4.4 硅酸盐水泥熟料的组成
水泥生产中硅酸盐水泥熟料成份说明
水泥生产中硅酸盐水泥熟料成份说明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。
碳酸盐水泥生产主要使用水泥成套设备完成最重要的设备是回转窑设备。
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2065℃以上不一致熔融为Ca0 和液相；在1250℃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。
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。
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。
硅酸盐水泥熟料的矿物组成
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五、熟料矿物的特性
◆铝酸三钙 ◇矿物特性
C3A可固溶有少量SiO2、Fe2O3、MgO、R2O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。
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五、熟料矿物的特性
◆铝酸三钙 ◇水化特性
水化迅速，凝结较快，如不加石膏等缓凝 剂，易使水泥急凝；早期强度较高，其强度3d 之内大部分发挥出来，以 后几乎不增长，甚至倒缩； 水化热高；脆性大，耐磨 性差，抗硫酸盐性能差。
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1.硅酸盐水泥熟料矿物组成的计算
◆石灰石饱和系数法 C3S=3.80(3KH-2)SiO2 C2S=8.60(1-KH) SiO2 C3A=2.65(Al2O3-0.64Fe2O3) C4AF=3.04Fe2O3
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。
含义：表示熟料中Al2O3含量Fe2O3含量 之比，反映了熟料中C3A和C4AF的相对含量。 也反映煅烧过程中液相的性质（主要是液相 的粘度，C3A形成的液相粘度大，C4AF形成的 液相粘度小）
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七、熟料矿物组成的计算与换算
获得熟料矿物组成的方法： ①仪器分析法：如岩相分析；X射线分析；红外 光谱分析等。 ②理论计算法。
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2.硅率
n(或 SM )
Si2 O
A2O l 3F2 eO3
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）、熔剂矿物（C3A+C4AF）的相对 含量。
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%
硅酸盐水泥熟料的组成(ppt 60页)
式中Al2O3、Fe2O3分别代表熟料中各该氧化物的质量百分比%
含义：
说明熟料中C3A、C4AF的相对含量。 反映液相的性质。
(C3A 产生的液相粘度大；C4AF产生的液相粘度小.)
取值：0.9~1.9。
抗硫酸盐水泥或低热水泥的铝率可低至0.7。
第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
五、熟料的率值 （1）铝率 (Iron Modulus)
第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
四、熟料矿物的特性 3、中间相
第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
四、熟料矿物的特性 3、中间相
第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
四、熟料矿物的特性 3、中间相
四种矿物性能比较
28d内绝对强度：C3S＞C4AF＞C3A＞C2S 水 化 速 度：C3A＞ C4AF＞ C3S＞C2S 水 化 热： C3A＞ C3S＞ C4AF＞ C2S
◆三种表示方法： •化学组成 •矿物组成 •率值
C3S、 C2S、 C3A、 C4AF
熟料
第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
一、熟料的化学成分及含量 二、熟料的矿物组成及含量 三、熟料的化学成分与矿物组成的关系 四、熟料矿物的特性 五、熟料的率值 六、熟料矿物组成的计算 七、熟料化学成分、矿物组成和率值之间的关系
二、熟料的矿物组成及含量
金相显微镜下：
C3S
铁相固溶体
C2S
铝酸三钙
硅酸盐水泥熟料在反光显微镜下的岩相照片
第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
三、熟料的化学成分与矿物组成的关系
CaO
C3S
SiO2
C2S
