[泥说] 为何要严格控制熟料中C3A及R2O？？

熟料中C3A含量过高对优质混凝土所要求的低流动度经时损失、防止早期开裂及抗腐蚀等耐久性能不利已是共识；熟料生产商一直试图找出一个平衡点, 既要降低C3A 含量, 又要使窑能优质、高产、低能耗和长期安全运转。那这个平衡点的C3A含量究竟在多少比较合适？其含量又受到哪些因素影响呢？

另外一个方面，相同C3A含量的熟料的水化活性尤其是早期水化活性差异很大，更多受到熟料中碱金属氧化物（Na2O,K2O)含量的影响。上述问题可以从C3A的组成及晶型特征中找到答案。

铝酸三钙的化学组成及晶型

硅酸盐熟料中的铝酸盐相以固溶体存在。上式分别为C3A理论式和典型化学式；而实际上，硅酸盐熟料中的铝酸盐相以固溶体存在C3A的性质主要受晶体结构中碱金属氧化物含量影响：一定数量Ca被Na取代，Na进入C3A晶格使立方型C3A含量下降，斜方型含量增加。C3A的化学式可表示为：

碱金属氧化物含量对C3A晶型的影响

如果把碱金属氧化物含量转换成我们熟悉的质量含量，则不同碱金属氧化物含量所对应的C3A晶型如下表：

实际上，在整个烧成温度范围内，C3A同样有多晶型存在并保持稳定（NSP窑系统内存在大量R2O局部循环或富集，而造成该区域R2O含量偏高）：哪个多晶型占优势取决于进入结构的微量元素（特别是R2O）的数量;

图1 | 碱金属氧化物含量（摩尔含量）对斜方型C3A含量的影响

（RémiBarbarulo.Clinkerchemistry, clinker mineralogy: does it matter?Some plant and lab examples.FirstInternational Workshop on Cement Clinkers.Wuhan,China,2019.05）

不同C3A晶型对水化活性的影响 

水化活性：斜方晶型C3A >立方晶型C3A

C3A含量、晶型、固溶离子种类对OPC水泥的早期性能及混凝土工作性影响均较大，C3A含量是重要影响因素，但同时C3A晶型影响也非常显著。实际工业生产中，通过优化ASG，控制C3A晶型以优化水化活性。

  • Na2O/K2O在窑内形成硫酸盐或氯化物更有利熟料性能，但如碱硫比ASG过高，过剩碱在C3A中聚集；通过窑系统中原、燃料化学控制以平衡硫碱，或称碱的硫酸盐饱和度。

  • 窑内为氧化气氛时才维持这种化学计量：如为还原气氛，则硫以SO2损失，且高反应活性的铝酸盐开始形成。

熟料烧成优化与控制 

  • 在高硅率条件下,铝率IM控制在1.5~1.6左右可以控制C3A<8%。

  • 较高铝率IM可使液相在1280℃大量生成, 不致使过渡带后移, 而过渡带后移恰恰是生成飞砂料的主要原因。铝率IM低，烧成范围窄-->热工制度不稳-->易飞砂

  • 低铝率（控制<1.3）是否有必要?  铝率过低，可使熟料烧成范围狭窄, 易引起热工制度不稳, 飞砂料产生的可能性增大, 在窑的“长径比”较大而窑速不快的情况下还有结圈危险; 并且对煤质的要求很高(当今二次燃料的应用已是必然的形势下, 提高燃料品质也难。当然在条件合适时一定要用低铝率也不是不可行, 但并不适合大多数情况)。

  • 高温煅烧+快速冷却：提高固溶Al2O3量及玻璃体C3A量高温煅烧+快速冷却：提高固溶Al2O3量及玻璃体C3A

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