【正文】 l2O3，簡(jiǎn)寫為C3A n 鐵鋁酸四鈣：4CaOFe2O3，簡(jiǎn)寫為C4AFn 稱C3S和C2S為硅酸鹽礦物，稱C3A和C4AF為熔劑性礦物（在水泥熟料煅燒過(guò)程中該兩礦物于1250～1280℃開始熔融轉(zhuǎn)變?yōu)橐合啵?n 正常的硅酸鹽水泥熟料應(yīng)當(dāng)具有如下巖相結(jié)構(gòu)特征： n 邊緣清晰并帶有尖角的顆粒即為C3S礦物； n 帶有雙晶紋的圓形顆粒則為C2S礦物； n 夾雜于C3S和C2S之間的外形不固定的細(xì)小顆粒即為C3A和C4AF， n 其中反光顯微鏡下呈亮色的為C4AF俗稱白色中間相， n 顏色比較灰暗的為C3A俗稱黑色中間相。 n 但是，實(shí)際生產(chǎn)中由于熟料的冷卻速度較快，又有固溶體雜質(zhì)離子在，分解過(guò)程需要一定的時(shí)間，因此C3S才不致分解而得以以各種不同的晶型被保留下來(lái)。 n 理論上C3S從高溫冷卻至室溫，將按上述順序依次經(jīng)歷七個(gè)不同的晶型。 n 實(shí)際生產(chǎn)中，硅酸鹽水泥熟料中的硅酸三鈣并不是以純的C3S出現(xiàn)，往往是多種離子的固溶體，如MgO、Fe2OAl2O堿等的固溶體。n 固溶有外來(lái)雜質(zhì)的C3S與純的C3S在微觀結(jié)構(gòu)和水硬性能上均有較大差別，因此，將固溶有外來(lái)雜質(zhì)離子的C3S稱作阿利特（Alite），簡(jiǎn)稱A礦。n 阿利特的巖相特征：n 阿利特晶體的外形特征如下圖所示，斷面為六角形或棱柱形。 n 偏光顯微鏡下：無(wú)色透明，二軸負(fù)光性，折射率為Ng=177。；雙折射率NgNp=；光軸角2V=0～5176。 n 反光顯微鏡下：阿利特呈清晰的輪廓（六角形或棱柱形）nn 阿利特在不同部位固溶不同氧化物時(shí)，斷面上會(huì)呈現(xiàn)環(huán)帶結(jié)構(gòu)。 n 純的C3S呈白色，固溶少量Cr2O3時(shí)呈綠色；固溶少量氧化鈷時(shí)隨Co的價(jià)態(tài)的不同而呈現(xiàn)淺藍(lán)或玫瑰紅；固溶少量氧化錳時(shí)也會(huì)隨Mn的價(jià)態(tài)的不同而產(chǎn)生不同的顏色。阿利特水硬特性：n 水化速度快，凝結(jié)正常，強(qiáng)度高，水化熱較大，硬化體耐水性較差。n 由不同的穩(wěn)定劑穩(wěn)定的阿利特，水硬性有一定的差別：%的BaO或P2O5穩(wěn)定的阿利特強(qiáng)度稍高，SrO對(duì)強(qiáng)度沒(méi)有什么影響。 n 研究資料認(rèn)為，阿利特晶體尺寸以15mm左右，L/B≥2～3（長(zhǎng)寬比），水硬活性比較好。 n 因此水泥生產(chǎn)中設(shè)定合適的C3S與C2S的比例，而不是將CaO和SiO2全部配成C3S來(lái)組織水泥生產(chǎn)，同時(shí)配合一定量的液相組分。n 水泥生產(chǎn)中熟料在冷卻過(guò)程中偶爾發(fā)生的熟料粉化現(xiàn)象與C2S的b型向g型轉(zhuǎn)變有關(guān)。C2S的固溶特性：n 與C3S 相似，C2S也具有固溶其他雜質(zhì)離子的能力和特點(diǎn)。 n 固溶雜質(zhì)離子種類和數(shù)量的不同往往導(dǎo)致C2S晶型的不同。由于水泥熟料中K2O和Na2O并不多，因此在普通的硅酸鹽水泥熟料中通常很少見到a和a’C2S。n 還原氣氛、慢速冷卻都將促使bC2S 向g 型轉(zhuǎn)變。 n 偏光鏡下：無(wú)色，含少量Fe2O3時(shí)呈棕黃色，二軸負(fù)光性。 n 另外，與C3S類似，純的C2S呈白色，固溶外來(lái)離子后呈現(xiàn)各種顏色。 n 貝利特水化28天水化程度僅為20%（約為阿利特的1/3），養(yǎng)護(hù)7天之前幾乎沒(méi)有強(qiáng)度，但是28天以后強(qiáng)度逐漸發(fā)揮，一年以后可以趕上甚至超過(guò)阿利特的強(qiáng)度?；钚詁C2S早期水化速度較快，強(qiáng)度發(fā)揮主要集中在1428天之間。