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1、第二章第二章 硅酸盐水泥熟料硅酸盐水泥熟料定义：定义：是一种由主要含是一种由主要含CaOCaO、SiOSiO2 2、AlAl2 2O O3 3、FeFe2 2O O3 3的原料的原料按适当配比，磨成细粉，烧至部分熔融，所得以硅酸钙按适当配比，磨成细粉，烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要矿物成分的水硬性胶凝物质。为主要矿物成分的水硬性胶凝物质。中华人民共和国建材行业标准硅酸盐水泥熟料：中华人民共和国建材行业标准硅酸盐水泥熟料：JC/T8531999熟料质量熟料质量化学成分化学成分熟料率值熟料率值水泥质量水泥质量矿物组成矿物组成岩相结构岩相结构水泥生产水泥生产中心环节中心环节硅酸盐水泥熟料的化学成分
2、硅酸盐水泥熟料的化学成分化学成分化学成分CaOSiO2Al2O3Fe2O3含量含量()62672024472.56.0含约含约5的少量其它氧化物：的少量其它氧化物：MgO、SO3、TiO2、P2O5、K2O和和Na2O水泥品种不同、原料成分不同、工艺过程不同，熟料化学成分有所不同。水泥品种不同、原料成分不同、工艺过程不同，熟料化学成分有所不同。熟料化学成分必须合适，在相图中硅酸盐水泥熟料的范围内，否则生成熟料化学成分必须合适，在相图中硅酸盐水泥熟料的范围内，否则生成其它矿物组成，如无水硬性的其它矿物组成，如无水硬性的C2AS，闪凝的，闪凝的C12A7。第一节第一节 熟料的矿物组成熟料的矿物组成
3、不是以单独的氧化物存在，而是经高温煅烧后，以两种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或两种以上的氧化物反应生成的多种矿物集合体多种矿物集合体。水泥熟料是一种多矿物组成的结晶细小水泥熟料是一种多矿物组成的结晶细小(30 60 m)的的人造岩石。人造岩石。四种主要矿物四种主要矿物名称名称化学式化学式简式简式种类种类含量含量()硅酸三钙硅酸三钙3CaO SiO2C3S硅酸盐硅酸盐矿物矿物7550硅酸二钙硅酸二钙2CaO SiO2C2S20铝酸三钙铝酸三钙3CaO Al2O3C3A熔剂熔剂矿物矿物228铁相固溶体铁相固溶体(铁铝酸四钙铁铝酸四钙)4CaO Al2
4、O3 Fe2O3C4AF15还有少量的还有少量的游离氧化钙游离氧化钙(fCaO)、方镁石、方镁石(结晶氧化镁结晶氧化镁)、含碱矿物、含碱矿物以及玻璃体等。以及玻璃体等。一、熟料的矿物组成一、熟料的矿物组成硅酸盐矿物硅酸盐矿物C3SC4AFC2SC3A含碱化合物含碱化合物玻璃体玻璃体方镁石方镁石fCaO熔剂矿物熔剂矿物中间相中间相在硅酸盐水泥熟料中，矿物不是以纯的形式存在，在硅酸盐水泥熟料中，矿物不是以纯的形式存在，总含有少量的其它氧化物形成固溶体。总含有少量的其它氧化物形成固溶体。C3S ： 阿利特阿利特(Alite)， A矿矿C2S： 贝利特贝利特(Belite)， B矿矿C4AF： 才利特
