第3章 硅酸盐水泥熟料的组成
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。
硅酸盐水泥熟料矿物组成及其配料计算
硅酸盐水泥熟料矿物组成及其配料计算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30-60μm 。
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3Ca0.Si02 ，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C4AF,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。
C3A 和C4AF 的理论含量约占22 ％左右。
在水泥熟料锻烧过程中,C3A 和C4AF 以及氧化镁、碱等在1250℃- 1280℃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2065-1250℃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C2S 和Ca0 ，但反应很慢，故纯C3S 在室温可呈介稳状态存在。
C3S 有三种晶系七种变型：1070 ℃1060 ℃990 ℃960 ℃920 ℃520 ℃R ←―→ MⅢ ←―→ MⅡ ←―→ MⅠ ←―→～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。
但有人认为,R 型和M ，型的强度比T 型的高。
在硅酸盐水泥熟料中, C3S 并不以纯的形式存在，总含有少量氧化镁、氧化铝、氧化铁等形成固溶液，称为阿利特(Alite ）或 A 矿。
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)
水泥材料学3-4-配料计算
由化学组成计算矿物组成
S=4.07C-7.60S-6.72A-1.43FC3S=4.07C-7.60S-6.72A-1.43F-2.86SO3 S=8.60S+5.07A+1.07FC2S=8.60S+5.07A+1.07F-3.07C+2.15SO3 A=2.65AC3A=2.65A-1.69F C4AF=3.04F CaSO4=1.70 SO3
45.84
0.81
99.90
水泥原料
替代钙质原料的工业废渣： 替代钙质原料的工业废渣： 电石渣—化工废渣 电石渣 化工废渣 糖滤泥—碳酸法制糖废渣 糖滤泥 碳酸法制糖废渣 碱渣—氯碱法制碱废渣 碱渣 氯碱法制碱废渣 白泥—造纸厂 白泥 造纸厂
水泥原料
硅铝质原料：主要提供SiO 硅铝质原料：主要提供SiO2、Al2O3 天然硅质原料：砂岩、 天然硅质原料：砂岩、页岩 主要成分： CaO、 主要成分： SiO2，少量CaO、Al2O3、Fe2O3 主要矿物： 主要矿物：石英 特点： 含量多，硬度大， 特点：SiO2含量多，硬度大，难磨
70%—90% 90%） 量70% 90%）
铁质校正原料的化学成分
编号 名称 烧失量 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO FeO CuO 合计
1
低品位 铁矿石
—
46.09
10.37
42.70
0.73
0.14
—
—
100.03
2
尾矿
3.48
23.38
7.68
55.24
5.00
1.52
—
—
天然石灰质原料的化学成分
编号 名称 烧失量 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO 合计
硅酸盐水泥熟料中四种矿物成分的分子式
硅酸盐水泥熟料中四种矿物成分的分子式硅酸盐水泥熟料是一种重要的建筑材料，其主要成分是四种矿物，包括三钙硅酸盐（C3S）、二钙硅酸盐（C2S）、三钙铝酸盐（C3A）和四钙铝酸盐（C4AF）。
这些矿物的分子式和性质对水泥的性能有着重要影响。
本文将详细介绍这四种矿物的分子式、结构和性质。
一、三钙硅酸盐（C3S）1. 分子式：Ca3SiO52. 结构：三钙硅酸盐是由三个氧化钙离子和一个硅酸根离子组成的。
其晶体结构为立方晶系，每个氧化钙离子都被六个硅酸根离子所包围。
