硅酸盐水泥熟料的形成
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。
硅酸盐水泥熟料
组成
硅酸盐水泥熟料主要有CaO、SiO2、Fe2O3、Al2O3四种氧化物组成，在熟料中占95%，另5%为其他氧化物， 如MgO、SO3等。
水泥熟料经高温煅烧后，CaO、SiO2、Fe2O3、Al2O3四种氧化物不是以单独的氧化物存在，而是以两种或两 种以上的氧化物反应生成的多种矿物集合体。
硅酸盐水泥熟料中主要形成四种矿物：硅酸三钙，3 CaO·SiO2，简写C3S,占50～60%，称阿利特（Alite） 或A矿；硅酸二钙，2 CaO·SiO2，简写C2S,占20～25%，称贝利特（Belite）或B矿；铝酸三钙，3CaO·Al2O3， 简写C3A,占5～aO·Al2O3·Fe2O3，简写C4AF,占10～15%，称才 利特（Celite）或C矿。
硅酸盐水泥熟料
建筑材料
01 组成
03 分类
目录
02 熟料的化学组成 04 率值
05 煅烧
07 化学性能
目录
06 粉磨 08 物理性能
硅酸盐水泥熟料是以石灰石和粘土为主要原料，经破碎、配料、磨细制成生料，然后在水泥窑中煅烧而成的。 矿渣硅酸盐水泥简称矿渣水泥。它由硅酸盐水泥熟料、20%-70%的粒化高炉矿渣及适量石膏组成。火山灰质硅酸 盐水泥简称火山灰水泥。它由硅酸盐水泥熟料、20%-50%的火山灰质混合材料及适量石膏组成。粉煤灰硅酸盐水 泥简称粉煤灰水泥。它由硅酸盐水泥熟料、20%-40%的粉煤灰及适量石膏组成。
分类
水泥熟料按用途和特性分为：通用水泥熟料、低碱水泥熟料、中抗硫酸盐水泥熟料、高抗硫酸盐水泥熟料、 中热水泥熟料和低热水泥熟料。
率值
水泥熟料是一种多矿物集合体，而这些矿物又是由四种氧化物化合而成。因此在熟料生产控制中，不仅要控 制氧化物含量，还要控制氧化物间的比例即率值。熟料率值有三个，各国学者因认识不同采用形式不一，我国采 用饱和比KH、硅酸率SM、铝氧率IM（AM）三大率值。
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%
通用硅酸盐水泥的定义及其熟料的主要矿物成分
通用硅酸盐水泥的定义及其熟料的主要矿物成分
通用硅酸盐水泥是一种常见的水泥类型，也称为普通硅酸盐水泥。
它
是一种由熟料和适量石膏混合而成的粉末状物质，通过加入适量的水
与其反应产生强度较高的固体材料。
通用硅酸盐水泥具有较高的强度、优良的耐久性和化学稳定性，广泛应用于建筑、道路、桥梁等工程领域。
通用硅酸盐水泥的熟料主要由以下矿物成分组成：
1. 硅酸盐类矿物：主要包括三种：三钙硅酸盐(C3S)、二钙硅酸盐(C2S)和三钙铝骨架硅酸盐(C3AS)。
其中，C3S是最主要的成分，占总量的50%~70%，它具有快速凝结和早期强度高等特点；C2S占总量
20%~30%，具有缓慢凝结和后期强度高等特点；C3AS占总量
5%~10%，对提高早期强度有一定作用。
2. 铝酸盐类矿物：主要包括二钙铝骨架硅酸盐(C2AS)和四钙铝骨架硅
酸盐(C4AS)。
它们的作用是增加水泥的耐久性和化学稳定性。
3. 铁酸盐类矿物：主要包括三钙铁骨架硅酸盐(C3AF)。
它对水泥的强
度和颜色有一定影响。
以上这些矿物成分在水泥生产过程中，通过高温下的反应生成熟料。
通用硅酸盐水泥的性能取决于这些矿物成分的含量和比例，因此在生产过程中需要严格控制各种原材料的配比和加工工艺，以保证最终产品质量。
总之，通用硅酸盐水泥是一种常见的建筑材料，其主要成分为C3S、C2S、C3AS、C2AS、C4AS和C3AF等硅酸盐、铝酸盐和铁酸盐类矿物。
这些成分在高温下反应生成熟料，通过与适量水混合反应形成强度较高的固体材料。
控制各种原材料的配比和加工工艺，可以保证通用硅酸盐水泥的品质和性能。
水泥生产工艺及水泥熟料的形成
水泥生产工艺及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）。
