2、硅酸鹽水泥熟料的組成 $lesson$

　　2.1 化學組成

　　水泥性能優劣主要取決于熟料質量。優質熟料應該具有合適的礦物組成和良好的巖相結構。因此，控制熟料的化學成分是水泥生產的中心環節之一。

　　硅酸鹽水泥熟料主要由氧化鈣(CaO,簡寫為C)、二氧化硅(SiO2簡寫為S)、氧化鋁(Al2O3簡寫A)和氧化鐵(Fe2O3簡寫為F)四種氧化物組成。 通常這四種氧化物總量在熟料中占95%以上。每種氧化物含量雖然不是固定不變，但其含量變化范圍很小，水泥熟料中除了上述四種主要氧化物以外，還有含量不到5%的其他少量氧化物，如氧化鎂(MgO)、氧化鈦(Ti02)、三氧化硫(S03)等。

　　氧化鈣(CaO)是熟料中最主要的成分，它與熟料中其他氧化物如Si02、A1203、Fe203等發生化學反應，生成熟料礦物如硅酸三鈣(C3S)、硅酸二鈣(C2S)、鋁酸三鈣(C3A)和鐵鋁酸四鈣(C4AF)等。一般情況下，隨著熟料中CaO含量的增加，熟料中礦物成分C3S 含量增大，從而可以提高水泥的強度。但是CaO的含量不是越多越好，而是有一個最佳含量，即與SiO2、A1203、Fe203等氧化物化合后沒有剩余的CaO存在的量。如果CaO含量超過其他氧化物與之化合所需的量，則多余的CaO會以游離狀態存在于熟料中，從而影響水泥的體積安定性。

　　二氧化硅(Si02)也是硅酸鹽水泥熟料中最主要化學成分之一。它在高溫下與CaO發生反應，生成硅酸鹽礦物硅酸三鈣(C3S)和硅酸二鈣(C2S)。如果熟料中SiO2含量低，生成的硅酸鹽礦物量就減少，從而影響水泥的強度。另外SiO2含量對熟料煅燒也會產生很大影響。

　　熟料中氧化鋁(A1203)可以與CaO、Si02、Fe203發生反應，生成鋁酸三鈣(C4A)和鐵鋁酸四鈣(C4AF)。當A1203含量增加時，水泥的凝結、硬化速度加快，但是水泥后期強度增長緩慢，并且降低了水泥的抗硫酸鹽性能。A1203含量高的水泥，在水化時放熱快，而且水泥的水化熱較大。

　　氧化鐵(Fe203)也是熟料中重要的化學成分之一，可以與CaO、A1203 反應生成鐵鋁酸四鈣。增加熟料中的Fe203 含量，可以降低水泥熟料的熔融溫度，但會導致水泥水化和硬化速度變慢。

　　其他少量氧化物的存在，也會不同程度地影響著硅酸鹽水泥熟料的煅燒過程和水泥性能。

　　2.2硅酸鹽水泥熟料礦物組成

　　在水泥熟料中，氧化鈣、二氧化硅、氧化鋁和氧化鐵等都不是以單獨的氧化物形式存在，而是經過高溫煅燒后，兩種或兩種以上的氧化物反應生成的多種礦物集合體，其結晶細小，通常為30～60μm。因此，水泥熟料實際上是一種多礦物組成的結晶細小的人造巖石。

　　硅酸鹽水泥熟料主要由以下四種礦物組成：

　　硅酸三鈣3CaO?Si02，可簡寫為C3S;

　　硅酸二鈣2CaO?Si()2，可簡寫為C2S;

　　鋁酸三鈣3CaO?A12O3，可簡寫為C3A;

　　鐵相固熔體通常以鐵鋁酸四鈣4CaO?A12O3?Fe203作為其代表式，可簡寫為C4AF。

　　這四種熟料礦物決定著硅酸鹽水泥的主要性能，一般硅酸鹽水泥熟料中，這四種礦物組成占95%以上，其中硅酸鹽礦物C3S和C2S約占75%左右，熔劑性礦物C3A和C4AF約占22%左右。

　　在硅酸鹽水泥熟料中，如果生料配料不當，生料過燒或煅燒不良時，熟料中就會出現沒有被吸收的以游離狀態存在的氧化鈣，常稱為游離氧化鈣(簡稱為f.CaO)。另外熟料在煅燒時，其中氧化鎂有一部分可以和熟料礦物結合成固熔體以及熔于液相中。在硅酸鹽水泥熟料中，氧化鎂的固熔體量可達2%，多余的氧化鎂印結晶出來呈游離狀態的方鎂石存在，對水泥的體積安定性產生不良影響。

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