n 貝利特水化時(shí)放熱量很小，而且放熱分散，硬化體堿度低抗水性好。 n 貝利特硬化體同時(shí)由于水化產(chǎn)物堿性低，抗碳化性較差。 n 中間相由熟料中的高溫液相在冷卻過(guò)程中轉(zhuǎn)化而來(lái)。游離氧化鈣有時(shí)候也包裹于中間相之中。正常的硅酸鹽水泥熟料中只有C3A，沒(méi)有C12A7，只有組成發(fā)生偏離或煅燒不正常才可能產(chǎn)生少量的C12A7。n C3A中固溶不同的Na2O時(shí)，可以形成立方、斜方、四方、假四方和單斜五種不同晶型。C3A的巖相特征：n 偏光鏡：無(wú)色透明，折射率N= n 反光鏡：點(diǎn)滴狀（正?？炖涫炝希匦位蛑鶢睿涫炝希?n 反光能力弱，反光鏡下呈暗灰色，故稱之為黑色中間相。鐵相固溶體（C4AF） n C4AF是一個(gè)A/F比變化于一定范圍的鐵鋁酸鹽固溶體，所以習(xí)慣上稱之為鐵相固溶體，也稱才利特（Celite）。可以用Ca2(Fe1xAlx)2O5來(lái)表示所有鐵相固溶體的組成，C4AF只不過(guò)是一個(gè)鐵相固溶體的平均組成。 n 密度：C4AF水硬特性：n C4AF的水化速度早期介于C3A與C3S之間，早期強(qiáng)度發(fā)展類似于C3A，發(fā)揮比較快，而后期強(qiáng)度又類似于C2S，能持續(xù)增長(zhǎng)。因此在制造抗硫酸鹽水泥和低熱水泥（大壩水泥）或道路水泥時(shí)適當(dāng)提高C4AF的含量是有利的。A/F比越大其水化活性越高，如C6A2F水化快、早期強(qiáng)度高，但后期強(qiáng)度增長(zhǎng)慢；C6AF2則水化慢，凝結(jié)也慢；C4AF水化較C6AF2快；C2F則只有很微弱的水硬性，水化最慢。但在實(shí)際生產(chǎn)中熟料冷卻速度較快，所以總有一部分液相來(lái)不及析晶而成為玻璃體。 n 冷卻速度越快，玻璃體的形成量就越大。n 熟料中的堿一部分以固溶的形式進(jìn)入熟料礦物之中，還有一部分則主要形成堿的硫酸鹽，如Na2SOK2SO4等。 n 正常的水泥熟料中不應(yīng)當(dāng)出現(xiàn)過(guò)多的游離氧化鈣和方鎂石，只有在生產(chǎn)控制或煅燒方法等出現(xiàn)不正常時(shí)才可能出現(xiàn)較多的游離氧化鈣和方鎂石。不同的游離氧化鈣和方鎂石：n 在水泥熟料煅燒的全過(guò)程中始終未與其他酸性氧化物反應(yīng)結(jié)合成熟料礦物，而是以單獨(dú)的形式保留下來(lái)，并且經(jīng)歷燒成帶高溫煅燒； n 在熟料煅燒過(guò)程中，生料分解放出的氧化鈣越過(guò)高溫帶直接排出窯外以游離的形式保留下來(lái)； n 在熟料煅燒過(guò)程中一旦與酸性氧化物結(jié)合形成熟料礦物，但在后續(xù)的冷卻過(guò)程中復(fù)又分解再次放出游離態(tài)的游離氧化鈣。上述三種情況下對(duì)應(yīng)的游離氧化鈣或氧化鎂雖然都是游離狀態(tài)的，但是結(jié)晶體的狀態(tài)、尺寸不同，引起的對(duì)安定性的影響情況也完全不同。fCaO的特征和危害：n fCaO在偏光顯微鏡下呈無(wú)色圓形顆粒，有解理紋，有時(shí)有反常干涉色；反光鏡下用蒸餾水侵蝕后呈彩虹色。遇水后并不立即反應(yīng)，至少要等3天之后才開始與水反應(yīng)。另外，由CaO轉(zhuǎn)變成Ca(OH)%。n 水泥廠通常在生產(chǎn)過(guò)程中需要控制熟料中fCaO的含量，一方面了解水泥熟料的燒成情況，另一方面控制水泥的質(zhì)量。fMgO的特征和危害：n %（各礦物中的固溶極限分別為：C3S：1 % ～2%、C4AF： % ～%、C2S和C3A：＜%）。方鎂石屬于立方晶系，外形呈立方體或八面體，集合體呈粒狀。偏光鏡下很難觀察到，反光鏡下呈多角形，一般呈粉紅色，并帶有黑邊?？炖鋾r(shí)晶體尺寸較小，慢冷時(shí)晶體尺寸較大。反應(yīng)前后體積變化也大于游離氧化鈣的場(chǎng)合，體積膨脹148%，從而導(dǎo)致水泥安定性不良的危險(xiǎn)性也超過(guò)游離氧化鈣。 n 方鎂石引起水泥安定性不良的程度與其自身的晶體尺寸關(guān)系密切。 