水泥工艺学第三章水泥熟料的组成详解.ppt
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1、第三章第三章 硅酸盐水泥熟料的组成硅酸盐水泥熟料的组成 水泥的质量主要决定熟料的质量。优质的熟料应该具水泥的质量主要决定熟料的质量。优质的熟料应该具有合适的矿物组成和岩相结构。因此控制熟料的化学成分有合适的矿物组成和岩相结构。因此控制熟料的化学成分是水泥生产的中心环节之一。是水泥生产的中心环节之一。硅酸盐水泥熟料的主要化学组成为氧化钙(硅酸盐水泥熟料的主要化学组成为氧化钙(CaOCaO),),二氧化硅(二氧化硅(SiOSiO2 2),三氧化二铝(),三氧化二铝(AlAl2 2O O3 3)三氧化二铁)三氧化二铁(FeFe2 2O O3 3)。这四种氧化物组成通常在熟料中占)。这四种氧化物组成通
2、常在熟料中占95%95%以上,以上,同时含有同时含有5%5%以下的少数氧化物,如氧化镁(以下的少数氧化物,如氧化镁(MgOMgO)、硫酐)、硫酐(SOSO3 3)、氧化钛()、氧化钛(TiOTiO2 2)、氧化磷()、氧化磷(P P2 2O O5 5)以及碱()以及碱(k k2 20 0、NaNa2 20 0)等。等。各种氧化物的范围一般:各种氧化物的范围一般:CaOCaO:62-67%62-67%;SiOSiO2 2 :20-24%20-24%;AlAl2 2O O3 3 :4-7%4-7%;FeFe2 2O O3 3 :2.5-6%2.5-6%这四种氧化物构成水泥熟料的最主要的化学成分。它
3、这四种氧化物构成水泥熟料的最主要的化学成分。它们在水泥熟料生产中是按一定含量和一定比例进行配比生们在水泥熟料生产中是按一定含量和一定比例进行配比生产的。配比不恰当,将会直接影响到熟料的质量进而影响产的。配比不恰当,将会直接影响到熟料的质量进而影响到水泥的质量。到水泥的质量。如熟料中若如熟料中若CaOCaO含量过高,则含量过高,则CaOCaO不能充分与硅酸性不能充分与硅酸性氧化物化合,部分呈现游离状态存在于熟料中,成氧化物化合,部分呈现游离状态存在于熟料中,成“死烧死烧状态状态”。这种。这种“死烧状态死烧状态”的氧化钙,其水化作用非常缓的氧化钙,其水化作用非常缓慢,常发生在水泥凝结硬化过程之后的
4、水泥石中,致使水慢,常发生在水泥凝结硬化过程之后的水泥石中,致使水泥石膨胀变形、破裂。泥石膨胀变形、破裂。如如氧化铝和氧化铁氧化铝和氧化铁,它们是熟料烧成过程中产生液相,它们是熟料烧成过程中产生液相的主要氧化物,如果它们的含量过高,则产生的液相量过的主要氧化物,如果它们的含量过高,则产生的液相量过多,使物料易结大块而影响操作;如果含量过低,则产生多,使物料易结大块而影响操作;如果含量过低,则产生液相量过少,使烧成困难,熟料易于液相量过少,使烧成困难,熟料易于“粉化粉化”。所以在熟。所以在熟料生产中化验人员要对原料进行认真分析计算,作出科学料生产中化验人员要对原料进行认真分析计算,作出科学合理的
5、配料方案,指导熟料生产。合理的配料方案,指导熟料生产。第一节第一节 熟料的矿物组成熟料的矿物组成 硅酸盐水泥熟料中各氧化物不是以单独状态存在,而硅酸盐水泥熟料中各氧化物不是以单独状态存在,而是由两种或两种以上的氧化物合成的多矿物集合体。因此,是由两种或两种以上的氧化物合成的多矿物集合体。因此,水泥熟料是一种多矿物组成的结晶细小的人造岩石。水泥熟料是一种多矿物组成的结晶细小的人造岩石。原料中原料中CaOCaO、SiOSiO2 2、AlAl2 2O O3 3和和FeFe2 2O O3 3,这四种氧化物,这四种氧化物,经经过高温煅烧后发生化合反应,形成熟料中的四种主要矿物:过高温煅烧后发生化合反应,
