2.1 硅酸盐水泥的定义:
把适当成分的“生料”如:石灰石、白玺、粘土等,在窑里煅烧至部分熔融,得以硅酸盐为主要成分的水泥“熟料”;再掺入一定比例的石膏与矿渣或火山灰、粉煤灰等混合料一起磨成细粉,即成硅酸盐水泥。随着原料种类的不同和各成分比例不同及混合料的不同种类掺入,就形成不同品种的硅酸盐水泥。在国外就叫“波特蓝”水泥。 2。2硅酸盐水泥熟料的化学成分与性能:
2。2。1 硅酸盐水泥熟料中的几种主要化学成分:
硅酸盐水泥熟料的典型化学成分含量见如下附表《1》:% 化学组成 | CaO | SiO2 | AI2O3 | Fe2O3 | MgO | Na2O | TiO2 | Mn2O3 | K2O | P2O5 | SO3 |
A 矿 | 71.6 | 25。2 | 1。0 | 0。7 | 1.1 | 0。1 | 0 | 0 | 0。1 | 0。1 | 0。1 |
B 矿 | 63.5 | 31。5 | 2.1 | 0。9 | 桥壳0.5 | 0。1 | 0.2 | 0 | 0.9 | 0.1 | 0。2 |
C 矿 | 47.5 | 3.6 | USB重定向21.9 | 21。4 | 3。0 | 0。1 | 1.6 | 0.7 | 0。2 | 0 | 0 |
(低铝)铁酸盐 | 47.8 | 5.0 | 16。2 | 25.4 | 3.7 | 0。4 | 0.6 | 1。0 | 0。2 | 0 | 0。3 |
铝酸盐(立方晶) | 56.6 | 3。7 | 31。3 | 5.1 | 1。4 | 1.0 | 0。2 | 0 | 0.7 | 0 | 0 |
铝酸盐(斜方晶) | 53.9 | 4。3 | 28.9 | 6.6 | 1.2 | 0.6 | 0。5 | 0 | 4.0 | 0 | 0 |
铝酸盐(低 铁) | 58。1 | 4。6 | 33。8 | 1.0 | 1。0 | 0。4 | 0.6新型大棚骨架 | 0 | 0.5 | 0 | 0 |
| | | | | | | | | 高空施工 | | |
CaO(一氧化钙) SiO2(二氧化硅) AI2O3(三氧化二铝)
Fe2O3(三氧化二铁) MgO(氧化镁) SO3(氧化硫)
Na2O(氧化钠) K2O(氧化钾) TiO2(氧化钛)
Mn2O3(氧化锰) P2O5(氧化磷)
另外也可能含有极少量的其他杂质.水泥熟料中各氧化物的含量对水泥的性质有很大影响:
2。2.1。1 CaO(一氧化钙):是水泥熟料中最主要的成分.在水泥熟料煅烧过程中与其他酸性氧化物(如:SiO2、AI2O3、Fe2O3等)化合反应生成C双面电路板3S、C2S、C3A、C4AF(见下面第2。3条)等矿物复盐活性化合物。经煅烧未被化合的CaO称为“游离钙".在水泥中单独存在的“游离钙”,其水化反应不能在水泥硬化过程中完成,而是在水泥硬化后才能与水化合生成Ca(HO)2并在水化过程中发生体积膨胀,降低混凝土的内应力甚至破坏混凝土结构。其含量多、少是影响水泥性的重要原因之一。因此国家标准中要求水泥熟料内CaO含量不得超过1%。
2。2。1。2 SiO2(二氧化硅):也是水泥熟料所含主要成分之一.SiO2经过煅烧可与CaO进行化合反应,生成C3S和C2S矿物,是影响水泥强度的主要成分之一。如果SiO2含量低,水泥熟料中硅酸盐矿物成分少,水泥强度就低;但SiO2含量高时,虽然水泥后期强度有显著提高并使其抗硫酸盐侵蚀性能增强,但水泥凝结速度和早期强度增进率都会变慢.SiO2含量不仅影响水泥性能,同时对水泥熟料的煅烧也有影响。其含量少时,熟料煅烧会结大块,影响操作;但其含量大时,会使熟料烧成困难,易于“粉化”。
2。2.1.3 AI2O3(三氧化二铝):在水泥熟料的煅烧过程中,它与CaO和Fe2O3可化合生成C3A或C4FA.当其含量高时可使水泥的凝结及硬化速度变快,但后期强度增长缓慢,并使水泥的抗硫酸盐性能降低。原因是C3A与硫酸盐化合反应生成硫铝酸盐(钟乳石),易溶于水而造成水泥石的破坏.同时C3A含量高的水泥水化热高,放热速度也快,不适用于大体积混凝土和抗硫酸盐混凝土。
2.2.1。4 Fe2O3(三氧化二铁):经煅烧可与CaO和AI2O3化合生成C4AF。在水泥生料中增加氧化铁含量,能降低水泥熟料的煅烧温度。但含量高时会使水泥的凝结过程和硬化过程变慢(缓凝),后期强度仍能长期增长,并能增强水泥的抗硫酸盐侵蚀性能。
2。2。1。5 MgO(氧化镁):是水泥原料中的不良杂质(后述)。
2.2。1。6 SO3(硫酐):水泥中的SO3仅少部分来自水泥熟料,大部分是在水泥熟料磨细时掺入的石膏(CaSO4).适量的石膏,可有利于调节水泥凝结时间;但含量过多时,会破坏水泥的体积性。
2。2。1。7 K2O、Na2O (碱分):即氧化钾、氧化钠,在水泥中是有害成分,能导致水泥凝结时间变换不定;也能引起水泥石的表面风化(起霜)。若混凝土骨料内含有碱分时,混凝土将出现“碱骨料反应"。若水泥中含有碱分,即使骨料内不含碱分,水泥中的碱分也会与骨料中的酸性物质反应,在混凝土内部引起膨胀(碱集料反应)。
2.2。1。8 TiO压延膜2(氧化钛):一般含量很少,不超过0.3%.少量TiO2可促进熟料的很好结晶.
