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普通铝酸盐水泥熟料化学成份及性质

2020-07-06 17:43 作者:pokerstars官网下载 点击:

  普通铝酸盐水泥熟料化学成份及性质_化学_自然科学_专业资料。第四节 水泥熟料组成及特性 ? 第一部分 硅酸盐水泥矿物组成及化学成分 1. 熟料成分 ? 硅酸盐水泥熟料矿物等化学成分:主要由氧化钙、氧化 硅、氧化铝和氧化铁四种氧化物组成,同时还含有约5% 的

  第四节 水泥熟料组成及特性 ? 第一部分 硅酸盐水泥矿物组成及化学成分 1. 熟料成分 ? 硅酸盐水泥熟料矿物等化学成分:主要由氧化钙、氧化 硅、氧化铝和氧化铁四种氧化物组成,同时还含有约5% 的少量如氧化镁、三氧化硫、氧化钛、氧化磷以及碱等。 现代生产的硅酸盐水泥熟料,各主要氧化物含量波动范 围为: ? CaO:62-67%; ? SiO2:20-24%; ? Al2O3:4-7%; ? Fe2O3Chang :2.5-6.5% 。 School of Highway, ’an University 长安大学公路学 第四节 水泥熟料组成及特性 ? 熟料矿物:熟料矿物中,氧化钙、氧化硅、氧化铝和氧化铁不是以 单独的氧化物存在,而是经高温煅烧后,以两种或两种以上氧化物反 应生成的多种矿物集合体,其结晶细小,通常为30-60um。 ? 硅酸盐水泥熟料中主要形成四种矿物: ? 硅酸三钙:3 CaO. SiO2; ? 硅酸二钙:2 CaO. SiO2; ? 铝酸三钙:3CaO.Al2O3; ? 铁铝酸四钙:4 CaO.Al2O3. Fe2O3。 ? ? 另外,还有少量的游离氧化钙(f- CaO)、方镁石(结晶氧化 镁)、含碱矿物以及玻璃体等。 以上四种主要矿物约占95%,其中硅酸钙约占75%,合称为硅酸 盐矿物;铝酸三钙和铁铝酸四钙占22%左右,称为熔剂矿物。 School of Highway, Chang’an University 长安大学公路学 微量元素的影响 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? (一)MgO 熟料中含少量MgO,有以下作用: 1、增加液相量。 2、降低熟料熔融温度。 3、改善水泥色泽。 4、过多的MgO会影响水泥安定性。 一般熟料中的MgO含量在2-3%以下。 (二)碱 碱在熟料中有以下作用: 1、微量碱可以降低烧成温度,增加液相量。 2、过多碱使CaO难以吸收,不利于烧成。 3、碱含量过高会降低水泥强度,使凝结时间不正常。 4、硬化水泥表面起白霜,易开裂,产生碱集料反应。 5、生料碱含量过高,在干法生产中,易结皮堵塞。 School of Highway, Chang’an University 长安大学公路学 微量元素的影响 ? ? ? ? ? ? ? ? (三)SO3 在熟料中含有的SO3有以下作用: 1、降低液相粘度,增加液相量,有利于C3S的形成。 2、降低熟料的烧成温度。 3、降低水泥的凝结速度,延长凝结时间。 4、过量的SO3会影响水泥的安定性。 (四)TiO2 在熟料中含有少量TiO2(0.5-1.0%)可以提高强度,过量 则会降低熟料强度,故一般熟料中的TiO2不超过0.3%。 ? (五)P2O5(五氧化二磷) ? 在熟料中含有0.1-0.3%的P2O5可以提高强度,过多则会加 速C3S分解,产生二次f-CaO,降低强度。 School of Highway, Chang’an University 长安大学公路学 2.