硅酸盐水泥熟料的组成_水泥工艺学
硅酸盐水泥熟料的主要化学成分
硅酸盐水泥熟料的主要化学成分
硅酸盐水泥熟料主要由三种化学成分组成，分别是C3S、C2S和C3A。
其中，C3S（三钙硅酸盐）占熟料总量的50-70%，是水泥的主要硬化成分，其反应速率最快，强度发展也最快；C2S（二钙硅酸盐）占熟料总量的20-30%，在水泥硬化过程中，其反应速率比C3S要慢，但是强度发展时间长；C3A（三钙铝酸盐）占熟料总量的5-10%，它是水泥中的一种玻璃质体，可以迅速反应生成一定强度的水化产物，但是熟料中的C3A含量过高会导致水泥的早期强度过高、后期强度下降。
此外，熟料中还含有少量的C4AF（四钙铁酸盐）和游离氧化钙等成分。
这些成分的含量和比例决定了水泥的品种和性能。
- 1 -。
硅酸盐水泥熟料工艺技术
率值 化学成分
矿物组成
熟料煅烧
熟料性能
KH 高
CaO多
C3S / C2S 高
SM一定时,C3S多,C2S少; 煅烧困难,需要温
SM低,C3S不一定高,
度高,一般采用较
SM越高，硅酸盐矿物 高SM,低IM
越多，熔剂矿物越少
水化热高,早强 高,28天强度高， 抗水性差，影响1 年后强度
或煅烧不良, fCaO多
HM (m)
CaO
1.8 ~ 2.4
SiO2 Al2O3 Fe2O3
意义不明确
斯波恩——石灰最大限量：熟
料中主要酸性氧化物理论上反 应生成熟料矿物所需要的石灰 最高含量。
生成C3S、C2A、C2F——石灰标准值
100CaO KSt I 2.8SiO2 1.1Al2O3 0.7Fe2O3
90 ~ 102
煅烧温度低或液 相量少,液相粘度 大
强度下降，安定性 不良
KH 低
CaO少
C3S / C2S 低 SM一定时,C3S少,C2S多
煅烧较易,温度可 稍低,可采用中 SM,中IM
水化热低,后强高, 抗水性好;增加β 型C2S γ型C2S,
粉化,强度下降
率值 化学成分 矿物组成
熟料煅烧
熟料性能
SM高
SiO2多
第一节 熟料的矿物组成
不是以单独的氧化物存在，而是经高温煅烧后，以两种 或两种以上的氧化物反应生成的多种矿物集合体。
水泥熟料是一种多矿物组成的结晶细小(30～ 60 µm)的 人造岩石。
一、熟料的矿物组成
四种主要矿物
名称
化学式
硅酸三钙
3CaO ·SiO2
硅酸二钙
2CaO ·SiO2
硅酸盐水泥熟料的矿物组成
h
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五、熟料矿物的特性
◆铝酸三钙 ◇矿物特性
C3A可固溶有少量SiO2、Fe2O3、MgO、R2O等形成 固溶体，在反光镜下，其反光能力弱，呈暗灰色， 并填充在A矿与B矿中间， 又称黑色中间相。
h
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五、熟料矿物的特性
◆铝酸三钙 ◇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，其强度3d 之内大部分发挥出来，以 后几乎不增长，甚至倒缩； 水化热高；脆性大，耐磨 性差，抗硫酸盐性能差。
h
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1.硅酸盐水泥熟料矿物组成的计算
◆石灰石饱和系数法 C3S=3.80(3KH-2)SiO2 C2S=8.60(1-KH) SiO2 C3A=2.65(Al2O3-0.64Fe2O3) C4AF=3.04Fe2O3
式 中 ： SiO2 、 Al2O3 、 Fe2O3 分 别 是 熟 料 中 相应氧化物的百分含量(%)。KH是熟料的石灰 饱和系数。
含义：表示熟料中Al2O3含量Fe2O3含量 之比，反映了熟料中C3A和C4AF的相对含量。 也反映煅烧过程中液相的性质（主要是液相 的粘度，C3A形成的液相粘度大，C4AF形成的 液相粘度小）
h
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七、熟料矿物组成的计算与换算
获得熟料矿物组成的方法： ①仪器分析法：如岩相分析；X射线分析；红外 光谱分析等。 ②理论计算法。
h
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2.硅率
n(或 SM )
Si2 O
A2O l 3F2 eO3
含 义 ： 熟 料 中 SiO2 含 量 与 Al2O3 、 Fe2O3 之和的比例。反映了熟料中硅酸盐矿物 （C3S+C2S）、熔剂矿物（C3A+C4AF）的相对 含量。
硅酸盐水泥熟料的组成(ppt 60页)
式中Al2O3、Fe2O3分别代表熟料中各该氧化物的质量百分比%
含义：
说明熟料中C3A、C4AF的相对含量。 反映液相的性质。
(C3A 产生的液相粘度大；C4AF产生的液相粘度小.)
