熟料的组成
材料工程技术专业《熟料的组成》
硅酸盐水泥熟料的组成化学组成〔1〕主要化学成分与含量硅酸盐水泥熟产料的主要化学成分是CaO、SiO、Al2O3、Fe2O3四种氧化物，其总和通常点熟料总量的95以上。
在实际生产中，硅酸盐水泥熟料中主要氧化物含量的波动范围一般为：CaO 62％～67％， SiO2 202124％， Al2O3 4％～7％，Fe2O3 2.5％～6％。
〔2〕化学要求生产中，各类硅酸盐水泥熟料(通用、中等抗硫酸盐、中等水化热、高抗硫酸盐的水泥熟料等类型)中的化学成分应控制在以下范围：CaO/SiO2 ≥2.0MgO ≤5.0％；当制成P.Ι型硅酸盐水泥样品的压蒸安定性合格时，允许到6.0％。
SO3 ≤1.0％中等水化热或中等抗硫酸盐的水泥熟料K2O+Na2O ≤0.60％低碱度的硅酸盐水泥熟料K2O+Na2O ≤0.60％。
矿物组成〔1〕主要矿物成分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。
〔2〕主要矿物含量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≤5.0％，C3S＜55.0％；高抗硫酸盐的水泥熟料中的C3A≤3.0％，C3S＜55.0％。
回转窑生产的熟料，四种主要矿物的含量范围：C3S 54～65%，C2S 15～32%，C3A4～11%，C4AF10～18%。
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作率值。
第三章熟料的组成
课堂测验题：
1.请推导IM<0.64时的KH公式。 2.某熟料中SiO2含量为20%，已知与SiO2化合的
CaO含量为50.4%，试计算该熟料的KH。(已知分 子量分别是：Si:28，O:16，Ca:40, Fe:56, Al:27) 3.请说明熟料粉化的原因。 4.水泥粉磨时，为什么要加入石膏？但又为什么 要限制其掺量？
颗粒层的填充结构 1、等径球形颗粒群的规则排列结构 等径球形颗粒的平面排列形式： 立方排列和六方排列
规则填充
规则填充：(a)和 (d)是在下层球的正上面排 列上层球； (b)和(e)是在下层球和球的切点 上排列上层球； (c)和(f)是在下层球间隙的 中心上排列上层球。
布拉伐格子是晶格的 一种数学抽象，其中 布拉伐格子的所有格 点都是几何位置上等 价、周围环境相同的 点；若把原子或原子 团安置在布拉伐格子 的每一个格点上，就 可得到相应的晶格。 虽然晶格的类型很多， 但自然界中的布拉伐格子却只有14种。这14种布拉
系统中的水泥区
(二)矿物组成
四种矿物主要是:硅酸三钙,3CaO.SiO2,简写C3S;
硅酸二钙,2CaO.SiO2,简写C2S;
铝酸三钙,3CaO.Al2O3,简写C3A;
铁铝酸四钙,4CaO.Al2O3.Fe2O3,简写C4AF;
此外,熟料中还有:fCaO，和MgO,含碱矿物及玻璃体。
注意:在反光显微镜下,C3S呈黑色多角形;C2S呈黑白双晶 条纹的圆形;反射能力强的白色中间相是铁相固溶体,反
α,α’型C2S强度较高,而γ型C2S几乎无水硬性.在立窑厂有 时熟料常出现粉化现象,就是由于出现了β型向γ转变,体 积膨胀的结果.