硅酸盐水泥熟料形成的过程，实际上是石灰石、黏土、铁矿石等主要原料经过加热，发生一系列物理化学变化形成C3A、C4AF、C2S和C3S等矿物的过程，不论窑型的变化如何，其过程是不变的。
一、煅烧过程物理化学变化水泥生料在加热煅烧过程中所发生的（一）自由水的蒸发（二）黏土质原料脱水和分解（三）石灰石的分解（四）固相反应（五）熟料烧成（六）熟料的冷却（一）自由水的蒸发无论是干法生产还是湿法生产，入窑生料都带有一定量的自由水分，由于加热，物料温度逐渐升高，物料中的水分首先蒸发，物料逐渐被烘干，其温度逐渐上升，温度升到100~150℃时，生料自由水分全部被排除，这一过程也称为干燥过程。
（二）黏土质原料脱水和分解黏土主要由含水硅酸铝所组成，其中二氧化硅和氧化铝的比例波动于2：1~4：1之间。
当生料烘干后，被继续加热，温度上升较快，当温度升到450℃时，黏土中的主要组成高岭土（Al2O3·2SiO2·2H2O）失去结构水，变为偏高岭石（2SiO2·Al2O3）。
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。
硅酸盐水泥熟料
硅酸盐水泥熟料
硅酸盐水泥熟料，作为一种重要的建筑材料，在建筑行业中扮演着关键的角色。
本文将介绍硅酸盐水泥熟料的基本特性、生产工艺以及应用领域。
硅酸盐水泥熟料特性
硅酸盐水泥熟料是一种无机胶凝材料，主要成分包括氧化硅、氧化铝、氧化铁等。
其特点包括化学稳定性高、抗腐蚀性能强、初凝和终凝时间适中等。
硅酸盐水泥熟料在水中反应生成水化硅酸钙胶凝物质，可以有效提高混凝土的强度和耐久性。
硅酸盐水泥熟料的生产工艺
硅酸盐水泥熟料的生产过程通常包括原料的研磨混合、烧成和磨研等步骤。
其中，石灰石、粘土、铁矿石等是硅酸盐水泥熟料的主要原料，经过物理混合、烧成和磨研后，最终得到成品硅酸盐水泥熟料。
硅酸盐水泥熟料的应用领域
硅酸盐水泥熟料广泛应用于建筑行业中，主要用于混凝土搅拌站、道路建设、
水泥制品生产等领域。
硅酸盐水泥熟料作为一种高强度、高耐久性的建筑材料，被广泛应用于各类工程中，为建筑结构的稳定性和耐久性提供了重要保障。
综上所述，硅酸盐水泥熟料作为一种重要的建筑材料，具有优异的性能和广泛
的应用领域。
随着建筑行业的不断发展，硅酸盐水泥熟料在市场中的地位将更加重要，为建筑工程的发展提供强有力的支持。
第一节硅酸盐水泥熟料矿物组成
第一节硅酸盐水泥熟料矿物组成如前所述，硅酸盐水泥熟料是以适当成分的生料烧到部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分的烧结块。
因此，在硅酸盐水泥熟料中CaO,SiO2,A1203,Fe2O3 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经高温化学反应而生成的多种矿物的集合体。
其结晶细小，一般为30^-60Icm 。
因此可见，水泥熟料是一种多矿物组成的结晶细小的人工岩石。
它主要有以下四种矿物：硅酸三钙一～3Ca0 ．'3i02 ，可简写为C3S ；硅酸二钙2Ca0 · Si02 ，可简写为C2S ；铝酸三钙3Ca0 · A1203 ，可简写为 C 3 A ；铁相固溶体通常以铁铝酸四钙4Ca0 . A1203 . Fe203 作为代表式，可简写成 C 4 AF,此外，还有少量游离氧化钙(.f-Ca0 ) 、方镁石（结晶氧化镁）、含碱矿物及玻璃体。
通常熟料中C3S 和C2S 含量约占75 ％左右，称为硅酸盐矿物。
C3-ft 和C,AF 的理论含量约占22 ％左右。
在水泥熟料锻烧过程中,C 3 A 和C,AF 以及氧化镁、碱等在1250 ^ - 12800C 会逐渐熔融形成液相，促进硅酸三钙的形成，故称熔剂矿物。
一• 硅酸三钙C3S 是硅酸盐水泥熟料的主要矿物。
其含量通常为50 ％左右，有时甚至高达60 ％以上。
纯C3S 只有在2065^ 12500C 温度范围内才稳定。
