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硅酸盐水泥熟料的组成

2020-07-03 17:30 作者:pokerking club 点击:

  第三章 硅酸盐水泥熟料的组成 概述: ? 主要化学成分: CaO ? 62%~67% SiO2 20%~24% 4%~ 7% Al2O3 Fe2O3 2.5%~6% 其它氧化物:MgO SO3 Na2O K2O TiO2 P2O5等 缩写符号: Ca O -C MgO-M P2O5-P SiO2-S Ai2O3-A N aO-N K2O-K CO2-C SO3-S FeO3-F TiO2-T H2O-H 本章内容: 1. 熟料的矿物组成; 2. 熟料的率值; 3. 熟料矿物组成的换算。 熟料矿物含量范围(%): 硅酸三钙和硅酸二钙合称硅酸盐矿物,约占75%左右。 铝酸三钙和铁铝酸四钙合称熔剂矿物,约占22%左右。 硅酸盐矿物和熔剂矿物总和约占95%左右 一、硅酸三钙(~50%,高的达60%) 1.存在形式(矿物特性): 纯C3S T=2065~1250℃内稳定; T 2065 ℃不一致熔融为CaO与液相 T< 1250℃ C3S → C2S+CaO(反应慢,常温下C3S呈介 稳状态) 熟料中C3S并不以纯的形式存在,而是形成固溶体,称阿利特或A矿 2.形态 固溶体反光显微镜下呈黑色多角形颗粒。 3.水化特性 ⑴ 凝结时间正常,水化较快,水化反应主要在28d以内进行,约经一年 后水化过程基本结束。 ⑵ 早期强度高,强度的绝对值和增进率较大,居四种矿物之首。其28d 强度可达到一年强度的70%~80%。 ⑶水化热较高;抗水性较差。 ⑷ 易磨性好,干缩变形小。 二、硅酸二钙(20% 1.存在形式 多晶转变:α -C2S α‘- C2S β- C2S <500℃ γ- C2S 几乎无水硬性 常温下,有水硬性,不稳定 密度(g/cm3):3.28 2.97 体积膨胀10%,熟料粉化 熟料中 C2S 通常固溶有少量氧化物形成固溶体, 称贝利特(Belite) , 简称 B 矿。 2.形态: 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。 3.水化特性 ⑴ 水化反应慢,28d水化20%,凝结硬化慢; ⑵ 早期强度低, 28d后强度较快增长,一年后赶超A矿。 ⑶ 水化热小;抗水性好;抗蚀性好。 ⑷ 易磨性差。 三.中间相 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中间相。 ◇铝酸三钙 (C3A+C12A7) 1、形态: 快冷时呈点滴状,慢冷时呈矩形或柱状,反光能力弱,呈暗灰色, 一般称为黑色中间相 2、水化特性 ⑴ 水化迅速,放热量大,凝结较快; ⑵ 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; ⑶ 干缩变形大,抗硫酸盐性能差。 ◇铁相固溶体(C4AF) 1、形态: 铁铝酸四钙代表的是一系列连续的铁相固溶体。通常固溶有少量 的MgO、 SiO2等氧化物,又称才利特 (Celite)或C矿。在反光 镜下 其反射能力强,呈亮白色,并填充在A矿与B 矿之间,也称白色中间相。 2、水化特性: ⑴ 水化速度早期介于C3A、C3S间,后期的发展不C3S; ⑵ 早期强度似C3A,后期能增长,似C2S ⑶ 水化热较C3A低,抗冲击性能和抗硫酸盐性能较好。 ◇玻璃体 1、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、少量MgO和R2O 2、含量: 取决于液相量及冷却条件 3、性能: 不及晶体稳定,水化热较大;可改善熟料性能与易磨性 四.游离氧化钙与方镁石(MgO) 1、游离氧化钙(f-CaO) ⑴定义 当配料不当,生料过粗或煅烧不良时,熟料中出现没有被吸收的以游离 状态存在的氧化钙,称为游离氧化钙(f-CaO),又称游离石灰。 ⑵特征 游离氧化钙在偏光显微镜下为无色圆形颗粒,有明显解理。在反光 镜下用蒸溜水浸蚀后呈彩虹色。 ⑶游离氧化钙产生原因: Ⅰ 配料不当,生料过粗或煅烧不良 Ⅱ 熟料慢冷或在还原气氛下C3S分解, Ⅲ 熟料中的碱等取代C3S 、C2S、 C3A中的CaO,形成二次游离氧化钙。 ⑷游离氧化钙危害: 死烧的游离氧化钙结构致密,水化很慢,水化生成氢氧化钙时体 积膨胀97.9%,在硬化水泥石内部产生膨胀应力。因此,随着游离氧 化钙增加,抗拉、抗折强度降低,使3天以后强度倒缩,严重时引起 安定性不良。 ⑸控制:回转窑熟料﹤ 1.0 %,立窑﹤2.8 %。 2、方镁石(结晶MgO) 指游离状态的氧化镁晶体。 ⑴ 产生:碳酸镁高温下分解 一部分氧化镁存在于玻璃体中,一部分结晶呈游离状态。当熟料快 冷时,结晶细小,慢冷时晶体发育较大,结构致密。 ⑵ 危害: 水化很慢,水化时,固体体积膨胀148%,引起水泥的安定性不良。 ⑶ 控制: 水泥﹤5﹪,压蒸安定性和格可放宽到6﹪ 3.2 熟料的率值 率值:硅酸盐水泥熟料中各主要氧化物含量之间的比例称作率值。 