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1、硅酸盐水泥熟料硅酸盐水泥熟料1、硅酸盐水泥熟料的定义2、硅酸盐水泥熟料化学组成化学组成3、硅酸盐水泥熟料矿物组成矿物组成4、硅酸盐水泥熟料单矿物1第1页/共46页硅酸盐水泥熟料定义硅酸盐水泥熟料定义定定义义：以适当成分的生料烧至部分熔融，冷却后所得的以硅硅酸酸钙钙为主要成分的烧结物，称为硅酸盐水泥熟料，简称熟料2第2页/共46页3硅酸盐水泥熟料的化学成分硅酸盐水泥熟料的化学成分主要成分主要成分主要成分主要成分：CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3，约95%次要成分次要成分次要成分次要成分：MgO、SO3、K2O、Na2O、TiO2、P2O5等约5%氧化物缩写符号普通名称质量分数/%CaOC
2、氧化钙64.67SiO2S二氧化硅21.03Al2O3A氧化铝6.16Fe2O3F氧化铁2.58MgOM氧化镁2.62K2OK碱0.61Na2ON0.34SO3三氧化硫2.03CO2二氧化碳-H2OH水-通常使用的硅酸盐水泥典型的氧化物组成通常使用的硅酸盐水泥典型的氧化物组成第3页/共46页4CaO-SiOCaO-SiO2 2-Al-Al2 2OO3 3系统中的水泥区系统中的水泥区系统中的水泥区系统中的水泥区硅酸盐水泥熟料矿物组成硅酸盐水泥熟料矿物组成第4页/共46页硅酸盐水泥熟料矿物组成硅酸盐水泥熟料矿物组成硅酸三钙：3CaO SiO2，简写为C3S硅酸二钙：2CaO SiO2，简写为C2S
3、铝酸三钙：3CaO Al2O3，简写为C3A铁铝酸四钙：4CaO Al2O3 Fe2O3，简写为C4AF主要矿物：主要矿物：5化学名称化学式缩写符号质量分数/%硅酸三钙3CaO.SiO2C3S55硅酸二钙2CaO.SiO2C2S18铝酸三钙3CaO.Al2O3C3A10铁铝酸四钙4CaO.Al2O3.Fe2O3C4AF8二水硫酸钙（石膏）CaSO4.2H2OCSH26 了解硅酸盐水泥矿物组成不但能了解硅酸盐水泥矿物组成不但能推测水泥的性能推测水泥的性能，而且更重要的是可，而且更重要的是可通过矿物组成通过矿物组成改变水泥的某些性能改变水泥的某些性能。第5页/共46页游离氧化钙（f-CaO）方镁石
4、（结晶游离态氧化镁f-MgO）含碱矿物、硫酸盐以及玻璃体等次要矿物：次要矿物：6第6页/共46页硅酸盐矿物和熔剂性矿物C3S+C2SC3A+C4AF硅酸盐矿物熔剂性矿物熟料中硅酸盐矿物含量：75%，熔剂性矿物含量：22%7第7页/共46页硅酸盐水泥熟料岩相特征C3S：边缘清晰并带有尖角C2S：圆形颗粒，有时有双晶纹C3A和C4AF：夹杂于C3S和C2S颗粒之间，外形不定。其中C4AF白色中间相，C3A黑色中间相8第8页/共46页9第9页/共46页第10页/共46页11BSE image of clinker showing interstitial matrix第11页/共46页12BSE i
5、mage of clinker 第12页/共46页13BSE image showing the fine intermixing of the interstitial phases inconventional industrial Portland cement clinker.BSE image showing the fine intermixing of the interstitial phases第13页/共46页四种主要矿物的特性四种主要矿物的特性14第14页/共46页C3S：（50-60%）热力学稳定温度范围：20651250C3S CaO+液相（2065）C3S C2S+
