岩土工程师辅导资料：硅酸盐水泥熟料的组成(1)

　　2、硅酸盐水泥熟料的组成 $lesson$

　　2.1 化学组成

　　水泥性能优劣主要取决于熟料质量。优质熟料应该具有合适的矿物组成和良好的岩相结构。因此，控制熟料的化学成分是水泥生产的中心环节之一。

　　硅酸盐水泥熟料主要由氧化钙(CaO,简写为C)、二氧化硅(SiO2简写为S)、氧化铝(Al2O3简写A)和氧化铁(Fe2O3简写为F)四种氧化物组成。 通常这四种氧化物总量在熟料中占95%以上。每种氧化物含量虽然不是固定不变，但其含量变化范围很小，水泥熟料中除了上述四种主要氧化物以外，还有含量不到5%的其他少量氧化物，如氧化镁(MgO)、氧化钛(Ti02)、三氧化硫(S03)等。

　　氧化钙(CaO)是熟料中最主要的成分，它与熟料中其他氧化物如Si02、A1203、Fe203等发生化学反应，生成熟料矿物如硅酸三钙(C3S)、硅酸二钙(C2S)、铝酸三钙(C3A)和铁铝酸四钙(C4AF)等。一般情况下，随着熟料中CaO含量的增加，熟料中矿物成分C3S 含量增大，从而可以提高水泥的强度。但是CaO的含量不是越多越好，而是有一个最佳含量，即与SiO2、A1203、Fe203等氧化物化合后没有剩余的CaO存在的量。如果CaO含量超过其他氧化物与之化合所需的量，则多余的CaO会以游离状态存在于熟料中，从而影响水泥的体积安定性。

　　二氧化硅(Si02)也是硅酸盐水泥熟料中最主要化学成分之一。它在高温下与CaO发生反应，生成硅酸盐矿物硅酸三钙(C3S)和硅酸二钙(C2S)。如果熟料中SiO2含量低，生成的硅酸盐矿物量就减少，从而影响水泥的强度。另外SiO2含量对熟料煅烧也会产生很大影响。

　　熟料中氧化铝(A1203)可以与CaO、Si02、Fe203发生反应，生成铝酸三钙(C4A)和铁铝酸四钙(C4AF)。当A1203含量增加时，水泥的凝结、硬化速度加快，但是水泥后期强度增长缓慢，并且降低了水泥的抗硫酸盐性能。A1203含量高的水泥，在水化时放热快，而且水泥的水化热较大。

　　氧化铁(Fe203)也是熟料中重要的化学成分之一，可以与CaO、A1203 反应生成铁铝酸四钙。增加熟料中的Fe203 含量，可以降低水泥熟料的熔融温度，但会导致水泥水化和硬化速度变慢。

　　其他少量氧化物的存在，也会不同程度地影响着硅酸盐水泥熟料的煅烧过程和水泥性能。

　　2.2硅酸盐水泥熟料矿物组成

　　在水泥熟料中，氧化钙、二氧化硅、氧化铝和氧化铁等都不是以单独的氧化物形式存在，而是经过高温煅烧后，两种或两种以上的氧化物反应生成的多种矿物集合体，其结晶细小，通常为30～60μm。因此，水泥熟料实际上是一种多矿物组成的结晶细小的人造岩石。

　　硅酸盐水泥熟料主要由以下四种矿物组成：

　　硅酸三钙3CaO?Si02，可简写为C3S;

　　硅酸二钙2CaO?Si()2，可简写为C2S;

　　铝酸三钙3CaO?A12O3，可简写为C3A;

　　铁相固熔体通常以铁铝酸四钙4CaO?A12O3?Fe203作为其代表式，可简写为C4AF。

　　这四种熟料矿物决定着硅酸盐水泥的主要性能，一般硅酸盐水泥熟料中，这四种矿物组成占95%以上，其中硅酸盐矿物C3S和C2S约占75%左右，熔剂性矿物C3A和C4AF约占22%左右。

　　在硅酸盐水泥熟料中，如果生料配料不当，生料过烧或煅烧不良时，熟料中就会出现没有被吸收的以游离状态存在的氧化钙，常称为游离氧化钙(简称为f.CaO)。另外熟料在煅烧时，其中氧化镁有一部分可以和熟料矿物结合成固熔体以及熔于液相中。在硅酸盐水泥熟料中，氧化镁的固熔体量可达2%，多余的氧化镁印结晶出来呈游离状态的方镁石存在，对水泥的体积安定性产生不良影响。

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