取值：0.9~1.9。
抗硫酸盐水泥或低热水泥的铝率可低至0.7。
第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
五、熟料的率值 （1）铝率 (Iron Modulus)
第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
四、熟料矿物的特性 3、中间相
第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
四、熟料矿物的特性 3、中间相
第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
四、熟料矿物的特性 3、中间相
四种矿物性能比较
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
◆三种表示方法： •化学组成 •矿物组成 •率值
C3S、 C2S、 C3A、 C4AF
熟料
第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
一、熟料的化学成分及含量 二、熟料的矿物组成及含量 三、熟料的化学成分与矿物组成的关系 四、熟料矿物的特性 五、熟料的率值 六、熟料矿物组成的计算 七、熟料化学成分、矿物组成和率值之间的关系
二、熟料的矿物组成及含量
金相显微镜下：
C3S
铁相固溶体
C2S
铝酸三钙
硅酸盐水泥熟料在反光显微镜下的岩相照片
第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
三、熟料的化学成分与矿物组成的关系
CaO
C3S
SiO2
C2S
Al2O3 Fe2O3
C3A C4AF
第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
四、熟料矿物的特性 1、硅酸三钙(tricalcium silicate)
03-硅酸盐水泥的熟料组成
贝利特的显微结构：
反光显微镜下呈圆粒 状，也可见其他不规 则形状。正常熟料中 具有黑白交叉双晶条 纹；低温煅烧且慢冷 熟料中常发现有平行 双晶。
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§3-2 熟料矿物特性
二、硅酸二钙 （二）矿物水化特性 水化反应慢，28d水化~20%，凝结硬化慢； 早期强度低， 28d后强度较快增长， 一年后赶超A矿。 水化热小；抗水性好；
8
§2-2 熟料矿物特性
二、硅酸二钙 （一）、矿物特性： 1、多晶转变： α -C2S α‘- C2S β- C2S
＜500℃
γ- C2S 几乎无水硬性 2.97
常温下，有水硬性，不稳定 密度(g/cm3):3.28
体积膨胀10%， 熟料粉化 2、不纯，形成固溶体，简称B矿（贝利特），呈棱柱状 或板状
四种矿物性能比较
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§3-2 熟料矿物特性
种 类 产生原因 特 点 对水泥安定 性的影响 不大
五 游 离 氧
熟料煅烧过程中因欠烧、 欠烧游离氧化钙 漏生，在1100~1200℃低 （欠烧f-CaO） 温下形成
一次游离氧化钙 因配料不当、生料过粗或 （一次f-CaO） 煅烧不良，尚未与S、A、 F反应而残留的CaO 二次游离氧化钙 （二次f-CaO） 熟料慢冷或还原气氛下， C3S分解而形成的
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§3-4 熟料矿物组成的 计算与换算
熟料矿物组成可用：
岩相分析 测定法 X射线分析
红外光谱
计算法
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§3-4 熟料矿物组成的 计算与换算