6、形成熟料中的四种主要矿物:硅酸二钙(硅酸二钙(2CaO2CaOSiOSiO2 2),简写为),简写为C C2 2S S 硅酸三钙(硅酸三钙(3CaO3CaOSiOSiO2 2),简写为),简写为C C3 3S S 铝酸三钙铝酸三钙(3CaO(3CaOAlAl2 2O O3 3),简写为,简写为C C3 3A A 铁铝酸四钙铁铝酸四钙(4CaO(4CaOAlAl2 2O O3 3 Fe Fe2 2O O3 3)简写为简写为C C4 4AFAF 另外熟料中还有少量的游离氧化钙(另外熟料中还有少量的游离氧化钙(f-CaOf-CaO)、方镁)、方镁石、含碱矿物(石、含碱矿物(R0R02 2)以及玻璃体
7、等。)以及玻璃体等。硅酸盐矿物,硅酸盐矿物,占占75%75%左右左右熔剂矿物,熔剂矿物,占占22%22%左右左右 一、硅酸三钙一、硅酸三钙 1 1、形成、形成 3CaO+SiO3CaO+SiO2 2 3CaO3CaOSiOSiO2 2 纯的纯的C C3 3S S是一种无色晶体,为介稳物质,是一种无色晶体,为介稳物质,12501250-2065-2065。属于三个晶系、有七种晶型。熟料中的属于三个晶系、有七种晶型。熟料中的C C3 3S S 并不是纯的,是并不是纯的,是C C3 3S S和一些氧化物形成的固溶体,称为和一些氧化物形成的固溶体,称为A A矿或阿利特矿。矿或阿利特矿。2 2、特性、特
8、性 C C3 3S S在熟料中的含量为在熟料中的含量为50%50%左右;凝结时间正常、早期强度高、左右;凝结时间正常、早期强度高、水化热大、水化热大、2828天和一年的强度在四种矿物中最高、抗水性差。天和一年的强度在四种矿物中最高、抗水性差。二、硅酸二钙二、硅酸二钙1 1、形成、形成 2CaO+SiO2CaO+SiO2 2 2CaO2CaOSiOSiO2 2 C C2 2S S有四种晶型,在有四种晶型,在1450 1450 以下会发生晶型转变。以下会发生晶型转变。,其中其中、,、晶型不稳定,但有活性和水硬性晶型不稳定,但有活性和水硬性 ,型晶型稳定,但没有活性和水硬性,体积会发生膨胀易粉化,型
9、晶型稳定,但没有活性和水硬性,体积会发生膨胀易粉化,强度较低。强度较低。熟料中的熟料中的C C2 2S S 也不是纯的,是也不是纯的,是C C2 2S S和一些氧化物形成的固溶体,和一些氧化物形成的固溶体,称为称为B B矿或贝利特矿。矿或贝利特矿。2 2、特性、特性 C C2 2S S在熟料中的含量为在熟料中的含量为20%20%左右;凝结慢、水化较慢、水化左右;凝结慢、水化较慢、水化热小、早期强度低、热小、早期强度低、但但2828天强度发展快、一年的强度可赶上甚天强度发展快、一年的强度可赶上甚至超过至超过C C3 3S S、抗水性好。、抗水性好。三、中间相三、中间相 定义:定义:填充在阿利特和
10、贝利特之间的铝酸盐、铁酸盐、组成不填充在阿利特和贝利特之间的铝酸盐、铁酸盐、组成不 定的玻璃体和含碱化合物等统称为中间相。定的玻璃体和含碱化合物等统称为中间相。(一)铝酸钙(一)铝酸钙 1 1、形成、形成 熟料中的铝酸钙为熟料中的铝酸钙为C C3 3A A,含量在,含量在7-15%7-15%,有时还出现,有时还出现C C1212A A7 7。纯的纯的C C3 3A A是等轴晶系,熟料中的是单斜晶系。是等轴晶系,熟料中的是单斜晶系。2 2、特性、特性 水化迅速、硬化快、水化热多、早期强度发展快、后期水化迅速、硬化快、水化热多、早期强度发展快、后期强度不增长,甚至倒缩、干缩变形大、抗硫酸盐性能差。
