第3讲硅酸盐水泥熟料的组成概要
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贝利特水化热较小，抗水性较好，因而对大体 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。
3.1.3 中间相
1.铝酸钙 ⑴ 组成：主要为C3A，有时有C12A7，C3A可固溶有少量 SiO2、Fe2O3、MgO、R2O等形成固溶体。 ⑵ 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，但绝对值不高，其强度3d之内大部分发挥 出来，以后几乎不增长，甚至倒缩；
3.1 熟料的矿物组成
C4AF
C3A
C3S
主要矿物：
C3A
C3S —板状多角颗粒
黑色
C2S —圆形颗粒 黑白双晶条纹
C3A —中间相，黑色 C4AF—中间相，白色
次要矿物：
C4AF
C2S
游离氧化钙（ƒ- CaO），方镁石（结晶MgO，含碱矿物，玻璃体
3.1.1 硅酸三钙
主要由硅酸二钙和氧化钙反应生成。其含量通常为50% 左右，有时甚至高达60%以上。纯C3S只于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℃以下缓慢分解为C2S和CaO。C3S在室温下可以呈 介稳状态存在。 随着温度的降低，C3S在不同温度下的转变如下：
R 1070℃ MⅢ 1060℃ MⅡ 990℃ MⅠ980℃ TⅢ 920℃ TⅡ 620℃ TⅠ
由上可知，C3S有分属于三个晶系的七种变型；即斜方晶系 的R型；单斜晶系的MⅠ、MⅡ、MⅢ和三斜晶系的TⅠ、TⅡ、TⅢ型 。
3.1.1 硅酸三钙
C3S固溶少量氧化物（BaO、P2O5、MgO、Al2O3）形成固溶 体d，称为A矿[Alite(阿利特)] 。 从工艺来看： 晶体（完美、活性低） 固溶体（活性高）
呈“死烧 状态”， 结构致密
二次 熟料慢冷或还原气氛下，C3S分解而形 f-CaO 成的
水化较快
对安定性的 影响 小
大
不大
•铝酸三钙的干缩变形大，水化热高，抗硫酸盐性能差。当 制造抗硫酸盐水泥或大体积工程用水泥时，铝酸三钙含量 应控制在较低范围内。
3.1.3 中间相
2. 铁相固溶体 ⑴ 组成：较复杂，成分接近于铁铝酸四钙（C4AF），固溶有 少量的MgO、SiO2等氧化物，又称才利特（Celite）或C矿， 实际上，其具体组成随该相的Al2O3/Fe2O3比而有差异，当 Al2O3/Fe2O3< 0.64时，则生成C4AF和C2F的固溶体。
熟料形成时，硅酸三钙是四种矿物中最后生成的。
烧成温度：
无液相： 约1800℃
有液相：1250～1450℃
2CaO＋SiO2＝C2S
C2S＋CaO＝C3S
3.1.2 硅酸二钙图3-2 硅酸二钙的多晶转变
硅酸二钙由氧化钙与氧化硅反应生成。在熟料中的含量一 般为20%左右，是硅酸盐水泥熟料的主要矿物之一。纯硅酸二 钙在1450℃温度以下，会进行多晶转变
3.1.4 游离氧化钙和方镁石
游离氧化钙：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。
游离氧化钙的种类及其对安定性的影响
种类
பைடு நூலகம்
产生原因
特点
欠烧 熟料煅烧过程中因欠烧、漏生，在 f-CaO 1100～1200℃低温下形成
结构疏松 多孔
一次 因配料不当、生料过粗或煅烧不良， f-CaO 尚未与S、A、F反应而残留的CaO
第三章 硅酸盐水泥熟料的组成
熟料
第三章 硅酸盐水泥熟料的组成
3.1 熟料的矿物组成 3.2 熟料的率值 3.3 熟料矿物组成的计算 重点：熟料矿物组成、熟料三率值 难点：石灰饱和系数公式的推导与理解、熟料矿物组 成的计算
化学组成
国内部分新型干法水泥企业的硅酸盐水泥熟料化学成分 ％
化学组成
3.1 熟料的矿物组成
• 水泥熟料是一种多矿物组成的结晶细小的多种矿物的集 合体。
• 四种主要矿物相： • 硅酸三钙： 3CaO·SiO2， C3S， • 硅酸二钙： 2CaO·SiO2， C2S， • 铝酸三钙： 3CaO·Al2O3，C3A， • 铁相固溶体：4CaO·Al2O3·Fe2O3， C4AF
