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1、水泥熟料矿物组成及矿物形态对水泥强度的影响作者：罗云峰 樊粤明 时间 20070 引言水泥强度的影响因素主要来自水泥熟料的矿物组成和形态，以及水泥的颗粒组成、颗粒形貌和细度等方面。就熟料矿物而言，硅酸盐相是影响水泥强度的主要因素，硅酸盐矿物的含量是决定水泥强度的主要因素。一般认为C3S不仅影响早期强度，而且也影响水泥的后期强度，而C3S对早期强度影响不大，却是决定后期强度的主要因素；C3A含量对水泥早期强度的影响最大；鲍格和泰勒等认为C4AF是熟料4种矿物中强度最差的一种，对水泥的强度不会有较大的作用，但另有学者的试验证明C4AF不仅对水泥的早期强度起相当大的作用，而且有助于后期强度的发展。一
2、般来说，熟料抗压强度越高，抗折强度也越高，在矿物组成对强度的影响方面，往往较多地研究其对抗压强度的影响，而关于矿物组成对抗折强度的影响的研究则较少，那么矿物组成对抗压强度和抗折强度的影响是否一致呢?抗压强度的影响矿物与抗折强度的影响矿物是否一定相同呢?熟料的矿物形态(包括晶粒尺寸、发育程度、缺陷等)对水泥强度有怎样的影响呢?本文对此进行了研究。1 原材料与试验方法取不同烧成工艺条件下生产的8个工业熟料(取自广东地区6大水泥厂，代号分别为A、B、C、D、E、F、G、H，其中A、B、C、D为预分解窑生产，E、F为湿法回转窑生产，G、H为机立窑生产)，各熟料的化学组成及计算矿物组成见表1。表1 各熟
3、料的化学组成及其计算矿物组成 熟料LossSiO2Fe2O3A12O3CaOMgOSO3fCaOC3SC2SC3AC4AFA0.2321.025.035.4064.841.451.020.4256.0418.075.8115.29B0.3621.473.154.8566.061.871.060.8861.9814.887.539.58C0.5321.5l3.375.5166.241.170.830.5759.5816.818.9110.24D0.6022.102.374.9966.691.780.881.2858.8219.089.227.20E0.3620.684.815.40, 65.31
4、2.070.590.7260.8613.466.1814.62F0.4821.444.275.4464.881.580.561.4550.9523.127.2012.98G0.3820.274.216.4664.701.341.581.2350.3220.2310.0012.80H0.4520.544.085.9365.021.690.682.7849.5821.568.8212.40 1)将各熟料分别掺入45的石膏(其化学成分见表2)，在同一实验小磨中粉磨成比表面积为(36010)m2kg的硅酸盐水泥，按GBTl7671-1999水泥胶砂强度检验方法(ISO法)分别检测其抗压强度及抗折强度。
5、 表2 石膏化学组成 LossCaOA1203SiO2Fe203MgOSO3酸不溶物结晶水水14.1231.841.380.680.731.2239.489.8899.3311.110.17 2)分别取各熟料样少量，研磨成一定细度的粉体，采用化学萃取法，将4种矿物以及玻璃体萃取出来，将萃取出来的溶液进行化验，按照公式计算熟料中各矿物的含量。 3)将各熟料进行磨光处理，采用反光显微镜岩相分析法，对比分析熟料中硅酸盐矿物的形态及发育状况。2 试验结果与讨论21熟料矿物的组成 表3是熟料矿物的实测与计算含量的比较。表3 各熟料矿物的实测与计算含量比较 项目ABCDEFGHC3S计算56.0461.9
6、859.5858.8260.8650.9550.3249.58实测57.0663.4662.1863.4059.1256.5545.9249.06C2S计算18.0714.8816.8119.0813.4623.1220.2321.56实测18.8115.7017.1716.9115.4019.4128.7224.81C3A计算5.817.538.919.226.187.2010.008.82实测4.073.653.504.443.363.384.843.23C4AF计算15.299.5810.247.2014.6212.9812.8012.40实测5.153.985.084.7710.911