5、才利特(Celite)，C矿矿填充在阿利特、贝利特之间的铝酸盐、铁酸盐、填充在阿利特、贝利特之间的铝酸盐、铁酸盐、组成不定的玻璃体和含碱化合物等统称为组成不定的玻璃体和含碱化合物等统称为中间相中间相。中间相中间相在熟料煅烧过程中，开始熔融成在熟料煅烧过程中，开始熔融成液相液相；冷却时，；冷却时，部分液相结晶，部分液相来不及结晶而凝结成玻璃体。部分液相结晶，部分液相来不及结晶而凝结成玻璃体。玻璃体的主要成分为玻璃体的主要成分为Al2O3 、Fe2O3 、CaO，也有少量的，也有少量的MgO和碱。和碱。1. 熟料矿物的晶体结构和岩相结构熟料矿物的晶体结构和岩相结构二、四种主要的熟料矿物二、四种主要
6、的熟料矿物矿物名称矿物名称密度密度(g/cm3)晶型和晶形晶型和晶形偏光镜观察偏光镜观察(正交偏光镜观察正交偏光镜观察)反光镜观察反光镜观察C3S纯纯3.13三斜晶系三斜晶系T型型六角形棱柱形六角形棱柱形A矿矿3.143.25单斜晶系单斜晶系M型型六方片状板状六方片状板状三方晶系三方晶系R型型透明无色透明无色(灰色干涉色灰色干涉色)黑色多角形颗粒黑色多角形颗粒(六角形棱柱形六角形棱柱形)有时呈环带结构有时呈环带结构C2S纯纯3.28单斜晶系单斜晶系棱柱状或板状棱柱状或板状无色无色(黄色干涉色黄色干涉色)B矿矿C3A纯纯3.04等轴晶系等轴晶系透明无色透明无色工业工业熟料中熟料中立方晶系立方晶系
7、斜方晶系斜方晶系C4AFC矿矿3.77斜方晶系斜方晶系棱柱状圆粒状棱柱状圆粒状浅褐到深褐的浅褐到深褐的多色性多色性反射弱反射弱白白(浅浅)色中间相色中间相型型圆粒状不规则状圆粒状不规则状黑白双晶条纹黑白双晶条纹圆形颗粒圆形颗粒反射强反射强黑黑(深深)色中间相色中间相正常煅烧熟料（反光）正常煅烧熟料（反光）六方板状的六方板状的A矿（反光）矿（反光）熟料煅烧过程中，先固相反应生成贝利特，其边棱再熔进液相，熟料煅烧过程中，先固相反应生成贝利特，其边棱再熔进液相，尚未溶进液相的贝利特以尚未溶进液相的贝利特以它形产生它形产生，多为，多为圆粒状圆粒状。慢冷时，液相中过多的贝利特在降温过程中会析晶出来，以慢
8、冷时，液相中过多的贝利特在降温过程中会析晶出来，以自形自形产生产生，故有时也出现其它，故有时也出现其它不规则形状不规则形状。工艺条件正常的熟料中贝利特有工艺条件正常的熟料中贝利特有交叉双晶条纹交叉双晶条纹，在烧成温度低且冷却缓慢的熟料中，有在烧成温度低且冷却缓慢的熟料中，有平行双晶条纹平行双晶条纹。C3A快冷快冷呈点滴状，呈点滴状，慢冷慢冷呈矩形或柱状。呈矩形或柱状。2. 煅烧对熟料矿物岩相结构的影响煅烧对熟料矿物岩相结构的影响类圆形具有交叉晶纹类圆形具有交叉晶纹B矿（反光）矿（反光）慢冷排列整齐慢冷排列整齐细粒状二次析晶细粒状二次析晶B矿（反光）矿（反光）低温慢冷低温慢冷类圆形具有平行晶纹类
9、圆形具有平行晶纹B矿（反光）矿（反光）类圆形具有交叉晶纹类圆形具有交叉晶纹B矿（反光）矿（反光）快冷快冷 点滴状点滴状C3A（反光）（反光）慢冷慢冷 带棱角片状带棱角片状C3A（反光）（反光）慢冷慢冷 棱柱状棱柱状C4AF（反光）（反光）矿物名称矿物名称生成条件生成条件水化水化特性特性C3SC2S+CaO 液相 C3SC3S+H2O C-S-HC-S-H+CH水化较快水化较快,水化热较高水化热较高早强高早强高,强度增长快强度增长快,28天天达达7080,28天或天或1年强年强度最高；抗水性较差度最高；抗水性较差C2SCaO+SiO2 C2SC2S+H2O C-S-HC-S-H+CH水化较慢水化
