[泥说] 冷却速率如何影响熟料中C3A反应活性？
我们在之前的内容中讨论了熟料矿物学对熟料反应活性、工作性、耐久性、碳排放量等多项性能的影响，其中工作性、耐久性主要和C3A及碱含量有关，而反应活性也受到C3A含量、硫碱比等的影响。[泥说] 为何要严格控制熟料中C3A及R2O？？
在影响熟料矿物学的诸多因素中，冷却机制对熔剂相（C3A+C4AF）矿物特性影响最大（不是说冷却过程不影响硅酸盐相性质；实际上熟料在较高温度快冷Quench有利A矿保持细小并发育完整晶型，减少C2S粉化，提高硅酸盐矿物活性高，具体下回再表）。
也就是说，冷却机制（如冷却速率、介质等）影响C3A、C4AF的冷却行为（结晶、凝结或者...)，决定了其矿物学特性（晶相&非晶相含量、晶型、形貌及颗粒大小...),而上述性质最终决定了熟料中各矿物的反应活性，尤其是C3A早期反应活性。
图1| 典型OPC熟料岩相图
熟料中C3A含量与工作性能是否存在对应关系？
无论是实验室高温炉烧制或者是工业窑炉烧制的OPC熟料，我们可以发现熔剂矿物多以玻璃体存在，急冷可大量减少C3A和C4AF析晶（这也是QXRD的C3A含量值与Bogue计算值差距较大的关键原因，举例如表1）。因而对于快冷熟料，即使C3A含量较高，由于大部分以玻璃体存在，所磨制的水泥仍与外加剂相容性好、凝结时间正常、强度较高（举例如表1、图2）。
表1 | 6组熟料样品相组成（Rietveld）与Bogue值差值（重量百分比）
图2 | 熟料C3A含量与砂浆流动度的对应关系
表1、图2可以看出，铝相的XRD Rietveld定量值与Bogue计算值差值最大可以达到25%以上（相对百分比）；熟料中C3A含量与对应的砂浆流动度并不存在绝对的对应关系。那么，除了C3A含量之外，影响C3A早期水化活性的还有哪些重要因素呢？
C3A颗粒尺寸对熟料早期水化活性的影响
太平洋水泥中央研究院的一项研究工作，研究了冷却速率对对应砂浆流动性的影响，提出一个C3A早期水化的模型，C3A的初始水合量几乎与C3A大小和含量成正比。研究表明：除了C3A含量外，C3A平均尺寸对砂浆流动度影响也很大；也就是说，C3A含量及颗粒尺寸均影响熟料早期水化活性并进而影响砂浆流动度及混凝土工作性、外加剂适应性。
结合图3、4示意图不难理解，较大颗粒尺寸的C3A（图3）在早期水化中水化比例更大，而更小颗粒尺寸的C3A则可明显较少早期水化消耗的C3A比例，对应于更少的需水量、更低的水化放热及早期水化产物生成量。
图3 | 大尺寸C3A的早期水化过程模拟示意图
图4 | 小尺寸C3A的早期水化过程模拟示意图
C3A尺寸与冷却速率存在定性关系，如何表征呢？
我们都知道，C3A尺寸大小可以通过冷却速率来控制，随冷却速率增加，早期水化放热量降低；浆流动性随冷却速率的增加和C3A的降低而增大。那么，有没有定量的办法对冷却速率进行衡量或判断呢？或者说，有没有直观的办法对C3A颗粒尺寸大小进行表征（我们知道C3A绝大部分以玻璃体形式存在，难以直接测定或计算）？
答案是有的。熟料冷却速度加快，会导致间隙相尺寸变得更细小，C4AF晶粒尺寸也会变小。那么，C3A尺寸大小可利用C4AF尺寸来表征。采用Rietveld法可以计算C4AF晶粒尺寸，进而可以可用来表征熟料冷却速率的大小；实际上Rietveld法测量结果与传统显微分析方法结果一致（换句话说，如果条件允许，采用岩相分析技术也可对C4AF尺寸进行大致分析和测量）。
简单总结一下：
C3A含量及颗粒尺寸均影响熟料早期水化活性并进而影响砂浆流动度及混凝土工作性、外加剂适应性。
C3A尺寸大小可通过冷却速率来控制，更快的冷却速率对应于更小的中间相尺寸。
冷却速率大小可通过熟料中C4AF尺寸来调整，也即可以通过测定C4AF尺寸来侧面反应C3A颗粒尺寸大小。
采用Rietveld法及显微分析方法均可对C4AF尺寸进行测定及表征。