n 有實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)方鎂石的晶體尺寸小于1mm時(shí)，即使含量達(dá)5%水泥石也只不過(guò)發(fā)生輕微的膨脹；而當(dāng)方鎂石的晶體尺寸大于5～7mm時(shí)，3%的含量就足以使水泥石產(chǎn)生嚴(yán)重的膨脹。五、正常熟料具有什么樣的顯微特征如果生料成分控制適當(dāng)，且粉磨至規(guī)定細(xì)度時(shí)，經(jīng)過(guò)正常煅燒并在合理制度下冷卻的硅酸鹽水泥熟料，其特征為礦物發(fā)育完善，阿利特和貝利特晶體輪廓清晰，分布均勻，彼此之間被約占總量20％~30％的中間相所隔開。貝利特約占10％~20％，為大小均勻、近乎圓形的顆粒，大都具有明顯的交叉雙晶紋，尺寸為30~40μm。 n 也就是說(shuō)，石灰飽和系數(shù)是水泥熟料中氧化硅被氧化鈣飽和成C3S的程度。 n 從理論上講，石灰飽和系數(shù)KH值越大，熟料中C3S礦物越多；反之，石灰飽和系數(shù)越小，熟料中C3S礦物就越少。 MCaO/MSiO2=3180。 MCaO/MAl2O3=3180。尤其是不可能全部形成C3S，而是會(huì)形成一部分C2S，同時(shí)殘留一部分游離氧化鈣。n 當(dāng)KH=2/3時(shí)，熟料礦物組成為：C2S、C3A、C4AF，沒(méi)有C3S。n 所以，理論上硅酸鹽水泥熟料的石灰飽和系數(shù)KH值應(yīng)當(dāng)控制在2/3～。（四）石灰飽和系數(shù)KH的校正n 若考慮燒成反應(yīng)的不完全性，水泥熟料中往往殘留游離氧化鈣、游離氧化硅和游離三氧化硫，這時(shí)石灰飽和系數(shù)KH應(yīng)當(dāng)作如下修正：n KH=[(CaO–fCaO)–(++)]/(SiO2–fSiO2) （IM≥）n 當(dāng)IM≤，熟料中的礦物組成改變?yōu)椋篊3S、C2S、C2F、C4AF，KH的計(jì)算公式相應(yīng)地修正如下： KH=(CaO––)/（IM＜）n 當(dāng)水泥生料配料過(guò)程中添加CaF2和CaSO4等物質(zhì)作礦化劑時(shí)，KH的計(jì)算公式也需作相應(yīng)的調(diào)整。這就是說(shuō)，剩余多少分子的CaO就可以生成多少分子的C3S。Sc/Ms= C2=Cs– n 則有：C3S=MC3S180。 Cs– 180。 Sc– 180。再將KH=Cs/：n KH=（C3S+）/（C3S+）二 、 鋁率IMn （一）鋁率：熟料中Al2O3與Fe2O3含量之比，用IM表示，有時(shí)也用p來(lái)表示 n （二）計(jì)算式如下： IM=Al2O3/Fe2O3n （三）硅酸鹽水泥熟料鋁率范圍 IM：～。如抗硫酸鹽水泥：IM （四）鋁率與熟料礦物組成之間的關(guān)系n 同KH，可以推得熟料的鋁率IM與礦物組成之間存在以下關(guān)系： IM=+ n 顯然，鋁率間接地反映了水泥熟料中C3A與C4AF含量之比。高溫下液相的粘度大，不利于質(zhì)點(diǎn)在液相中的移動(dòng)，從而對(duì)熟料的燒成并不十分有利。 n 鋁率低的生料高溫下液相粘度低，有利于質(zhì)點(diǎn)的移動(dòng)，從而有利于燒成過(guò)程，但是鋁率低的生料燒成溫度下燒結(jié)溫度范圍窄，不利于窯的操作控制，易結(jié)大塊。如白色水泥：SM （四）硅率與煅燒之間的關(guān)系 n 水泥熟料的燒成過(guò)程是一個(gè)固液相反應(yīng)過(guò)程，液相在很大程度上起著促進(jìn)熟料燒成過(guò)程的作用。但是，過(guò)多的液相可能造成窯的操作控制困難，如易出現(xiàn)結(jié)大塊、結(jié)爐瘤、結(jié)圈等不正?，F(xiàn)象。（五）硅率與熟料礦物組成之間的關(guān)系n 假定熟料礦物中只有C3S、C2S、C3A、C4AF，利用簡(jiǎn)單的質(zhì)量守恒關(guān)系，可以推得硅率與熟料礦物組成之間存在以下關(guān)系：n SM=(C3S+)/(+) n 硅率間接地反映了熟料中硅酸鹽礦物與熔劑性礦物之比。