10、较慢,水化热较小水化热较小早强低早强低,28天水化天水化20,28天后强度增长较快天后强度增长较快,1年强年强度赶上度赶上C3S ；抗水性较好；抗水性较好C3ACaO+Al2O3 CA C12A7 C3A水化水化(硫硫)铝酸钙铝酸钙水化迅速水化迅速,水化热高水化热高凝结硬化快凝结硬化快, 强度强度3天大部天大部分发挥分发挥,早强高早强高,以后几乎以后几乎不增长不增长;干缩变形大干缩变形大,抗硫抗硫酸盐性能差酸盐性能差C4AFCF C2F C4AF水化水化(硫硫)铁酸钙铁酸钙水化水化:C3AC4AFC3S早强类似早强类似C3A ，后强不断，后强不断增长，类似增长，类似C2S ；抗冲击；抗冲击性能
11、和抗硫酸盐性能较好性能和抗硫酸盐性能较好3. 熟料矿物的生成、水化和特性熟料矿物的生成、水化和特性三、游离氧化钙和方镁石三、游离氧化钙和方镁石物质物质fCaO方镁石方镁石晶型和晶形晶型和晶形立方晶系立方晶系等轴晶系等轴晶系,立方体八面体立方体八面体偏光镜观察偏光镜观察无色圆形颗粒无色圆形颗粒很难看到很难看到反光镜观察反光镜观察蒸馏水浸蚀后呈彩虹色蒸馏水浸蚀后呈彩虹色多角形多角形,粉红色有黑边粉红色有黑边形成原因形成原因配料不当配料不当,生料过粗生料过粗,煅烧不良，煅烧不良，没有被吸收没有被吸收生料中生料中MgO含量高含量高水化很慢水化很慢,CaO+H2O=Ca(OH)2体积膨胀体积膨胀97.9
12、水化更慢水化更慢,MgO+H2O=Mg(OH)2体积膨胀体积膨胀148对熟料对熟料性能影响性能影响安定性不良安定性不良:变形变形,开裂开裂,破坏破坏安定性不良安定性不良:变形变形,开裂开裂,破坏破坏含量控制指标含量控制指标水泥中水泥中MgO 5.0%压蒸安定性合格允许到压蒸安定性合格允许到6.0水化水化立窑熟料立窑熟料 2.5回转窑熟料回转窑熟料 1.5类圆形类圆形fCaO（反光）（反光）成堆方镁石（反光）成堆方镁石（反光）MgOMgO存在形式对其水化的影响存在形式对其水化的影响玻玻 璃璃 体：活性高，水化快体：活性高，水化快固固 溶溶 体：几个月体：几个月1 1年水化年水化方镁石晶体方镁石晶
13、体: : 几年才水化几年才水化fCaOfCaO形态对其水化的影响形态对其水化的影响立窑立窑fCaOfCaO含量允许高些，因为一部分含量允许高些，因为一部分fCaOfCaO是没有经过高温死是没有经过高温死烧的烧的( (生烧生烧) )，水化速度较快，对安定性影响不严重。，水化速度较快，对安定性影响不严重。回转窑回转窑fCaOfCaO含量控制更严，因为是含量控制更严，因为是死烧死烧的的fCaOfCaO，结构比较致，结构比较致密，通常要在密，通常要在3 3天后才水化。天后才水化。化学成分化学成分矿物组成矿物组成熟料煅烧熟料煅烧熟料性能熟料性能化学成分化学成分矿物组成矿物组成煅烧煅烧性能性能CaO62%
14、,过低过低C2S过多过多煅烧容易煅烧容易水化热低水化热低,后强高后强高,抗水性好抗水性好;增加增加型型C2S 型型C2S ，粉化，粉化67%,过高过高几乎无几乎无C2S或或fCaO增多增多要求温度高要求温度高水化热高水化热高, ,早强高早强高,28,28天强度高，天强度高，抗水性差，抗水性差，影响影响1年后强度年后强度强度下降，安定性不良强度下降，安定性不良Al2O3太少太少C3A少少粘度小粘度小,烧结烧结范围窄范围窄,易结易结大块大块水化慢，水化热低水化慢，水化热低太高太高C3A多多粘度大，不粘度大，不利于利于C3S形成形成,要求温度高要求温度高快硬早强快硬早强,水化热高，凝结非常水化热高，