6、CaO（1250）硅酸三钙（硅酸三钙（C3S）15第15页/共46页C3S的多晶转变的多晶转变R（三方）MIII MII MI（单斜）TIII TII TI（三斜）理论上C3S单矿物合成时冷却后应为：TI型水泥熟料中一般为：MIII、MI或R三个晶系七种晶型（1070 -室温）阿利特（Alite）16第16页/共46页17C3S的固溶特性和阿利特 阿利特(alite)：熟料中C3S的固溶体，也称A矿阿利特中常见的固溶物质：Al2O3：0.70-2.47、Fe2O3：0.40-1.60、MgO：0.30-0.98K2O：0.20、Na2O：0.10P2O5：0.10、TiO2：0.20-0.40
7、第17页/共46页18由不同氧化物稳定的C3S晶型RMIIMITIITIZnO 5.0%MgO 2.0%ZnO 1.5%Fe2O3 1.1%Cr2O3 1.4%SrOZnO 2.2%Ge2O3 1.9%Fe2O3 0.9%Al2O3 1.0%Ge2O3 0.9%MgO 1.4%Al2O3 0.45%ZnO 1.8%MgO 0.55%ZnO 0.8%第18页/共46页阿利特Alite的性质密度：3.14-3.25g/cm3X-射线衍射特征谱三强线：2.78(100)，2.745(84)，2.61(80)断面外形呈六角形或棱柱形纯的C3S呈白色；固溶少量Cr2O3时呈绿色；固溶氧化钴时呈浅蓝或玫瑰
8、红（Co的价态）；固溶氧化锰时呈红色-紫色（Mn的价态）；19第19页/共46页阿利特的水硬特性水化快，强度高，水化热较大，耐水性较差；28天强度可达一年强度的70-80%；不同晶型的阿利特水硬性能有所差别，但不大；阿利特晶体尺寸以15左右，长宽比 L/B23，水硬活性比较好；20第20页/共46页21不同晶型的阿利特的抗压强度 阿利特晶型 抗压强度（MPa）1d3d28d三斜（纯C3S，TI）11.918.423.4三斜（C154M2S52，TII）9.219.222.8单斜（C151M5S52，M）16.024.728.3单斜（C54S16MA，M）12.429.635.1第21页/共46
9、页硅酸二钙（C2S）C2S：18%左右；C2S的多晶转变：22第22页/共46页不同晶型C2S之间的性质差别-C2S有水硬性，-C2S没有水硬性；熟料粉化现象与C2S的-型向-型转变的关系；熟料煅烧中的急冷与-型向-型转变的阻止；变体晶系三方或六方斜方单斜斜方比重3.043.403.282.9723第23页/共46页不同氧化物对C2S晶型的影响第24页/共46页25C2S的固溶特性和贝利特 贝利特(belite)：熟料中-C2S的固溶体，B矿贝利特中常见的固溶物质：Al2O3：1.10-2.60、Fe2O3：0.40-2.20、MgO：0.20-0.60K2O：0.30-1.00、Na2O：0
10、.20-1.00P2O5：0.10-0.30、TiO2：0.10-0.30第25页/共46页贝利特的性质密度：3.28g/cm3X-射线衍射特征谱三强线：2.78(100)，2.79(90)，2.74(84)断面外形呈不规则圆粒状纯的C2S呈白色；固溶外来离子后呈彩色26第26页/共46页贝利特的水硬特性水化慢，早强低，水化热小；阿利特和贝利特抗压强度发展比较：/Mpa矿物1d3d7d28d90d180d1year2yearA矿10.115.341.149.160.067.271.278.0B矿0.00.391.06.335.652.170.999.127第27页/共46页-C2S的其他途径合
11、成1、水热合成途径：铝硅酸盐物质+Ca(OH)2 水合铝硅酸钙 水合铝硅酸钙 -C2S（低温型）2、CaCl2作助熔剂；3、K2O、Na2O作为固溶稳定剂（型）；100120 水热水热28 800 水热水热第28页/共46页水泥熟料中的中间相中间相：填充于硅酸盐相之间的物相的统称中间相的组成：铝酸盐（C3A）、铁铝酸盐（C4AF）；组成不定的玻璃体、含碱化合物；f-CaO、f-MgO有时候也包裹于中间相；29第29页/共46页铝酸三钙（C3A）C3A的基本属性：等轴晶系，呈立方体外形C3A的固溶特性：SiO2：2.10-4.00、Fe2O3：4.40-6.00、MgO：0.40-1.00、K2
