《第五章水泥显微结构分析(1)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第五章水泥显微结构分析(1)（30页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第九章第九章 水泥材料显微结构分析水泥材料显微结构分析9.1 9.1 概述概述 水泥熟料：凡以适当成分的生料，煅烧至部分熔融水泥熟料：凡以适当成分的生料，煅烧至部分熔融 所得具有水化活性的颗粒或块体。所得具有水化活性的颗粒或块体。 水泥：往熟料中添加适当的石膏磨细制成粉体的水水泥：往熟料中添加适当的石膏磨细制成粉体的水 硬性胶凝材料。硬性胶凝材料。 9.1.1 9.1.1 水泥的品种及其熟料水泥的品种及其熟料 一、水泥的品种一、水泥的品种 1.1.按性质和用途：分为通用水泥（硅酸盐水泥、普通按性质和用途：分为通用水泥（硅酸盐水泥、普通 硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥硅酸盐水泥、矿
2、渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥 、粉煤灰硅酸盐水泥等）、专用水泥（油井水泥、粉煤灰硅酸盐水泥等）、专用水泥（油井水泥、 砌筑水泥）、特性水泥（快硬水泥、低热水泥、抗砌筑水泥）、特性水泥（快硬水泥、低热水泥、抗 硫酸盐水泥、膨胀水泥等）三类。硫酸盐水泥、膨胀水泥等）三类。 2.2.按主要相组成：分为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫按主要相组成：分为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫 铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥和铁铝酸盐水泥等。铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥和铁铝酸盐水泥等。 二、水泥熟料的相组成二、水泥熟料的相组成 1.1.硅酸盐水泥熟料的化学成分主要有氧化硅酸盐水泥熟料的化学成分主要有氧化 钙（钙（CaOCaO）、
3、氧化硅（）、氧化硅（SiOSiO2 2）、氧化铝（）、氧化铝（ AlAl2 2OO3 3）和氧化铁（）和氧化铁（ FeFe2 2OO3 3），其总和在），其总和在 95%95%以上。各种氧化物并不是简单混合，以上。各种氧化物并不是简单混合， 而是在高温煅烧过程中相互作用所生成的而是在高温煅烧过程中相互作用所生成的 结晶相组成的，即使有极少量氧化物残留结晶相组成的，即使有极少量氧化物残留 下来，亦是以游离态的结晶相存在，只有下来，亦是以游离态的结晶相存在，只有 在急速冷却情况下才会出现少量玻璃相。在急速冷却情况下才会出现少量玻璃相。 2.2.硅酸盐水泥熟料的主要结晶相：硅酸盐水泥熟料的主要结晶相
4、：硅酸三钙硅酸三钙（3CaO3CaO SiOSiO2 2， 简写简写C C3 3S S ，阿利特，阿利特，A A矿）、矿）、硅酸二钙硅酸二钙（2CaO2CaO SiOSiO2 2 ，简写，简写C C2 2S S ，贝利特，贝利特，B B矿）、矿）、铝酸三钙铝酸三钙（ 3CaO3CaO AlAl2 2OO3 3 ，简写，简写C3A C3A ）、）、铁铝酸四钙铁铝酸四钙（ 4CaOAl2O3Fe2O34CaOAl2O3Fe2O3 ，简写，简写C C4 4AF AF ）。）。 C C3 3S S和和C C2 2S S约占总量的约占总量的70%70%左右。左右。 3.3.主要结晶相的水化硬化特性：主要
5、结晶相的水化硬化特性： C C3 3S S是使水泥产生强度的主是使水泥产生强度的主 要成分，加水后要成分，加水后水化速度快、水化速度快、水化热大、凝结硬化也快；水化热大、凝结硬化也快； C C2 2S S也起强度作用，但与水的反应速度慢、水化热小、凝结硬也起强度作用，但与水的反应速度慢、水化热小、凝结硬 化也慢，具有早期强度低、化也慢，具有早期强度低、后期强度后期强度高的特点；高的特点； C C3 3A A的水化的水化 速度最快、水化热最大，但强度低；而速度最快、水化热最大，但强度低；而C C4 4AFAF的水化速度较快的水化速度较快 、水化热中等，对早期和后期强度均有较大贡献。、水化热中等，