15、凝结非常迅速难以控制迅速难以控制;干缩变形大干缩变形大,抗硫抗硫酸盐性能差酸盐性能差Fe2O3太少太少C4AF少少太高太高C4AF多多粘度小，易粘度小，易结大块结大块抗冲击性能和抗硫酸盐性能较抗冲击性能和抗硫酸盐性能较好好第二节第二节 熟料的率值熟料的率值在水泥生产控制中，不仅要控制熟料中各氧化物的含量，在水泥生产控制中，不仅要控制熟料中各氧化物的含量，还要控制各氧化物之间的比例还要控制各氧化物之间的比例率值率值。率值既可方便地表示化学成分和矿物组成之间的关系，率值既可方便地表示化学成分和矿物组成之间的关系，又可明确地表示对水泥熟料煅烧和性能的影响。又可明确地表示对水泥熟料煅烧和性能的影响。一
16、、三率值的物理意义与计算式一、三率值的物理意义与计算式1. 水硬率水硬率18681868年德国人年德国人W.MichaelisW.Michaelis提出提出物理意义：熟料适宜石灰含量的一个系数，是熟料中氧化钙物理意义：熟料适宜石灰含量的一个系数，是熟料中氧化钙 与酸性氧化物之和的质量百分数的比值。与酸性氧化物之和的质量百分数的比值。计算式：计算式：因为：因为：当酸性氧化物总和不变，而比例变动时，所需当酸性氧化物总和不变，而比例变动时，所需CaO的量改变。的量改变。所以：所以：控制相同的水硬率，不能保证同样的矿物组成，对熟料质量控制相同的水硬率，不能保证同样的矿物组成，对熟料质量 和煅烧不利。和
17、煅烧不利。要同时控制各酸性氧化物之间的比例。要同时控制各酸性氧化物之间的比例。库尔库尔 提出熟料中酸性氧化物之间关系的率值提出熟料中酸性氧化物之间关系的率值2. 硅率硅率(硅酸率硅酸率)物理意义：熟料中氧化硅含量与氧化铝、氧化铁之和的质量比，物理意义：熟料中氧化硅含量与氧化铝、氧化铁之和的质量比， 也表示了熟料中硅酸盐矿物与熔剂矿物的比例。也表示了熟料中硅酸盐矿物与熔剂矿物的比例。计算式：计算式：3. 铝率铝率(铁率，铝氧率铁率，铝氧率)物理意义：熟料中氧化铝与氧化铁含量的质量比，也表示了物理意义：熟料中氧化铝与氧化铁含量的质量比，也表示了 熟料熔剂矿物中铝酸三钙与铁铝酸四钙的比例。熟料熔剂矿
18、物中铝酸三钙与铁铝酸四钙的比例。计算式：计算式：铝率高低，在一定程度上反映了熟料煅烧过程中高温液相的粘度。铝率高低，在一定程度上反映了熟料煅烧过程中高温液相的粘度。二、石灰饱和系数二、石灰饱和系数水硬率：水硬率：熟料中氧化钙与酸性氧化物之和的质量百分数的比值。熟料中氧化钙与酸性氧化物之和的质量百分数的比值。斯波恩斯波恩石灰最大限量：石灰最大限量：熟熟料中主要酸性氧化物理论上反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应生成熟料矿物所需要的石灰最高含量。最高含量。古特曼与杰耳古特曼与杰耳石灰理石灰理论极限含量论极限含量: 酸性氧化物酸性氧化物形成碱性最高的矿物为形成碱性最高的矿物为C3
19、S、C3A和和C4AF。意义不明确意义不明确首先理论计算首先理论计算CaO= 2.8SiO2+1.65Al2O3+0.35Fe2O3生成生成C3S、C2A、C2F石灰标准值石灰标准值李和派克认为李和派克认为虽然生成虽然生成C3S、C3A、C4AF，但，但要按相图研究非平衡冷却条件要按相图研究非平衡冷却条件石灰饱和系数石灰饱和系数斯波恩斯波恩修正石灰标准值修正石灰标准值金德和容克认为金德和容克认为AlAl2 2O O3 3、FeFe2 2O O3 3最终最终被被CaOCaO饱和，饱和，SiOSiO2 2不完全被不完全被CaOCaO饱和生饱和生成成C C3 3S S，有部分，有部分C C2 2S