7、0.8213.0014.05C3S+C2S计算74.1176.8776.3977.9074.3274.0770.5571.14实测75.8779.1679.3580.3174.5275.9674.6473.87C3A+C4AF计算21.1017.1019.1516.6220.8020.1822.8021.22实测9.227.638.589.2114.2714.2017.8417.28往：表中C3S和C2S均为固溶体，其含量均为固溶体含量。从表3中看出：1)回转窑生产的6个熟料，其C3S的实测含量均大于计算含量，而立窑生产的熟料则反之。这一结果与蒋永惠等人的试验结果一致。对此，笔者认为有以下几个
8、原因： 立窑熟料烧成时，处于堆积状态，窑内通风不均匀，熟料主要在还原气氛下烧成，三价铁被还原成二价铁，进入C3S的晶格中，引起C3S分解成C3S和fCaO，导致C3S的实际含量降低。立窑熟料冷却速度慢，导致C3S晶型转化而分解成C2S和C3A，导致C3S的实际含量降低。 2)8个熟料样的C3S+C2S实测含量均大于计算含量，笔者认为这是由于硅酸盐相固溶了Al2O3、Fe2O3和MgO等氧化物的原因。 3)各熟料样中的C3A的实测含量以G、D、A等熟料的相对较大，但整体相差不大。4)各熟料的铁相含量相差较大，以立窑的G、H熟料的为最大，其次为湿法的E、F，最后是干法的A、B、C、D。以下是采用另
9、一方法进行相分析的结果，选取适宜的萃取剂分别将硅酸盐相和中间体萃取出来的残渣，用坩埚灼烧至恒重，称量所得的硅酸盐相和中间体的含量(见表4)。表4 各熟料硅酸盐相和中间体的含量 名称ABCDEFGH硅酸盐相75.0978.7879.8080.2775.9175.9173.0873.96中间体24.1320.1219.8719.2823.2922.0923.9823.7699.2298.9099.6799.5599.2098.0097.0697.72 对照表3和表4可见，两种方法所测得的相分析结果基本一致。对萃取剩下的中间体残渣进行X射线衍射分析，没有发现硅酸盐矿物衍射峰的存在，对萃取剩下的硅酸盐
10、相残渣进行X射线衍射分析，没有发现中间体矿物的衍射峰存在，说明萃取方法可靠，结果达到目的。22 熟料矿物组成同水泥胶砂强度的关系221 与水泥胶砂抗压强度的关系 熟料矿物组成与水泥胶砂抗压强度的关系见表5及图l图3。表5 水泥抗压强度与熟料矿物实测含量的关系项目ABCDEFGH抗压强度MPald15.018.118.418.313.810.710.611.23d29.935.532.734.330.026.724.226.728d54.058.563.057.954.97.653.054.5矿物含量C3A4.073.653.504.443.363.384.843.23C3S57.0663.46
11、62.1863.4059.1256.5545.9249.06C3S+C2S75.8779.1679.3580.3174.5275.9674.6473.87图1 水泥胶砂强度与C3A含量的相关性图2 水泥胶砂强度与C3S含量的相关性图3 水泥胶砂强度与矿物含量的相关性 从表5、图l、图2和图3看出： 1)水泥胶砂早期抗压强度与C3A不存在很好的相关性，而与C3S的相关性较好；说明水泥早期抗压强度受C3S的影响较大。 2)水泥28d抗压强度与C3S的含量相关性不太好，与C3S+C2S含量的相关性稍好一些，说明C2S对水泥后期抗压强度有贡献。3)回转窑熟料(C3S+C2S含量相对较高)所对应的水泥其
12、早期及后期抗压强度普遍比立窑的要高，因此要提高水泥强度就要提高硅酸盐矿物的含量。 4)C水泥的胶砂不但早期抗压强度较高，而且其后期抗压强度发展较快，28d抗压强度最高。 5)C熟料的C3S以及C3S+C2S含量在8个熟料样中不是最高，但是其水泥胶砂抗压强度却最高，因此可认为，矿物含量不是影响水泥抗压强度的唯一因素，应该还与矿物的生长状态有关。222 与水泥胶砂抗折强度的关系 熟料矿物组成与, 水泥胶砂抗折强度的关系见表6及图4图6。表6 水泥抗折强度与熟料实测矿物含量的关系项目ABCDEFGH抗压强度MPald3.64.44.64.83.73.13.03.03d6.16.57.06.76.25.54.95.328d9.59.29.99.38.48.47.78.2矿物含量C3A4.073.653.504.443.363.384.843.23C3S57.0663.4662.1863.4059.1256.5545.9249.06C3S+C2S75.8779.1679.3580.3174.5275.9674.6473.87图4 水泥胶砂抗折强度与C3A含量的相关性图5 水泥胶砂抗折强度与C3S含量的关系图6 水泥胶砂抗折强度与矿物含量的关系 从表6、图4、图5和图6看出： 1)水泥胶砂早期抗折强度与C3A不存在很好的相关性，而与C3S的