熟料矿物组成及特点 2.8 硅酸盐水泥熟料的矿物组成及化学成分 矿物组成 硅酸三钙 硅酸二钙 铝酸三钙 化学组成 3CaO· SiO2 2CaO· SiO2 3CaO· Al2O3 常用缩写 C 3S C 2S C3A C4AF 大 致 含 量(%) 35~65 10~40 0~15 5~15 Al2O3· Fe2O3 铁铝酸四钙 4CaO· School of Highway, Chang’an University 长安大学公路学 第四节 水泥熟料组成及特性 2.9 硅酸盐水泥熟料主要矿物组成的特点 矿物组成 C3S 主 要 特 点 硅酸盐水泥中最主要的矿物成分,对硅酸盐水泥性质有重要影响。遇水反 应速度较快,水化热高,水化产物对水泥早期和后期强度起主要作用 C2S 硅酸盐水泥中的主要矿物成分,遇水反应速度较慢,水化热很低,水化产 物对水泥早期强度贡献较小,但对水泥后期强度起重要作用,耐化学侵蚀 性和干缩性较好 含量通常在15%以下,是四种主要矿物组成中遇水反应速度最快,水化热 最高的组分。它的含量决定水泥的凝结速度和释热量,它与为调节水泥凝 结速度而掺入的石膏形成的水化产物对水泥早期强度起一定作用。耐化学 侵蚀性差,干缩性大 含量5-10%,遇水反应较快,水化热较高。强度较低,但对水泥抗折强度 起重要作用。耐磨性、耐化学侵蚀性好,干缩性小 长安大学公路学 C3A C4AF School of Highway, Chang’an University 第四节 水泥熟料组成及特性 2.10 硅酸盐水泥熟料主要矿物组成性能比较 矿物组成 与水反应速度 水化热 对强度的作 用 早期 后期 硅酸三钙 (C3S) 中 中 良 良 中 中 硅酸二钙 (C2S) 慢 低 差 优 良 小 铝酸三钙 (C3A) 快 高 良 中 差 大 铁铝酸四钙 (C4AF) 中 中 良 中 优 小 耐化学侵蚀性 干缩性 各组分比例不同,水泥技术性质发生相应变化,可根据工程需要,改变组分可 制备不同性能的水泥。 School of Highway, Chang’an University 长安大学公路学 第四节 水泥熟料组成及特性 3.矿物结构 硅酸盐水泥是一种多种矿物的聚集体 水泥熟料在显微镜下的内部结构见图2.3。 图2.3 显微镜下观察到的水泥熟料抛光薄片 School of Highway, Chang’an University 长安大学公路学 第四节 水泥熟料组成及特性 在水泥熟料抛光薄片中: C3S---为光亮的棱角形晶体; C2S---为深色倒圆角的晶体; C3A---一般呈不规则的微晶体,如点滴状、矩形或柱状,由于反光能力弱,在反光镜 下呈暗灰色,常称为黑色中间相; C4AF---呈棱柱状或圆粒状,反光能力强,在反光镜下呈亮白色,称为白色中间相。 School of Highway, Chang’an University 长安大学公路学 第四节 水泥熟料组成及特性 ①C3S结构特征 C3S称为阿利特或简称A矿(因为没有纯的C3S ,固 溶有MgO,Al2O3,Fe2O3 等)。其晶体断面 为六角形和棱柱形。 图2.4 C3S晶体结构 School of Highway, Chang’an University 长安大学公路学 第四节 水泥熟料组成及特性 C3S的结构特征可概括为: ? 具有热力学不稳定性;(温度高会分解) ? 结构中的钙离子具有较高活性; ? C3S结构中进入了Al3+与Mg2+离子并形 成固溶体,固溶程度越高,活性越大; ? 结构中存在大尺寸的“空穴”,使其具有 较 School of Highway, Chang’an University 大的水化速度。 长安大学公路学 第四节 水泥熟料组成及特性 ②C2S结构特征 ? C2S称为贝利特或简称B矿(因为没有纯的C2S ,固溶有MgO,Al2O3,Fe2O3 等) 。 ? C2S有4种晶型,在2130℃下烧至熔融为α型,1420°C为α′型,温度降至 675℃转变为β型,降到300~400℃转变为γ型。 ? 强度以α型最高,以后随温度降低和晶型转变而降低,到γ型几乎没有强度, 体积膨胀10%,造成熟料粉化。 ? 为防止晶型由β型向γ型转变,目前采用两种途径,一种途径为烧制熟料时, 采用急冷,使β-C2S来不及转变为γ-C2S,而以β-C2S型保持下来。