Blite水化反应较慢,28d仅水化20%左右,凝结硬化缓慢,早 期强度较低,但后期强度增长率较高,在一年后可赶上
水泥熟料组成及特性
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第四节 水泥熟料组成及特性
③C3A结构特征
结构中的铝离子、钙离子具有较高活性； 结构中存在较大的“空穴”，水化速度快。
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第四节 水泥熟料组成及特性
④C4AF结构特征
C4AF也称才利特或C矿。在透射光下，呈黄 褐色或褐色的晶体，有很高的折射率。其结 构特征为： 高温时形成一种固溶体，在铝原子取代铁 原子时引起晶格稳定性降低。
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大的水化速度。
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第四节 水泥熟料组成及特性
②C2S结构特征
C2S称为贝利特或简称B矿（因为没有纯的C2S ，固溶有MgO，Al2O3，Fe2O3 等） 。 C2S有4种晶型，在2130℃下烧至熔融为α型，1420°C为α′型，温度降至 675℃转变为β型，降到300~400℃转变为γ型。 强度以α型最高，以后随温度降低和晶型转变而降低，到γ型几乎没有强度， 体积膨胀10％，造成熟料粉化。
C4AF---呈棱柱状或圆粒状，反光能力强，在反光镜下呈亮白色，称为白色中间相。
School of Highway, Chang’an University长安大学公路学院来自第四节 水泥熟料组成及特性
①C3S结构特征
C3S称为阿利特或简称A矿（因为没有纯的C3S ，固
溶有MgO，Al2O3，Fe2O3 等）。其晶体断面 为六角形和棱柱形。
硅酸盐水泥的熟料矿物组成
硅酸盐水泥的熟料矿物组成1. 什么是硅酸盐水泥？好啦，大家伙儿，今天我们来聊聊一个咱们生活中挺重要的东西——硅酸盐水泥。
听起来有点儿高大上吧？其实，它就在咱们身边，建筑物、道路，甚至是你家阳台的地砖，基本上都少不了它的身影。
那么，硅酸盐水泥到底是个啥呢？简单来说，它是一种能让混凝土和砂浆变得更坚固的材料。
就像是给这些建筑“大块头”穿上了厚厚的盔甲。
2. 熟料矿物的组成2.1 硅酸盐熟料的组成成分硅酸盐水泥的核心是熟料，这东西是水泥生产过程中的一大明星。
熟料主要由四种矿物组成，分别是：铝酸钙（C3A）、硅酸二钙（C2S）、硅酸三钙（C3S）和铁铝酸钙（C4AF）。
说起来，这四兄弟各有千秋，绝对不简单。
就像一个篮球队，虽然每个人的特点不同，但齐心协力才能赢得比赛。
2.2 各矿物的角色与特性首先，咱们得说说硅酸三钙（C3S），它可是熟料里的大力士，负责提供水泥的早期强度。
简单说，C3S就像是个能量饮料，喝了以后立马提神醒脑，让混凝土在刚浇筑的时候就能快速“发力”。
接下来是硅酸二钙（C2S），这小子就稳重多了。
它的强度增长比较慢，但后劲十足，能让混凝土在长期使用中保持稳定的强度，给人一种“长久之计”的感觉。
铝酸钙（C3A）在这里也不甘示弱，主要负责水泥的早期水化反应。
它的反应速度快，但要小心，C3A一旦遇到水，就像是个兴奋剂，反应起来可是相当剧烈的。
最后是铁铝酸钙（C4AF），这个家伙有点儿特别，虽然它的强度贡献不算多，但在水泥的颜色和耐火性上可是大有作为。
它就像是一个颜值担当，让水泥的外观更为美观。
3. 硅酸盐水泥的优势3.1 强度与耐久性所以，硅酸盐水泥的这几位矿物兄弟，结合在一起，构成了一个非常强大的团队。
它们的配合让水泥的强度和耐久性都变得异常出色。
简单来说，水泥越强，建筑就越结实，住得也更安心。
真是“千里之行，始于足下”，一袋好水泥，能为一栋大楼打下坚实的基础。
3.2 环保与经济性而且，硅酸盐水泥在环保方面也没闲着。
第三章 熟料的组成
KH实际上表示了熟料中C3S与C2S百分含量的 比例。KH越大，则硅酸盐矿物中的C3S的比例 越高，熟料强度越好，故提高KH有利于提高 水泥熟料质量。但KH过高，熟料煅烧困难， 必须提高煅烧温度，延长煅烧时间，否则会出 现f-CaO，同时窑的产量低，热耗高，窑衬工 作条件恶化。 为使熟料顺利形成，不致因过多的游离石灰而 影响熟料的质量，通常，在工厂条件下，石灰 饱和系数一般控制在0.82~0.96之间。 值得一提的是，各国用于控制石灰含量的率值 公式有所不同，常见的有： 水硬率HM，石灰标准值KSt，李和派克石灰 饱和系数LSF。
KH
C3 S 0.8837C2 S C3 S 1.3256C2 S