6、对早期和后期强度均有较大贡献。 4.4.水泥熟料中还含有水泥熟料中还含有5%5%以下的以下的MgOMgO、SOSO3 3、TiOTiO2 2、K K2 2OO、Na2ONa2O等氧化物，煅烧过程中他们进入晶格形成固溶体。等氧化物，煅烧过程中他们进入晶格形成固溶体。9.1.2 9.1.2 水泥的生产工艺过程水泥的生产工艺过程 硅酸盐水泥的生产过程概括起来为硅酸盐水泥的生产过程概括起来为“ “两磨一两磨一 烧烧” ”石灰质原料粘土质原料校正原料生料配料磨细煅烧最高达1450石膏熟料混合材水泥磨细 一、原料的选择一、原料的选择 生产硅酸盐水泥熟料用的原料可分为石灰质原料生产硅酸盐水泥熟料用的原料可分
7、为石灰质原料 、粘土质原料和校正性原料三类。、粘土质原料和校正性原料三类。 石灰质原料：以碳酸钙为主要成分的原料，常用石灰质原料：以碳酸钙为主要成分的原料，常用 的天然原料有石灰岩、泥灰岩、白垩、贝壳等。的天然原料有石灰岩、泥灰岩、白垩、贝壳等。 粘土质原料：含少量碱金属和碱土金属成分的铝粘土质原料：含少量碱金属和碱土金属成分的铝 硅酸盐，主要是由各种粘土矿物组成的，纯粘土硅酸盐，主要是由各种粘土矿物组成的，纯粘土 的化学组成近似于高岭石的化学组成近似于高岭石AlAl2 2OO3 3 2SiO2SiO2 222H H2 2OO。 粘土主要为水泥熟料提供氧化硅、氧化铝和少量粘土主要为水泥熟料提供
8、氧化硅、氧化铝和少量 的氧化铁等氧化物。的氧化铁等氧化物。 校正性原料有铁质、硅质或铝质三类。铁质原料校正性原料有铁质、硅质或铝质三类。铁质原料 有低品位铁矿石、炼铁厂尾砂以及硫铁矿渣等；有低品位铁矿石、炼铁厂尾砂以及硫铁矿渣等； 硅质原料有砂岩、河砂、硅藻土等；铝质原料有硅质原料有砂岩、河砂、硅藻土等；铝质原料有 铝矾土或含铝高的粘土等。铝矾土或含铝高的粘土等。 二、生料的制备二、生料的制备 三、熟料的烧成三、熟料的烧成 生料在窑内的煅烧过程都要经历干燥、预热、分解生料在窑内的煅烧过程都要经历干燥、预热、分解 、烧成及冷却等阶段，反应大致如下：、烧成及冷却等阶段，反应大致如下：100-200
9、100-200 左右，生料被加热，自由水逐渐蒸发而干燥升温；左右，生料被加热，自由水逐渐蒸发而干燥升温； 300-500300-500 ，干生料被预热；，干生料被预热；500-800500-800 ，粘土质，粘土质 原料发生脱水并分解为无定形的原料发生脱水并分解为无定形的Al2O3Al2O3和和SiO2SiO2； 600600以上，石灰质原料中的以上，石灰质原料中的CaCO3CaCO3开始分解成游开始分解成游 离的离的CaOCaO，并放出，并放出CO2CO2；900-1000900-1000 ，CaCO3CaCO3分分 解迅速，分解产生的解迅速，分解产生的CaOCaO与无定形与无定形SiO2S
10、iO2、Al2O3Al2O3、 Fe2OFe2O等发生固相反应，开始形成硅酸二钙等发生固相反应，开始形成硅酸二钙2 CaO 2 CaO SiO2 SiO2 、铝酸三钙、铝酸三钙3CaO 3CaO Al2O3 Al2O3和铁铝酸四钙和铁铝酸四钙 4CaO 4CaO Al2O3 Al2O3 Fe2O Fe2O等结晶相；等结晶相；1100-1200 1100-1200 ， 大量形成铝酸三钙和铁铝酸四钙，而且硅酸二钙的大量形成铝酸三钙和铁铝酸四钙，而且硅酸二钙的 生成量也达最大；生成量也达最大； 1260-13001260-1300，物料开始熔融而出现液相，为硅酸，物料开始熔融而出现液相，为硅酸 二钙