20、S，否则出现，否则出现fCaOfCaO。CaO= KH2.8SiO2+1.65Al2O3+0.35Fe2O3修正修正石灰饱和系数石灰饱和系数计算式：计算式：物理意义：熟料中全部物理意义：熟料中全部SiO2生成硅酸钙生成硅酸钙(C2S和和C3S)所需的所需的CaO含量含量 与全部与全部SiO2生成生成C3S所需所需CaO最大含量的比值，最大含量的比值， 也表示熟料中也表示熟料中SiO2被被CaO饱和形成饱和形成C3S的程度。的程度。考虑到熟料中还有考虑到熟料中还有fCaOfCaO、fSiOfSiO2 2和石膏和石膏三、率值、化学成分和矿物组成之间的关系式三、率值、化学成分和矿物组成之间的关系式1
21、. 化学成分与率值化学成分与率值 Al2O3=IM Fe2O3SiO2=SM (Al2O3+Fe2O3)CaO= -(SiO2+Al2O3+Fe2O3)设计熟料中四种氧化物含量的总和设计熟料中四种氧化物含量的总和 ，一般为，一般为97左右。左右。2.率值与矿物组成率值与矿物组成当当 IM 0.64时时3.矿物组成与化学成分矿物组成与化学成分C3S=4.07CaO-7.60SiO2-6.72Al2O3-1.43Fe2O3 -2.86SO3C2S=2.87 SiO2-0.754 C3SC3A=2.65Al2O3-1.69Fe2O3 C4AF=3.04Fe2O3 四、率值、化学成分和矿物组成之间的关
22、系四、率值、化学成分和矿物组成之间的关系 率值对熟料煅烧与性能的影响率值对熟料煅烧与性能的影响率值率值化学成分化学成分矿物组成矿物组成熟料煅烧熟料煅烧熟料性能熟料性能KHKH高高CaOCaO多多C C3 3S / CS / C2 2S S 高高SMSM一定时一定时,C,C3 3S S多多,C,C2 2S S少少; SM; SM低低,C,C3 3S S不一定高不一定高, ,SMSM越高，硅酸盐矿物越越高，硅酸盐矿物越多，熔剂矿物越少多，熔剂矿物越少煅烧困难煅烧困难, ,需要需要温度高温度高, ,一般采一般采用较高用较高SM,SM,低低IMIM水化热高水化热高, ,早强高早强高,28,28天强度高
23、，抗天强度高，抗水性差，影响水性差，影响1 1年年后强度后强度或煅烧不良或煅烧不良, fCaO, fCaO多多煅烧温度低或液煅烧温度低或液相量少相量少, ,液相粘液相粘度大度大强度下降，安定强度下降，安定性不良性不良KHKH低低CaOCaO少少C C3 3S / CS / C2 2S S 低低SMSM一定时一定时,C,C3 3S S少少,C,C2 2S S多多煅烧较易煅烧较易, ,温度温度可稍低可稍低, ,可采用可采用中中SM,SM,中中IMIM水化热低水化热低,后强高后强高,抗水性好抗水性好;增加增加型型C2S 型型C2S,粉化粉化,强度下降强度下降率值率值化学成分化学成分矿物组成矿物组成熟