在水泥生产过程中，三钙硅酸盐是最常见的矿物之一，占据了约50%的比例。
3. 性质：三钙硅酸盐具有较高的活性和强度，它可以在水中迅速反应生成水化产物，并且可以形成坚实的胶凝体。
此外，三钙硅酸盐的结构稳定性较高，能够在高温下保持其结构完整性。
二、二钙硅酸盐（C2S）1. 分子式：Ca2SiO42. 结构：二钙硅酸盐是由两个氧化钙离子和一个硅酸根离子组成的。
其晶体结构为四方晶系，每个氧化钙离子都被四个硅酸根离子所包围。
在水泥生产过程中，二钙硅酸盐占据了约25%的比例。
3. 性质：与三钙硅酸盐相比，二钙硅酸盐的反应速度较慢，但其水化产物的强度较高。
此外，二钙硅酸盐可以在低温下形成水化产物，并且具有较好的耐久性。
三、三钙铝酸盐（C3A）1. 分子式：Ca3Al2O62. 结构：三钙铝酸盐是由三个氧化钙离子和两个氧化铝离子组成的。
其晶体结构为六方晶系，在水泥生产过程中占据了约10%的比例。
3. 性质：三钙铝酸盐具有较高的反应性，可以在短时间内迅速反应生成水化产物。
此外，三钙铝酸盐还可以与硫酸钙等其他物质反应生成硬化物，但其水化产物的强度较低。
四、四钙铝酸盐（C4AF）1. 分子式：Ca4Al2Fe2O102. 结构：四钙铝酸盐是由四个氧化钙离子、两个氧化铝离子和两个氧化铁离子组成的。
其晶体结构为六方晶系，与三钙铝酸盐相似，在水泥生产过程中占据了约10%的比例。
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。
硅酸盐水泥熟料矿物组成和配料计算
硅酸盐水泥熟料矿物组成及其配料计算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30-60μm 。
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3Ca0.Si02 ，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C4AF,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。
C3A 和C4AF 的理论含量约占22 ％左右。
在水泥熟料锻烧过程中,C3A 和C4AF 以及氧化镁、碱等在1250℃- 1280℃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2065-1250℃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C2S 和Ca0 ，但反应很慢，故纯C3S 在室温可呈介稳状态存在。
C3S 有三种晶系七种变型：1070 ℃1060 ℃990 ℃960 ℃920 ℃520 ℃R ←―→ MⅢ ←―→ MⅡ ←―→ MⅠ ←―→～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。
但有人认为,R 型和M ，型的强度比T 型的高。
在硅酸盐水泥熟料中, C3S 并不以纯的形式存在，总含有少量氧化镁、氧化铝、氧化铁等形成固溶液，称为阿利特(Alite ）或 A 矿。
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。
硅酸盐水泥熟料的组成
第三章 硅酸盐水泥熟料的组成概述：• 主要化学成分： CaO 62%~67%SiO2 20%~24%Al2O34%~ 7%Fe2O3 2.5%~6%• 其它氧化物：MgO SO3 Na2O K2O TiO2P2O5等缩写符号：C a O－C SiO2－S Ai2O3－A F e O3－FM g O－M N a O－N K2O－K TiO2－TP2O5－P CO2－C SO3－S H2O－H本章内容:1. 熟料的矿物组成；2. 熟料的率值；3. 熟料矿物组成的换算。
熟料矿物含量范围（%）：硅酸三钙和硅酸二钙合称硅酸盐矿物，约占75%左右。
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%左右一、硅酸三钙（～50%，高的达60%）1.存在形式（矿物特性）：纯C3ST=2065～1250℃内稳定；T> 2065 ℃不一致熔融为CaO与液相T＜ 1250℃C3S → C2S+CaO（反应慢，常温下C3S呈介稳状态）熟料中CS并不以纯的形式存在，而是形成固溶体，称阿利特或A矿32.形态固溶体反光显微镜下呈黑色多角形颗粒。