从上式中可知： 当C3S=0时，KH=0.667，这时，熟料中只有 C2S，C3A，C4AF而无C3S； 当C2S=0时,KH=1，此时，熟料中无C2S，只 有C3S,C3A,C4AF。 所以KH值介于0.667~1.0之间。
CaO CaO游 1.65 Al2O3 0.35Fe2O3 0.7 SO3 2.8( SiO2 SiO2 游 )
KH
KH
CaO CaO游 1.1 Al2O3 0.7 Fe2O3 0.7 SO3 2.8( SiO2 SiO2 游 )
石灰饱和系数与矿物组成的关系可用下式表示：
四.熟料矿物组成的计算
（一）石灰饱和系数法 （二）鲍格法（代数法） （三）熟料真实矿物组成与计算矿物组 成的差异 1.固溶体的影响 2.冷却条件的影响 3.碱和其他微组分的影响
思考题
1.推导石灰饱和系数KH公式？ 2.KH过低和过高将会对熟料质量、窑的操作产生怎样 的影响？ 3. SM过低和过高将会对熟料质量、窑的操作产生怎样 的影响？ 4 .下列水泥是什么品种的水泥？ A. 91.5%熟料，5%石灰石，3.5%石膏; B. 91%熟料，5%矿渣，4%石膏; C. 96%熟料，4%石膏; D. 82%熟料，15%矿渣，3%石膏; E. 81.5%熟料，5%窑灰，10%火山灰，3.5%石 膏;
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。
关于熟料的组成
关于熟料的组成熟料的组成一、化学组成：主要氧化物：CaO SiO2Al2O3Fe2O3其总和通常占熟料总量的95%以上。
其它氧化物：如MgO SO3Na2O K2O TiO2P2O5等，其总量通常占熟料的5%以下。
实际生产中，硅酸盐水泥中个主要氧化物含量的波动范围一般为：CaO62%~67%SiO220%~24%Al2O34%~7%Fe2O3 2.5%~6%二、矿物组成：在硅酸盐水泥熟料中，各氧化物不是单独存在的，而是以两种或两种以上的氧化物反应组合成各种不同的氧化物集合体，即以熟料矿物的形态存在。
主要矿物：硅酸三钙：3CaO·SiO2简写成C3S占50%~65%硅酸二钙：2CaO·SiO2 简写成C2S占15%~35%铝酸三钙：3CaO·Al2O3简写成C3A占6%~12%铁铝酸四钙：4CaO·Al2O3·Fe2O3简写成C4AF占8%~12%其次还有：游离氧化钙：f-CaO、方镁石：MgO、玻璃体等其中：硅酸三钙和硅酸二钙合称硅酸盐矿物，一般约占75%左右，新型干法生产，约占77%左右。
铝酸三钙和铁铝酸四钙合称熔剂矿物，一般约占22%左右，新型干法生产，约占20%左右。
硅酸盐矿物和熔剂矿物总和约占95%左右。
熟料矿物特性一、硅酸三钙（A矿、又称阿里特、约占55%左右）（一）、存在形式：1、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。
2、纯C3S具有同质多晶现象。
3、化学组成：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。
4、显微结构：在反光显微镜下为黑色多角形颗粒(如下图），又称阿利特（Alite），简称A矿。
4、显微结构：在反光显微镜下为黑色多角形颗粒(二）、矿物水化特性：1、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结束。
10.3 硅酸盐水泥熟料的矿物组成ppt课件
其它氧化物：如MgO SO3 Na2O K2O TiO2 P2O5等，其总量通常占熟料 的5%以下。
；.
2
一、熟料的化学组成
◆主要化学成分要求
实际生产中，硅酸盐水泥中个主要氧化物含量的波动范围一 般为：
CaO
62%～67%
SiO2 Al2O3 Fe2O3
20%～24% 4%～7% 2.5%～6%
；.
；.
21
六、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作率 值。
表示化学成分与矿物组成之间的关系，水泥熟料的性能及其对煅 烧的影响。
在一定的工艺条件下，率值是水泥生产质量控制的主要指标。 我国主要采用石灰饱和系数（KH）、硅率（n）、铝率（p）三个 率值。
；.
22
1.石灰饱和系数
；.
31
2.熟料化学组成、矿物组成与率值的换算
◆由矿物组成计算各率值
KH C3 S 0.8838C2 S C3 S 1.3256C2 S
n
C3 S 1.3256C2 S
1.4341C3 A 2.0464C4 AF
P 1.1501C3 A 0.6383 C4 AF
；.
32
2.熟料化学组成、矿物组成与率值的换算
式中：SiO2、Al2O3、Fe2O3分别是熟料中相应氧化物的百分含量(%)。 KH是熟料的石灰饱和系数。
；.