一、计算
依据：熟料化学成分或率值 公式： 1、化学法 C3S=3.80(3KH-2)SiO2 C2S=8.60(1-KH) SiO2 C3A=2.65(Al2O3-0.64Fe2O3) C4AF=3.04Fe2O3
4.4 硅酸盐水泥熟料的组成
3.1 硅酸盐水泥熟料的化学组成
熟料矿物组成的测定
1. 岩相分析
基于在显微镜下测出单位面积中各矿物所占的百分率，再乘以相 应矿物的密度，得到各矿物的含量。 测定结果比较符合实际情况，但当矿物晶体较小时，可能因重叠 而产生误差。
2. X射线分析
基于熟料中各矿物的特征峰强度与单矿物特征峰强度之比以求得 其含量。 误差较小，但含量太低则不易测准。
(4)铝率IM ＞0.64时，C4 AF 3.04Fe2O3
本章要求
1 掌握硅酸盐水泥熟料中主要矿物的组成范围。
2 掌握C3S、C2S、C3A、铁相固溶体、f-CaO、
方镁石性能特点。
3 掌握硅酸盐水泥熟料的率值的计算方法及其
物理含义。
铁相固溶体（C2F－C8A3F )
C4AF实际是C2F-C8A3连续固溶体，在一般的硅酸盐水 泥熟料中，这种连续固溶体的化学成分接近于C4AF，简称 C 矿；矿物中也溶有少最MgO、SiO2等氧化物。C 矿在反 射光下呈白色，故又被称为白色中间相。 C4AF水化硬化速度较快，因而早期强度较高，仅次于 C3A。与 C3A不同的是它的后期强度也较高，类似 C2S。它 的水化热低，干缩变形小，耐磨，抗冲击，抗硫酸盐浸蚀 能力强。据研究发现：铁相固溶体的水化速率与其中的铝 的含量有直接关系，其含量越高，水化越快。
C3S加水调和后，凝结时间正常，水化较快， 早期强度高，强度增进率较大。其28 天强度、一 年强度是四种矿物中最高的。它的体积干缩性也 较小，抗冻性较好。但它的水化热较高，抗水性 较差，抗硫酸盐腐蚀能力也较差。另外，由于在 锻烧过程中，C3S形成需要较高的烧成温度和较 长的烧成时间，这给熟料的锻烧操作带来了困难。 因此，在实际生产中不能不切实际地追求C3S的 数量，否则将导致有害成分f-CaO增多，反而降 低熟料质量。
硅酸盐水泥熟料
硅酸盐水泥熟料
硅酸盐水泥熟料，作为一种重要的建筑材料，在建筑行业中扮演着关键的角色。
本文将介绍硅酸盐水泥熟料的基本特性、生产工艺以及应用领域。
硅酸盐水泥熟料特性
硅酸盐水泥熟料是一种无机胶凝材料，主要成分包括氧化硅、氧化铝、氧化铁等。
其特点包括化学稳定性高、抗腐蚀性能强、初凝和终凝时间适中等。
硅酸盐水泥熟料在水中反应生成水化硅酸钙胶凝物质，可以有效提高混凝土的强度和耐久性。
硅酸盐水泥熟料的生产工艺
硅酸盐水泥熟料的生产过程通常包括原料的研磨混合、烧成和磨研等步骤。
其中，石灰石、粘土、铁矿石等是硅酸盐水泥熟料的主要原料，经过物理混合、烧成和磨研后，最终得到成品硅酸盐水泥熟料。
硅酸盐水泥熟料的应用领域
硅酸盐水泥熟料广泛应用于建筑行业中，主要用于混凝土搅拌站、道路建设、
水泥制品生产等领域。
硅酸盐水泥熟料作为一种高强度、高耐久性的建筑材料，被广泛应用于各类工程中，为建筑结构的稳定性和耐久性提供了重要保障。
综上所述，硅酸盐水泥熟料作为一种重要的建筑材料，具有优异的性能和广泛
的应用领域。
随着建筑行业的不断发展，硅酸盐水泥熟料在市场中的地位将更加重要，为建筑工程的发展提供强有力的支持。
硅酸盐水泥熟料的组成
硅酸盐水泥熟料的组成一.熟料的化学组成硅酸盐水泥熟料主要由CaO,SiO2, AI2O3和Fe2O3四种氧化物组成,通常在熟料中占95%左右。
同时还含有5%的少量氧化物,如MgO,SO3,以及碱K2O、Na2O。
氧化物对熟料的锻烧和水泥性质的影响：CaO是水泥熟料中最主要成份, SiO2含量较多, AI2O3和Fe2O3含量较少.在水泥熟料中,氧化钙、氧化硅、氧化铝和氧化铁不是以单独的氧化物存在,而是经高温锻烧后,以两种或两种以上的氧化物反应生成多种矿物集合体,其结晶细小,因此熟料是一种多矿物组成的结晶细小的人造岩石。