12、O：0.40-1.10、Na2O：0.30-1.70、TiO2：0.10-0.60、熟料中的C3A：立方或斜方晶系为主30第30页/共46页C3A的性质密度：3.04g/cm3X-射线衍射特征谱三强线：2.69(100)、1.555(34)、1.905(31)断面外形呈不规则小颗粒状、点滴状反光能力弱，反光镜下呈暗灰色，黑色黑色中间相31第31页/共46页C3A的水硬特性水化迅速，凝结迅速，水化热大，易急凝；3天内基本完成强度发展，但绝对值不高；干缩变形大，抗硫酸盐性能差32制造抗硫酸盐水泥或大体积工程时需控制含量第32页/共46页铁相固溶体（C4AF）C4AF固溶体：一系列连续固溶体，没有确
13、定的固定组成 组成：C8A3FC2F，或C6A2FC6AF2 通式：Ca2(Fe1-xAlx)2O5 X00.2850.330.500.671.0分子式C2FC14A2F5C6AF2C4AFC6A2FC2A33在一般硅酸盐水泥熟料中，其具体组成接近C4AF铁相盐的活性随着含铁量的增加而减小。第33页/共46页C4AF的性质（才利特、C矿）斜方晶系，棱柱状或圆柱状，密度：3.77g/cm3X-射线衍射特征谱三强线：2.65(100)、1.92(48)、2.664(47)断面外形呈不规则小颗粒状反光能力强，反光镜下呈亮色，白色白色中间相34第34页/共46页C4AF的水硬特性水化速度和强度发展：早
14、期介于C3S和C3A之间；后期发展不如C3S抗冲击性、抗硫酸盐侵蚀性能和较低的水化热；凝结特性：A/F比，凝结时间加快35降低C3A、提高C4AF含量，改善水泥抗硫酸盐侵蚀性能；第35页/共46页不同矿物组成之间的相互作用C3S-C3A和C3S-C2S混合体的3天强度曲线第36页/共46页四种主要矿物性能比较28d内绝对强度内绝对强度：C3SC4AFC3AC2S水化速度：水化速度：C3AC4AFC3SC2S水化热：水化热：C3AC3SC4AFC2S第37页/共46页玻璃体玻璃体的组成：Al2O3、Fe2O3和CaO，也有少量的MgO和碱（Na2O和K2O）等。玻璃体形成的原因：快速不平衡冷却玻
15、璃体与水泥性能之间的关系38第38页/共46页游离氧化钙和方镁石 形成原因：工艺参数控制不当游离氧化钙和方镁石391、高温带始终处于游离态2、冷却过程中二次游离态3、游离后直接越过高温带三种不同的游离氧化钙第39页/共46页f-CaO的特征和危害危害：水泥安定性f-CaO结构致密，水化极慢，3天才开始水化，体积膨胀92%主要表现：抗折强度降低，2天强度倒缩，体积变形，严重时破坏回转窑：1.5%，立窑：2.5%40第40页/共46页种类产生原因特点对安定性影响欠烧f-CaO熟料煅烧过程中因欠烧、漏生，在11001200低温下形成结构疏松多孔小一次f-CaO因配料不当、生料过粗或煅烧不良，尚未与S
16、、A、F反应而残留的CaO呈“死烧状态”，结构致密大二次f-CaO熟料慢冷或还原气氛下，C3S分解而形成的经过高温，水化较慢不大f-CaO的种类及其对安定性的影响 第41页/共46页f-MgO的特征和危害熟料中MgO的固溶极限为2.0%（C3S：1-2%、C4AF：0.4-3.1%、C2S和C3A：1.0%）f-MgO结构致密，水化比f-CaO更慢，几个月之后才开始水化，体积膨胀148%f-MgO对水泥安定性的危害与其尺寸相关，5-7，3%严重膨胀GB规定：f-MgO5%，压蒸合格6%42第42页/共46页含碱矿物碱的硫酸盐，如Na2SO4、K2SO443第43页/共46页化学组成矿物组成44
17、熟料主要成分：约主要成分：约主要成分：约主要成分：约95%95%CaO：6267%SiO2：2024%Al2O3：47%Fe2O3：2.56%次要成分：约次要成分：约次要成分：约次要成分：约5%5%MgO、SO3、K2O、Na2O、TiO2、P2O5主要矿物：约主要矿物：约主要矿物：约主要矿物：约90%90%C3S：5565%C2S：1622%C3A：58%C4AF：1018%（潜在）次要矿物：约次要矿物：约5 5 10 10%f-CaO、f-MgO、玻璃体、K2SO4、Na2SO4第44页/共46页Thank you45第45页/共46页无机非金属材料工学 硅酸盐水泥熟料46感谢您的观看。感谢您的观看。第46页/共46页