28
1.硅酸盐水泥熟料矿物组成的计算
◆代数法：（也称鲍格法） C3S=4.07S-7.60S-6.72A-1.43F-2.86 SO3 C2S=8.60S+5.07A+1.07F+2.15SO3-3.07C=2.87S-0.754 C3S C3A=2.65A-1.69F C4AF=3.04F CaSO4=1.70 SO3
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
水泥工艺学水泥熟料的组成详解课件
水泥熟料是一种具有高活性的矿 物质，是制造水泥的重要原料。
水泥熟料的特点
水泥熟料具有高活性，可以与水发生反应，产生具有胶结性的物质。
水泥熟料是一种不可再生的资源，其消耗量较大，因此需要合理利用。
水泥熟料的生产流程
破碎：将矿物质原 料进行破碎，以便 于混合和磨细。
磨细：将混合后的 矿物质原料进行磨 细，以便于烧结。
密度
总结词
水泥熟料的密度是指单位体积的质量，是反映其致密程度的 指标。
详细描述
水泥熟料的密度可以通过比重瓶法进行测定，该方法是一种 简单而实用的方法。通过比重瓶测定水泥样品的质量和体积 ，从而得到其密度。水泥熟料的密度对其强度、耐磨性和耐 久性等方面有重要影响。
比表面积
总结词
水泥熟料的比表面积是指单位质量的水泥颗粒所具有的表面积。
主要提供钙含量，一般使用石灰岩、大理岩 等。
粘土质原料
主要提供硅铝含量，一般使用页岩、陶土等 。
校正原料
用于补充其他原料的不足，一般使用铁矿、 砂岩等。
配料比例和工艺条件
硅酸盐水泥熟料的基本配料比例：石灰质原料占
01
45%-50%，粘土质原料占30%-35%，校正原料占
15%-20%。
02 高炉矿渣作为校正原料时，石灰质原料应适当增加。
03
硫化物和硫酸盐矿物对水泥的安 定性有一定影响。
04
03
水泥熟料的物理性质
细度
总结词
水泥熟料的细度是指其颗粒大小的度量，细度对水泥的需水性、硬化速度、强度和收缩性能等方面有 重要影响。
详细描述
水泥熟料的细度可以通过各种方法进行测定，如筛分法、激光粒度仪法等。筛分法是一种常用的方法 ，通过不同孔径的筛子对水泥样品进行筛分，从而得到水泥颗粒的分布情况。激光粒度仪法则是一种 较为先进的方法，能够快速准确地测定水泥颗粒的分布和大小。
水泥—矿物组成(熟料)及特性
矿物组成 A水泥 B水泥
C3S/% 60 47
C2S/% 15 28
C3A/% 16 10
C4AF/% 9 15
结论：A水泥的C3S及C3A含 量高，而C3S 及C3A的早期强 度及水化热都较高，故A水泥 的早期强度与水化热高于B水 泥。
水泥是由多种矿物组分组成的，改变各矿物组分的
含量比例以及它们之间的匹配，则可生产各种性能各
矿物组成 与水反应速度
水化热 对强度 早期 的作用 后期 耐化学侵蚀性
干缩性
水泥熟料主要矿物 组成的性质比较
硅酸三钙 （C3S）
中 中 高 高 中 中
硅酸二钙 （C2S）
慢 低 低 高 良 小
铝酸三钙 （C3A）
快 高 低 低 差 大
铁铝酸四钙 （C4AF）
中 中 中 低 优 小
水泥熟料主要矿物 组成的性质比较 案例分析： 以下是A、B两种硅酸盐水泥熟料矿物组成百分比含量，请分析A、B两种硅酸 盐水泥的早期强度及水化热的差别。
3CaO·SiO2
生料
800 ℃左右 分解反应
SiO2 800~1450 ℃
化合反应
Al2O3
2CaO·SiO2 3CaO·Al2O3
硅酸三钙 （简式C3S）
硅酸二钙 （简式C2S）
铝酸三钙 （简式C3A）
Fe2O3
4CaO·Al2O3· Fe2O3
铁铝酸四钙 （简式C4AF）
2 硅酸盐水泥熟料主要 矿物组成的性质
异的水泥。例如，提高C3S含量可制得高强度水泥； 降低C3S 、 C3A 含量，提高C2S含量则可制得低热大 坝水泥；提高C4AF和C3S含量则可制得较高抗折强度 的道路水泥 。
硅酸盐水泥熟料主要 矿物组成的性质
什么是熟料
水泥熟料[编辑本段]水泥熟料简介cement clinker以石灰石和粘土、铁质原料为主要原料，按适当比例配制成生料，烧至部分或全部熔融，并经冷却而获得的半成品。
在水泥工业中，最常用的硅酸盐水泥熟料主要化学成分为氧化钙、二氧化硅和少量的氧化铝和氧化铁。
主要矿物组成为硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙。