在20650C 以上不一致熔融为Ca0 和液相；在1250 0 C 以下分解为CZS 和Ca0 ，但反应很慢，故纯C,S 在室温可呈介稳状态存在。
C,S 有三种晶系七种变型：1070 0 C 1060 0 C 990 0 C 960 0 C 920 0 C 520 0 CR ←―― → M Ⅲ←――→ M Ⅱ←――→ M Ⅰ←――→ ～T Ⅲ←――→ T Ⅱ←――→ T ⅠR 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。
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。
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
硅酸盐水泥熟料的形成过程
影响CaCO3分解速度的因素
分解由5个过程中最慢的一个过程决定,所 有影响传热和化学反应的因素均会影CaCO3的 分解速度。 ——温度 ——CO2分压 ——生料粒度 ——生料悬浮分散程度 ——原材料自身特性
固相反应
特点：发生在固相之间的反应 首先在界面上反应，然后扩散到内部 条件：合适的温度压力、反应物间均匀混合、 颗粒紧密接触 在水泥熟料矿物形成过程中，在CaO和SiO2、 Al2O3、Fe2O3之间发生的反应，主要生成C2S、 C3A、C4AF
影响C3S形成的因素
2.液相量 与生料组成（SM、IM）和煅烧温度有关， 温度升高，液相量增加；生料（或熟料）组 成中Fe2O3+Al2O3含量增加，液相量增多；同 时还与Al2O3 、Fe2O3比值有关。
熟料中液相量与铝氧率关系
温度 2.0 1338℃ C3S—C2S—C3A— C4AF界面处 1400℃ 1500℃ 18.3 23.5（1365℃） 24.3 24.8 IM 1.25 21.1 22.2（1339℃） 23.6 24.0 0.64 0 20.2（1348℃） 22.4 22.9
3.2 硅酸盐水泥熟料的形成过程
水泥制备过程
水泥——水泥熟料——水泥生料——水泥原料
高 温 煅 烧
+适量石膏 +混合材 粉磨
原料预均化 生料配料及粉磨 生料均化
两磨一烧
熟料形成过程中的物理化学变化
干燥与脱水（预热） 碳酸盐分解 固相反应 液相烧结 熟料冷却
湿法回转窑内水泥熟料形成过程
影响C3S形成的因素:液相黏度
3.液相黏度—影响C2S和CaO分子的扩散速度，从而影响C3S的 形成。 与组成和温度有关（见图）
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
硅酸盐水泥熟料是一种重要的建筑材料，其主要化学成分包括以下几种：
1. 硅酸盐：熟料中含有较高比例的硅酸盐，主要是三钙硅酸盐(C3S)和二钙硅酸盐(C2S)。
这些化合物是水泥硬化的主要原料，可以在水的存在下与氢氧化钙反应，生成硬化的水泥石。
2. 水化钙：熟料中还含有少量水化钙(Ca(OH)2)，这是由石灰石在炉内分解而来的产物。
水化钙可以与硅酸盐反应，生成更多的水泥石。
3. 铝酸盐：熟料中还含有少量的铝酸盐，主要是三钙铝酸盐(C3A)和四钙铝酸盐(C4AF)。
这些化合物可以调节水泥硬化的速率和强度。
4. 铁酸盐：熟料中还含有少量的铁酸盐，主要是三钙铁酸盐(C3A)和四钙铁酸盐(C4AF)。
这些化合物可以影响水泥的颜色和特性，同时也能提高水泥的耐久性。
综上所述，硅酸盐水泥熟料的主要化学成分包括硅酸盐、水化钙、铝酸盐和铁酸盐，这些成分在水的存在下可以发生反应，生成硬化的水泥石，从而成为一种重要的建筑材料。
- 1 -。
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）。
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。
硅酸盐水泥熟料的形成
第一节硅酸盐水泥熟料的形成一、硅酸盐水泥熟料的形成水泥熟料矿物为什么能与水发生反应？主要原因是：1. 硅酸盐水泥熟料矿物结构的不稳定性，可以通过与水反应，形成水化产物而达到稳定性。