一、主要氧化物（≈97％） CaO——C 62%～67％ SiO2——S 20％～24％ Al2O3——A 4％～7％ Fe2O3——F 2.5%～6.0％ 二、次要氧化物（量少） MgO——M SO3——S TiO2——T P2O5——P Na2O，K2O——R2O
3.1 熟料的矿物组成 3.2 熟料的率值 3.3 熟料矿物组成的计算
铁铝酸四钙的水化速度在早期介于铝酸三钙与硅酸三钙之 间，但随后的发展不如硅酸三钙。它的早期强度类似于铝酸 三钙，而后期还能不断增长，类似于硅酸二钙。才利特的抗 冲击性能和抗硫酸盐性能好，水化热较铝酸三钙低。在制造 抗硫酸盐水泥或大体积工程用水泥时，适当提高才利特的含 量是有利的。
四种主要矿物性能比较
在室温下，α、α´H、α´L、β等变形都是不稳定 的，有转变成γ型的趋势 。
硅酸二钙
在烧成温度较高、冷却较快，且固溶有少量氧 化物的硅酸盐水泥熟料中，通常保留β型。此 硅酸二钙称为贝利特（Belit），简称B矿。
贝利特水化较慢，至28天龄期仅水化20%左右。 凝结硬化缓慢，早期强度较低。但28天以后， 强度仍能较快增长，在1年以后，可以赶上阿 利特。
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
3.1.3 中间相
3. 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 主要成分： Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、R 2O 含量：取决于液相量及冷却条件 性能：不及晶体稳定，水化热较大；可改善熟料性能与易磨 性。
结论：杂质是有利的 C3S与A矿组成、结构、性能相近，工业水泥熟料中仅存在A矿， 无C3S，把A矿“视为” C3S
3.1.1 硅酸三钙
硅酸三钙加水调和后，凝结时间正常。它水化较快，粒径 为40～45μm的硅酸三钙颗粒加水后28天，强度可达到它一 年强度的70%～80%。就28天或一年的强度来说，在四种熟料 矿物中，硅酸三钙最高，但水化热较高，抗水性较差 。
3.1.3 中间相
1.铝酸钙 ⑴ 组成：主要为C3A，有时有C12A7，C3A可固溶有少量 SiO2、Fe2O3、MgO、R2O等形成固溶体。 ⑵ 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，但绝对值不高，其强度3d之内大部分发挥 出来，以后几乎不增长，甚至倒缩；
3.1 熟料的矿物组成
C4AF
C3A
C3S
主要矿物：
C3A
C3S —板状多角颗粒
黑色
C2S —圆形颗粒 黑白双晶条纹
C3A —中间相，黑色 C4AF—中间相，白色
次要矿物：
C4AF
C2S
游离氧化钙（ƒ- CaO），方镁石（结晶MgO，含碱矿物，玻璃体
3.1.1 硅酸三钙
主要由硅酸二钙和氧化钙反应生成。其含量通常为50% 左右，有时甚至高达60%以上。纯C3S只于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℃以下缓慢分解为C2S和CaO。C3S在室温下可以呈 介稳状态存在。 随着温度的降低，C3S在不同温度下的转变如下：
R 1070℃ MⅢ 1060℃ MⅡ 990℃ MⅠ980℃ TⅢ 920℃ TⅡ 620℃ TⅠ
由上可知，C3S有分属于三个晶系的七种变型；即斜方晶系 的R型；单斜晶系的MⅠ、MⅡ、MⅢ和三斜晶系的TⅠ、TⅡ、TⅢ型 。
3.1.1 硅酸三钙
C3S固溶少量氧化物（BaO、P2O5、MgO、Al2O3）形成固溶 体d，称为A矿[Alite(阿利特)] 。 从工艺来看： 晶体（完美、活性低） 固溶体（活性高）
呈“死烧 状态”， 结构致密
二次 熟料慢冷或还原气氛下，C3S分解而形 f-CaO 成的
水化较快
对安定性的 影响 小
大
不大
•铝酸三钙的干缩变形大，水化热高，抗硫酸盐性能差。当 制造抗硫酸盐水泥或大体积工程用水泥时，铝酸三钙含量 应控制在较低范围内。
