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、SiO

2、Al

2

O

3

、Fe

2

O

3

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% SiO

2

20～24%

Al

2O

3

4～7% Fe

2

O

3

2.5～6.0%

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•SiO

2，通常简写为C

3

S；

硅酸二钙2CaO•SiO

2，通常简写为C

2

S；

铝酸三钙3CaO•Al

2O

3

，通常简写为C

3

A；

铁铝酸四钙4CaO•Al

2O

3

•Fe

2

O

3

，通常简写为C

4

AF。

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，C

3S和C

2

S含量约占75%左右，称为硅酸盐矿物；C

3

A和C

4

AF约占

22%左右，它们在1250～1280℃会熔融形成液相，促进C

3

S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% C

2

S 15～37%

C 3A 7～15% C

4

AF 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。

氧化钙（CaO）

CaO是水泥熟料中最重要的成分，与其它氧化物形成四种主要矿物。增加CaO

含量能增加C

3S含量，CaO含量低则C

3

S低，C

2

S相应增加。一般说来，增加熟料

中的CaO含量可提高水泥强度，但CaO含量过高易产生f－CaO。二氧化硅（SiO

2

）

SiO

2也是水泥熟料的主要成分之一，与CaO形成硅酸盐矿物。SiO

2

高，C

2

S多，

C 3S低，影响水泥质量，煅烧时液相量少，烧成困难，熟料易“粉化”。 SiO

2

低，则硅酸盐矿物少，熔剂矿物增加，会降低水泥强度，煅懂时液相量多，易结大块。

三氧化二铝（Al

2O

3）

与氧化钙、氧化铁生成C

3A、C

4

AF。Al

2

O

3

高，C

3

A多，水泥凝结硬化速度快，水化

热大，抗硫酸盐性能变差。Al

2O

3

过高，煅烧时液相粘度大，不利于C

3

S形成，易

结大块。

三氧化二铁（Fe

2O

3）

与CaO、Al

2O

3

形成C

4

AF，增加Fe

2

O

3

，可降低液相粘度，降低熟料烧成温度，加

速C

3S形成，提高水泥抗硫酸盐性能，但凝结硬化变慢。Fe

2

O

3

过高，易结大块。

氧化镁（MgO）

当熟料中含有少量氧化镁时，能降低熟料液相生成温度，增加液相量，降低液相粘度，有利于熟料形成，还能改善熟料色泽。氧化镁过高会造成水泥安定性不良。

碱（K

2O＋Na

2

O）

碱易挥发，温度降低时又重新冷凝，易导致结皮、结圈和预热器堵塞。碱含量过高时易使水泥产生急凝，与活性集料产生碱－集料反应。

三氧化硫（SO

3

）

适量SO

3在烧成过程中可起矿化剂作用，在水泥中作缓凝剂，SO

3

过多会导致安定

性不良。

氧化钛（TiO

2

）

少量TiO

2

对能提高熟料强度，过高时则会降低水泥强度

氧化磷（P

2O

5）

少量P

2O

5

对β－C

2

S有稳定作用，可提高熟料强度，但过高时会导致C

3

S分解，

使强度降低，硬化过程变慢。

2.4.5 熟料矿物的特性

硅酸三钙

硅酸三钙是熟料的主要矿物，其含量通常为50%左右。硅酸三钙有三个晶系的七种变型，在1250℃以

下分解为C

2S和CaO，但反应非常缓慢，使C

3

S在室

温下呈介稳状态存在。

在硅酸盐水泥熟料中，并不是以纯的硅酸三钙存在，

而是以少量的其它氧化物，如MgO、Al

2O

3

等形成固溶体，称为A矿，或称阿利特。

形态：A矿通常为板状或柱状晶体，在显微镜下大多呈六角形。如右图

特性：硅酸三钙凝结时间正常，水化较快，强度发展快，早期强度高，且强度增进率大（28天强度可达到一年强度的70～80%）。但水化热高，抗水性差。

硅酸二钙

硅酸二钙在熟料中含量一般为20%左右，

硅酸二钙有四种晶型，α－C

2

S、α’－

C 2S、β－C

2

S、γ－C

2

S，实际生产的正常

熟料以β－C

2

S存在，当烧成温度低，液

相量不足，C

2

S含量高，冷却速度慢，窑

内还原气氛严重时，C

2

S在低于500℃时，

容易由β－C

2

S转变为几乎无水硬性的γ

－C

2

S，体积膨胀10%，造成熟料粉化。液

相量较多，采用急冷时，可防止C

2

S晶型转变。

熟料中的C

2

S并不是以纯的形式存在，而是溶进少量的其它氧化物形成固溶体，称为B矿，或称贝利特。

形态：贝利特晶体多数呈圆形或椭圆形，表面光滑或有双晶纹。如右图。