n 硅率越大水泥熟料中硅酸鹽礦物越多，熔劑性礦物越少，如果熟料中有足夠的CaO就有可能形成較多的阿利特，水泥將具有良好的早強(qiáng)特性，但這樣的熟料比較難以燒成；相反，如果熟料中CaO并不多，則熟料中可能形成較多的貝利特，水泥雖然早期強(qiáng)度較低，但放熱量較小，耐蝕性較好。 n （2）設(shè)計(jì)水泥生料配合比時(shí)需要知道熟料礦物組成與化學(xué)組成之間的關(guān)系。（二）熟料礦物組成的計(jì)算方法1. 石灰飽和系數(shù)法n 假定水泥熟料的礦物組成為：C3S、C2S、C3A、C4AF、CaSO4，那么可以通過(guò)簡(jiǎn)單的質(zhì)量關(guān)系得到，水泥熟料礦物組成與其率值之間存在以下關(guān)系： n C3S=180。KH–2）180。（1–KH）180。（Al2O3–180。Fe2O3 n CaSO4=180。n C4AF和CaSO4只要利用Fe2O3和SO3與相應(yīng)礦物之間的質(zhì)量關(guān)系便可得到上述計(jì)算式。2. 鮑格法n 鮑格法實(shí)質(zhì)上是代數(shù)法，即直接根據(jù)熟料中氧化物組成與礦物組成之間的質(zhì)量平衡關(guān)系，經(jīng)代數(shù)等式變換而得到。（Al2O3–180。Fe2O3n CaSO4=180。n （2）實(shí)際熟料中酸性氧化物和堿性氧化物并不是完全按配合比化合的，往往存在fC、fS、fA等。n （4）化學(xué)分析本身也會(huì)帶入誤差。n 光學(xué)顯微鏡定量分析方法和X射線衍射定量分析方法的基本原理如下：光學(xué)顯微鏡法：在鏡下測(cè)出各單礦物所占面積百分比，然后再乘以相應(yīng)礦物的密度。各水泥熟料礦物的密度（g/cm3）如下：n 該方法對(duì)操作者的熟練程度依賴性較大，當(dāng)?shù)V物尺寸較小、重疊嚴(yán)重時(shí)引入的誤差就更大。 X射線法：n 根據(jù)各礦物的特征峰的強(qiáng)度確定各自的百分含量，但是水泥熟料礦物的特征峰之間相互重疊比較嚴(yán)重，給分析帶來(lái)困難和誤差。（四）熟料化學(xué)組成、率值和礦物組成的相互關(guān)系關(guān)系式：n Fe2O3=S/[(180。 (IM+1) SM+180。Fe2O3n SiO2=SM180。熟料化學(xué)成分氧化物SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3fCaO∑%（質(zhì)量）n 解：KH =(CaO – fCaO )/ =()/ () =所以：C3S=(3KH2)SiO2=(3)%=% C2S=(1KH)SiO2=()%=% C3A=()=(%%)=% C4AF==%=%例2：n ，試求硅酸三鈣占硅酸鹽礦物的百分比。 n 人工的工業(yè)廢渣主要有：電石渣、唐淤泥、堿渣和白泥等。（二）水泥生產(chǎn)對(duì)鈣質(zhì)原料有效成分的要求和對(duì)有害成分的限制國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB502951999《水泥工廠設(shè)計(jì)規(guī)范》n 有效成分：CaO含量一般不應(yīng)低于48%。（三）工業(yè)廢渣類鈣質(zhì)原料n （1） 電石渣：主要成分Ca(OH)2，含水量約85～90%，粒度為1015mm的粒子占 80%以上； n （2）碳酸法制糖濾泥； n （3）氯堿法堿渣； n （4）造紙廠白泥。 黃土與粘土黃土與粘土都是由花崗巖、玄武巖等經(jīng)風(fēng)化分解后再經(jīng)搬運(yùn)或沉積而成。（1）黃土n 粘土礦物：伊利石、蒙脫石、少量石英、長(zhǎng)石、白云母、方解石、石膏等。2）雜質(zhì)n 砂質(zhì)：粗砂含量應(yīng)小于5%，濕法生產(chǎn)時(shí)可以適當(dāng)放寬，因?yàn)樘阅噙^(guò)程中可以除去部分粗砂； n 堿含量：%， n 低熱水泥當(dāng)有低堿要求時(shí)，