚至几年才明 显反映出来。水化生成Mg(OH)2时，体积膨胀148%，在 水泥石内产生应力，轻者会降低水泥制品强度，重者 会造成水泥制品破坏。方镁石含量越多，晶体尺寸越 大，引起的破坏越严重，因此，应限制其含量及晶体 尺寸。熟料冷却速度越快，方镁石晶体越小，含量越 少。
第三章 硅酸盐水泥熟料矿物组成 及其配料计算
3.1
硅酸盐水泥熟料的 化学组成和矿物组成
硅酸盐水泥熟料----是一种由主要含CaO、
SiO2、Al2O3、Fe2O3的原料按适当比例配合磨
硅酸盐水泥熟料
3
硅酸盐水泥熟料
• 硅酸盐水泥熟料，是一种由主要含有 CaO、SiO2、Al2O3、 Fe2O3的原料，按适当比例配合磨成细粉并烧至部分熔融所 得以硅酸钙为主要矿物成分的水硬性胶凝物质。 • 硅酸盐水泥熟料可用于通用硅酸盐水泥中、抗硫酸盐水泥、 中等水化热水泥中等。 • 硅酸盐水泥熟料矿物结晶非常细小30-60um，是一种多矿 物组成的、结晶细小的人造岩石。 •
C3S, C4AF,C3A,f-CaO C3S, C4AF,C3A C3S,C2S,C4AF,C3A C2S,C4AF,C3A
C3S,C2F, C4AF ,f-CaO C3S,C2F, C4AF C3S, C2S C2F, C4AF C2S C2F, C4AF
3.6.2 硅率
• 1.硅率表达式：又称硅酸率，表示熟料中SiO2的百分 含量与Al2O3和Fe2O3百分含量之比；还表示熟料中硅 酸盐矿物与溶剂矿物的比例关系。用SM（n)表示：
矿物组成：具有一定化学成分和结构特征的稳定 单质和化合物。
材料中的元素和化合物以特定的矿物形式存在并决定着材 料的许多重要性质
3.1
• 熟料的矿物组成
矿物组成
硅酸盐矿物~75%
3CaO•SiO2，C3S 2CaO•SiO2，C2S 3CaO•Al2O3，C3A
4CaO•Al2O3•Fe2O3，C4AF
• 4．氧化钛：来源于粘土，≯0.3%，矿化剂作用0.5-1.0%，形 成固溶体，稳固β- C2S，提高早期强度。过高降低强度。 • 5． P2O5： 矿化剂作用0.1-0.3%，↑1%P2O5：Ｃ3S↓9.9% • Ｃ2S↑10.9%，降低早强。
• 3.6 熟料的率值
• 硅酸盐水泥熟料中各主要氧化物含量之间比例关 系的系数称为率值。 • 控制生产的主要指标。 • 有些国家，如日本采用 HM, SM 和 IM 三个率值来 控制熟料成分，结果还比较满意。我国从日本引 进的冀东水泥厂也用此三个率值来控制生产。 • 但不少学者认为水硬率的意义不明确，因此，又 提出了不同的与石灰最大含量有关的计算公式， 常见的有 KH 和 LSF 。
硅酸盐水泥熟料的化学成分
◆游离氧化钙（f-CaO） 游离氧化钙（ CaO）
◇ 定义
是指熟料中没有以化合状态存在而是以游离状态 是指熟料中没有以化合状态存在而是以游离状态 存在的氧化钙。 存在的氧化钙。
实际生产中，采用急冷，故以 型存在。 实际生产中，采用急冷，故以β- C2S型存在。 型存在
水化特性
28d只水化20 左右， 20% 1）水化反应较C3S慢，28d只水化20%左右，凝 水化反应较C 结硬化慢； 结硬化慢； 2）早期强度低，但28d后强度仍能较快增长， 早期强度低， 28d后强度仍能较快增长， 一年后其强度可赶超阿利特； 一年后其强度可赶超阿利特； 3）水化热小； 水化热小； 抗水性好。 4）抗水性好。
熟料的矿物组成及岩相结构
50%） （1）硅酸三钙（C3S)（~50%） 硅酸三钙（
矿物特性
◇存在形式 纯C3S只在2065℃~1250℃温度范围内稳定，在 2065℃以上不一致熔融为CaO与液相；在1250℃以 下分解为C2S和CaO。 C S CaO 纯C3S具有同质多晶现象,熟 料中C3S不纯，总是与少量的其 他氧化物如Al2O3、Fe2O3、 MgO R 2O等形成固溶体。在反光显 微镜下为黑色多角形颗粒 黑色多角形颗粒，又 黑色多角形颗粒 称阿利特（Alite），简称A矿。 阿利特（ ），简称 矿 阿利特 ），简称
（4）铁铝酸四钙（C4AF） (10~18%) 铁铝酸四钙（ AF） 矿物特性
铁铝酸四钙代表的是一系列连续的铁相固溶 体。通常固溶有少量的MgO、 SiO2等氧化物，又称才利特 才利特 （Celite）或C矿。 Celite） 在反光镜下其反射能力强， 呈亮白色 亮白色，并填充在A矿与B 亮白色 矿之间，也称白色中间相 白色中间相。 白色中间相
硅酸盐水泥熟料的组成
水泥的质量主要取决于熟料的质量，优质熟料应该具
有合适的矿物组成和岩相结构。因而控制组成十分关键。
硅砖
SiO2
玻璃
石英
酸性矿渣 硅灰石瓷
碱性矿渣
硅酸盐水泥
半硅砖 瓷 火山灰 粘土
高铝砖 电熔莫来石
石灰质耐火材料
刚玉
CaO
高铝水泥
Al2O3
图1 CaO-Al2O3-SiO2系统中各种材料组成范围示意图
✓与阿利特晶体尺寸和发育程度有关
•A矿数量多、B矿含量少、二 次B矿含量少、中间相数量适 中、分布均匀、A矿晶体结晶 规则（发育完整）、尺寸细 小、大小均齐（约20μ左右）, 轴比较小 •3d:38.4MPa; 28d:68.7MPa •f-CaO:0.62%; C3S:69.2% •生料细度(0.08mm): 10~12%
✓阿利特（Alite）：熟料中C3S总与少量的其他氧化物 如Al2O3、Fe2O3、MgO、R2O等形成固溶体。在反光 显微镜下为多角形颗粒，又称阿利特（Alite），简称 A矿，常以M型或R型存在。
结晶大小不等的A矿、断面 存在较多微裂纹
长宽比偏大的板、柱状A矿、 结晶细小的板柱状和六方片 状A矿
少量氧化物对硅酸三钙多晶态的稳定作用：
