水泥岩相分析

熟料岩相结构与强度的关系总是遵循下 列规律变化：强度由高到低，熟料矿物岩 相结构的变化规律为： ① A矿形态由规则的长柱状、板状依次到不 规则状； ② A矿大小由均齐到不均齐，晶体尺寸依次 变小，并至细晶成堆；
③ A矿和B矿之间分布依次由均匀变为不均匀；
④ B矿是圆形且具清晰的二组双晶纹，依次到
五. 游离氧化钙 又称游离石灰，常用 f – CaO 表示 。
它是没有与熟料中其它成份化合的氧化
钙，属等轴晶系。
1. 一次游离氧化钙：又称残存游离氧化钙，
是生料中残留下来的氧化钙，残存的原因
大致有以下几种。
① 生料细度没有达到要求，石灰石（或混
入的方解石）颗粒太粗，在煅烧过程中反
应不完全，这种残留下来的氧化钙在镜下
2. 石灰岩成分和性质的影响 ① 石灰岩的白云岩化，方镁石析晶严重，
严重影响水泥的安定性，图8-1-7。
②周围SiO2与方解石发生置换反应，形成高 SiO2矿物，特别是燧石结核，易磨性差， 熟料中A矿数量减少，包裹物多（图9-
22）。
二. 粘土质原料 获得熟料中所需的SiO2和Al2O3 。粘土 也是熟料中碱金属氧化物（K2O、Na2O） 的主要来源 ，易生成高碱的钠铝酸钙 （Na2O· 8CaO· 2O3）（NC8A3）和钾硅 3Al 酸钙（K2O· 23CaO· 12SiO2）（KC23S12）。 图9-23，图9-24，图8-1-9，图8-1-10。
浸蚀光片后，A矿呈棕色。
二. B矿 贝里特（Belite） 是含有某些金属离子的硅酸二钙 （2CaO· 2，简写为C2S ）固溶体， SiO
有多种晶型。工厂水泥熟料中的B矿大
部分为β 型的，属单斜晶系。
β - C2S 一般呈圆粒状，常具有两组相互
交叉的双晶纹（图7-4，图9-8，图8-1-2）。
② 斑状结构： A矿和B矿清晰，但大小不均 齐，分布不均匀。 A矿边棱不光洁，已有 部分分解和溶蚀现象。 B矿园度不好，有
时还能见到大堆的f-CaO矿巢。见图7-25，
图9-37，再见表7-3。
③ 多孔结构：A矿晶体发育不良，颗粒细小，
边棱有严重的分解和溶蚀现象，体内有包
裹物。 B矿晶形不规则。中间体数量少。
① 均齐结构：A矿和B矿清晰，结晶大小均齐， 分布均匀，彼此被20%—30%的中间体隔开。 A矿晶形完整、边棱整齐光洁、包裹物少， 大小在30 µm左右，数量约为50%—60% 。 B矿晶体园度较好，有清晰的双晶纹，含量 约20%—30% 。孔洞较少，大小在80µm左 右。这是正常煅烧的优质熟料岩相结构，图 7-24，图9-25，见表7-2 。
材料岩相分析
第六章 硅酸盐水泥 熟料的岩相分析
§10-1
一. A矿
硅酸盐水泥熟料的矿物组成
阿里特（Alite）
是含有少量MgO、Al2O3和Fe2O3的硅酸三 钙（3CaO· 2 ，简写为C3S ）固溶体。 SiO
纯的硅酸三钙属于三斜晶系。硅酸盐
水泥熟料中的A矿晶体最常见的是单斜晶 系，晶体外型为假六方片状或板状，有时
三. 黑色中间体 填充在A矿和B矿之间的铝酸盐相、铁 铝酸盐相和组成不定的玻璃相，总称为中 间体。中间体按反射率大小分为黑色中间 体和白色中间体两大类。
铝酸盐类矿物属黑色中间体，主要有铝酸 三钙（3CaO· 2O3 ，简写为 C3A ），属于 Al 等轴晶系。当铝氧率大（P>1.6）而熟料又
慢冷时，C3A晶体呈四方片状或叶片状（图
八. 孔洞
是熟料中的气相在冷却过程中形成的，在 视域中孔洞呈凹下去的圆形、三角形或不规 则多角形等。由于光线漫反射的原因，孔洞 部分显得较为黯淡，当提升或下降镜筒时，
孔洞大小也随之变化。
孔洞在镜下呈现的颜色主要决定于光片抛
光粉的颜色。煅烧正常的熟料中的孔洞大小
为80~100μ m，呈圆形，而且分布较均匀。
尺寸在1μm左右，见图9-19，图8-1-5。
易磨性好，比表面积小，料间固相反应
好，好煅烧，熟料强度高。
经过变质作用的石灰岩，方解石晶体尺
寸可以增大10到几十倍，而且石灰岩的结