24、料煅烧熟料煅烧熟料性能熟料性能SMSM高高SiOSiO2 2多多硅酸盐矿物多，硅酸盐矿物多，熔剂矿物少熔剂矿物少; ;若若KHKH低低,C,C2 2S S多多煅烧困难煅烧困难, ,需要温需要温度高度高, ,否则易生烧否则易生烧强度高强度高C C2 2S S粉化使强度下粉化使强度下降降; ;生烧形成生烧形成fCaOfCaO影响安定性影响安定性SMSM低低SiOSiO2 2少少硅酸盐矿物少，硅酸盐矿物少，熔剂矿物多熔剂矿物多煅烧容易煅烧容易, ,液相过液相过多多, ,易结大块易结大块, ,结结圈圈, ,影响窑操作影响窑操作强度受影响强度受影响率值率值化学成分化学成分矿物组成矿物组成熟料煅烧熟料煅烧
25、熟料性能熟料性能IMIM高高AlAl2 2O O3 3多多, ,FeFe2 2O O3 3少少C C3 3A/CA/C4 4AFAF大大SMSM一定一定, C, C3 3A A多多, ,C C4 4AFAF少少; ;SMSM高高,C,C3 3A A不一定多不一定多液相粘度大液相粘度大, ,煅烧困煅烧困难难, ,需要温度高需要温度高快硬早强快硬早强,水化水化热高，凝结要热高，凝结要控制控制;干缩变形干缩变形大大,抗硫酸盐性抗硫酸盐性能差能差IMIM低低AlAl2 2O O3 3少少, ,FeFe2 2O O3 3多多C C3 3A/CA/C4 4AFAF小小液相粘度小液相粘度小, ,液相中液相中
26、质点易于扩散质点易于扩散, ,对对C C3 3S S形成有利形成有利, ,但烧结范但烧结范围变窄围变窄, ,易结大块易结大块, ,影响窑操作影响窑操作水化慢水化慢,水化热水化热低低;抗冲击性能抗冲击性能和抗硫酸盐性和抗硫酸盐性能较好能较好烧结范围：烧结范围：指水泥生料加热至出现烧结所必需的、最少的液相量时的温度指水泥生料加热至出现烧结所必需的、最少的液相量时的温度( (开始烧结的温度开始烧结的温度) )与开始出现结大块与开始出现结大块( (超过正常液相量超过正常液相量) )时温度的差值。时温度的差值。液相量随温度升高而缓慢增加，其烧结范围就较宽；液相量随温度升高而液相量随温度升高而缓慢增加，其
27、烧结范围就较宽；液相量随温度升高而增加很快，其烧结范围就较窄。增加很快，其烧结范围就较窄。含铁量较高，烧结范围就较窄；降低铁的含量，增加铝的含量，烧结范围含铁量较高，烧结范围就较窄；降低铁的含量，增加铝的含量，烧结范围就变宽。硅酸盐水泥熟料的烧结范围约为就变宽。硅酸盐水泥熟料的烧结范围约为150150。预分解窑一般采用预分解窑一般采用“二高一中二高一中”配方：配方： 高高SM=2.4SM=2.42.72.7 高高IM=1.4IM=1.41.71.7 中中KH=0.90KH=0.90左右左右立窑较多采用配方：立窑较多采用配方： 较低较低SM=1.82.0 中中IM=1.31.5 较高较高KH=0.920.95思考题思考题11. 某某水水泥泥厂厂原原生生产产强强度度等等级级42.5的的硅硅酸酸盐盐水水泥泥，现现改改产产强强度度等等级级42.5R的的硅硅酸酸盐盐水水泥泥，早早期期强强度度不不足足。请请问问其其熟熟料料矿矿物物组组成成如如何何调调整整？熟熟料料率率值值如如何何调调整整？(增增加加石石灰含量，灰含量，KH、SM适当高适当高？)2. 2. 某水泥窑熟料烧结较差，熟料松散，多加煤煅烧效某水泥窑熟料烧结较差，熟料松散，多加煤煅烧效果仍不理想，请问此时若调整硅率的话，应升高还是降果仍不理想，请问此时若调整硅率的话，应升高还是降低，并简述理由（低，并简述理由（？）。）。
