硅酸盐水泥熟料 结圈和预热器堵塞

硅酸盐水泥熟料的组成

1　熟料的化学组成

硅酸盐水泥熟料主要由CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3四种氧化物组成，含量占95%以上，此外还有少量其它氧化物。

四种主要氧化物含量的波动范围为：

CaO　　　62～67% 　　　SiO2 20～24%

Al2O3　　 4～7% Fe2O3　 2.5～6.0%

　　水泥熟料中各氧化物的含量对水泥的性质有极大影响，从氧化物的含量，大致可推断水泥的性质。

　　2　熟料的矿物组成

硅酸盐水泥熟料中主要由以下四种矿物组成：

硅酸三钙　　3CaOSiO2，通常简写为C3S；

硅酸二钙　　2CaOSiO2，通常简写为C2S；

铝酸三钙　　3CaOAl2O3，通常简写为C3A；

铁铝酸四钙　　4CaOAl2O3Fe2O3，通常简写为C4AF。

这四种主要矿物组成决定硅酸盐水泥的主要性质，在硅酸盐水泥熟料中，四种矿物占95%以上，C3S和C2S含量约占75%左右，称为硅酸盐矿物；C3A和C4AF约占22%左右，它们在1250～1280℃会熔融形成液相，促进C3S形成，称为熔剂矿物。

通常硅酸盐水泥熟料中，以上四种矿物组成含量波动范围如下：

C3S　　37～60% C2S 15～37%

C3A 7～15% C4AF 10～18%

另外，还有少量的游离氧化钙（f－CaO）、方镁石（结晶氧化镁）、含碱矿物和玻璃体等。

　　3　熟料的物理性能要求

　　水泥熟料的性能在很大程度上决定了水泥的性能，熟料是水泥厂的半成品，近年来也越来越多地作为商品出售。

JC/853－1999对硅酸盐水泥熟料的物理性能提出了具体要求：

　　初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于390min；

　　沸煮法检验安定性合格；

　　熟料应不带有杂物，运输和储存应不与其他物品相混杂。

　　4　化学成分与矿物组成间的关系

　　熟料中的主要矿物由各主要氧化物经高温煅烧化合而成，熟料矿物组成取决于化学组成，控制合适的熟料化学成分是获得优质水泥熟料的中心环节，根据熟料化学成分也可推测出熟料中各矿物的相对含量高低。