硅酸盐水泥熟料主要由下面四种矿物组成：硅酸三钙：3CaO.SiO2.简写为:C3S硅酸二钙:：2CaO.SiO2.简写为:C2S铝酸三钙：3CaO.AI2O3,.简写为:C3A铁铝酸四钙：4CaO.Al2O3.Fe2O3,简写为:C4AF硅酸盐水泥熟料中,以上四种矿物占95%以上,硅酸盐矿物C3S和C2S含量约占75%左右,熔剂矿物C3A和C4AF含量约占22%左右,在锻烧过程中,C3A和C4AF与氧化镁、碱等,在1250-1280℃开始,会逐渐熔融成液相,以促进C3S的顺利形成,故称为熔剂矿物。
二.熟料的矿物组成1.硅酸三钙:主要由硅酸二钙和氧化钙反应生成,是硅酸盐水泥熟料的主要矿物,其含量通常为50%左右,有的高达60%以上,纯C3S只在2065-1250℃温度范围内稳定,在2065℃以上一致熔融为CaO和液相,在1250℃以下分解为C2S和CaO,实际上C3S的分解反应进行得比较缓慢,致使纯C3S在室温下可以呈介稳状态存在。
在硅酸盐水泥熟料中,硅酸三钙并不以纯的形式存在,总含有少量的其它氧化物如氧化镁、氧化铝等形成固熔体,称为阿利特或A矿,纯硅酸三钙颜色洁白,当熟料中含有少量氧化铬Cr2O3时,阿利特呈绿色,含氧化钴时,随钴的价数不同,可得浅兰色或玫瑰色,阿利特的密度为3.14-3.25g/cm3。
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产生原因
特点
对安定性 的影响
欠烧 熟料煅烧过程中因欠烧、漏生， 结构疏松多
f-CaO 在1100～1200℃低温下形成
孔
小
一次 f-CaO
因配料不当、生料过粗或煅烧不 良，尚未与S、A、F反应而残留 的CaO
呈“死烧状 态”，结构 致密
大
二次 熟料慢冷或还原气氛下，C3S分 经过高温，
• ③ 水化热高； • ④ 干缩变形大，脆性大，耐磨性差； • ⑤ 抗硫酸盐性能差
• 2. 铁铝酸四钙 • 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。
• ⑵ 水化特性
• ① 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；
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 。
• ② 水硬性 • α、α´、β型有水硬性，γ型无水硬性 • 工艺控制：常温下要求保留β型——急冷
• ③ 固溶性 • C2S固溶少量氧化物（A 、F、 M、R2O 、T、
P等）形成固溶体，称为B矿[Belite，贝利特]。
• ⑵ 工业水泥熟料中仅存在A矿，无C3S • ⑶ 把A矿“视为” C3S
• 二、C2S与B矿
• 1. C2S • ⑴ 组成 固定组成2CaO·SiO2 • ⑵ 物理性能 洁白色
α- C2S α’- C2S β- C2S γ-C2S
比重 3.04 3.40
3.28 2.97
• ⑶ 化学性质 • ① 多晶转变
• 2. A矿
• ⑴ 组成 近似于C3S,不固定 • ⑵ 物理性能 颜色因固溶物而异，γ＝3.14～
3.25g/cm3
• ⑶ 化学性能
• ① 反应活性比C3S高 • ② 受阿利特晶体尺寸和发育程度影响
• 阿利特晶形完整、晶体尺寸适中、矿物分布均 匀、界面清晰时，熟料的强度较高
• 3. C3S与A矿关系 • ⑴ 组成、结构、性能相近
• MgO——M
• SO3——S • TiO2——T • P2O5——P • Na2O，K2O——R2O
• §3.2 矿物组成
• 水泥熟料是一种多矿物组成的结晶细小的人工 岩石。
• 四种主要矿物组成：
• 硅酸三钙： 3CaO·SiO2， C3S， 60～70％；
• 硅酸二钙： 2CaO·SiO2， C2S， ≈20％；
?
