水泥工藝

第二章硅酸鹽水泥熟料的組成

硅酸鹽水泥熟料：

一種由主要含CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3的原料，按適當(dāng)比例配合磨成細(xì)粉（生料），燒至部分熔融，所得到的以硅酸鈣為主要成分的水硬性物質(zhì)。

2.1熟料的化學(xué)組成

主要氧化物

CaO、SiO2

、Al2O3

、Fe2O3

總和通常占熟料總量的95%以上。其它氧化物

MgO、SO3、Na2O、K2O、TiO2、P2O5，等總量通常占熟料的5%以下。水泥工藝

主要化學(xué)成分要求

實際生產(chǎn)中，硅酸鹽水泥中個主要氧化物含量的波動范圍一般為：CaO62%～67%SiO220%～24%Al2O34%～7%Fe2O32.5%～6%

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2.2熟料的礦物組成

各種氧化物經(jīng)煅燒后，兩種或兩種以上形成各種化合物，稱之為礦物，熟料是各種礦物的集合體。主要礦物

硅酸三鈣（3CaO·SiO2，簡寫成C3S）

硅酸二鈣（2CaO·SiO2，簡寫成C2S）

鋁酸三鈣（3CaO·Al2O3，簡寫成C3A）

鐵鋁酸四鈣（4CaO·Al2O3·Fe2O3，簡寫成C4AF）水泥工藝

次要礦物

游離氧化鈣（f-CaO）方鎂石（結(jié)晶MgO）玻璃體熟料礦物含量

C3S+C2S硅酸鹽礦物約占75%C3A+C4AF熔劑礦物約占25%硅酸鹽礦物+熔劑礦物約占95%左右。2.3熟料礦物的特性

◆硅酸三鈣礦物特點

最重要的熟料礦物，四種主要礦物中最后生成。2CaO+SiO22CaO·SiO22CaO·SiO2+CaO3CaO·SiO2C3S通過固相反應(yīng)形成時需要很高的溫度1450℃少量形成

1650℃加熱1小時基本形成

1800℃加熱幾分鐘基本形成

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阿利特（或A礦）

C3S中含有少量其它氧化物形成的固溶體在反光顯微鏡下為黑色多角形顆粒水泥工藝

水化及性能水化較快

水化反應(yīng)主要在28d以內(nèi)進(jìn)行約經(jīng)一年后水化過程基本結(jié)束強(qiáng)度的絕對值和增進(jìn)率較大

早期強(qiáng)度高28d強(qiáng)度可達(dá)到一年強(qiáng)度的70%～80%水化熱較高抗水性較差

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◆硅酸二鈣

礦物特點

2CaO+SiO22CaO·SiO2

β-C2S與γ-C2S之間的晶型轉(zhuǎn)變

β-C2S→γ-C2S，體積膨脹10%,熟料粉化γ-C2S幾乎無水硬性

貝利物（B礦）

C2S中含有少量其它氧化物形成的固溶體。反光顯微鏡下呈圓粒狀，常有黑白交叉雙晶條紋。水泥工藝

水化及性能水化慢反應(yīng)比C3S慢得多，28d只水化20%左右早期強(qiáng)度低，后期強(qiáng)度增進(jìn)較好一年后其強(qiáng)度可趕超阿利特水化熱小抗水性好

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*C2S活化方法—固溶雜質(zhì)、快冷、微細(xì)化意義—節(jié)省能源、資源，降低環(huán)境負(fù)荷，提高水泥性降低燒成溫度、

低品位石灰石應(yīng)用、減少CO2和NOX排放、降低水化熱、提高耐久性*大壩水泥提高C2S含量，降低水化熱。水泥工藝

◆鋁酸三鈣礦物特點

固溶體（黑色中間相）

C3A可固溶有少量其它氧化物形成固溶體；反光鏡下，呈暗灰色，填充在A礦與B礦中間。水泥工藝

水化及性能水化迅速易使水泥急凝早期強(qiáng)度較高，但絕對值不高強(qiáng)度3d之內(nèi)大部分發(fā)揮出來有強(qiáng)度倒縮現(xiàn)象水化熱高干縮變形大抗硫酸鹽性能差水泥工藝

◆鐵鋁酸四鈣礦物特點

固溶體（白色中間相）

連續(xù)固溶體：C2AXF1-XX=0-0.7才利特(C礦)—固溶少量其它氧化物反光鏡下呈亮白色，填充在A礦與B礦之間水泥工藝

水化及性能水化速度在早期介于鋁酸三鈣與硅酸三鈣之間，但隨后的發(fā)展不如硅酸三鈣；早期強(qiáng)度類似于鋁酸三鈣，而后期還能不斷增長，類似于硅酸二鈣；水化熱較鋁酸三鈣低；耐磨性能好；抗沖擊性能和抗硫酸鹽性能較好。