造成熟料矿物结构不稳定的原因是：<1) 熟料烧成后的快速冷却，使其保留了介稳状态的高温型晶体结构；<2) 工业熟料中的矿物不是纯的C3S,C2S 等，而是Alite 和Belite 等有限固溶体；(3) 微量元素的掺杂使晶格排列的规律性受到某种程度的影响。
2. 熟料矿物中钙离子的氧离子配位不规则，晶体结构有“空洞”，因而易于起水化反应。
例如,C3S 的结构中钙离子的配位数为 6 ，但配位不规则，有 5 个氧离子集中在一侧而另一侧只有 1 个氧离子，在氧离子少的一侧形成“空洞”，使水容易进入与它反应。
户C2S 中钙离子的配位数有一半是 6 ，一半是8 ，其中每个氧离子与钙离子的距离不等，配位不规则，因而也不稳定，可以水化，但速度较慢。
C 3A 的晶体结构中，铝的配位数为 4 与6, 而钙离子的配位数为 6 与9 ，配位数为9 的钙离子周围的氧离子排列极不规则，距离不等，结构有巨大的“空洞”，故水化很快。
C4AF 中钙的配位数为10 与 6 ，结构也有“空洞”，故也易水化。
有些矿物如Y-C2S 和CZ AS 几乎是惰性的，主要是钙离子的配位有规则的缘故．例如：Y-CZS 中钙离子的氧配位为 6 ， 6 个氧离子等距离地排列在钙离子的周围，形成八面体，结构没有“空洞”，因此不易与水反应。
这里要特别指出，水化作用快的矿物，其最终强度不一定高。
例如,C3A 水化快，但强度绝对值并不高，而户C2S 虽然水化慢，但最终强度却很高，因为水化速度只与矿物水化快慢有关，而强度则与浆体结构形成有关。
二、熟料单矿物的水化（一）硅酸三钙的水化硅酸三钙在水泥熟料中的含量约占50 ％，有时高达60 ％，因此它的水化作用、产物及其所形成的结构对硬化水泥浆体的性能有很重要的影响硅酸三钙在常温下的水化反应，大体上可用下面的方程式表示：3Ca0 。
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第一节硅酸盐水泥熟料的形成一、硅酸盐水泥熟料的形成水泥熟料矿物为什么能与水发生反应？主要原因是：1. 硅酸盐水泥熟料矿物结构的不稳定性，可以通过与水反应，形成水化产物而达到稳定性。
造成熟料矿物结构不稳定的原因是：<1) 熟料烧成后的快速冷却，使其保留了介稳状态的高温型晶体结构；<2) 工业熟料中的矿物不是纯的C3S,C2S 等，而是Alite 和Belite 等有限固溶体；(3) 微量元素的掺杂使晶格排列的规律性受到某种程度的影响。
2. 熟料矿物中钙离子的氧离子配位不规则，晶体结构有“空洞”，因而易于起水化反应。
例如,C3S 的结构中钙离子的配位数为 6 ，但配位不规则，有 5 个氧离子集中在一侧而另一侧只有 1 个氧离子，在氧离子少的一侧形成“空洞”，使水容易进入与它反应。
户C2S 中钙离子的配位数有一半是 6 ，一半是8 ，其中每个氧离子与钙离子的距离不等，配位不规则，因而也不稳定，可以水化，但速度较慢。
C 3A 的晶体结构中，铝的配位数为 4 与6, 而钙离子的配位数为 6 与9 ，配位数为9 的钙离子周围的氧离子排列极不规则，距离不等，结构有巨大的“空洞”，故水化很快。
C4AF 中钙的配位数为10 与 6 ，结构也有“空洞”，故也易水化。
有些矿物如Y-C2S 和CZ AS 几乎是惰性的，主要是钙离子的配位有规则的缘故．例如：Y-CZS 中钙离子的氧配位为 6 ， 6 个氧离子等距离地排列在钙离子的周围，形成八面体，结构没有“空洞”，因此不易与水反应。
这里要特别指出，水化作用快的矿物，其最终强度不一定高。
例如,C3A 水化快，但强度绝对值并不高，而户C2S 虽然水化慢，但最终强度却很高，因为水化速度只与矿物水化快慢有关，而强度则与浆体结构形成有关。
二、熟料单矿物的水化（一）硅酸三钙的水化硅酸三钙在水泥熟料中的含量约占50 ％，有时高达60 ％，因此它的水化作用、产物及其所形成的结构对硬化水泥浆体的性能有很重要的影响硅酸三钙在常温下的水化反应，大体上可用下面的方程式表示：3Ca0 。