11、强度不增长,甚至倒缩、干缩变形大、抗硫酸盐性能差。(二)铁相固溶体(二)铁相固溶体 1 1、形成、形成 熟料中,含铁相比较复杂,其化学组成为一系列的连续固熟料中,含铁相比较复杂,其化学组成为一系列的连续固溶体,称铁相固溶体。在熟料中含量为溶体,称铁相固溶体。在熟料中含量为10-18%10-18%,其成分接近,其成分接近铁铝酸四钙,所以常用铁铝酸四钙,所以常用C C4 4AFAF来代表熟料中的铁相固溶体,又来代表熟料中的铁相固溶体,又称才利特矿或称才利特矿或C C矿。矿。2 2、特性、特性 水化速度在早期介于水化速度在早期介于C C3 3S S和和C C3 3A A之间,但是随后发展不如之间,但
12、是随后发展不如C C3 3S S。它的早期强度类似它的早期强度类似C C3 3A A,而后期还能不断增长,类似,而后期还能不断增长,类似C C2 2S S。抗冲。抗冲击性能和抗硫酸盐性能好,水化热比击性能和抗硫酸盐性能好,水化热比C C3 3A A低。低。(三)玻璃体(三)玻璃体 1 1、形成、形成 熟料冷却速度较快,部分液相来不及结晶因而形熟料冷却速度较快,部分液相来不及结晶因而形成玻璃体。成玻璃体。化学组成不定,主要为化学组成不定,主要为CaOCaO、AlAl2 2O O3 3、FeFe2 2O O3 3和少和少量量Mg0Mg0和和R R2 20 0。结构上原子、分子离子排列无序,含。结构
13、上原子、分子离子排列无序,含量与冷却速度有关:慢冷量与冷却速度有关:慢冷0-2%0-2%、急冷、急冷8-22%8-22%。2 2、特性、特性 处于不稳定状态,具有较高的活性。处于不稳定状态,具有较高的活性。以上中间相中,以上中间相中,C C4 4AF AF 和和C C3 3A A为熔剂性矿物,在为熔剂性矿物,在煅烧过程中形成液相,促进硅酸三钙的形成,是它煅烧过程中形成液相,促进硅酸三钙的形成,是它们的重要作用之一。它们的液相量、粘度大小都将们的重要作用之一。它们的液相量、粘度大小都将影响煅烧过程。影响煅烧过程。四、游离氧化钙和方镁石四、游离氧化钙和方镁石(一)游离氧化钙(一)游离氧化钙 指熟料
14、中没有以化合状态存在,而是以游离指熟料中没有以化合状态存在,而是以游离状态存在的状态存在的CaOCaO,又称游离石灰(,又称游离石灰(f-CaO),f-CaO),熟料中熟料中游离氧化钙产生的条件不同,对水泥的质量影响游离氧化钙产生的条件不同,对水泥的质量影响也不一样。也不一样。(1 1)欠烧游离氧化钙)欠烧游离氧化钙 熟料煅烧过程中因欠烧、漏生,在熟料煅烧过程中因欠烧、漏生,在1100 1100 -1200 1200 的低温下形成的。这种氧化钙结构疏松多的低温下形成的。这种氧化钙结构疏松多孔,遇水反应快,水泥的安定性危害不大,但是孔,遇水反应快,水泥的安定性危害不大,但是含量过高对水泥的强度影
15、响较大。含量过高对水泥的强度影响较大。(2 2)一次游离氧化钙)一次游离氧化钙 当熟料配料不当、生料过粗或煅烧不良时,当熟料配料不当、生料过粗或煅烧不良时,熟料中出现的还没有和酸性氧化物化合而残留的熟料中出现的还没有和酸性氧化物化合而残留的CaOCaO,即游离状态存在的,即游离状态存在的CaOCaO。这种氧化钙经较高。这种氧化钙经较高的温度煅烧而呈的温度煅烧而呈“死烧状态死烧状态”,结构致密、晶体,结构致密、晶体较大,一般较大,一般10-2010-20 m,m,且包裹在熟料矿物中,遇水且包裹在熟料矿物中,遇水水化很慢,固相体积膨胀水化很慢,固相体积膨胀97.9%97.9%,在已经硬化的水,在已
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- 水泥 工艺学 第三 熟料 组成 详解
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