表示化学成分与矿物组成之间的关系、水泥熟料的性能及其对煅烧 的影响。 我国主要采用石灰饱和系数(KH)、硅率(SM)、铝率(IM)三 个率值。 一.水硬率 ◇公式: HM (m) = CaO SiO2 + Ai2O3 + Fe2O3 ◇物理意义: 熟料中氧化钙与酸性氧化物之和的质量百分数的比值。 式中CaO、SiO2、Ai2O3、Fe2O3 分别代表熟料中各氧化物的质量百分 数 一般取1.8~2.4 二、硅率(硅酸率 ◇公式: SM或n表示) n (或SM ) = SiO 2 Al 2 O 3 + Fe 2 O 3 ◇物理意义: 熟料中SiO2含量与Al2O3、Fe2O3之和的质量比。也表示了熟料中硅 酸盐矿物(C3S+C2S)、熔剂矿物(C3A+C4AF)的比例。 一般取1.7~2.7 ◇SM值对熟料煅烧和性能的影响: SM值过高,表示硅酸盐矿物多,熔剂矿物少,由于煅烧时液相量 显著减少,熟料煅烧困难;特别当氧化钙含量低,硅酸二钙含量多时 熟料易于分化。SM过低,则熟料中硅酸盐矿物太少而影响水泥强度, 且由于液相过多,易出现结大块、结炉瘤、结圈等,影响窑的操作 一般取值:1.7~2.7 三.铝率(又称铝氧率或铁率) ◇公式: p (或IM ) = Al2 O3 Fe2 O3 ◇物理意义: 表示熟料中Al2O3 和 Fe2O3含量的质量比,也表示了熟料熔剂矿物 中C3A和C4AF的比例。 反应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) ◇IM值熟料煅烧和性能的影响 铝率高低,在一定程度上反映了水泥煅烧过程中高温液相的粘 度。 IM值高,熟料中C3A多,相应的C4AF少,液相粘度大,物料难烧; IM值过低,虽然液相粘度较小,液相中质点易于扩散,对C3S 的形成 有利,但烧结范围变窄,窑内易结大块,不利于窑的操作。 一般取0.8~1.7 四.石灰饱和系数(KH) KH = CaO ? 1.65Al 2 O 3 ? 0.35Fe 2 O 3 2.8SiO 2 (IM≥0.64) 式中:CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、SO3 分别为熟料中相应氧化物的质量 百分数; ◇物理意义: 石灰饱和系数表示熟料中全部氧化硅生成硅酸钙所需的氧化钙 含量与全部氧化硅生成硅酸三钙所需氧化钙最大含量的比值,也即表 示熟料中氧化硅被氧化钙饱和形成硅酸三钙的程度。 ◇讨论: 从理论上讲:KH值高,则C3S较多,C2S较少。 1. KH=1,矿物组成为C3S、C3A 、C4AF,而无C2S;KH≤0.667,形成矿 物为C2S 、C3A 和C4AF,而无C3S 2. KH>1,熟料中必有游离氧化钙存在; KH﹤1,而IM ≥ 0.64 时,形成C3S、C2S、C3A、C4AF 3. IM﹤0.64 (Fe 过剩),形成C3S、C2S、C2F、C4AF,此时石灰饱和系 数为: KH = CaO ? 1.1Al2O3 ? 0.7 Fe2O3 2.8SiO2 (IM﹤0.64) 4.考虑到熟料中还有f-CaO、f-SiO2和石膏,此时: KH = (CaO ? f ?CaO) ? (1.65 Al2O3 + 0.35 Fe2O3 + 0.7 SO3 ) 2.8( SiO2 ? f ? SiO2 ) (IM≥0.64 ) 在工厂生产中,为了使熟料顺利烧成,保证熟料的质量,应同时控 制KH、n、p这三个率值,并使三率值相应配合适当。 §3.3 熟料矿物组成的计算 获得熟料的矿物组成的方法: ⑴仪器分析法:如岩相分析;X射线分析;红外光谱分析等。 ⑵理论计算法。 ◆化学法 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。 ◆代数法:(也称鲍格法) C3S=4.07S-7.60S-6.72A-1.43F-2.86 SO3 C2S=8.60S+5.07A+1.07F+2.15SO3-3.07C=2.87S-0.754 C3S C3A=2.65A-1.69F C4AF=3.04F CaSO4=1.70 SO3 式中:C、S、A、F、SO3分别代表熟料中CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3 、 SO3的百分含量。 以上公式适用于:IM≥0.64 【例2.1】已熟料化学成分如表2.11所示,试求熟料的率值和矿物组成。 按化学法公式可求得熟料矿物组成: C3S=3.80(3KH-2)SiO2=3.80(3×0.877-2)×21.40=51.31% C3S=8.60(1-KH)SiO2-=8.60(1-0.877)×21.40=22.64% C3A=2.65(Al2O3-0.64Fe2O3)-=2.65(6.22-0.64×4.35)=9.11% C4AF=3.04Fe2O3=3.04×4.35=13.22%

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