2011年巖土工程師考試:硅酸鹽水泥熟料的組成1

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2、硅酸鹽水泥熟料的組成
    2.1 化學(xué)組成
    水泥性能優(yōu)劣主要取決于熟料質(zhì)量。優(yōu)質(zhì)熟料應(yīng)該具有合適的礦物組成和良好的巖相結(jié)構(gòu)。因此,控制熟料的化學(xué)成分是水泥生產(chǎn)的中心環(huán)節(jié)之一。
    硅酸鹽水泥熟料主要由氧化鈣(CaO,簡寫為C)、二氧化硅(SiO2簡寫為S)、氧化鋁(Al2O3簡寫A)和氧化鐵(Fe2O3簡寫為F)四種氧化物組成。 通常這四種氧化物總量在熟料中占95%以上。每種氧化物含量雖然不是固定不變,但其含量變化范圍很小,水泥熟料中除了上述四種主要氧化物以外,還有含量不到5%的其他少量氧化物,如氧化鎂(MgO)、氧化鈦(Ti02)、三氧化硫(S03)等。
    氧化鈣(CaO)是熟料中最主要的成分,它與熟料中其他氧化物如Si02、A1203、Fe203等發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成熟料礦物如硅酸三鈣(C3S)、硅酸二鈣(C2S)、鋁酸三鈣(C3A)和鐵鋁酸四鈣(C4AF)等。一般情況下,隨著熟料中CaO含量的增加,熟料中礦物成分C3S 含量增大,從而可以提高水泥的強度。但是CaO的含量不是越多越好,而是有一個含量,即與SiO2、A1203、Fe203等氧化物化合后沒有剩余的CaO存在的量。如果CaO含量超過其他氧化物與之化合所需的量,則多余的CaO會以游離狀態(tài)存在于熟料中,從而影響水泥的體積安定性。
    二氧化硅(Si02)也是硅酸鹽水泥熟料中最主要化學(xué)成分之一。它在高溫下與CaO發(fā)生反應(yīng),生成硅酸鹽礦物硅酸三鈣(C3S)和硅酸二鈣(C2S)。如果熟料中SiO2含量低,生成的硅酸鹽礦物量就減少,從而影響水泥的強度。另外SiO2含量對熟料煅燒也會產(chǎn)生很大影響。中 華 考 試 網(wǎng)
    熟料中氧化鋁(A1203)可以與CaO、Si02、Fe203發(fā)生反應(yīng),生成鋁酸三鈣(C4A)和鐵鋁酸四鈣(C4AF)。當(dāng)A1203含量增加時,水泥的凝結(jié)、硬化速度加快,但是水泥后期強度增長緩慢,并且降低了水泥的抗硫酸鹽性能。A1203含量高的水泥,在水化時放熱快,而且水泥的水化熱較大。
    氧化鐵(Fe203)也是熟料中重要的化學(xué)成分之一,可以與CaO、A1203 反應(yīng)生成鐵鋁酸四鈣。增加熟料中的Fe203 含量,可以降低水泥熟料的熔融溫度,但會導(dǎo)致水泥水化和硬化速度變慢。
    其他少量氧化物的存在,也會不同程度地影響著硅酸鹽水泥熟料的煅燒過程和水泥性能。
    2.2硅酸鹽水泥熟料礦物組成
    在水泥熟料中,氧化鈣、二氧化硅、氧化鋁和氧化鐵等都不是以單獨的氧化物形式存在,而是經(jīng)過高溫煅燒后,兩種或兩種以上的氧化物反應(yīng)生成的多種礦物集合體,其結(jié)晶細小,通常為30~60μm。因此,水泥熟料實際上是一種多礦物組成的結(jié)晶細小的人造巖石。
    硅酸鹽水泥熟料主要由以下四種礦物組成:
    硅酸三鈣3CaO·Si02,可簡寫為C3S;
    硅酸二鈣2CaO·Si()2,可簡寫為C2S;
    鋁酸三鈣3CaO·A12O3,可簡寫為C3A;
    鐵相固熔體通常以鐵鋁酸四鈣4CaO·A12O3·Fe203作為其代表式,可簡寫為C4AF。
    這四種熟料礦物決定著硅酸鹽水泥的主要性能,一般硅酸鹽水泥熟料中,這四種礦物組成占95%以上,其中硅酸鹽礦物C3S和C2S約占75%左右,熔劑性礦物C3A和C4AF約占22%左右。
    在硅酸鹽水泥熟料中,如果生料配料不當(dāng),生料過燒或煅燒不良時,熟料中就會出現(xiàn)沒有被吸收的以游離狀態(tài)存在的氧化鈣,常稱為游離氧化鈣(簡稱為f.CaO)。另外熟料在煅燒時,其中氧化鎂有一部分可以和熟料礦物結(jié)合成固熔體以及熔于液相中。在硅酸鹽水泥熟料中,氧化鎂的固熔體量可達2%,多余的氧化鎂印結(jié)晶出來呈游離狀態(tài)的方鎂石存在,對水泥的體積安定性產(chǎn)生不良影響。