水泥熟料中的矿物由什么组成
在水泥工业中,最常用的硅酸盐水泥熟料主要化学成分为氧化钙、二氧化硅和少量的氧化铝和氧化铁.主要矿物组成为硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙.硅酸盐水泥熟料加适量石膏共同磨细后,即成硅酸盐水泥.
硅酸二钙是水泥的主要矿物之一。硅酸二钙水化反应慢,早期强度低。普通水泥的主要矿物成分是硅酸三钙(3CaO·SiO2)、硅酸二钙(2CaO·SiO2)、铝酸三钙(3CaO·Al2O3)和铁铝酸四钙(4CaO·Al2O3·Fe2O3),是由石灰石和粘土烧结而成。硅酸二钙是硅酸盐水泥熟料的4种主要组成矿物之一,在水泥中通常以含有少量其他元素如Al,Fe等固溶体(称作贝利特,在水泥化学中通常与硅酸二钙不加区分)的形式存在。硅酸盐矿物是水泥胶凝性能的主要来源,其中硅酸二钙主要为水泥提供后期强度,而另一种主要的硅酸盐矿物硅酸三钙,则主要为水泥提供早期强度。与硅酸三钙相比,硅酸二钙矿物在组成、形成及性能方面均具有独特的特点,尤其是在解决资源和能源问题、降低排放、提高性能方面优势显著。
硅酸盐水泥熟料主要有CaO、SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃四种氧化物组成,在熟料中占95%,另5%为其他氧化物,如MgO、SO₃等。
水泥熟料经高温煅烧后,CaO、SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃四种氧化物不是以单独的氧化物存在,而是以两种或两种以上的氧化物反应生成的多种矿物集合体。
硅酸盐水泥熟料中主要形成四种矿物:硅酸三钙,3CaO·SiO₂,简写C₃S,占50~60%,称阿利特(Alite)或A矿;硅酸二钙,2CaO·SiO₂,简写C₂S,占20~25%,称贝利特(Belite)或B矿。
铝酸三钙,3CaO·Al₂O₃,简写C₃A,占5~10%;铁相固溶体,通常以铁铝酸四钙表示,4CaO·Al₂O₃·Fe2O₃,简写C4AF,占10~15%,称才利特(Celite)或C矿。
扩展资料:
一、熟料的化学组成
硅酸盐水泥熟料中的主要化学成分是CaO,SiO₂,A1₂O₃,Fe₂O₃四种氧化物,其总和通常占熟料总量的95%以上。此外,还含有少量的其他氧化物,如MgO,SO₃,Na₂O,K₂O,TiO₂,P₂O₅等,它们的总量通常占熟料的5%以下。
当用萤石或其他金属尾矿作矿化剂生产硅酸盐水泥熟料时,熟料中还会有少量的CaF2或其他微量金属元素。在实际生产中,硅酸盐水泥熟料中主要氧化物含量的波动范围一般为:CaO是62%~67%,SiO₂是20%~24%,Al₂O₃是4%~7%,Fe₂O₃是2.5%~6%。
在某些特定生产条件下,由于原料及生产工艺过程的差异,硅酸盐水泥熟料的各主要氧化物含量也有可能略为偏离上述范围,甚至由于某些生产所用的原料、燃料带入的MgO,SO₃等含量较高,致使有的硅酸盐水泥熟料中的次要氧化物含量总和有可能高于5%。
二、物理性能
水泥熟料物理性能的检验,是通过将水泥熟料在Φ500mm×500mm化验室统一小磨中与符合GB/T 176规定的二水石膏一起磨细至350m2/kg±10m2/kg,80μm筛余(质量分数)≤4%制成Ⅰ型硅酸盐水泥来进行的。制成的水泥中SO₃含量(质量分数)应在2.0%~2.5%范围内(也可按双方约定)。所有的试验(除28d强度外)应在制成水泥后10d内完成。
参考资料来源:百度百科-硅酸盐水泥熟料
硅酸二钙:后期强度提供者研究表明其在28天后还有强度的增长,含量在20%左右,太高的话水泥早强不高后期强度会很高;
铝酸三钙:早期强度最快提供者,在混凝土中能吸附大多数的外加剂的有效成分,姑一般含量不应太高,太高还容易造成混凝土工作性不好,因为此矿物是4个矿物中水化最快的,水泥的3天强度有60~80%为由它提供,其他的为硅酸三钙提供.含量一般在5%~10%好不超过7%,对混凝土工作性较好,原则越低越好