硅酸盐水泥熟料加适量石膏共同磨细后，即成硅酸盐水泥。
[编辑本段]（1) 化学成分主要由CaO.SiO2.Al2O3和Fe2O3组成，其含量总和通常都在95%以上。
（2）矿物组成熟料中CaO.SiO2.Al2O3和Fe2O3不是以单独的氧化物存在的，而是两种或两种以上的氧化物经高温化学反应生成的多种矿物的集合体，主要有：硅酸三钙3CaO.SiO2 硅酸二钙2CaO.SiO2铝酸三钙3CaO.Al2O3铁铝酸四钙4CaO.Al2O3.Fe2O3通常熟料中硅酸三钙和硅酸二钙含量约占75%左右，铝酸三钙和铁铝酸四钙的理论含量约占22%左右。
（3）水泥熟料的形成过程1、水分蒸发：自由水分随物料温度而逐渐蒸发，当温度升高至100～150℃时，生料中自由水分全部被排除。
湿法生产中，料浆可达32～40%，故此干燥过程对产量、质量及热耗影响极大。
2、粘土质原料脱水：生料温度升至450℃时，高岭土脱去化学结合水。
在900°～950℃时，无定形物质又转变为晶体，同时放出热量。
3、碳酸盐分解：碳酸钙与碳酸镁在600℃都开始分解，碳酸镁在750℃时分解即剧烈进行，而碳酸钙约在900℃时才快速分解。
MgCO3＝MgO+CO2CaCO3＝CaO+CO24、固相反应：水泥熟料中的主要矿物在800～1300℃时可以由固相物质相互反应而生成。
800～900℃时,CaO与Al2O3、Fe2O3反应，生成CA、CF；900～1100℃时, 生成C12A7、C2F、C2S；1100～1300℃时, 生成C3A、C4AF。
以上反应进行时放出一定热量，物料本身温度上升很快。
混凝土水泥熟料的化学原理
混凝土水泥熟料的化学原理一、引言混凝土作为一种基础性建筑材料，其性能直接影响到建筑物的质量和耐久性。
而混凝土的主要成分之一——水泥熟料，也是混凝土性能的决定因素之一。
因此，了解水泥熟料的化学原理对于混凝土的生产和应用具有重要意义。
二、水泥熟料的定义和组成水泥熟料是一种粉状物质，是水泥的主要原料之一，由石灰岩、粘土等原材料在高温下经过化学反应而成。
水泥熟料主要由以下四种主要矿物组成：1. 硅酸盐矿物硅酸盐矿物是水泥熟料的主要组成部分，占熟料总量的40%-70%。
主要有三种：硅酸钙(CaSiO3)：硅酸钙是水泥熟料中最主要的矿物，其化学式为CaO·SiO2。
硅酸钙的生成需要高温下的化学反应，当石灰石(CaCO3)和粘土中的硅酸铝(H2Al2Si2O8)在1200℃以上的高温下反应时，生成硅酸钙。
硅酸二钙(C2S)：硅酸二钙是水泥熟料中第二主要的矿物，其化学式为2CaO·SiO2。
硅酸二钙的生成需要相对较低的温度和氧气含量，通常在1000℃左右的温度下反应。
硅酸三钙(C3S)：硅酸三钙是水泥熟料中第三主要的矿物，其化学式为3CaO·SiO2。
硅酸三钙的生成需要较高的温度(1300℃-1450℃)和氧气含量。
2. 铝酸盐矿物铝酸盐矿物是水泥熟料的次要组成部分，通常占熟料总量的10%-30%。
主要有两种：硅酸铝石(H2Al2Si2O8)：硅酸铝石是水泥熟料中最重要的铝酸盐矿物，其化学式为H2Al2Si2O8。
硅酸铝石需要较高的温度(1200℃以上)才能发生化学反应，生成硅酸钙。
铝酸三钙(C3A)：铝酸三钙是水泥熟料中次重要的铝酸盐矿物，其化学式为3CaO·Al2O3。
铝酸三钙的生成需要高温(1300℃-1450℃)和氧气含量。
3. 铁酸盐矿物铁酸盐矿物通常占熟料总量的1%-15%。
主要有两种：铁铝酸盐(C4AF)：铁铝酸盐是水泥熟料中最主要的铁酸盐矿物，其化学式为4CaO·Al2O3·Fe2O3。
水泥熟料的组成
若ＩＭ小于０.64，则熟料矿物组成为C3S、
C2S、C4AF和Ｃ２Ｆ，同理可将C4AF改写成 C2A和C2F ，可得：
ＫＨ＝ＣaO-1.1Al2O3-0.7Fe2O3/2.8SiO2
如果考虑熟料中还有游离CaO，游离SiO2和石 膏，则上面两式分别为：（上式适用条件为 IM≥0.64，下式适用条件为IM<0.64)
膏;
3.3 熟料组成设计
熟料矿物组成的选择，一般应根据水泥的 品种和强度等级、原料和燃料的品质、生料 制备和熟料煅烧工艺综合考虑，以达到优质 高产低消耗和设备长期安全运转的目的。
（一）水泥品种和强度等级
