将配料3加热到高温完全熔融(约2 000℃),然后平衡冷却析晶,从熔体中首先析出C2S,液相组成滑C2S—3连线的延长线变化到C2S—C3S界线,开始从液相中同时析出C2S与C3S。液相点随温度下降沿界线变化到y点时,共析晶过程结束,转熔过程开始,C2S被回吸,析出C3S。当系统冷却到k点温度(1 455℃),液相点沿yk界线到达k点,系统进入相平衡的无变量状态,Lk液相与C3S晶体不断反应生成C2S与C3A。由于配料点处于三角形C3S—C2S—C3A内,最后Lk首先耗尽,结晶过程在k点结束。获得的结晶产物是C2S、C3S和C3A。
在硅酸盐水泥生产中,由于采用天然原料,同时为了有利于烧成及水泥的性能,在以组成C2S、C3S、C3A所需的CaO、SiO2、Al2O3基础上,引入第四种氧化物Fe2O3。硅酸盐水泥熟料由C2S、C3S、C3A、C4AF四种矿物组成。
硅酸盐水泥熟料中的C2S、C3S、C3A、C4AF均以固溶体的形式存在。因此,在硅酸盐水泥熟料中固溶了其他少量氧化物的C3S称为阿利特(Alite),又称为A矿;C2S固溶体称为贝利特(Belite),又称为B矿;C3A固溶体由于在偏光显微镜下反光能力弱,一般称为黑色中间相。
铁铝酸四钙(C4AF)—铁相固溶体:铁铝酸四钙,属斜方晶系,常呈棱柱状和圆粒状晶体,密度为3 770kg/m3。在偏光镜下,具有从浅褐到深褐的多色性,二轴晶,负光性,光轴角中等。在反光镜下,由于反射能力强,呈亮白色,故在硅酸盐水泥熟料中又称白色中间相。
在铁铝酸钙矿物中,可固溶MgO、SiO2、Na2O、K2O、TiO2和Mn、Cr氧化物等。MgO和SiO2替代的(Al、Fe)2O3高达10%mol;而C4AF中的Al2O3可由Mn的氧化物替代达60%。固溶了其他少量氧化物的C4AF称为才利特(Celite),又称为C矿。
铁铝酸四钙的水化速度在早期介于铝酸三钙与硅酸三钙之间,但随后的发展不如硅酸三钙。它的早期强度类似于铝酸三钙,而后期还能不断增长,类似于硅酸二钙。铁铝酸四钙的抗冲击性能和抗硫酸盐性能较好,水化热较铝酸三钙低。
铁铝酸四钙和铝酸三钙在煅烧过程中熔融成液相,可以促进硅酸三钙的顺利形成,这是它们的一个重要作用。如果物料中熔剂矿物过少,易生烧,氧化钙不易被吸收完全,导致熟料中游离氧化钙增加,影响熟料质量,降低窑的产量,增加燃料消耗。如果熔剂矿物过多,在立窑内易结大块,结炉瘤;在回转窑内易结大块,甚至结圈等。液相的黏度,随C3A/C4AF值增减而增减。铁铝酸四钙多,液相黏度低,有利于液相中离子的扩散,促进硅酸三钙的形成;但铁铝酸四钙过多,易使烧结范围变窄,不利于窑的操作。
3)硅酸盐水泥的组成设计。硅酸盐水泥熟料中含有C3S、C2S、C3A、C4AF四种矿物,相应的组成氧化物为CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3。因为Fe2O3含量较低(2%~5%),可以合并人Al3O3一并考虑,C4AF则相应计人C3A,这样可以用CaO—Al2O3一SiO2三元系统来表示硅酸盐水泥的配料组成。
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