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*道路水泥

C4AF大于16%*高鐵水泥

C2S35%、鐵相30%、C4A3S20%、CaSO415%

煅燒溫度1200℃*非拉瑞水泥

以C3S與鐵相為主耐磨、抗硫酸鹽侵蝕水泥工藝

◆玻璃體

熔融液相被快速冷卻來不及結(jié)晶而成為過冷凝體主要成分：Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、R2O含量取決于液相量及冷卻條件水泥工藝

◆游離氧化鈣（f-CaO）

熟料中沒有以化合狀態(tài)存在而是以游離狀態(tài)存在的氧化鈣。死燒f-CaO導(dǎo)致水泥安定性不良CaO+H2O→Ca(OH)2

體積膨脹△V=97.7%

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◆方鎂石

游離狀態(tài)的氧化鎂晶體

安定性不良的根源之一

MgO+H2OMg(OH)2體積膨脹△V=148%，方鎂石水化緩慢通用水泥國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：

MgO小于5.0%，壓蒸合格放寬到6.0%水泥工藝

氧化鎂作為膨脹組分的膨脹水泥與膨脹劑

從害怕膨脹→防止膨脹→利用膨脹，利用膨脹來補(bǔ)償水泥混凝土的收縮，提高其抗裂能力。

*氧化鎂微膨脹水泥

熟料中氧化鎂含量3.5%-5.0%

控制C3A、C3S含量三峽大壩工程采用該水泥*膨脹劑

輕燒氧化鎂水泥工藝

我國主要采用的三個率值是石灰飽和系數(shù)（KH）、硅率（n）、鋁率（p）。率值是硅酸鹽水泥熟料中各主要氧化物含量之間比例關(guān)系。率值反映化學(xué)成分與礦物組成之間的關(guān)系，反映熟料的煅燒和性能。在一定的工藝條件下，率值是水泥生產(chǎn)質(zhì)量控制的主要指標(biāo)。

2.4熟料的率值

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2.4.2石灰飽和系數(shù)表達(dá)式CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、SO3分別為熟料中相應(yīng)氧化物的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)；f-CaO、f-SiO2分別為熟料中呈游離狀態(tài)的氧化鈣、二氧化硅的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。

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物理意義表示熟料中二氧化硅被氧化鈣飽和成硅酸三鈣的程度。

KH值高，則C3S較多，C2S較少

KH=1，熟料中只有C3S，而無C2SKH＞1，熟料中都有游離氧化鈣存在

KH≤0.667，熟料中無C3S

實際生產(chǎn)中，為使熟料順利形成，又不產(chǎn)生過多的游離氧化鈣，通常KH值控制在0.87～0.96。水泥工藝

2.4.2硅率表達(dá)式含義熟料中SiO2含量與Al2O3、Fe2O3之和的比例。反映了熟料中硅酸鹽礦物與熔劑礦物的相對含量。

SM值過高，表示硅酸鹽礦物多，熔劑礦物少，對熟料強(qiáng)度有利，但將給煅燒造成困難；SM值的降低，液相量增加，對熟料的易燒性和操作有利，但SM值過低，熟料強(qiáng)度低，操作困難。一般取值：1.7～2.7

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2.4.3鋁率表達(dá)式含義熟料中Al2O3含量Fe2O3含量之比反映了熟料中C3A和C4AF的相對含量反映煅燒過程中液相的性質(zhì)（主要是液相的粘度)

p值過大，C3A多，液相粘度大，不利于C3S的形成，易引起熟料快凝；p值過低，C4AF量相對較多，液相粘度小，對C3S的形成有利，但易使窯內(nèi)結(jié)大塊，對煅燒不利。水泥工藝

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2.5熟料的礦物組成的計算與換算獲得熟料的礦物組成的方法儀器分析法如：巖相分析；X射線分析等。理論計算法如：鮑格法鮑格法C3S=4.07S-7.60S-6.72A-1.43F-2.86SO3C2S=8.60S+5.07A+1.07F+2.15SO3-3.07CC3A=2.65A-1.69FC4AF=3.04FCaSO4=1.70SO3以上公式適用于：IM≥0.64

C、S、A、F、SO3分別代表熟料中CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3

和SO3的百分含量。水泥工藝

◆由礦物組成計算各率值

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◆由熟料率值計算化學(xué)成分

∑為設(shè)計熟料中CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3含量的總和，根據(jù)原料成分總和估算，一般∑≈97%。Al2O3＝p·Fe2O3SiO2＝n（Al2O3＋Fe2O3）CaO＝∑－（SiO2＋Al2O3