第3章 硅酸盐水泥熟料

研究目的与意义

熟料是水泥的主要组成部分，水泥的质 量主要决定于熟料的质量 熟料矿物的组成和结构决定熟料性能 熟料的形成过程、原料和制备条件影响 矿物组成和结构

定义

凡以适当成分的生料烧制部分熔融，所 得到的以硅酸钙为主要成分的产物，称 为硅酸盐水泥熟料，简称熟料。 特点：

高温煅烧 多矿物集合体 人造岩石

主要内容3.1 硅酸盐水泥熟料组成与特性 3.2 硅酸盐水泥熟料的形成过程 3.3 硅酸盐水泥熟料的微观结构与分 析方法 3.4 硅酸盐水泥熟料矿物组成设计与 配料计算

3.1 硅酸盐水泥熟料组成及特性

水泥熟料组成的表示方法

化学组成：以主要氧化物表示水泥熟料组成矿物组成：以实际存在的能够发挥胶凝作用的

化合物(固溶体)表示水泥熟料组成

率值：氧化物之间或者矿物之间的相对比例关 系，主要用于熟料设计和生产控制

水泥熟料的组成

硅酸盐水泥熟料的化学组成

化学组成:

CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3

62-67% 20-24% 4-7% 2.5-6.0%

另外:MgO、K2O、Na2O 、f-CaO等(5%)

硅酸盐水泥熟料的矿物组成

硅酸三钙 --- 3CaO·SiO2,可简写为C3S 硅酸二钙 --- 2CaO·SiO2,可简写为C2S 铝酸三钙 ---3CaO·Al2O3,可简写C3A 铁相固溶体--- 通常以铁铝酸四钙 4CaO· 2O3·Fe2O3作为其代表式，可简写 Al 为C4AF 玻璃体、方镁石、游离钙

硅酸盐水泥熟料矿物组成的历史演变

自1824年英国人JosephAspdin发明硅酸盐水泥以来，在 发展过程中，硅酸盐水泥熟料的组成也在不断地变化。1935年，Paul.S对美国多家水泥厂的熟料成分进行了分 析，矿物组成波动范围为C3S: 32~53%、C2S :24~32%、 C3A:6~15%和C4AF: 8~13%。 乔龄山和王文义等总结了近一个世纪以来世界部分国 家水泥熟料组成的变化。

硅酸盐水泥熟料矿物组成的历史演变Date 1935 1981 Data Source Average value of samples from 8 USA plant Average value of 19 samples from 8 nations C3S 48 55 C2S 28 23 C3 A 11 8 C4AF 10 9 0.89 0.881 2.71 1.57 f-CaO KH SM IM

19841990

Average value of 23 samples from 14 nationsfrom USA plants

5660

2118

813

9

0.70

0.889

2.80

1.70

19951996 1972 2004 2004

Average value of samples from 58 Japan plantsAverage value of 6 samples from 57 German plant Average value of old rotary kiln samples from 58 China plants Average value of old rotary kiln samples from 39 China plants Average value of new-type rotary kiln samples from 28 China plants

5865 50 56 55

1813 24 19 21

911 7 8 8

9

0.901

2.60

1.86

58

14 13 10

1.00 1.11 0.99

0.871 0.896 0.888

2.11 2.13 2.53

1.20 1.35 1.57

硅酸盐水泥熟料矿物组成的历史演变

在近一个

世纪的进程中，熟料中C3S提高了约 10%、C2S下降了约10%、C3A和铁相固溶体无 明显变化。 我国回转窑水泥熟料在1972年至2004年的30年 间，其熟料中C3S约提高了5%、C2S约下降了 3%、C3A和C4AF无明显变化。 我国水泥熟料中C3S和C3A的含量均低于发达国 家，而C2S和C4AF则相反。

硅酸盐水泥熟料的矿物组成熟料矿物形成温度C3S C2S C3A C4AF

矿物名称 形成温度 (℃) 理论 实际

1650 1300— 1450

1450 1250

900—1200 900—1200

硅酸盐水泥熟料的矿物组成硅酸盐水泥熟料矿物水化活性C3S C2S C3A C4AF

矿物名称

水化速度凝结时间 水化热 强度发挥期 影响水化活性 的因素 正常 高 28天前80%

C3A > C3S > C4AF >C2S正常 低 28天前20%,主 要在一年后 极短 高且集中 主要提供3天前 强度 介于C3A 和C3S 之间

矿物晶体尺寸和结构

硅酸盐水泥熟料的矿物组成

硅酸三钙及其固溶体 Alite:CaO 70.90—73.10% SiO2 24.90—25.30% Al2O3 0.70—2.47% MgO 0.3—0.98%

C3S是在1250℃以上通过C2S与CaO相互反应形成。 C3S及其同质多晶体的形成受到一些离子的影响(SO3、F-、金属离子等) C3S及其同质多晶体在结构上相似，仅有微小畸变