2。2.1。9 Mn2O3(氧化锰):一般含量很少,也未发现其对水泥有何不良影响。
2.2.1。10 P2O5(磷酐):在水泥中含量极微小,若含量能达到1~2%时,能起到显著的缓凝作用。
2.3 水泥熟料中的矿物成分:
在水泥熟料中,上述氧化物多数不是单独存在的,而是在煅烧时,随着窑温的升高过程反应生成多种矿物。所以水泥熟料是一种多矿物集合体。其本身是一种多矿物组成的结晶细小的人造岩石.水泥熟料矿物主要有以下四种:
3CaO·SiO2 简写为:C3S 通常称:硅酸三钙
2CaO·SiO2 简写为:C2S 通常称:硅酸二钙
3CaO·AI2O3 简写为:C3A 通常称:铝酸三钙
4CaO·AI2O3·Fe2O3 简写为:C4AF 通常称:铁铝四钙
水泥熟料中,以上四种矿物可占95%以上。其组成决定硅酸盐水泥的主性质:
2。3.1 硅酸三钙(C3A),也叫“阿利特",通常称“A”矿。纯的C3S为洁白。但在熟料中C3S总是与少量其他氧化物一起形成固溶体。这种固溶体通常称为“A”矿或“阿利特”,是硅酸盐水泥熟料的主要矿物成分,其含量一般都在50%~60%。即使在铝酸盐水泥或硫铝酸盐
水泥熟料中的含量也在40%左右.
“A”矿随着煅烧时窑温的升、降变化,有三个晶系的七种变型:即温度在1070C0以上时的三方晶系“R”型、1070C0~990C0时的单斜晶系“M”型和980C0~620C0时的三斜晶系的“T”型.其中“M”型中又有Mm、Mn、MI三种变型;“T”型中又有Tm、Tn、TI三种变型.
纯的硅酸三钙在常温下,通常只能保留三斜晶系(T型),但如含有少量的Mgo、Al2O3、Fe2O3、R2O(氧化稀有金属)等氧化物形成固溶体时,硅酸三钙便可保留M型或R型.实际上水泥熟料中硅酸三钙内总含有上述几种氧化物稳定剂。所以“A"矿通常都为M型或R型.
由于C3S中所含氧化物种类不同,A矿还会有不同颜。如;当熟料中含少量氧化铬(Cr2O3)呈绿;含氧化钴(Co2O3)时,随着钴的价数不同,可呈浅兰或玫瑰红。
C3S加水调和后,凝结时间正常,它水化较快,早期强度较高且强度增进率较大;但其水化热较高,抗水性较差.
2。3。2 硅酸二钙(C2S),亦称“贝利特”,通常称“B”矿。是水泥熟料中另一个重要矿物成分。
在熟料中的含量一般在20%左右。但C2S在水泥熟料中并不是以纯的形式存在,而是与MgO、AI2O3、Fe2O3、R2O等氧化物形成的固溶体矿物。
纯的硅酸二钙有四种晶型,即:α、α,、β、γ型。实际生产的熟料内C2S是以β型存在,为无晶体。凝结硬化缓慢,早期强度较低。但后期强度(28天以后)增长很快,约在一年以后可达到A矿强度值。B矿水化热小,抗水性较好,适宜用于大体积砼工程或处于环境侵蚀性小的混凝土工程.所以,水泥中适当提高C2S含量,降低C3S含量是有利的.
2。3.3 铁铝酸钙:(C4AF)。亦称“才利特"。通常称“C”矿。
硅酸盐水泥熟料中铁矿物组成比较复杂,是化学组成为C8A3F—C2F或C6A2F—C6AF2之间的一系列连续固溶体。通常称为铁相固溶体。在一般硅酸盐水泥熟料中,其成分接近于铁铝四钙(C4AF),所以常用C4AF来代表熟料中的铁相固溶体。