　　氧化钙（CaO）

　　CaO是水泥熟料中最重要的成分，与其它氧化物形成四种主要矿物。

增加CaO含量能增加C3S含量，CaO含量低则C3S低，C2S相应增加。

一般说来，增加熟料中的CaO含量可提高水泥强度，但CaO含量过高易产生f－CaO。

二氧化硅（SiO2）

SiO2也是水泥熟料的主要成分之一，与CaO形成硅酸盐矿物。

SiO2高，C2S多，C3S低，影响水泥质量，煅烧时液相量少，烧成困难，熟料易“粉化”。

SiO2低，则硅酸盐矿物少，熔剂矿物增加，会降低水泥强度，煅懂时液相量多，易结大块。

三氧化二铝（Al2O3）

与氧化钙、氧化铁生成C3A、C4AF。

Al2O3高，C3A多，水泥凝结硬化速度快，水化热大，抗硫酸盐性能变差。

Al2O3过高，煅烧时液相粘度大，不利于C3S形成，易结大块。

三氧化二铁（Fe2O3）

与CaO、Al2O3形成C4AF，增加Fe2O3，可降低液相粘度，降低熟料烧成温度，加速C3S形成，提高水泥抗硫酸盐性能，但凝结硬化变慢。

Fe2O3过高，易结大块。

氧化镁（MgO）

当熟料中含有少量氧化镁时，能降低熟料液相生成温度，增加液相量，降低液相粘度，有利于熟料形成，还能改善熟料色泽。

氧化镁过高会造成水泥安定性不良。

碱（K2O＋Na2O）

碱易挥发，温度降低时又重新冷凝，易导致结皮。

碱含量过高时易使水泥产生急凝，与活性集料产生碱－集料反应。

三氧化硫（SO3）

适量SO3在烧成过程中可起矿化剂作用，在水泥中作缓凝剂，SO3过多会导致安定性不良。

氧化钛（TiO2）

少量TiO2对能提高熟料强度，过高时则会降低水泥强度

氧化磷（P2O5）

少量P2O5对β－C2S有稳定作用，可提高熟料强度，但过高时会导致C3S分解，使强度降低，硬化过程变慢。

　　5　熟料矿物的特性

　　硅酸三钙

硅酸三钙是熟料的主要矿物，其含量通常为50%左右。

硅酸三钙有三个晶系的七种变型，在1250℃以下分解为C2S和CaO，但反应非常缓慢，使C3S在室温下呈介稳状态存在。

在硅酸盐水泥熟料中，并不是以纯的硅酸三钙存在，而是以少量的其它氧化物，如MgO、Al2O3等形成固溶体，称为A矿，或称阿利特。

形态：A矿通常为板状或柱状晶体，在显微镜下大多呈六角形。

如右图

特性：硅酸三钙凝结时间正常，水化较快，强度发展快，早期强度高，且强度增进率大（28天强度可达到一年强度的70～80%）。

但水化热高，抗水性差。

硅酸二钙

硅酸二钙在熟料中含量一般为20%左右，硅酸二钙有四种晶型，α－C2S、α’－C2S、β－C2S、γ－C2S，实际生产的正常熟料以β－C2S存在，当烧成温度低，液相量不足，C2S含量高，冷却速度慢，窑内还原气氛严重时，C2S在低于500℃时，容易由β－C2S转变为几乎无水硬性的γ－C2S，体积膨胀10%，造成熟料粉化。

液相量较多，采用急冷时，可防止C2S晶型转变。

熟料中的C2S并不是以纯的形式存在，而是溶进少量的其它氧化物形成固溶体，称为B矿，或称贝利特。

形态：贝利特晶体多数呈圆形或椭圆形，表面光滑或有双晶纹。

如右图。

特性：B矿凝结硬化慢，早期强度低，但28天以后，强度仍能很快增长，约在一年后可达到A矿的强度，B矿水化热小，抗水性好，因而对大体积工程，适当提高C2S含量，降低C3S含量是有利的。

铝酸三钙

硅酸盐水泥熟料中的铝酸钙主要是铝酸三钙和少量七铝酸十二钙（C12A7），可固溶少量其它氧化物。

形态：快冷时呈点滴状，慢冷时呈矩形或柱状，反光能力弱，一般称为黑色中间相。

通常在Al2O3含量较高的慢冷熟料中，才结晶出较完整的大晶体，熟料质量比较差。

特性：铝酸三钙水化非常迅速，其强度3天内就能充分发挥出来，早期强度高，但绝对值小，后期几乎不再增长，甚至倒缩。

水化时放热多，凝结很快，干缩变形大，抗硫酸盐性能差。

铁铝酸四钙

硅酸盐水泥熟料中含铁矿物比较复杂，为一系列边疆固溶体，常用C4AF来代表熟料中的含铁矿物。

C4AF常固溶少量其它氧化物，称为C矿或才利特。

形态：C矿常呈棱柱状和圆粒状晶体，反射能力强，呈白色，称白色中间相。

特性：铁铝酸四钙的水化速度在早期介于C3A 和C3S之间硬化较慢，后期强度较高，抗冲击性能和抗硫酸盐性能较好，水化热较低。

玻璃体

硅酸盐水泥熟料中，除A矿和B矿外，其它物质统称为中间物质，中间物质在熟料烧成温度下变成熔融液相，冷却时，部分液相结晶，部分液相冷凝成玻璃体。

玻璃体的数量随冷却条件而变，急冷熟料中玻璃体含量多。

玻璃体处于不稳定状态，水化热大，玻璃体含量过多时会影响水泥的正常颜色。

游离氧化钙和方镁石

游离氧化钙: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。

游离氧化钙产生原因：（1）、配料不当，生料过粗或煅烧不良时，煅烧反应不完全，氧化钙没有被完全吸收。

（2）还可能由于熟料慢冷或在还原气氛下使C3S分解出氧化钙，以及熟料中的碱等取代C3S、C2S、C3A中的氧化钙，形成二次游离氧化钙。

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。

因此，应严格控制熟料中游离氧化钙含量，一般回转窑熟料控制在1.0%以下，立窑熟料控制在2.5%以下。

方镁石：方镁石是游离状态的氧化镁晶体。

熟料煅烧时，氧化镁有一部分可和熟料矿物结合成固溶体以及溶于液相中，当熟料中含有少量氧化镁时，能降低熟料液相生成温度，增加液相量，降低液相粘度，有利于熟料形成，还能改善熟料色泽。

多余的氧化镁结晶出来呈游离状态的方镁石存在。

方镁石的水化速度比游离氧化钙更为缓慢，水化生成氢氧化镁时，体积膨胀148%，会导致安定性不良。

方镁石膨胀的严重程度与其含量、晶体尺寸有关，国家标准规定，熟料中氧化镁含量应小于5%，但如水泥经压蒸安定性检验合格，熟料中氧化镁含量可允许放宽到6%。

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