SiOz ＋nHzO ＝xCaO ．SiOz ．yHzO ＋（3-x ）Ca (OH ）z简写为： C 3 S ＋nH=C-S-H ＋（ 3 一x)CH上式表明，其水化产物为C-S-H 凝胶和氢氧化钙，C-S-H 有时也被笼统地称之为水化硅酸钙，它的组成不定（其字母之间的横线就表示组成不定），其Ca0/Si0 ：分子比（简写成C/S) 和H20/SiO2 分子比（简写为H/S ）都在较大范围内变动。
C-S-H 凝胶的组成与它所处的液相的Ca (OH) ：浓度有关，如图1-7-1 所示。
当溶液的CaO 浓度小于lmmol/L(0. 06g /L) 时，生成氢氧化钙和硅酸凝胶。
当溶液的CaO 浓度小于 1 一2mmo1/L (0. 06 一0. 112g /L ）时，生成水化硅酸钙和硅酸凝胶。
当溶液的CaO 浓度为2-20mmo1/L (0. 112-1-12 g/L) 时，生成C/S 比为0. 8 一 1 ． 5 的水化硅酸钙，其组成可用（0. 8 一-5)Ca0 · Si0 ：· (0.5-2.5)20 表示，称为C-S-H （I ），当溶液中CaO 浓度饱和（即CaO ≥ 1. 12g /L) 时，生成碱度更高（C/S ＝ 1. 5-2. 0 ）的水化硅酸钙，一般可用<1.5-2.0)Ca0 · Si02 · (1-4)H20 表示，称为C-S-H ( I ）。
C-S-H ( I ）和C-S-H （I ）的尺寸都非常小，接近于胶体范畴，在镜下，C-S-H （I ）为薄片状结构；而C-S-H （H ）为纤维状结构，象一束棒状或板状晶体，它的末端有典型的扫帚状结构。
氢氧化钙是一种具有固定组成的晶体。
硅酸三钙的水化速率很快，其水化过程根据水化放热速率一时间曲线（图i-7-2 ），可分为五个阶段：1 ．初始水解期加水后立即发生急剧反应迅速放热，Ca 2+ 和OH －迅速从C3S 粒子表面释放，几分钟内pH 值上升超过12, 溶液具有强碱性，此阶段约在 1 Smin 内结束。
2. 诱导期此阶段水解反应很慢，又称为静止期或潜伏期，一般维持2-4h ，是硅酸盐水泥能在几小时内保持塑性的原因。
3. 加速期反应重新加快，反应速率随时间而增长，出现第二个放热峰，在峰顶达最大反应速度，相应为最大放热速率。
加速期处于4^}8h ，然后开始早期硬化。
4. 衰减期反应速攀随时间下降，又称减速期，处于12^-24h ，由于水化产物CH 和C-S-H 从溶液中结晶出来而在C3S 表面形成包裹层，故水化作用受水通过产物层的扩散控制而变慢。
5. 稳定期反应速率很低、基本稳定的阶段，水化完全受扩散速率控制。
由此可见，在加水初期，水化反应非常迅速，但反应速率很快就变得相当缓慢，这就是进人了诱导期，在诱导期末水化反应重新加速，生成较多的水化产物，然后，水化速率即随时间的增长而逐渐下降。
影响诱导期长短的因素较多，主要是水固比.C3S 的细度、水化温度以及外加剂等。
诱导期的终止时间与初凝时间有一定的关系，而终凝时间则大致发生在加速期的中间阶段。
有关诱导期的开始及其终止的原因，即诱导期的本质，存在着不少看法。
大部分学说都认为，在C's 颗粒上形成了表面层后，硅酸根离子就难以进入溶液，从而使反应延缓。
在过饱和条件下所形成的产物，往往靠近颗粒表面析出，同时又呈无定形，难以精确检测。
因此有关表面层的组成和结构，各方面的结论不尽相同。
在诱导期间，表面层虽有增厚，但表面层的去除又是使快速反应重新开始的重要条件。
而水化产物晶核的形成和生长，却是与诱导期结束的时间相一致的。
图1-7-3 为表明C30 各水化阶段的一种示意图。
C3S 水化各阶段的化学过程和动力学行为如表1-7-1 所示。
表1-7-1 C,S 水化各阶段的化学过程和动力学行为时期反应阶段化学过程动力学行为早期初始水解期诱导期初始水解，离子进入溶液继续溶解，早期C-S-H 形成反应很快反应慢中期加速期衰减期稳定水化产物开始生长水化产物继续生长，微结构发展反应快反应变慢后期稳定期微结构逐渐密实反应很慢（二）硅酸二钙β -C 2 S 的水化与C3 S 相似，只不过水化速度慢而已。