➢硅酸三钙的物理性质 ✓纯硅酸三钙色洁白；当含有少量氧化铬时，呈绿 色；含有钴的价数不同，可呈浅兰色或玫瑰红色； 密度3.14-3.25g/cm3
➢硅酸三钙的化学性质 ✓加水调和后，凝结时间正常，水化较快，粒径为 40-45μm的硅酸三钙颗粒加水后28天，可以水化70% 左右。强度发展比较快，早期强度高，强度增进率 较大，28天强度可以达到一年强度的70-80%，四种 熟料矿物中强度最高。水化热较高，抗水性较差。
硅酸盐水泥中矿物组成
硅酸盐水泥熟料主要由氧化钙（CaO，简写为C）、二氧化硅（SiO2简写为S）、氧化铝（Al2O3简写A）和氧化铁（Fe2O3简写为F）四种氧化物组成。
通常这四种氧化物总量在熟料中占95％以上。
每种氧化物含量虽然不是固定不变，但其含量变化范围很小，水泥熟料中除了上述四种主要氧化物以外，还有含量不到5％的其他少量氧化物，如氧化镁、氧化钛、三氧化硫等。
氧化钙是熟料中最主要的成分，它与熟料中其他氧化物如Si02、A1203、Fe203等发生化学反应，生成熟料矿物如硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙等。
一般情况下，随着熟料中CaO含量的增加，熟料中矿物成分C3S含量增大，从而可以提高水泥的强度。
但是CaO的含量不是越多越好，而是有一个最佳含量，即与SiO2、A1203、Fe203等氧化物化合后没有剩余的CaO存在的量。
假如CaO含量超过其他氧化物与之化合所需的量，则多余的CaO会以游离状态存在于熟料中，从而影响水泥的体积安定性。
二氧化硅也是硅酸盐水泥熟料中最主要化学成分之一。
它在高温下与CaO发生反应，生成硅酸盐矿物硅酸三钙和硅酸二钙。
假如熟料中SiO2含量低，生成的硅酸盐矿物量就减少，从而影响水泥的强度。
另外SiO2含量对熟料煅烧也会产生很大影响。
熟料中氧化铝可以与CaO、Si02、Fe203发生反应，生成铝酸三钙和铁铝酸四钙。
当A1203含量增加时，水泥的凝聚、硬化速度加快，但是水泥后期强度增长缓慢，并且降低了水泥的抗硫酸盐性能。
A1203含量高的水泥，在水化时放热快，而且水泥的水化热较大。
氧化铁也是熟料中重要的化学成分之一，可以与CaO、A1203反应生成铁铝酸四钙。
增加熟料中的Fe203含量，可以降低水泥熟料的熔融温度，但会导致水泥水化和硬化速度变慢。
其他少量氧化物的存在，也会不同程度地影响着硅酸盐水泥熟料的煅烧过程和水泥性能。
2.2硅酸盐水泥熟料矿物组成在水泥熟料中，氧化钙、二氧化硅、氧化铝和氧化铁等都不是以单独的氧化物形式存在，而是经过高温煅烧后，两种或两种以上的氧化物反应生成的多种矿物集合体，其结晶细小，通常为30～60μm。
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第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
三、熟料矿物的特性 3、中间相
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第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
三、熟料矿物的特性 3、中间相
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第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
三、熟料矿物的特性 3、中间相
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四种矿物性能比较
名称 含量范围 凝结硬化速度 水化放热量 C3S 50~60% 快 多 C2S 20% 慢 少 C3A C4AF 7~15% 10~18% 最快 最多 较快 中
780~860℃ ※若还原性气氛，温度低，液相量不足，在 500 ℃ 以下， C2S由密度 α型为三方或六方晶系；α′型为斜方晶系； β 型为单斜晶系； γ型
3的β型转变为密度2.97kg/m3的γ型，体积膨胀10％而 3.28kg/m 为斜方晶系。 H表示高温型，L表示低温型。 使熟料粉化。
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第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
由主要含CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3的原料，按适当比
例配合磨成细粉（生料）烧至部分熔融，所得以硅酸钙
为主要成分的水硬性胶凝物质，其中硅酸钙矿物含量
（质量分数）不小于65%，氧化钙和氧化硅质量比不小 于2.0。
◆三种表示方法： •化学组成 •矿物组成 •率值
C3S、 C2S、 C3A、 C4AF
R型为三方晶系，M型为单斜晶系，T型为三斜晶系
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第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
三、熟料矿物的特性
1、硅酸三钙(tricalcium silicate)
在熟料中，C3S不以纯的形式存在，总是与少量的其他氧 化物如 Al2O3、 Fe2O3、 MgO 、 R2O等形成固溶体，称之为 阿利特（Alite），简称A矿。 在反光显微镜下为黑色多角形颗粒。 常温下，A矿晶型为M型或R型。
4CaO· Al2O3 · Fe2O3
6CaO· 2Al2O3 · Fe2O3
0.526
0.522
1.442
1.335