3.水化特性⑴ 凝结时间正常，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。
⑵ 早期强度高，强度的绝对值和增进率较大,居四种矿物之首。
其28d 强度可达到一年强度的70%～80%。
⑶水化热较高；抗水性较差。
⑷易磨性好，干缩变形小。
二、硅酸二钙（20%1.存在形式＜500℃S γ- C2S多晶转变：α -C几乎无水硬性常温下，有水硬性，不稳定密度(g/cm3):3.28 2.97体积膨胀10%，熟料粉化熟料中C2S通常固溶有少量氧化物形成固溶体，称贝利特 （Belite），简称B矿。
2.形态：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。
3.水化特性⑴ 水化反应慢，28d水化20%，凝结硬化慢；⑵ 早期强度低， 28d后强度较快增长，一年后赶超A矿。
硅酸盐水泥熟料的率值
第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
五、熟料的率值 （3）石灰饱和系数(lime saturation coefficient)
在理论上存在一个石灰极限含量 CaO＝KH×2.8SiO2+1.65Al2O3+0.35Fe2O3
CaO 1.65Al 2 O 3 0.35Fe 2 O 3 KH 2.8SiO 2
9
第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
五、熟料的率值 （3）石灰饱和系数(lime saturation coefficient)
实际生产中，为使熟料顺利形成，又不产生过多的游离氧化 钙，通常KH值控制在0.87～0.96。 KH与矿物组成之间的关系可用数学式表示：
C3 S 0.8838C2 S KH C3 S 1.3256C2 S
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第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
五、熟料的率值
（3）石灰饱和系数(lime saturation coefficient)
其他常见的石灰饱和系数有： 水硬率 HM=CaO/(SiO2+ Al2O3+Fe2O3)
石灰标准值
KSt=100CaO/(2.8SiO2 +1.1Al2O3+0.7Fe2O3)
15
【例】已熟料化学成分如下表所示，试求熟料的率值和矿物组成。
氧化物 %（质量） SiO2 21.40 Al2O3 6.22 Fe2O3 4.35 CaO 65.60 MgO 1.06 SO3 0.37 ƒ-CaO 1.00 100.00
解：
Al2O3 6.22 IM 1.43 Fe2O3 4.35
李和派克石灰饱和系数
LSF=CaO/(2.8 SiO2+1.18Al2O3+0.65 Fe2O3)
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。
精品课件--硅酸盐水泥熟料矿物组成及配料计算
• 所以，CaO的剩余量为Cs-1.87Sc,以此计算 C3S的含量为：
• C3S=4.07(Cs-1.87Sc) • =4.07Cs-7.6Sc
• =4.07(2.8KH·Sc)-7.6Sc
• =3.8(3KH-2) SiO2
• 因为 Cs＋Sc= C3S＋C2S • 故 C2S= Cs＋Sc- C3S • = Cs＋Sc-(4.07Cs-7.6Sc)
• 在C3S中含有MgO，Al2O3，Fe2O3等固 溶体时称为阿利特（Alite）或A矿 （即不太纯的C3S）
• C3S：水化较快，粒径为40---50μm， 28d水化70%.在四种水泥矿物中强度 最高。
二、硅酸二钙
• 2 CaO ·SiO2 (C2S) 含量20%左右； 是硅酸盐水泥熟料的主要矿物之一， 熟料中硅酸二钙并不是以纯的形式 存在，而是与少量MgO，Al2O3， Fe2O3，RaO等氧化物形成固溶体， 通常称为贝利特（Belite）或B矿。 纯C2S在1450℃以下有下列多晶转变。
• 晶型：α←→（1425℃）αH←→（1160℃） αL←→（630---680℃）/690℃
