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所谓水泥,是指加水拌和成塑性浆体,能胶结砂石等适当材料,既能在空气中硬化又能在水中硬化的粉状水硬性胶凝材料。
水泥的种类很多,按其用途和性能可分为通用水泥、专用水泥和特性水泥三大类。通用水泥是指用于大量土木建筑工程作一般用途的水泥,如硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥等。专用水泥指有专门用途的水泥,如油井水泥、砌筑水泥等。而特性水泥指某种性能比较突出的一类水泥,如快硬硅酸盐水泥、抗硫酸盐硅酸盐水泥等。
一、硅酸盐水泥熟料的化学成分
以适当成分的生料烧至部分熔融,所得以硅酸钙为主要成分的烧结产物,称之为硅酸盐水泥熟料。
碰撞检测硅酸盐水泥熟料中的主要成分是氧化钙(CaO)、二氧化硅(S1O2)、三氧化二铝(A12O3)、三氧化二铁(Fez03)等四种氧化物。它们在熟料中的总量达95%以上。另外还有其他少量氧化物,如氧化镁(MgO)、三氧化硫(SO3)、二氧化钛(TiO2)、五氧化二磷(P205)、氧化钾(K20)、氧化钠(Na20)等,总量占熟料的5%以下。
用萤石或各种金属矿石的尾矿作矿化剂的硅酸盐水泥熟料中,还有少量的二氟化钙(CaF2)和其他微量金属元素。
据统计,硅酸盐水泥熟料中,四种主要氧化物的波动范围一般是:
CAO:62%~67%S1O2:20%~24%
Al2O3:4%-7%FezO3:2.5%--6%
二、硅酸盐水泥熟料的矿物组成
在硅酸盐水泥熟料中,CaO、SiO2、Ai2O3、Fez03等并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组合成各种不同的氧化物的集合体,即以多种熟料矿物的形态存在,这些熟料矿物结晶细小。因此,可以说硅酸盐水泥熟料是一种多矿物组成的、结晶细小的人造产物。
硅酸盐水泥熟料中的主要矿物有以下四种:
硅酸三钙:3CaO·Si02,可简写为C3S;
硅酸二钙:2CaO·5iO2,可简写为C2S;
铝酸三钙:3CaO·mi202,可简写为C3A;
铁铝酸四钙:4CaO·A1203·Fez03,可简写为C4AlF。
另外,还有少量的游离氧化钙(fCaO)、方镁石(即结晶氧化镁fMgO)、含碱矿物、玻璃体
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等。
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使用萤石或萤石加石膏作矿化剂的硅酸盐水泥熟料中,还有氟铝酸钙(CllA7·ese2)、硫铝酸钙(3CA·CaS04,简写为C4A3S—)等。
同样都属硅酸盐水泥熟料,但主要矿物的含量却会有较大的差别,这是因为生产熟料的工艺条件不同或对熟料性能要求不同所选用的配料方案也就不同。硅酸盐水泥熟料四种主要矿物的一般波动范围见表2-1。
这四种主要矿物各有自己的特性,因而对熟料的煅烧和水泥质量的影响也有较大的差别。
1.硅酸三钙(C3S)
C3S是硅酸盐水泥熟料中最重要的矿物,其含量约占熟料的50%以亡。C3S晶体中常含有少量MgO和A12O3等氧化物,形成固溶体,被称为阿利特(Alite),简称A矿。C3S加水调和后,凝结时间正常,水化较快,早期强度高,强度增进率较大。其28天强度、一年强度是四种矿物中最高的。它的体积干缩性也较小,抗冻性较好。因此,一般希望熟料中有较多的C3S。但它的水化热较高,抗水性较差,抗硫酸盐浸蚀能力也较差。另外,由于在煅烧过程中,C3s 形成需要较高的烧成温度和较长的烧成时间,这给熟料的煅烧操作带来了困难。因此,在实际生产中不能不切实际地追求c3s的数量,否则将导致有害成分f-GaO增多,反而降低熟料质量。 v50值
2.硅酸二钙(C2S)
C2s与水作用时,水化速度较慢,早期强度较低,但28天以后强度仍能较快增长,一年后可接近C3S。它的水化热低,体积干缩性小,抗水性和抗硫酸盐浸蚀能力较强。它的形成温度一般较低,C2S在1450℃以下易发生多种晶型转变,尤其在低于500℃时,由p—C2S转变为密度更小、活性很低的Y—C2S时,体积膨胀10%,导致熟料粉化,且使熟料强度大大降低。这种现象在通风不良、液相量较少、还原气氛较浓、冷却较慢的立窑生产中较为多见。在烧成温度较高、冷却较快的熟料中,由
于C2s中固溶进少量A1203、Fe2O3、MgO等,通常都可保留p型。这种β—C2S被称为贝利特,简称B矿。
C3s和C2S通称硅酸盐矿物。它们是熟料的主要组分,占熟料的70%以上,也是熟料强
度的主要来源。硅酸盐水泥的名称也由此而来。
3.铝酸三钙(C3A)
C3A与水结合后,水化迅速,凝结硬化很快,如不加石膏等缓凝剂,易使水泥急凝。它的早期强度较高,但后期强度增长不多,甚至倒缩。它的水化热高,干缩变形大,抗硫酸盐侵蚀、抗碱性都较差。它的脆性也大,耐磨性差。C3A中也可同溶少量Si02、Fe203、mgo等氧化物。
战术防身笔4.铁铝酸四钙(C4AF)
C4AF水化硬化速度较快,因而早期强度较高,仅次于C3Ae与C3A不同的是它的后期强度也较高,类似C2s。它的水化热低,干缩变形小,耐磨,抗冲击,抗硫酸盐浸蚀能力强。
C4AF实际是C2F--cHA3连续固溶体,在一般的硅酸盐水泥熟料中,这种连续固溶体的化