0.551
0.548
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第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
三、熟料矿物的特性 3、中间相 （2）铁相固溶体(ferrite solid solution)
矿物水化特性 • 水化速度：早期介于C3A、C3S间，后期的发展不如C3S; • 水化热较C3A低，抗冲击性能和抗硫酸盐性能较好； • 早期强度似C3A，后期能增长，似C2S。
三、熟料矿物的特性 2、硅酸二钙(ditricalcium silicate)
纯C2S具有同质多晶现象。 纯C2S在1450℃以下有下列多晶转变：
1425 C 1160 C 630~ 680 C 500 C H L 690 C
CaO-SiO2-Al2O3系统中的水泥区
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第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
二、熟料的矿物组成及含量
硅酸盐水泥熟料是一种多矿物组成的、结晶细小 （ 30~60μm ）的人造石。
主要四种矿物：
硅酸三钙： 3CaO· SiO2，可以简写C3S，50~60%； 硅酸二钙： 2CaO· SiO2，可以简写C2S， ≈20％； 铝酸三钙： 3CaO· Al2O3 ，可以简写C3A，7～15％； 铁相固溶体：4CaO· Al2O3· Fe2O3，简写 C4AF， 10～18％。
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第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
一、熟料的化学成分及含量
•国内部分新型干法水泥企业的硅酸盐水泥熟料化学成分 ％
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第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
一、熟料的化学成分及含量
如将主要氧化物的含量（CaO＋SiO2＋Al2O3）换算成 100％（将Fe2O3计算在Al2O3中），则硅酸盐水泥熟料的组 成几乎落在C3S-C2S-C3A三角形的区域中。
2年
78.02 99.12
3、中间相
※充填在阿利特和贝利特之间的铝酸盐、铁酸盐、组成不 定的玻璃体和含碱化合物等统称为中间相。
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第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
三、熟料矿物的特性 3、中间相 （1）铝酸三钙（tricalcium aluminate)
C3A可固溶有少量SiO2、Fe2O3、MgO、R 2O等形成 固溶体，在反光镜下，其反光能力弱，呈暗灰色，并 填充在A矿与B矿中间，又称黑色中间相。
三、熟料矿物的特性 2、硅酸二钙(ditricalcium silicate)
在熟料中，C2S不以纯的形式存在，总是与少量的其他氧
化物如 Al2O3、 Fe2O3、 MgO 、 R2O等形成固溶体，称之为
贝利特（Belite），简称B矿。 在反光显微镜下呈圆粒状，常具有黑白交叉双晶条纹。 常温下，B矿为介温态。
三、熟料矿物的特性 3、中间相 （2）铁相固溶体(ferrite solid solution)
熟料中铁相较复杂。铁铝酸四钙代表的是一系列连续的 铁相固溶体。 通常固溶有少量的MgO、 SiO2等氧化物，称之为才利特 （Celite）或C矿。 在反光镜下其反射能力强，呈亮白色，并填充在A矿与B
水泥工艺学
主讲：戴晨晨
1
2
第六章 水 泥
第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
3
第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
本节提要： 一、熟料的化学成分及含量 二、熟料的矿物组成及含量
三、熟料矿物的特性
四、熟料的率值 五、熟料矿物组成的计算 六、熟料化学成分、矿物组成和率值之间的关系
4
本节导入：
※硅酸盐水泥熟料（clinker)
三、熟料矿物的特性
1、硅酸三钙(tricalcium silicate)
矿物水化特性： •水化较快，水化反应主要在28d内进行，约经一年后水化 过程基本完成；
•水化热较高，抗水性较差;
•早期强度高，强度的绝对值和强度的增进率大，居四种 矿物之首，28d强度达一年强度的70%~80%。
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第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
1、硅酸三钙(tricalcium silicate)
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第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
三、熟料矿物的特性
1、硅酸三钙(tricalcium silicate)
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第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