3.1.3 中间相
2. 铁相固溶体 ⑴ 组成：较复杂，成分接近于铁铝酸四钙（C4AF），固溶有 少量的MgO、SiO2等氧化物，又称才利特（Celite）或C矿， 实际上，其具体组成随该相的Al2O3/Fe2O3比而有差异，当 Al2O3/Fe2O3< 0.64时，则生成C4AF和C2F的固溶体。
熟料形成时，硅酸三钙是四种矿物中最后生成的。
烧成温度：
无液相： 约1800℃
有液相：1250～1450℃
2CaO＋SiO2＝C2S
C2S＋CaO＝C3S
3.1.2 硅酸二钙图3-2 硅酸二钙的多晶转变
硅酸二钙由氧化钙与氧化硅反应生成。在熟料中的含量一 般为20%左右，是硅酸盐水泥熟料的主要矿物之一。纯硅酸二 钙在1450℃温度以下，会进行多晶转变
3.1.4 游离氧化钙和方镁石
游离氧化钙：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。
游离氧化钙的种类及其对安定性的影响
种类
பைடு நூலகம்
产生原因
特点
欠烧 熟料煅烧过程中因欠烧、漏生，在 f-CaO 1100～1200℃低温下形成
结构疏松 多孔
一次 因配料不当、生料过粗或煅烧不良， f-CaO 尚未与S、A、F反应而残留的CaO
第三章 硅酸盐水泥熟料的组成
熟料
第三章 硅酸盐水泥熟料的组成
3.1 熟料的矿物组成 3.2 熟料的率值 3.3 熟料矿物组成的计算 重点：熟料矿物组成、熟料三率值 难点：石灰饱和系数公式的推导与理解、熟料矿物组 成的计算
化学组成
国内部分新型干法水泥企业的硅酸盐水泥熟料化学成分 ％
化学组成
3.1 熟料的矿物组成
• 水泥熟料是一种多矿物组成的结晶细小的多种矿物的集 合体。
• 四种主要矿物相： • 硅酸三钙： 3CaO·SiO2， C3S， • 硅酸二钙： 2CaO·SiO2， C2S， • 铝酸三钙： 3CaO·Al2O3，C3A， • 铁相固溶体：4CaO·Al2O3·Fe2O3， C4AF
一、主要氧化物（≈97％） CaO——C 62%～67％ SiO2——S 20％～24％ Al2O3——A 4％～7％ Fe2O3——F 2.5%～6.0％ 二、次要氧化物（量少） MgO——M SO3——S TiO2——T P2O5——P Na2O，K2O——R2O
3.1 熟料的矿物组成 3.2 熟料的率值 3.3 熟料矿物组成的计算
铁铝酸四钙的水化速度在早期介于铝酸三钙与硅酸三钙之 间，但随后的发展不如硅酸三钙。它的早期强度类似于铝酸 三钙，而后期还能不断增长，类似于硅酸二钙。才利特的抗 冲击性能和抗硫酸盐性能好，水化热较铝酸三钙低。在制造 抗硫酸盐水泥或大体积工程用水泥时，适当提高才利特的含 量是有利的。
四种主要矿物性能比较
在室温下，α、α´H、α´L、β等变形都是不稳定 的，有转变成γ型的趋势 。
硅酸二钙
在烧成温度较高、冷却较快，且固溶有少量氧 化物的硅酸盐水泥熟料中，通常保留β型。此 硅酸二钙称为贝利特（Belit），简称B矿。
贝利特水化较慢，至28天龄期仅水化20%左右。 凝结硬化缓慢，早期强度较低。但28天以后， 强度仍能较快增长，在1年以后，可以赶上阿 利特。
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
3.1.3 中间相
3. 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 主要成分： Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、R 2O 含量：取决于液相量及冷却条件 性能：不及晶体稳定，水化热较大；可改善熟料性能与易磨 性。
结论：杂质是有利的 C3S与A矿组成、结构、性能相近，工业水泥熟料中仅存在A矿， 无C3S，把A矿“视为” C3S
3.1.1 硅酸三钙
硅酸三钙加水调和后，凝结时间正常。它水化较快，粒径 为40～45μm的硅酸三钙颗粒加水后28天，强度可达到它一 年强度的70%～80%。就28天或一年的强度来说，在四种熟料 矿物中，硅酸三钙最高，但水化热较高，抗水性较差 。