构坚硬致密，颗粒间结合力增强，易磨性
差。易磨性差的石灰岩往往在生料中留下
粗颗粒的石灰石，是形成游离氧化钙矿巢
的主要原因。见图9-20，图8-1-6，图9-21。
（图7-7，图9-12）B矿。
图8 梭状贝里特
1%氯化铵溶液 优质料
因此，根据β -C2S的形态和双晶纹的变
化，可以推断窑内的煅烧温度及热工制度。
当β - C2S 转变为γ - C2S 时，体积要增
大10%左右，大量转变时常会使熟料崩裂
呈粉状（图7-9）。
β - C2S 在反光显微镜下，用 1％NH4Cl 水溶液或 1% 硝酸酒精浸蚀光片后，都呈 现棕色或棕黄色。
② 发生阳离子置换，Fe2+ 离子进入A矿使A 矿由不稳定到分解，同时置换出游离氧化 钙，形成所谓蠕虫状结构的B矿和 f-CaO。
在反光显微镜下，用蒸馏水浸蚀光片 3~5秒钟，游离氧化钙呈现彩虹色，极易 辨认。
图14 游离氧化钙矿巢 蒸馏水
优质料
六. 方镁石： 是单独析晶的游离氧化镁 （MgO），属等轴晶系。 方镁石在反光显微镜下突起高，一般 呈三角形或多角形小晶体，其表面略显 粉红色。
§10-2 熟料岩相结构类型与强度的关系
一. 熟料矿物形态特征的描述
见表7-1，水泥熟料常见矿物形态。
除表以外，还常用下列几种矿物集合体 形态的术语。 1. 矿巢：是一种矿物的不规则堆聚，且在
矿物颗粒间有明显界线。
① B矿巢：由原料中粗粒长石、石英或 矿渣形成，粗大的B矿几乎紧紧连在一
残存下来。
2. 二次游离氧化钙：又称次生游离氧化钙。
它是A矿中分解出来的CaO，大致有以下
两种。
① 熟料在高温下慢冷，A矿在1250 °C左 右停留的时间过长，将分解为B矿和游离氧 化钙，此时A矿边缘往往出现许多小粒B矿， 形成花环结构A矿，同时出现一些极细小的 游离氧化钙溶入液相或聚集成团形成蠕虫 状结构（图7-19，图8-1-23）
暗色或灰色；用蒸馏水浸蚀光片后，C3A
呈兰灰色。
四. 白色中间体 主要是铁铝酸四钙（4CaO· 2O3· 2O3， Al Fe
简写为C4AF），又称为C矿（才利特），
它是水泥熟料中间体中反射率较大，色泽 浅的部分（图7-14）。
当熟料铝氧率较高（P>1.38）而又快冷 时，它以他形晶填充于A矿和B矿之间，或 因来不及析晶而成玻璃相；当熟料的铝氧 率较低（P<1.38）而又慢冷时，它可呈棱 柱状半自形晶出现（图7-15，图9-13，图 8-1-17）。C4AF属斜方晶系。
3. 三级熟料：岩相 结构类似于多孔结构。 A 矿晶体发育不良，颗粒细小，10µm以下的 占多数，含量较少； B矿晶形不规则，含量 增加到30%—40%，成堆分布；中间体数量
少，矿物间相互接触；游离氧化钙呈矿巢型
分布；孔洞多而大（孔径达100—200 µm ，
孔隙率高达50%—60%），见图7-29 。
图16 粉红色突起较高的方镁石
1%氢氧化钾溶液 优质料
当熟料中MgO的成份高达一定数量时， MgO便会从中间体中单独析晶出来（图720，图8-1-14）。
七. 玻璃相：成份不定，含有多量的Al2O3 和Fe2O3组分。 在偏光显微镜下玻璃相与结晶相不易 识别，但在反射光下用10%KOH水溶液 及1%硝酸酒精溶液腐蚀后，玻璃相呈暗 黑色的包裹体。
§10-3 原料对熟料岩相结构的影响
主要原料有：石灰质原料、粘土质原料、
硅质原料及铁质原料等。
一. 石灰质原料 石灰岩用得最多，其主要矿物成分为方 解石，其次有白云石、方镁石、石英、燧 石等，它们的光学性质见表7-13。
1. 方解石尺寸大小的影响 获得熟料中的CaO。制水泥用的石灰 岩，以隐晶质的最好，其中方解石晶体
或一组平行的晶纹（图7-5，图9-9）。
前者在烧成温度高并快速冷却的优质熟
料中出现，后者在烧成温度较低而冷却速 度又较慢的熟料中出现 。
图10 无定形具有平行晶纹贝里特
1%硝酸酒精溶液
优质料
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因窑内还原气氛或其他工艺因素的影响， 还会呈现手指状（图7-8，图9-10），树叶
