第二章硅酸鹽水泥熟料 定義 是一種由主要含CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3的原料按適當(dāng)配比 磨成細(xì)粉 燒至部分熔融 所得以硅酸鈣為主要礦物成分的水硬性膠凝物質(zhì) 中華人民共和國建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 硅酸鹽水泥熟料 JC T853 1999 熟料質(zhì)量 化學(xué)成分 熟料率值 水泥質(zhì)量 礦物組成 巖相結(jié)構(gòu) 水泥生產(chǎn)中心環(huán)節(jié) 硅酸鹽水泥熟料的化學(xué)成分 含約5 的少量其它氧化物 MgO SO3 TiO2 P2O5 K2O和Na2O 水泥品種不同 原料成分不同 工藝過程不同 熟料化學(xué)成分有所不同 熟料化學(xué)成分必須合適 在相圖中硅酸鹽水泥熟料的范圍內(nèi) 否則生成其它礦物組成 如無水硬性的C2AS 閃凝的C12A7 第一節(jié)熟料的礦物組成 不是以單獨(dú)的氧化物存在 而是經(jīng)高溫煅燒后 以兩種或兩種以上的氧化物反應(yīng)生成的多種礦物集合體 水泥熟料是一種多礦物組成的結(jié)晶細(xì)小 30 60 m 的人造巖石 四種主要礦物 還有少量的游離氧化鈣 fCaO 方鎂石 結(jié)晶氧化鎂 含堿礦物以及玻璃體等 一 熟料的礦物組成 硅酸鹽礦物 C3S C4AF C2S C3A 含堿化合物 玻璃體 方鎂石 fCaO 熔劑礦物 中間相 在硅酸鹽水泥熟料中 礦物不是以純的形式存在 總含有少量的其它氧化物形成固溶體 C3S 阿利特 Alite A礦C2S 貝利特 Belite B礦C4AF 才利特 Celite C礦 填充在阿利特 貝利特之間的鋁酸鹽 鐵酸鹽 組成不定的玻璃體和含堿化合物等統(tǒng)稱為中間相 中間相在熟料煅燒過程中 開始熔融成液相 冷卻時(shí) 部分液相結(jié)晶 部分液相來不及結(jié)晶而凝結(jié)成玻璃體 玻璃體的主要成分為Al2O3 Fe2O3 CaO 也有少量的MgO和堿 1 熟料礦物的晶體結(jié)構(gòu)和巖相結(jié)構(gòu) 二 四種主要的熟料礦物 型圓粒狀不規(guī)則狀 黑白雙晶條紋圓形顆粒 反射強(qiáng)黑 深 色中間相 正常煅燒熟料 反光 六方板狀的A礦 反光 熟料煅燒過程中 先固相反應(yīng)生成貝利特 其邊棱再熔進(jìn)液相 尚未溶進(jìn)液相的貝利特以它形產(chǎn)生 多為圓粒狀 慢冷時(shí) 液相中過多的貝利特在降溫過程中會(huì)析晶出來 以自形產(chǎn)生 故有時(shí)也出現(xiàn)其它不規(guī)則形狀 工藝條件正常的熟料中貝利特有交叉雙晶條紋 在燒成溫度低且冷卻緩慢的熟料中 有平行雙晶條紋 C3A快冷呈點(diǎn)滴狀 慢冷呈矩形或柱狀 2 煅燒對(duì)熟料礦物巖相結(jié)構(gòu)的影響 類圓形具有交叉晶紋B礦 反光 慢冷排列整齊細(xì)粒狀二次析晶B礦 反光 低溫慢冷類圓形具有平行晶紋B礦 反光 類圓形具有交叉晶紋B礦 反光 快冷點(diǎn)滴狀C3A 反光 慢冷帶棱角片狀C3A 反光 慢冷棱柱狀C4AF 反光 3 熟料礦物的生成 水化和特性 三 游離氧化鈣和方鎂石 水化 立窯熟料 2 5 回轉(zhuǎn)窯熟料 1 5 類圓形fCaO 反光 成堆方鎂石 反光 MgO存在形式對(duì)其水化的影響玻璃體 活性高 水化快固溶體 幾個(gè)月 1年水化方鎂石晶體 幾年才水化 fCaO形態(tài)對(duì)其水化的影響立窯fCaO含量允許高些 因?yàn)橐徊糠謋CaO是沒有經(jīng)過高溫死燒的 生燒 水化速度較快 對(duì)安定性影響不嚴(yán)重 回轉(zhuǎn)窯fCaO含量控制更嚴(yán) 因?yàn)槭撬罒膄CaO 結(jié)構(gòu)比較致密 通常要在3天后才水化 化學(xué)成分 礦物組成 熟料煅燒 熟料性能 第二節(jié)熟料的率值 在水泥生產(chǎn)控制中 不僅要控制熟料中各氧化物的含量 還要控制各氧化物之間的比例 率值 率值既可方便地表示化學(xué)成分和礦物組成之間的關(guān)系 又可明確地表示對(duì)水泥熟料煅燒和性能的影響 一 三率值的物理意義與計(jì)算式 1 水硬率 1868年德國人W Michaelis提出 物理意義 熟料適宜石灰含量的一個(gè)系數(shù) 是熟料中氧化鈣與酸性氧化物之和的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的比值 計(jì)算式 因?yàn)?