Al2O3 Fe2O3
C3A C4AF
第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
四、熟料矿物的特性 1、硅酸三钙(tricalcium silicate)
生料成分对熟料煅烧的影响
生料成分对熟料煅烧的影响生料成分对熟料煅烧的影响一硅酸盐水泥熟料的组成1. 化学组成及矿物组成硅酸盐水泥熟料中的主要化学成分是CaO,SiO2,Al2O3,Fe2O3四种氧化物，其总和通常占熟料总量的95%以上。
此外还有少量的其他氧化物，如：MgO,SO3,Na2O,K2O,TiO2,P2O5等，它们的总量通常占熟料的5%以下。
硅酸盐水泥熟料中各主要氧化物的波动范围一般为：CaO(62%~67%),SiO2(20%~24), Al2O3(4%~7%), Fe2O3(2.5%~6%).硅酸盐水泥熟料中的四种主要矿物：C3S(45%~65%), C2S(15%~32%), C3A(4%~11%),C4AF(10%~18%)。
另外，还有少量的游离氧化钙，方镁石，含碱矿物以及玻璃体等。
通常，熟料中硅酸三钙和硅酸二钙的含量为75%左右，合称为硅酸盐矿物，它们是熟料中的主要组分，铝酸三钙和铁铝酸四钙含量占22%左右。
在煅烧过程中，它们与氧化镁，碱等在1250~1280度开始，会逐渐熔融成液相以促进硅酸三钙的顺利形成，因而把它们称之为溶剂型矿物。
硅酸盐矿物和溶剂型矿物在熟料中占总量的95%左右。
2.化学成分与矿物组成间的关系熟料中的主要矿物均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，根据熟料的化学成分也可以推测出熟料中各种矿物的相对含量高低。
（一）CaOCaO是水泥熟料中的最重要的化学成分，它能与SiO2,Al2O3,Fe2O3经过一系列复杂的反应过程生成C3S, C2S, C3A C4AF等矿物，适量增加熟料氧化钙含量有利于提高硅酸三钙含量。
但并不是说氧化钙越高越好，因氧化钙过多易造成反应不完全而增加未化合的氧化钙（即游离氧化钙）的含量，从而影响水泥的安定性如果熟料中氧化钙过低，则生成硅酸三钙太少，硅酸二钙却相应增加。
会降低水泥的胶凝性。
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。
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；
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 -。
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
水泥质量控制基础知识
第二期质量培训材料之一水泥质量控制基础知识一、硅酸盐水泥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：C3S、C2S、C3A、C4AF，另外还有少量的f-CaO、方镁石、含碱矿物、玻璃体。
通常，熟料中C3S+C2S含量75%左右，C3A+C4AF含量22%左右。
1、C3S含量通常占熟料的50%以上，其特点：水化较快，早期强度高，强度增进就率大，干缩性、抗冻性较好，但水化热较高，抗水性差，抗硫酸盐浸蚀能力较差。
C3S形成需要较高的烧成温度和较长的烧成时间，含量过高，烧成困难，易导致f-CaO增多，熟料质量下降。
2、C2S含量通常分熟料的20%左右，其特点：水化较慢，早期强度低，水化热低，体积干缩小，抗水性和抗硫盐日浸蚀能力好，后期强度增进快。
3、C3AC3A水化速度、凝结硬化很快，放热多，硬化快，早期强度较高，但绝对值不高，后期几乎不再增长，甚至倒缩，C3A干缩变形大，抗硫酸盐性能差，脆性大，耐磨性差。
4、C4AFC4AF水化速度早期介于C3A与C3S之间，早期强度类似于C3A但后期还能不断增长，水化热低，干缩变形小，耐磨、抗冲击、抗硫酸盐浸蚀能力强。
5、f-CaO、MgOf-CaO在高温下死烧形成，水化很慢，一般加水3天后才反应有尽有，反应体积膨胀97.9%产生应力，造成水泥石破坏。
MgO少量可与熟料矿物固溶，对降低烧成温度、增加液相数量，改善熟料色泽有好处，但超过一定量后，未固溶部分水化很慢，要几个月甚至几年才与水反应，生产Mg（OH）2，体积膨胀148%，导致水泥安定性不良。
二、水泥生产质量控制水泥制成的控制项目，一般有水泥的细度、三氧化硫、烧失量、物料的配合比（混合材料、石膏的掺加量）、凝结时间、安定性、强度等。
（一）控制项目1.入磨物料的配比：目前生产的水泥品种中除硅酸盐水泥外，其余各种水泥均由硅酸盐水泥熟料、石膏和混合材料组成，它们之间的配比关系着生产水泥的品种、标号和物理性能。
【精选】03-硅酸盐水泥的熟料组成讲解幻灯片
21
§2-3 熟料的率值
二、硅 率:
公式:
n(SM)=
SiO2 Al2O3 Fe2O3
含义: 反映了熟料中硅酸盐矿物、熔剂矿物的相对 含量。
取值：1.7~2,7
22
§3-3 熟料的率值
三、铝 率:
公式: p(IM)=
Al 2 O 3 Fe 2 O 3
含义：说明熟料中C3A、C4AF的相对含量。 反映液相的性质。(C3A 产生的液相 粘度大；C4AF产生的液相粘度小.)