若要求生产普通硅酸盐水泥，则在保证水泥强度等级以及正 常凝结时间和良好安定性的条件下，其化学成分可在一定范围 内变动。可以采用高铁、低铁、低硅、高硅、高饱和系数低饱 和系数等多种配料方案。但要注意三个率值配合适当，不能过 份强调某一率值。强度等级要求高的熟料，其KH或SM要求应 高些；反之，可要求低些。一般情况下，采用高KH时，应适当 降低SM；采用高SM时，应适当降低KH；同时采用高KH和高 SM，由于需要较高的煅烧温度，实际生产中C3S往往难以反应 完成，会有较多f-CaO产生，影响水泥的安定性。
课堂测验题：
1.请推导IM<0.64时的KH公式。 2.某熟料中SiO2含量为20%，已知与SiO2化合的
CaO含量为50.4%，试计算该熟料的KH。(已知分 子量分别是：Si:28，O:16，Ca:40, Fe:56, Al:27) 3.请说明熟料粉化的原因。 4.水泥粉磨时，为什么要加入石膏？但又为什么 要限制其掺量？
为使熟料顺利形成，不致因过多的游离石灰而 影响熟料的质量，通常，在工厂条件下，石灰 饱和系数一般控制在0.82~0.96之间。
技术水泥熟料的形成
高岭土进行脱水分解反应时，在失去化学结合水的同时，本身结构也受到破坏，变成游离的无定形的三氧化二铝和二氧化硅，其具有较高的化学活性，为下一步与氧化钙反应创造了有利条件。在900-950℃，由无定形物质转变为晶体，同时放出热量。
表1 C3S-C2S-C3A系统熟料矿物组成
在熟料的冷却过程中，将有一部分熔剂矿物（C3A和C4AF）形成结晶析出，另一部分熔剂矿物则因冷却速度较快来不及析晶而呈玻璃态存在。C3S在高温下是一种不稳定的化合物，在1250 ℃时，容易分解，所以要求熟悉产自1300℃以下要进行快冷，使C3S来不及分解，越过1250℃以后C3S就比较稳定了。
（四）固相反应
黏土和石灰石分解以后分别形成了CaO、MgO、SiO2、Al2O3等氧化物，这时物料中便出现了性质活泼的游离氧化钙，它与生料中的二氧化硅、三氧化二铁和三氧化二铝等氧化物进行固相反应，其反应速度随温度升高而加快。
水泥熟料中各种矿物并不是经过一级固相反应就形成的，而是经过多级固相反应的结果，反应过程比较复杂，其形成过程大致如下：
技术水泥熟料的形成
水泥生料经过连续升温，达到相应的温度时，其煅烧会发生一系列物理化学变化，最后形成熟料。硅酸盐水泥熟料主要由硅酸三钙（C3S）、硅酸盐二钙（C2S）、铝酸三钙（C3A）、铁铝酸四钙（C4AF）等矿物所组成。
硅酸盐水泥生料通常是用石灰石、黏土及少量铁矿石等按适当的比例配制而成。石灰石的主要组成是碳酸钙（CaCO3）和少量的碳酸镁（MgCO3），黏土的主要矿物是高岭石（2SiO2·Al2O3·2H2O）及蒙脱石（4SiO2·Al2O3·9H2O)等，铁矿石的主要组成是氧化铁（Fe2O3）。
水泥工艺学第三章水泥熟料的组成
（3）二次游离氧化钙
熟料慢冷或还原气氛下，结构不稳定的C3S分解而形 成的氧化钙，以及熟料中碱等取代熟料矿物中的氧化钙而 形成，由于氧化钙化合后又游离出来，故称为二次游离氧 化钙。这部分氧化钙也经过了高温煅烧，并分散在熟料中， 水化较慢，对水泥的安定性也有一定影响。 在实际生产中，通常所指的游离氧化钙主要是指“死 烧状态”下的一次游离氧化钙。 f- CaO是影响水泥安定性的最主要的因素。降低fCaO含量，提高其活性，适当提高水泥的粉磨细度均有利于 改善f- CaO对安定性的影响。为确保水泥质量，一般回转 窑熟料中f- CaO应控制在1.5%以下，立窑熟料中考虑有部 分为欠烧，应控制在3.0%以下。
第三节 熟料矿物组成的计算
岩相分析法：在显微镜下测出单位面积中各矿物所占
的百分率，再乘以相应密度，得到各种 矿物含量。
X射线法： 通过各种射线和光谱分析仪器来定量分 红外光谱法： 析。 化学组成计算法：通过化学成分进行换算
岩相法测定结果可靠，符合实际情况，但当矿物晶体小 时，可能因重叠而产生误差。 X射线和红外光谱法误差都较小，但是含量太低则 不容易测准。 化学成分计算法的结果与实际情况有些出入，但是结 果一般能说明矿物组成对水泥性能的影响，因此，这种方 法在水泥厂仍然得到应用。 一、石灰饱和系数法 二、鲍格法
2、特性