•
780--860℃ ↑
• β（单斜）—→（<500℃）γ------------------
• α型不稳定，熟料中一般不存在，β型只 有在高温快冷的水泥中，T<500℃，一般 为γ型。
• 通常所指的C2S或B矿为β型硅酸二钙。 • β型B矿：单斜晶体，圆锥状，双晶
• 2、熟料率值要求：KH=0.89, SM=2.1, IM=1.3
• 3、单位熟料热耗：3350kJ/kg
表3-2 原料、煤灰的化学成分
名称
石灰 石
粘土
烧失 量 42.66
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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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
量。
3、玻璃体 1）玻璃体的形成
在硅酸盐水泥熟料煅烧过程中，C3A、C4AF、MgO、
型。随着温度的降低，C3S在不同温度下的转变如
下：
1070℃ 1060℃ 990℃ 980℃ 920℃ 620℃ R MⅢ MⅡ MⅠ TⅢ TⅡ TⅠ
由于C3S固溶有其它氧化物，且熟料冷却较快，因 而熟料冷却后并不转变成T型，而是保留M型或R型， 一般MⅢ、MⅠ型。
7．水化特性
综上，适当提高熟料中硅酸三钙含量，且其岩相
结构良好时，可以提高质量的熟料。 但要求水泥的水化热低、抗水性较好时，则熟料
中硅酸三钙含量要适当低一些。
8．形成
熟料形成时，硅酸三钙是四种矿物中最后生成的，
通常在高温下，氧化钙和氧化硅首先反应生成硅酸
二钙，然后在1250℃-1450℃下如有足够的液相存 在，就使硅酸二钙在液相中吸收氧化钙，比较迅速 地形成硅酸三钙。
的温度和速率，可以保留不同的高温变形。α型
由于生成温度较高，主要稳定剂氧化钠大多与铝 酸三钙形成固溶体，稳定α’型的氧化剂氧化钾数 量也不多，都不足以阻止它们的转化。所以熟料 中α型和α’型硅酸二钙一般较少存在。
而由β-C2S转变为γ-C2S时体积随之增大约10%，这
样会使熟料碎裂粉化。 熟料粉化产物主要为不同比例的β型和γ型硅酸二钙
的混合物。当C2S大部分转化为γ型时，其强度较低。
当C2S中含有某些微量氧化物或快速冷却(在液相
较多时，可使熔剂矿物形成玻璃体，将βபைடு நூலகம்硅酸二
钙晶体包住，在迅速冷却的重要依据下，使其越过 β→γ的转变温度而保留住β型)时，可制止β-C2S转
变为γ-C2S。
实际生产的熟料以β型C2S存在。因而所指的C2S 即β-C2S。
2CaO SiO 2 CaO 3CaO SiO 2
液相
适当提高熟料中硅酸三钙含量，其岩相结构良好，
可以获得高质量的熟料。但熟料中硅酸三钙过高
时，会给煅烧带来困难(如窑产量降低、烧成煤耗
高、窑衬寿命缩短等)，往往使熟料中游离氧化钙
增高，从而降低水泥强度，甚至影响水泥的安定
用C4AF来代表熟料中铁铝酸盐。当熟料中Al2O3/Fe2O3小于 0.64时，则生成C4AF和C2F的固溶体。 2）固溶特性：可固溶部分氧化物，如SiO2、R2O、MgO、 TiO2等。因而又称才利特。
3）比重：3.77
4）在反光镜下，其反光能力强，呈亮白色，并填充在A矿 与B矿中间，故一般称为白色中间相。
之中，并受到杂质离子的影响，生成Ca(OH)2的反
性。
二、硅酸二钙 1．多晶转变
纯的C2S有四种晶型即α-C2S、α’-C2S、β-C2S 和γC2S。当加热或冷却时，C2S四种晶型发生转变的 温度及途径如下：
在室温下，有水硬性的α、α’、β几种变型都不是
稳定的，有趋势要转变为水硬性微弱的γ型。
根据C2S固溶体中固溶的氧化物种类及冷却开始
易使水泥急凝。
②硬化快，早期强度较高，3d内就可大部分发挥
出来。但绝对值不高，以后几乎不再增长甚至倒缩。
③水化热高，干缩变形大，脆性大，耐磨性差，
抗硫酸盐性能差。
因而，大体积工程，抗硫酸盐工程应控制。
2、铁铝酸四钙
1）组成：熟料中铁铝酸四钙为C2F-C8A3F的一系列连续固
溶体。在一般水泥熟料中，其成分接近于C4AF，所以可以
5、水化特性
水化较慢，至28d龄期仅水化20%左右。凝结硬化 也缓慢。 早期强度较低，28d以后强度还能较快增长，1d后 可赶上阿利特。