◆◆◆ §1-2-2.常见物质的检验◆◆◆
2.下列对气体或溶液中离子的鉴定方案正确的是( D )
A．向溶液中加入硫酸酸化的NaCl溶液，生成白色沉淀， 说明原溶液中含Ag＋ B．向溶液中加入盐酸，生成能使澄清石灰水变浑浊的 无色无味气体，证明原溶液中含CO32C．向溶液中加入硝酸酸化的BaCl2的溶液，生成白色沉 淀，证明原溶液中含SO42D．向溶液中加入浓NaOH溶液，加热后产生能使湿润的 红色石蕊试纸变蓝的气体，证明原溶液中含NH4+
实验2：取两支试管，分别加入少量NH4Cl、KCl溶液， 再各滴加几滴AgNO3溶液和稀硝酸，观察实验现象。
实验3：取两支试管，分别加入少量(NH4)2SO4、 K2SO4溶液，再各滴加几滴BaCl2溶液和稀盐酸，观察 实验现象。
◆◆◆ §1-2-2.常见物质的检验◆◆◆
实验1
实验 步骤
NH稍4C加Nl和热H(4，N+ H将(4铵)先2S准盐O4备各)好的2m的检L湿，验润分的方别红加法色入石2m蕊L试Na纸O靠H，近
四种矿物性能比较
18
§3-2 熟料矿物特性
五 游 离 氧 化 钙
f-CaO
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。
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一次游离氧 是有害反应，快冷可抑制或减少反应量 因配料不当、生料过粗或 体，简称A矿（阿利特矿） 化钙（一次 铁铝酸四钙代表的是一系列连续的固溶体。 煅烧不良，尚未与S、A、F 是有害反应，快冷可抑制或减少反应量 f-CaO） 不纯，形成固溶体，简称B矿（贝利特） 反应而残留的CaO 晶型随原材料性质、熟料形成与冷却工艺的不同而有 所差别。
熟料矿物特性 铝酸三钙
熟料的组成 ❖矿物特性
✓ 不纯，形成固溶体，称黑色中间相 ✓ 晶型随原材料性质、熟料形成与冷却工艺的不同而有
所差别。
❖水化特性
✓ 1、水化快，凝结快； ✓ 2、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。 ✓ 3、水化热高，干缩变形大，脆性大，耐磨性差，抗
硅酸盐矿物~75% ~95%
铝酸三钙： 3CaO·Al2O3 (C3A)
~22%
铁铝酸四钙：4CaO·Al2O3 ·Fe2O3 (C4AF)
熔剂矿物
其 游离氧化钙：f-CaO 他 方镁石：（即结晶氧化镁）
玻璃体
＜5%
熟料的组成
熟料矿物特性
硅酸三钙
（~50%，高的达60%）
❖
➢纯C3S
T> 2065 ℃不一致熔融为CaO与液相
是有害反应， 快冷可抑制或
矿
T=2065~1250℃内稳定；
减少反应量
物 特
T＜ 1250℃ C3S
C2S+CaO
性
（反应慢，常温下C3S呈介稳状态）
➢ 熟料中C3S并不以纯的形式存在，而是形成固溶
体，简称A矿（阿利特矿）
➢ 固溶体反光显微镜下呈黑色多角形颗粒。
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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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。
SiO2 3KH 60.06
（三）按水泥熟料化学成分计算矿物组成
⊙已知熟料的化学组成，计算出水泥的熟料矿物组成
1. 计算铝率IM； 2. 根据不同的IM值，按不同的公式计算石灰饱和系数KH； 3. 再分别计算C3S、C2S、C3A、C4AF等的含量。
(1)C3 S 3.8SiO2 N 2 3.8SiO2 3KH 2 (2)C2 S 2.87 SiO2 3 N 2.87 SiO2 3 3KH 8.61SiO2 1 KH (3)铝率IM 0.64时，C3 A 0 铝率IM 0.64时，C3 A 2.65 Al2O3 0.64Fe2O3
铝
公式:
p ( IM ) Al2O3 Fe2O3
率
含义： 表示C3A与C4AF的相对含量。在一定程度上反映了水泥煅烧
过程中高温液相的粘度。Fra bibliotek取值： 硅酸盐水泥熟料为0.8~1.7，抗硫酸盐水泥或低热水泥的铝率
可降至0.7左右。
当IM ＞0.64时，铝率与矿物组成之间的数学式为： IM 1.15C3 A 0.64 C4 AF Fe2O3除与全部的Al2O3结合成C4 AF 外
贝利特的结构特征
① 贝利特是在高温下存在的介稳的高温型矿物，其结构具有热力
学的不稳定性。
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 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。 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。
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 玻璃 酸性矿渣 硅灰石瓷 碱性矿渣 硅酸盐水泥 石灰质耐火材 料