状（图9-11），花蕾状（图7-6）和 脑状
二次B矿小粒（图7-47）。
3. 孔隙率 镜下的孔隙率是指孔洞的面积S孔与 熟料 矿物的总面积S矿之比（S孔/S矿×100%）。
煅烧良好的熟料孔隙率一般在25%～30%，
立升重为1450 g/L 左右。
二. 熟料的岩相结构构造类型
1.构造类型：矿物集合体、玻璃体及孔洞的
之间的排列、充填方式。
① 块状构造：熟料中矿物大小相似、排布
出现短柱状等，图8-1-1、7-2、7-3（ρ为
几何轴率）。
正常煅烧熟料中A矿晶体的大小约 20—30μ m，呈边棱平直，六角板， 柱状的自形晶（图9-3）。
A矿的显微结构还有：譬如包裹着其他
晶体的包裹结构（图9-4，图8-1-8）。
图3
包晶结构的阿里特晶体
图4
阿里特包裹 f-CaO、C3A结构
起，见图9-26 ，图8-1-12
② 游离氧化钙矿巢：是由粗粒石灰石在煅 烧中CaO没有被完全吸收形成的，图7-22， 图9-21。
当生料中有粗粒白云石时，还会形成方
镁石与游离氧化钙的等粒结构矿巢，见图
7-23，图9-27 。
2. 共析晶体：
固溶体的组分在一定温度下分离出来， 同时析出形成几种独立的晶体。如析出的
呈圆形或卵形，粒径较大，而且成堆聚集
形成矿巢型分布（图7-16，图9-16）。
② 生料的饱和系数过高，硅酸率太低，在
镜下能见到未化合的游离氧化钙以园粒状
分布于A矿和B矿之间，或包裹于A矿中间
（7-17，图7-18）。
③ 煅烧温度过低，液相量少，粘度大，CaO
没有被充分地吸收生成C3S，而呈游离状态
均匀、孔洞较少、形状规则，正常煅烧的
熟料有此构造。
② 多孔构造：镜下孔洞较多、孔径较大， 部分正常煅烧的多孔状熟料及欠烧熟料有 此构造。 ③ 层状构造：熟料中分层，各层矿物的组 成、颗粒大小不同。旋窑中的圈料、窑皮 料及轻烧、急烧熟料有此构造。
2. 结构类型：矿物结晶程度，颗粒大小形
状及其相互间的关系。
7-10，图9-14，图8-1-16）。
图12 花环状结构A矿和片状C3A 蒸馏水 优质料
快冷时则呈 点滴状、点线状和骨骼状
（图7-11，图9-15），也有呈针状或纤维 状析晶的（图7-12）。
当熟料出烧成带急冷时，C3A来不及析
晶，则形成玻璃相物质。
在反光显微镜下，用 1% NH4Cl 水溶液 或 1% 硝酸酒精溶液浸蚀光片后，C3A呈
小圆粒无双晶纹，手指状，树枝状；
⑤ B矿数量由少到多，由均匀到成堆分布；
⑥ 中间相含量逐渐减少；
⑦ 黑色中间体由点滴状、点线状、骨骼状依 次到叶片状、板状； ⑧ 白色中间体的反射率由高到低； ⑨ 游离氧化钙的数量依次递增，由少量到小 堆，直到形成f－CaO矿巢； ⑩ 孔洞由少到多，由圆形到不规则，分布由 均匀到不均匀，孔隙率由小到大。
图17 树枝状 K C23S12 晶体
图17 树枝状 K C23S12 晶体
三. 硅质原料
1%硝酸酒精
图9-5是慢冷熟料A矿分解，周围环绕着
析出的小颗粒C2S晶体的花环状结构。
图12 花环状结构A矿和片状C3A 蒸馏水 优质料
图9-6是受酸性溶液浸蚀后形成的港湾
状结构； 图9-7是内外成份不同出现的环
带结构，等等。
在反光显微镜下，用 1% 的 NH4Cl 水溶
液浸蚀光片后A矿呈兰色；用 1% 硝酸酒精
孔隙率高达50%—60%。镜下常见到大堆
的 f-CaO矿巢。这是配方不良，煅烧不足
熟料的岩相结构，见图7-26，表7-4。
三. 熟料岩相结构类型与强度的关系 1. 一级熟料：岩相特征为均齐结构，图7-27， 图9-25，见表7-8 。
2. 二级熟料：岩相 结构基本上与斑状结构接 近。A矿和B矿清晰，但大小不均齐，分布不 均匀。 A矿边棱不光洁，体内有包裹物。 B 矿园度不好，含量多，可达30%以上。中间 体少，分布不均。游离氧化钙较高，有时能 见到 f-CaO矿巢。孔隙率比一级熟料高，且 大而不规则。图7-28，见表7-9 。