水化迅速、硬化快、水化热多、早期强度发展快、后期 强度不增长，甚至倒缩、干缩变形大、抗硫酸盐性能差。 （二）铁相固溶体 1、形成 熟料中，含铁相比较复杂，其化学组成为一系列的连续固 溶体，称铁相固溶体。在熟料中含量为10-18%，其成分接近 铁铝酸四钙，所以常用C4AF来代表熟料中的铁相固溶体，又 称才利特矿或C矿。 2、特性 水化速度在早期介于C3S和C3A之间，但是随后发展不如C3S。 它的早期强度类似C3A，而后期还能不断增长，类似C2S。抗 冲击性能和抗硫酸盐性能好，水化热比C3A低。
水泥工艺学第三章水泥熟料的组成详解
2、特性
C2S在熟料中的含量为20%左右；凝结慢、水化较慢、水化 热小、早期强度低、 但28天强度发展快、一年的强度可赶上甚 至超过C3S、抗水性好。
三、中间相
定义： 填充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。
（一）铝酸钙
1、形成 熟料中的铝酸钙为C3A，含量在7-15%，有时还出现C12A7。 纯的C3A是等轴晶系，熟料中的是单斜晶系。
（2）一次游离氧化钙
当熟料配料不当、生料过粗或煅烧不良时， 熟料中出现的还没有和酸性氧化物化合而残留的 CaO，即游离状态存在的CaO。这种氧化钙经较高 的温度煅烧而呈“死烧状态”，结构致密、晶体 较大，一般10-20µm,且包裹在熟料矿物中，遇水 水化很慢，固相体积膨胀97.9%，在已经硬化的水 泥浆体内部造成局部膨胀应力，导致水泥安定性 不良。应控制其含量，保证水泥质量。
2、特性
C3S在熟料中的含量为50%左右；凝结时间正常、早期强度高、 水化热大、28天和一年的强度在四种矿物中最高、抗水性差。
二、硅酸二钙 1、形成
2CaO + SiO2 2CaO·SiO2
C2S有四种晶型，在1450℃ 以下会发生晶型转变。
α
α
，
β
γ
其中α 、 α ， 、β 晶型不稳定，但有活性和水硬性 ，γ 型晶型稳定，但没有活性和水硬性，体积会发生膨胀易粉化， 强度较低。 熟料中的C2S 也不是纯的，是C2S和一些氧化物形成的固溶 体，称为B矿或贝利特矿。
硅酸盐矿物， 占75%左右
熔剂矿物，
铁铝酸四钙(%左右
另外熟料中还有少量的游离氧化钙（f-CaO）、方镁 石、含碱矿物（R02）以及玻璃体等。
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射能力弱的黑色中间相是C3A;
硅酸盐矿物:C3S+C2S约75%
熔剂矿物:C3A和C4AF,以及氧化镁,碱等.
1.硅酸三钙(C3S)
C以3上S是.纯硅C酸3S盐只水有泥在熟2料06的5~主1要25矿0物ºC,温其度含内量才通稳常定在,5所0% 以 在室温下C3S呈介稳状态;它有三种晶系七种变形.
关于水泥四种矿物性质的比较:
1.水化速度: C3A>C3S>C4AF>C2S
2.水化热: C3A>C3S>C4AF>C2S
3.强度: C3S>C2S>C4AF>C3A
4.耐化学侵蚀:
C4AF>C2S>C3S>C3A 5.干缩性:
C3A>C3S>C2S>C4AF
三.熟料的率值
率值:各氧化物之间的比例。
(一)石灰饱和系数
在熟料四个主要氧化物中,CaO为碱性氧化物,SiO2, Al2O3和Fe2O3为酸性氧化物，两者相互化合生成四种 熟料矿物C3S、C2S、C3A和C4AF。
古特曼(A.Guttmann)和杰耳(F.Gille)认为酸性氧化物 形成碱性最高的矿物为C3S、C3A和C4AF，从而提出 了他们的石灰理论极限含量。为便于计算，可将 C4AF改写为C3A与CF，所以石灰理论极限含量计算 式为：
(2)铁相固溶体
在熟料中一般10~18%。熟料中含铁相较复杂，是 一系列的连续固溶体，一般用C4AF表示，称为铁铝 酸四钙，又称为Clite,C矿，属斜方晶系，常呈棱柱 状和圆粒状晶体,在反光镜下由于反射能力强，呈亮 白色，故通常称为白色中间相。
C4AF的水化速度在早期介于C3A与C3S之间，但随 后的发展不如C3S。早期强度类似C3A，后期还能不 断地增长，类似于C2S.抗冲击性能和抗硫酸盐性能 好，水化热较C3A低，含C4AF高的熟料难磨，所以 在道路水泥中和抗硫酸盐水泥中，C4AF含量应高些。
(1)铝酸三钙(C3A)
在熟料中含量约在7~15%的范围内,结晶完善的C3A 呈立方,八面体或十二面体.一般成玻璃相或不规则微 晶体.在反光镜下,快冷呈点滴状,慢冷呈矩形或柱形,常 因反光能力差,呈暗灰色,故称黑色中间相.