SiO2
石英
半硅砖 瓷
火山灰 粘土 高铝砖 电熔莫来石 刚玉
CaO
图6.90
高铝水泥
Al2O3
CaO-Al2O3-SiO2系统中各种材料组成范围示意 图
粒状，常具有黑白交叉双晶条纹。
C2S与水作用时，水化速度较慢．早期强度较低， 但28 天以后强度仍能较快增长，一年后可接近场C3S。 它的水化热低，体积干缩性小，抗水性和抗硫酸盐浸 蚀能力较强。它的形成温度一般较低，C2S在1450 ℃ 以下易发生多种晶型转变，尤其在低于500 ℃ 时，由 β-C2S 转变为密度更小、活性很低的γ-C2S时，体积膨 胀10 % ，导致熟料粉化，且使熟料强度大大降低。这 种现象在通风不良、液相量较少、还原气氛较浓、冷 却较慢的立窑生产中较为多见。在烧成温度较高、冷 却较快的熟料中，由于C2S中固熔进少量Al2O3、 Fe2O3、MgO等，通常都可保留β型。这种β-C2S被称 为贝利特，简称B 矿。
③ 在硅酸三钙结构中，钙离子的配位数是6，比正常的配位数低，并且 处于不规则状态，因而使钙离子具有较高的活性。
3.3.2硅酸二钙（C2S )
熟料中硅酸二钙通常固溶有少量氧化物如 Al2O3 、 Fe2O3 、 MgO 、 R 2O 等形成固溶体，称贝
利特（ Belite ），简称 B 矿。在反光显微镜下呈圆
3. 红外光谱分析
硅酸盐水泥熟料矿物的结构
主要矿物组成：
硅酸三钙：3CaO· SiO2 (C3S) 硅酸盐矿物~75% 硅酸二钙：2CaO· SiO2 (C2S) ~95% 铝酸三钙： 3CaO· Al2O3 (C3A) ~22% 铁铝酸四钙：4CaO·Al2O3 · Fe2O3 (C4AF)
其它： 游离氧化钙：f-CaO 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； 硅酸三钙 3CaO· SiO2，可简写为C3S，38-55%； 硅酸二钙 2CaO· SiO2，可简写为C2S，20-33% 铝酸三钙 3CaO· Al2O3：可简写为C3A: 4-15% 铁相固溶体 通常以铁铝酸四钙4CaO·Al2O3·Fe2O3代替， 可简写为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f-MgO)、合碱矿物以及玻璃体等。 使用萤石或萤石加石膏作矿化剂的硅酸盐水泥熟料中，还 有氟铝酸钙（C11A7· CaF2）、硫铝酸钙（3CA· CaSO4，简写 为C4A3Ŝ）等。
硅酸三钙的结构特征
① 硅酸三钙是在常温下存在的介稳的高温型矿物。其结构是热力学不 稳定的。
② 在硅酸三钙结构中，进入了Al3+与Mg2+离子并形成固溶体，固溶程
度越高，活性越大。比如在C54S16MA结构中，由于Al3+离子取代 Si4+离子，同时为了补偿静电而引入Mg2+，因而引起了硅酸三钙的
变形，提高了其活性。
3.3 硅酸盐水泥熟料矿物性质
3.3.1硅酸三钙（C3S )
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。
熟料中 C3S 不纯，总是与少量的其 他氧化物如 Al2O3 、 Fe2O3 、 MgO 、 R2O 等形成固溶体。在反光显微镜 下为黑色多角形颗粒，又称阿利特 （Alite），简称A矿。
大
经过高温， 水化较慢
较大
3.4 硅酸盐水泥熟料的率值及其意义
硅
公式: n(SM)=
率
SiO2 Al2O3 Fe2O3
含义： 反映了熟料矿物中硅酸盐矿物与熔剂矿物之间的数量对比关系。 取值： 硅酸盐水泥为1.7~2.7，白色硅酸盐水泥可高达4.0左右。
当IM＞0.64时，硅率与矿物组成之间的数学式为： C3 S 1.325C2 S SM 1.434C3 A 2.046C4 AF
游离氧化钙（f-CaO)
种 类 产生原因 特 点
结构疏松 多孔、
对水泥 安定性 的影响
不大
欠烧游离氧化 熟料煅烧过程中因欠烧、漏 钙（欠烧f生，在1100~1200℃低温下 CaO） 形成
一次游离氧化 因配料不当、生料过粗或煅 呈“死烧 钙（一次f烧不良，尚未与S、A、F反 状态”， CaO） 应而残留的CaO 结构致密， 二次游离氧化 钙（二次f熟料慢冷或还原气氛下， CaO） C3S分解而形成的
玻璃体
形成
部分熔融液相被快速冷却来不及结晶而成
为过冷凝体 Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、R 2O 不及晶体稳定，水化热较大；可改善熟
主要成分 含量 性能
取决于液相量及冷却条件，一般2%~22%
料性能与易磨性。
游离氧化钙和方镁石
游离氧化钙（f-CaO）指经高温煅烧而仍未化合的氧 化钙。其水化反应如下： CaO+H2O→Ca(OH)2 此反应的产生导致：体积膨胀97.9%，严重时，抗 折强度降低，3天以后强度倒缩，甚至导致安定性不良。 通常回转窑控制在1.5%以下，立窑控制在2.5%以下。 方镁石（游离状态的MgO晶体） MgO一般存在于铁相固溶体、A矿、玻璃体或者 以方镁石出现。方镁石与水会发生如下反应，但反应 速率慢。 MgO+H2O→Mg(OH)2