水化热小，250J/g，是四种矿物中最小者。抗水 性较好。对大体积工程或处于侵蚀性大的工程用水 泥，适当提高贝利特含量，降低阿利特含量是有利 的。
C2S的水化强度见书。
1、铝酸三钙
1）熟料中铝酸钙组成：主要是铝酸三钙，有时还 有七铝酸十二钙C12A7。 2）固溶特性：可固溶部分氧化物，如SiO2、Fe2O3、 R2O、MgO、TiO2等。 3）比重：3.04 4）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，故一般称为黑色中间相。(颜色 并不是黑的)
急冷存在较多缺陷 和裂纹
熔剂矿物在煅烧过程中熔融成液相，可以促进硅
酸三钙的顺利形成，这是它们的一个重要作用。 ①熔剂矿物过少，易生烧，氧化钙不易被吸收完 全，导致熟料中游离氧化钙增多，影响熟料质量，
降低窑的产量，增加煤耗。
②熔剂矿物过多，在回转窑内易结大块，甚至结
圈等。
③液相的粘度随C3A/C4AF而增减。铁铝酸四钙含 量多，液相粘度低，有利于液相中离子的扩散，促 进硅酸三钙的形成； ④但铁铝酸四钙过多，烧结范围变窄，不利于窑 的操作。
1250-1280℃开始逐渐熔融成液相，以促进硅酸
三钙的顺利形成，故称为熔剂矿物。
3.2.2 岩相照片
C3S----黑色多角形颗粒 C2S----具有黑白双晶条纹的圆形颗粒 上述两种晶体间反向能力强的为白色中间相(浅色) 铁相固溶体；反向能力弱的为黑色中间相(深色)铝 酸三钙。
3.3 熟料矿物的特性
5）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，尤其是受熟料冷却速度的影响最大。
通常在氧化铝含量高的慢冷熟料中，结晶出较完 整的晶体，在反光镜下呈矩形或粒形。 当冷却速度快时，铝酸三钙溶入玻璃相或呈不规 则的微晶体析出，在反光镜下成点滴状。
6）水化特性
①水化迅速，凝结很快，如不加缓凝剂---石膏，
4．光学特性
纯----洁白色，随固溶氧化物不同颜色不同。 偏光显微镜下：透明无色 正交偏光镜下：呈灰色或深灰干涉色 反光镜下：呈六角形、棱柱形。
5．密度
阿利特的比重为3.14～3.25。
6．水化特性
水化较快，水化反应主要在28d内进行，约经1年 后水化过程基本完成。 凝结时间正常，早期强度较高，强度的绝对值和 强度的增进率较大。28d强度可达到它1年强度的 70～80%，其28d或1年强度在四种主要矿物中是最 高的。它对水泥的性能起着主导作用。 水化热高，水化过程中释放出约500J/g的水化热。 抗水侵蚀性差。 水化热：水泥和水之后化学反应放出的热量，通 常以kJ/kg表示。
(1)欠烧的f-CaO
形成原因：因欠烧、生料过粗、煅烧不良、漏生，
即在1100-1200℃低温下形成的f-CaO。这种欠烧
的f-CaO主要存在于黄粉黄料以及欠烧的夹心熟料
中。
特点：结构疏松多孔，遇水反应快；
影响：不影响安定性。导致C3S、C2S含量下降，强
度下降，影响质量。
(2)一次的f-CaO 形成原因：因配料不当、生料过粗、混合不均、 煅烧不良，尚有未与酸性氧化物反应而残留的CaO， 这种f-CaO经过1400-1450℃高温煅烧而呈“死烧 状态”。 特点：结构致密，晶体较大，一般达10～20um， 往往聚集成堆分布，形成矿巢，且包裹在熟料矿物
硅酸二钙 2CaO· 2 SiO
硅酸盐矿物，75%左右。 铝酸三钙 3CaO· 2O3 Al 铁铝酸四钙 4CaO· 2O3· 2O3 Al Fe 熔剂矿物，22%左右。
可简写为C2S；
可简写为C3A； 可简写为C4AF
其它：f-CaO、方镁石(结晶氧化镁)、含碱矿物以
及玻璃体等。 在煅烧过程中，后两种矿物与氧化镁、碱等，在
2、固溶特性
熟料中的硅酸二钙并不是以纯的形式存在，而是在硅
酸二钙中溶进少量氧化镁、氧化铝、氧化铁、碱等氧
化物的固溶体，通常称为贝利特(Belite)或B矿。
3、密度
贝利特的比重为3.28
4、光学特性
纯----无色晶体，随固溶氧化物不同颜色不同。
反光镜下：呈圆形，有交叉双晶纹。 烧成温度低且冷却缓慢时，常发现有平等双晶。
3.2 熟料的矿物组成
在水泥熟料中，四种主要氧化物不是以单独的氧 化物存在，它们经高温煅烧后，以两种或两种以上
的氧化物反应生成多种矿物，其结晶体细小，通常
为30-60um。 因此，水泥熟料是结晶体细小的多种矿物的集合 体。