C3A水化迅速,放热多,凝结很快,硬化快,强度3d内就发 挥出来,但绝对值不高,以后几乎不增长,甚至倒缩.干缩 变形大,抗硫酸盐性能差.
颗粒层的填充结构 1、等径球形颗粒群的规则排列结构 等径球形颗粒的平面排列形式： 立方排列和六方排列
规则填充
规则填充：(a)和 (d)是在下层球的正上面排 列上层球； (b)和(e)是在下层球和 中心上排列上层球。
布拉伐格子是晶格的 一种数学抽象，其中 布拉伐格子的所有格 点都是几何位置上等 价、周围环境相同的 点；若把原子或原子 团安置在布拉伐格子 的每一个格点上，就 可得到相应的晶格。 虽然晶格的类型很多， 但自然界中的布拉伐格子却只有14种。这14种布拉
伐格子又可划分为七大晶系。 七大晶系分别是：单斜晶系、三斜晶系、三方晶系、
四方晶系、斜方晶系、六方晶系、立方晶系
面心立方堆积
2.硅酸二钙（C2S)
在熟料中含量约为20%左右，是硅酸盐水泥熟料的主要 矿物之一。在熟料中并不是以纯的形式存在，常含少量 M为gBOl,itAe或l2OB3矿, F，e2O纯3C, R2S2O在等14氧50化以物下形有成下固列溶晶体型，转通变常。称之
系统中的水泥区
(二)矿物组成
四种矿物主要是:硅酸三钙,3CaO.SiO2,简写C3S;
硅酸二钙,2CaO.SiO2,简写C2S;
铝酸三钙,3CaO.Al2O3,简写C3A;
铁铝酸四钙,4CaO.Al2O3.Fe2O3,简写C4AF;
此外,熟料中还有:fCaO，和MgO,含碱矿物及玻璃体。
注意:在反光显微镜下,C3S呈黑色多角形;C2S呈黑白双晶 条纹的圆形;反射能力强的白色中间相是铁相固溶体,反
(3)玻璃体
在实际的生产中,由于冷却速度较快,部分液相来不及 结晶而成为过冷液体，即玻璃体。
熔剂矿物太多或太少，都会影响熟料质量。
(4)游离氧化钙和方镁石
游离氧化钙又称为游离石灰，是指经高温煅烧而仍 未化合的氧化钙。
f-CaO增加，首先是抗折强度下降，进而引起3d以 后强度倒缩，严重影响安定性。
R型为三方晶系,M型为单斜晶系,T型为三斜晶系;这些 变型的晶体结构相近.
由于在硅酸盐水泥熟料中,C3S常含有少量MgO, Al2O3, Fe2O3等形成固溶体,称为Alite(A矿),通常为M型或R型 .
在Alite 中常以C2S和CaO的包裹体存在。
C期3强S凝度结增时进间率正较常大,,水28化d较强快度,可放达热一较年多强,早度期的强度高且后 70~80%,其28d强度和一年强度在四种矿物中均最 高.但C3S的水化热较高,抗水性较差.
我国回转窑f-CaO一般控制在1.5%以下，立窑控制 在2.5%以下。
方镁石是指游离的MgO晶体，它在熟料中有三种存 在形式:1.溶解于C3A、C3S中形成固溶体；2.溶于 玻璃体中；3.以游离状态形式存在。
以前两者形式存在熟料中，对硬化水泥浆体无破坏 作用，但以游离状态形式存在会造成体积安定性不 良。因此，在水泥生产中应严格限制MgO的含量。
C2S存在α,α’,β,γ等变形,在室温下, α,α’,β变形是不稳定的, 有转变成γ型的趋势.一般在熟料中α和α’较少存在；在烧 成温度较高，冷却较快时,由于固溶了少量的MgO、 A通l常2O所3、指Fe的2O硅3、酸R二2O钙等或氧B化矿物即形为成β型固硅溶酸体二而钙以.由β型于存有在固, 溶体的存在, β型的C2S可以稳定.
α,α’型C2S强度较高,而γ型C2S几乎无水硬性.在立窑厂有 时熟料常出现粉化现象,就是由于出现了β型向γ转变,体 积膨胀的结果.
Blite水化反应较慢,28d仅水化20%左右,凝结硬化缓慢,早 期强度较低,但后期强度增长率较高,在一年后可赶上
3.中间相
填充在Alite和Blite 之间物质通称为中间相,部分结晶, 部分成为玻璃体.