11、吸收生成硅酸三钙创造了条件；二钙吸收生成硅酸三钙创造了条件；1300-14501300-1450 ，为水泥熟料的烧成阶段，固相反应剩余的，为水泥熟料的烧成阶段，固相反应剩余的CaOCaO和和 部分硅酸二钙溶于液相中，此时硅酸二钙吸收部分硅酸二钙溶于液相中，此时硅酸二钙吸收CaOCaO 生成硅酸三钙，这一过程是煅烧水泥熟料的关键，生成硅酸三钙，这一过程是煅烧水泥熟料的关键， 必须有足够的时间使硅酸三钙大量的生成，降低熟必须有足够的时间使硅酸三钙大量的生成，降低熟 料中游离氧化钙，以保证熟料的质量；烧成后再经料中游离氧化钙，以保证熟料的质量；烧成后再经 迅速冷却，液相凝结并发生析晶使物料凝成块状或
12、迅速冷却，液相凝结并发生析晶使物料凝成块状或 粒状的水泥熟料。粒状的水泥熟料。9.1.3 9.1.3 水泥的水化水泥的水化 水泥的水化：水泥粉遇水后立即发生水化水泥的水化：水泥粉遇水后立即发生水化 反应，放出热量形成水化产物，水化产物反应，放出热量形成水化产物，水化产物 的溶解度很小，不断以胶体或晶体析出，的溶解度很小，不断以胶体或晶体析出， 进而相互接合形成连接体，使水泥浆体稠进而相互接合形成连接体，使水泥浆体稠 化，随后变硬成为具有一定强度的硬化水化，随后变硬成为具有一定强度的硬化水 泥浆体或称水泥石。泥浆体或称水泥石。9.2 9.2 硅酸盐水泥熟料的相组成硅酸盐水泥熟料的相组成 硅酸盐水
13、泥熟料的组成晶相主要是阿利特、贝利特、白色中间相、硅酸盐水泥熟料的组成晶相主要是阿利特、贝利特、白色中间相、 黑色中间相和少量的游离氧化钙、方镁石及玻璃相。黑色中间相和少量的游离氧化钙、方镁石及玻璃相。 9.2.1 9.2.1 阿利特（阿利特（A A矿）矿） 一.定义A矿：又名阿里特。是含有MgO、Al2O3和Fe2O3的硅酸三钙固溶体。硅酸三钙及其固溶体的晶型转变：T:三斜晶系，慢冷熟料中发现有型，固溶Al2O3，Fe2O3较多。M:单斜晶系，正常熟料中R：三方晶系，高温下形成硅酸盐水泥熟料中的A矿晶体，常见的是单斜晶系，固溶较多的MgO。当含 有Cr2O3时呈绿色。 在实际水泥熟料中，阿在
14、实际水泥熟料中，阿 利特常以单斜的形式存利特常以单斜的形式存 在，理想的晶体形态为在，理想的晶体形态为 假六方板状、柱状或片假六方板状、柱状或片 状。状。 轴比（长度：宽度）：轴比（长度：宽度）： 一般为一般为2 2。轴比大的晶。轴比大的晶 体水化速度快，强度高体水化速度快，强度高 。 正常煅烧的熟料中正常煅烧的熟料中A A矿矿 晶体大小：约晶体大小：约2030um2030um 。在反射光下由于阿利特与贝利在反射光下由于阿利特与贝利 特和铝酸三钙的反射率非常接近特和铝酸三钙的反射率非常接近 不易区别，经硝酸酒精溶液、氯不易区别，经硝酸酒精溶液、氯 化铵水溶液等腐蚀后化铵水溶液等腐蚀后，阿利特晶
15、，阿利特晶 体非常清晰。呈边棱平直，六角体非常清晰。呈边棱平直，六角 板、柱状的自形晶，是在加热到板、柱状的自形晶，是在加热到 出现液相后出现液相后C2SC2S和和CaOCaO固液反应固液反应 形成的，一般要求保证有足够的形成的，一般要求保证有足够的 高温和时间使之反应完全，多数高温和时间使之反应完全，多数 发育成良好的自形晶。发育成良好的自形晶。轻烧料中，A矿的双折射率很小，高温下形成的A矿晶体双折 射率可以达到0.01，有时料球外缘A矿（三方晶系）的双折射 率时内部（单斜晶系)的两倍。侵蚀反应：1%NH4Cl溶液侵蚀，A矿呈兰色。1%硝酸酒精溶液侵蚀，A矿呈棕色。 阿利特晶体的显微结构有：
16、内部包裹着其他晶体的包裹结构；周围环阿利特晶体的显微结构有：内部包裹着其他晶体的包裹结构；周围环 绕着小颗粒绕着小颗粒C C2 2S S晶体的花环状结构；受酸性溶液侵蚀后形成的港湾状晶体的花环状结构；受酸性溶液侵蚀后形成的港湾状 结构；内部出现的环带结构。结构；内部出现的环带结构。9.2.2 9.2.2 贝利特（贝利特（BB矿）矿）B矿：贝利特，是含有Fe2O3，Al2O3，MgO、R2O等微量组分 的硅酸二钙固溶体。晶系及晶型转变：晶型晶系密度（g/cm3 ） 折射率双折射 率光轴角2VNgNm（No ）Np -C2S三方3.04 -C2S斜方3.41.7121.702 0.01（+）0-C2S单斜3.281.732