铁铝酸四钙:后期强度提供者水化速度最慢,含量一般在10~13%
CaO是水泥熟料中最主要的氧化物,主要提供熟料中四种主要矿物中的钙;
SiO2提供水泥熟料中两种主要矿物硅酸三钙和硅酸二钙中的硅,主要来源于粘土;
Fe2O3提供水泥熟料矿物铝酸三钙和铁铝酸四钙中的铝;
Al2O3提供铁铝酸四钙中的铁。
硅酸盐水泥熟料矿物主要有:
硅酸三钙C3S 44-62%
硅酸二钙C2S 18-30%
铝酸三钙C3A 5-18%
铁铝酸四钙C4AF10-18%
水泥熟料质量的好坏主要取决于C3S的含量和形态前两种为硅酸盐矿物,总量约为75%,C2S是硅酸盐水泥熟料的重要组分,C3A和C4AF由于在1250-1280℃开始,与MgO、碱等熔融成液相,以促进C3S的形成,故称为熔剂性矿物。
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这些矿物成分对水泥性质如下:
C3S
C2S
C3A
C4AF
凝结硬化速度
快
慢
最快
28天水化热
大
小
最大
中
强度
高
早期低
后期高
低
耐腐蚀性
差
强
最差
中
C3SC2SC3AC4AF
凝结硬化速度快慢最快快
28天水化热大小最大中
强度高早期低后期高低低耐腐蚀性差强最差中
铝酸盐水泥是以铝矾土和石灰石为原料,经煅烧制得的以铝酸钙为主要成分、氧化铝含量约50%的熟料,再磨制成的水硬性胶凝材料。铝酸盐水泥常为黄或褐色,也有呈灰色的。铝酸盐水泥的主要矿物成为铝酸一钙(caoAl2O3,简写CA)及其他的铝酸盐,以及少量的硅酸二钙(2CaO·SiO2)等。颜色多为灰色与白色。铝酸盐水泥凝结硬化速度快。1d强度可达最高强度的80%以上,主要用于工期紧急的工程,如国防、道路和特殊抢修工程等。铝酸盐水泥水化热大,且放热量集中。1d内放出的水化热为总量的70%~80%,使混凝土内部温度上升较高,即使在-10℃下施工,铝酸盐水泥也能很快凝结硬化,可用于冬季施工的工程。铝酸盐水泥在普通硬化条件下,由于水泥石中不含铝酸三钙和氢氧化钙,且密实度较大,因此具有很强的抗硫酸盐腐蚀作用。铝酸盐水泥具有较高的耐热性。如采用耐火粗细骨料(如铬铁矿等)可制成使用温度达1300~1400℃的耐热混凝土。但铝酸盐水泥的长期强度及其他性能有降低的趋势,长期强度约降低40%~50%左右,因此铝酸盐水泥不宜用于长期承重的结构及处在高温高湿环境的工程中,它只适用于紧急军事工程(筑路、桥)、抢修工程(堵漏等)、临时性工程,以及配制耐热混凝土等。另外,铝酸盐水泥与硅酸盐水泥或石灰相混不但产生闪凝,而且由于生成高碱性的水化铝酸钙,使混凝土开裂,甚至破坏。因此施工时除不得与石灰或硅酸盐水泥混合外,也不得与未硬化的硅酸盐水泥接触使用。
水泥的水化:水泥调水后, 成为具有胶凝性质的浆体,经凝结逐渐变成坚硬的石状 体。又称水泥的凝结硬化。硅酸盐水泥拌合水后,四种主要熟料矿物与水反应。分述如下:硅酸三钙水化,硅酸三钙在常温下的水化反应生成水化硅酸钙(C-S-H凝胶)和氢氧化钙。 3CaO·SiO2+nH2O=xCaO·SiO2·yH2O+(3-x)Ca(OH)2,硅酸二钙的水化,β-C2S的水化与C3S相似,只不过水化速度慢而已。2CaO·SiO2+nH2O=xCaO·SiO2·yH2O+(2-x)Ca(OH)2,所形成的水化硅酸钙在C/S和形貌方面与C3S水化生成的都无大区别,故也称为C-S-H凝胶。但CH生成量比C3S的少,结晶却粗大些。铝酸三钙的水化,铝酸三钙的水化迅速,放热快,其水化产物组成和结构受液相CaO浓度和温度的影响很大,先生成介稳状态的水化铝酸钙,最终转化为水石榴石(C3AH6)。 在有石膏的情况下,C3A水化的最终产物与起石膏掺入量有关。最初形成的三硫型水化硫铝酸钙,简称钙矾石,常用AFt表示。若石膏在C3A完全水化前耗尽,则钙矾石与C3A作用转化为单硫型水化硫铝酸钙(AFm)。铁相固溶体的水化,水泥熟料中铁相固溶体可用C4AF作为代表。它的水化速率比C3A略慢,水化热较低,即使单独水化也不会引起快凝。其水化反应及其产物与C3A很相似。