三、熟料矿物的特性
1、硅酸三钙(tricalcium silicate)
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第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
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回转窑熟料 45~65 立窑熟料 38~60 国内新型干法窑熟料 53 （20家平均） 国内重点水泥企业熟料 54 （56家平均） 国外水泥企业熟料 （23家平均） 57
第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
二、熟料的矿物组成及含量
金相显微镜下：
C3S 铁相固溶体 铝酸三钙
C2S
硅酸盐水泥熟料在反光显微镜下的岩相照片
矿之间，也称白色中间相。
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第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
三、熟料矿物的特性 3、中间相 （2）铁相固溶体(ferrite solid solution)
表6-6 C2F、C4AF、C6A2F晶胞的尺寸
化合物 2CaO· Fe2O3 a（nm） 0.532 b（nm） 1.463 c（nm） 0.558
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第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
三、熟料矿物的特性 3、中间相 （1）铝酸三钙（tricalcium aluminate)
矿物水化特性
水化快，凝结快；
水化热高，干缩变形大，脆性大，耐磨性差，抗硫酸
盐性能差； 早强较高，但绝对值不高。3d发挥出大部分强度，以 后不增长，甚至倒缩。
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第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
熔剂矿物过多：物料在窑内易结成大块，在回转窑内结圈， 在立窑内结炉瘤。
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第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
三、熟料矿物的特性 4、游离氧化钙和方镁石 （1）游离氧化钙 （Free-lime或f-CaO）
对水泥 游离氧化钙指熟料中经高温煅烧仍未化合的氧化钙， 安定的 产生原因 种类 特点 也称游离石灰。 影响性 欠烧f-CaO 熟料煅烧过程中因欠烧、漏 生，在1100~1200℃低温下形 成 结构疏松多孔 不大
一次f-CaO 因配料不当、生料过粗或煅 呈“死烧状态”， 大 烧不良，尚未与S、A、F反应 结构致密 而残留的CaO
二次f-CaO 熟料慢冷或还原气氛下，C3S 经过高温，结构致 较大 分解而形成的 密，水化较慢
熟 料
5
第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
一、熟料的化学成分及含量
主要氧化物：CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3
其总和通常占熟料总量的95%以上。
实际生产中硅酸盐水泥中各主要氧化物含量的波动范围一般为： CaO --C 62%～67% 不同品种 SiO2 --S 20%～24% 的水泥氧 化物含量 Al2O3 --A 4%～7% 可能不在 该范围 Fe2O3 --F 2.5%～6% 其它:MgO(M);SO3 (S);Na2O、K2O(R2O);TiO2(T);P2O5 (P)等， 其总量通常占熟料的5%以下。
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第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
三、熟料矿物的特性
1、硅酸三钙(tricalcium silicate)
纯C3S是在室温下存在的介稳的高温型矿物。 纯C3S具有同质多晶现象。
960C 920C 520C R M 3 M 2 M 1 T3 T2 T1 1070C 1060C 990 C
图6-6 γ型C2S
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第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
三、熟料矿物的特性 2、硅酸二钙(ditricalcium silicate)
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第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
三、熟料矿物的特性 2、硅酸二钙(ditricalcium silicate)
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第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
三、熟料矿物的特性 2、硅酸二钙(ditricalcium silicate)