另一种途径, 是采用加入少量稳定剂,如P2O5(或磷酸钙)、V2O5、Mn2O3、Cr2O3、BaO等, 使之溶入β-C2S或α?-C2S中形成固溶体,阻止其转变。 ? 结果:在水泥熟料中主要是β型C2S。 School of Highway, Chang’an University 长安大学公路学 C2S以β-C2S的形式存在。其结构特征可概括如下: ? β-C2S结构具有热力学不稳定性; ? β-C2S结构中的钙离子具有较高活性; ? β-C2S结构中,杂质和稳定剂的存在提高了其结 构活性; ? β-C2S结构中没有大的“空穴”,水化速度较慢。 School of Highway, Chang’an University 长安大学公路学 第四节 水泥熟料组成及特性 ③C3A结构特征 ? 结构中的铝离子、钙离子具有较高活性; ? 结构中存在较大的“空穴”,水化速度快。 School of Highway, Chang’an University 长安大学公路学 第四节 水泥熟料组成及特性 ④C4AF结构特征 C4AF也称才利特或C矿。在透射光下,呈黄 褐色或褐色的晶体,有很高的折射率。其结 构特征为: ? 高温时形成一种固溶体,在铝原子取代铁 原子时引起晶格稳定性降低。 School of Highway, Chang’an University 长安大学公路学 第四节 水泥熟料组成及特性 ⑤ 玻璃体 硅酸盐水泥熟料中的重要组成部分。组成不固定,主要成 分有Al2O3、Fe2O3、CaO以及少量的 MgO。是熟料烧至部分 熔融时部分液相冷却时来不及结晶的结果,具有热力学不稳 定性。 ⑥ 游离CaO及 MgO 指未与其矿物结合的以游离状态存在的CaO及 MgO 。 形成原因:配料不当、煅烧不良。 作用及危害:熟料中含有少量的MgO,能降低熟料液相生成 温度,增加液相数量,降低液相粘度,有利于熟料形成。如 果MgO过量,可引起安定性不良。 School of Highway, Chang’an University 长安大学公路学 第二部分 熟料的率值 ? 水泥熟料是一种多矿物集合体,主要是由四种主要矿 物组成。故在生产控制中,不仅要控制各氧化物的含量, 还应控制各氧化物之间的比例即率值。 ? 常用的率值有: ? 石灰饱和系数(KH)、硅率(SM或n)、铝率或铁 率(IM或p)、碱度(N)。其他还有水硬率(HM)等。 School of Highway, Chang’an University 长安大学公路学 一、石灰饱和系数 ? 石灰饱和系数KH:表示水泥熟料中的总CaO含量扣除饱和酸性氧化物(如Al2O3、 Fe2O3)所需要的氧化钙后,剩下的与二氧化硅化合的氧化钙的含量与理论上二氧化硅全部 化合成硅酸三钙所需要的氧化钙含量的比值。简言之,石灰饱和系数表示熟料中二氧化硅 被氧化钙饱和成硅酸三钙的程度。 CaO ? 1.65 Al2O3 ? 0.35Fe2O3 2.8SiO2 ? ? ? ? ? ? KH= 考虑到熟料中还有游离氧化钙、游离氧化硅与石膏,故应将上式改为: CaO ? CaO游 ? ?1.65 Al2 O3 ? 0.35Fe2 O3 ? 0.7 SO3 ? KH= 2.8?SiO ? SiO ? 2 2游 当KH=1.0时,形成的熟料矿物为C3S、C3A、C4AF,而无C2S; 当KH=0.66时,形成的熟料矿物为C2S、C3A、C4AF,而无C3S。 为使熟料顺利形成,不致因游离石灰而影响熟料质量,干法预分解窑的KH值一般在 0.87-0.93之间。 School of Highway, Chang’an University 长安大学公路学 ? KH值对熟料质量和煅烧的影响 ? 在生产中,适当提高KH值,可以改善熟料强度,提高熟料的质量。 ? KH值过高,则会使需要的煅烧温度升高,保温时间过长,耐火砖寿 命减短,同时易产生f-CaO,降低熟料煅烧的产量和质量; ? KH值过低,虽然煅烧温度降低,升温速度加快,但熟料中硅酸盐矿 物含量尤其是C3S降低,不仅煅烧时易结大块,同时也会使熟料易粉 化,熟料的强度降低,同样也不可取。 ? 熟料的粉化: ? 熟料的粉化是指当熟料中二氧化硅过多,冷却速度慢时,熟料中的 C2S在500-600℃会由β-C2S转变为γ-C2S,其密度由3.24减小到2.97, 体积膨胀约11%,而使熟料胀裂崩溃,这就是熟料的粉化。熟料粉化 后生成的γ-C2S几乎没有强度,因而严重影响熟料的质量。 长安大学公路学 School of Highway, Chang’an University 二、硅酸率 ? ? 简称硅率,用SM或n表示。 它表示熟料中硅酸盐矿物与熔剂矿物之比。 n? SiO2 Al2 O3 ? Fe2 O3 ? ? ? 2.7。 通常情况下,干法预分解窑硅酸盐水泥熟料中的n值一般为2.3- ? 若熟料中硅率过高时,则煅烧时由于液相量显著减少,熟料煅烧困难, 特别是当氧化钙含量低,硅酸二钙含量多时,熟料易于粉化。粉化后 的熟料强度低,严重影响熟料的质量。 ? 当硅率低时,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、结圈等现象,严重影响窑的操作。 School of Highway, Chang’an University 长安大学公路学 三、铝氧率 ? 也称为铝率、铁率。以IM或p表示。它是指熟料的熔剂矿物中C3A与 C4AF之比。 ? 目的:主要是影响液相的粘度,C3A形成的液相粘度大,C4AF形成的 液相粘度小。 Al2 O3 p? Fe2 O3 ? ? ? 一般情况下,熟料的p值要求在1.5-1.8之间。 熟料的铝率高,熟料中铝酸三钙多,相应铁铝酸四钙就较少,液相 粘度大,不利于C3S 的形成,易引起熟料快凝。 铝率过低,虽然液相粘度较小,液相中质点易于扩散,对C3S形成有 利,但烧结范围变窄,窑内易结大块,不利于窑的操作。 School of Highway, Chang’an University 长安大学公路学 ? 由于现代新型干法水泥生产广泛采用了高新技术, 在生产全过程特别是预分解窑系统有很大的改进,熟料 的率值由过去的“两高一中”即“高硅率、高铝率、中 饱和比”: ? ? KH=0.86-0.88,SM=2.4-2.6,IM=1.5-1.6 调整改变为“三高”: ? ? KH=0.87-0.93,SM=2.3-2.7,IM=1.5-1.8 熟料中硅酸钙含量达到70%甚至75%以上,硅酸三 钙达到60%甚至65%以上。 School of Highway, Chang’an University 长安大学公路学 四、碱度 ? 指与一个摩尔SiO2作用的CaO的摩尔数。 ? 如果水泥熟料中所有的SiO2都与CaO作用生成 C3S,则N=3;如果它们相互作用生成C2S,则 N=2。 ? 由于水泥熟料中兼有C3S 和C2S ,故N=2~3。 ? 计算公式:分子与分母分别表示CaO和SiO2的摩 尔数。 N? CaO ? (1.65 Al2O3 ? 0.35Fe2O3 ) SiO2 ? ? 3KH 56.08 60.06 School of Highway, Chang’an University 长安大学公路学 第三部分 熟料矿物组成计算 ? 熟料矿物组成测定、计算方法: ? 岩相分析法:在显微镜下测出单位面积个矿物所 占的百分率,再乘以相应的密度,得到各矿物的 含量。 ? X射线分析法:根据熟料中各矿物的特征峰值强 度与单矿物特征峰值强度之比求得含量。 ? 根据化学成分计算法:根据化学成分计算。 School of Highway, Chang’an University 长安大学公路学

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