2Ca0 · Si02 ＋nH20 ＝xCaO ．Si0 · yH20 ＋（2-x ）Ca (OH) 2简写成 C 2 S+nH=C-S-H+(2-x)CH所形成的水化硅酸钙在C/S 和形貌方面与C3 S 水化生成的都无大区别，故也称C-S-H 凝胶。
但CH 生成量比C3S 少，结晶也比C3S 的粗大些。
（三）铝酸三钙铝酸三钙与水反应迅速，放热快，其水化产物组成和结构受液相Ca0 浓度和温度的影响很大。
在常温，其水化反应依下式进行：2 （3Ca0 · A1203 ）＋27H20 一4Ca0 · A1203 · 19H20 ＋2Ca0 · A1203 · 8H20简写为2C 3A +27H=C 4 AH 19 + C 2 AH 8 C 4 AH 19 在低于85 ％的相对湿度下会失去 6 个摩尔的结晶水而成为 C 4 AH13 .C 4 AH 19 、 C 4 AH13 和 C 2 AH 8 都是片状晶体，常温下处于介稳状态，有向C3AH6 等轴晶体转化的趋势。
C 4 AH13 ＋ C 2 AH 8 ＝2C 3AH6 ＋9H上述反应随温度升高而加速。
在温度高于350C 时， C 3A 会直接生成C3AH6 ：3Ca0 · A1z03 ＋6H20=3Ca0 · A1203 ．6H20 即 C 3A +6H=C 3 AH6由于 C 3 A 本身水化热很大，使 C 3 A 颗粒表面温度高于35 ℃，因此 C 3 A 水化时往往直接生成 C 3 AH6 。
在液相CaO 浓度达到饱和时,C 3 A 还可能依下式水化：3Ca0 · A120 3 +Ca (OH ）：＋12H 2 0 ＝4CaO · A1203 · 13H20即 C 3 A +CH+12H=C,AH,3在硅酸盐水泥浆体的碱性液相中,[a0 浓度往往达到饱和或过饱和，因此可能产生较多的六方片状 C 4 AH13 ，足以阻碍粒子的相对移动，据认为是使浆体产生瞬时凝结的一个主要原因。
在有石膏的情况下,C 3A 水化的最终产物与其石膏掺入量有关（见表1-7-2 ) 。
其最初的基本反应是：3Ca0 · A1203 ＋ 3 (CaSO, · 2H20 ）＋26H20 ＝3Ca0 · A1203 · 3CaS0, · 32H20即 C 3A + 3C SH2+26H=C 3 A · 3C · H32 表1-7-2 C 3 A 的水让产物实际参加反应的 C H 2 /C 3A 摩尔比水化产物3. 0 钙矾石(AF t)3. 0^1. 0 钙矾石＋单硫型水化硫铝酸钙(AFm)1. 0 单硫型水化硫铝酸钙(AF m)＜ 1. 0 单硫型固溶体[C 3A (C ,CH)H 12 ]0 水石馏子石(C 3 AH6 ）形成的三硫型水化硫铝酸钙，称为钙矾石。
由于其中的铝可被铁置换而成为含铝、铁的三硫型水化硫铝酸盐相。
故常用AFt 表示。
若CaSO4 · 2H20 在 C 3 A 完全水化前耗尽，则钙矾石与 C 3A 作用转化为单硫型水化硫铝酸钙(AFm ）：C 3 A · 3 C , · H32 ＋2C 3A ＋4H → 3 （ C 3 A · C , · H12 ）若石膏掺量极少，在所有钙矾石转变成单硫型水化硫铝酸钙后，还有 C 3A , 那么形成 C 3A · CS · H12 和C,AH13 的固溶体。
（四）铁相固溶体水泥熟料中铁相固溶体可用C,AF 作为代表，也可用Fa, 表示。
它的水化速率比C 3 A 略慢，水化热较低，即使单独水化也不会引起快凝。
铁相固溶体的水化反应及其产物与 C 3A 很相似。
氧化铁基本上起着与氧化铝相同的作用，相当于 C 3 A 中一部分氧化铝被氧化铁所置换，生成水化铝酸钙和水化铁酸钙的固溶体。
C, AF ＋4CH ＋22H ＝2C , (A ， F ）H13在20 ℃以上，六方片状的 C 4 (A ， F ）H13 。
要转变成C3 （A,F)H 6 。
当温度高于50 ℃时 C 4 AF 直接水化生成C3 (A ，F)H6 。