• C3S
C2S＋CaO （反应较缓慢）
• 常温下介稳存在，具有一定的活性。
• ② 固溶性
• C3S固溶少量氧化物（BaO、P2O5、MgO、Al2O3） 形成固溶体，称为A矿[Alite(阿利特)] 。
• ③ 水化性能 • a 水化较快，水化反应主要在28d内进行 • b 凝结时间正常 • c 早强较高，强度值高，强度增长率大 • d 水化热较高，抗水性较差 • ④ 形成 • 无液相： 约1800℃ • 有液相：1250～1450℃ • 2CaO＋SiO2＝C2S C2S＋CaO＝C3S
• 3. C2S与B矿的关系 • 与C3S和A矿相同
• 三、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 • ① 水化迅速，凝结较快，如不加石膏等缓凝
剂，易使水泥急凝；
• ② 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；
• 铝酸三钙： 3CaO·Al2O3，C3A， 7～15％
• 铁相固溶体：4CaO·Al2O3·Fe2O3， C4AF，10～18％
• 硅酸三钙
铝酸三钙
•
硅酸盐矿物
熔剂矿物
• 硅酸二钙
铁相固溶体
• 金相显微镜下：
• C3S ——板状多角颗粒 黑色
• C2S ——圆形颗粒 黑白双晶条纹
Hale Waihona Puke • C3A ——中间相黑色中间相
• C4AF——中间相
白色中间相
C4AF
C3A
C3S C3A
C4AF
C2S
• 一、硅酸三钙与A矿 • 1.硅酸三钙 • ⑴ 组成 固定组成3CaO·SiO2 • ⑵ 物理性能 洁白色，γ＝3.14g/cm3 • ⑶ 化学性能 • ① 多晶转变
• R：三方晶系 M：单斜晶系 T：三斜晶系
• 1250℃以下：
• 2. B矿 • ⑴ 组成 近似于C2S，不固定 • ⑵ 物性 颜色因固溶物而异 • ⑶ 化学性能： • ① 水化慢，28d只水化20%左右 • ② 早强低，后期强度高（一年赶上A矿，二年
超过A矿） • ③ 水化热低，抗水性好
• 工艺措施： • a 磨细 水化加快，早强提高 • b 掺外加剂（如CaCl2） 水化加快
• 四、次要矿物
• 1. 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。
• 2. 方镁石（MgO） • 来源：主要是石灰石中含有白云石
• ② 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；
• ③ 水化热较铝酸三钙低，抗冲击性能和抗硫 酸盐性能较好。
• 四种主要矿物性能比较：
• 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 硅酸盐水泥熟料的组成
◆三种表示方法： • 化学组成 • 矿物组成 • 率值
熟料
• §3.1 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 ％
• 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）
（CaCO3·MgCO3），部分来自粘土和页岩。 • 危害：方镁石含量越多，晶体尺寸越大，引起
的破坏越严重； • 工艺控制：熟料冷却速度越快，方镁石晶体越
小，含量越少。
• 3.游离氧化钙（f-CaO） • 是指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