當(dāng)酸性氧化物總和不變 而比例變動(dòng)時(shí) 所需CaO的量改變 所以 控制相同的水硬率 不能保證同樣的礦物組成 對(duì)熟料質(zhì)量和煅燒不利 要同時(shí)控制各酸性氧化物之間的比例 庫爾提出熟料中酸性氧化物之間關(guān)系的率值 2 硅率 硅酸率 物理意義 熟料中氧化硅含量與氧化鋁 氧化鐵之和的質(zhì)量比 也表示了熟料中硅酸鹽礦物與熔劑礦物的比例 計(jì)算式 3 鋁率 鐵率 鋁氧率 物理意義 熟料中氧化鋁與氧化鐵含量的質(zhì)量比 也表示了熟料熔劑礦物中鋁酸三鈣與鐵鋁酸四鈣的比例 計(jì)算式 鋁率高低 在一定程度上反映了熟料煅燒過程中高溫液相的粘度 二 石灰飽和系數(shù) 水硬率 熟料中氧化鈣與酸性氧化物之和的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的比值 斯波恩 石灰最大限量 熟料中主要酸性氧化物理論上反應(yīng)生成熟料礦物所需要的石灰最高含量 古特曼與杰耳 石灰理論極限含量 酸性氧化物形成堿性最高的礦物為C3S C3A和C4AF 意義不明確 首先理論計(jì)算 CaO 2 8SiO2 1 65Al2O3 0 35Fe2O3 生成C3S C2A C2F 石灰標(biāo)準(zhǔn)值 李和派克認(rèn)為 雖然生成C3S C3A C4AF 但要按相圖研究非平衡冷卻條件 石灰飽和系數(shù) 斯波恩 修正石灰標(biāo)準(zhǔn)值 金德和容克認(rèn)為 Al2O3 Fe2O3最終被CaO飽和 SiO2不完全被CaO飽和生成C3S 有部分C2S 否則出現(xiàn)fCaO CaO KH 2 8SiO2 1 65Al2O3 0 35Fe2O3 修正 石灰飽和系數(shù) 計(jì)算式 物理意義 熟料中全部SiO2生成硅酸鈣 C2S和C3S 所需的CaO含量與全部SiO2生成C3S所需CaO最大含量的比值 也表示熟料中SiO2被CaO飽和形成C3S的程度 考慮到熟料中還有fCaO fSiO2和石膏 三 率值 化學(xué)成分和礦物組成之間的關(guān)系式 1 化學(xué)成分與率值 Al2O3 IM Fe2O3SiO2 SM Al2O3 Fe2O3 CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 設(shè)計(jì)熟料中四種氧化物含量的總和 一般為97 左右 2 率值與礦物組成 當(dāng)IM 0 64時(shí) 3 礦物組成與化學(xué)成分 C3S 4 07CaO 7 60SiO2 6 72Al2O3 1 43Fe2O3 2 86SO3C2S 2 87SiO2 0 754C3SC3A 2 65Al2O3 1 69Fe2O3C4AF 3 04Fe2O3 四 率值 化學(xué)成分和礦物組成之間的關(guān)系率值對(duì)熟料煅燒與性能的影響 燒結(jié)范圍 指水泥生料加熱至出現(xiàn)燒結(jié)所必需的 最少的液相量時(shí)的溫度 開始燒結(jié)的溫度 與開始出現(xiàn)結(jié)大塊 超過正常液相量 時(shí)溫度的差值 液相量隨溫度升高而緩慢增加 其燒結(jié)范圍就較寬 液相量隨溫度升高而增加很快 其燒結(jié)范圍就較窄 含鐵量較高 燒結(jié)范圍就較窄 降低鐵的含量 增加鋁的含量 燒結(jié)范圍就變寬 硅酸鹽水泥熟料的燒結(jié)范圍約為150 預(yù)分解窯一般采用 二高一中 配方 高SM 2 4 2 7高IM 1 4 1 7中KH 0 90左右 立窯較多采用配方 較低SM 1 8 2 0中IM 1 3 1 5較高KH 0 92 0 95 思考題