水泥熟料中的堿主要是指鉀和鈉這兩種元素(以R表示),它們主要來源于原料。黏土和石灰石中的長石、云母等雜質(zhì)都是含堿的鋁酸鹽。在使用煤作燃料時(shí),也有少量堿。物料在煅燒過程中,苛性堿、氯堿首先揮發(fā),堿的碳酸鹽和硫酸鹽次之,而存在于長石、云母、伊利石中的堿要在較高的溫度下才能揮發(fā)。揮發(fā)的堿只有少量排入大氣,其余部分隨窯內(nèi)煙氣向窯低溫區(qū)域運(yùn)動時(shí),會凝結(jié)在溫度較低的生料上。對帶預(yù)熱器的窯,通常在最低二級預(yù)熱器內(nèi)就冷凝,然后又和生料一起進(jìn)入窯內(nèi),溫度升高時(shí)又揮發(fā),這樣就產(chǎn)生了堿循環(huán)。當(dāng)堿循環(huán)富集到一定程度時(shí),就會引起氯化堿(RCl)和硫酸堿(R2SO4)等化合物粘附在最低二級預(yù)熱器錐體部分或卸料溜子上,形成結(jié)皮,嚴(yán)重時(shí)會出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象,影響正常生產(chǎn)。因此,原料含堿量高時(shí),對帶旋風(fēng)預(yù)熱器的窯應(yīng)采取旁路放風(fēng)排堿。
含堿氧化物能降低熟料液相出現(xiàn)的溫度和降低液相的粘度,起礦化劑的作用。當(dāng)含堿量較少時(shí),它可促使C2S吸收CaO生成C3S,而降低f-CaO。但含堿量高時(shí),對熟料煅燒不利。
1)由于K2O和Na2O的堿性比CaO的堿性強(qiáng),當(dāng)熟料中含硫量少時(shí),堿主要取代CaO而與C2S和C3A起反應(yīng)生成KC23S12和NaC8A3,從而阻止C2S吸收CaO,并促使C3S、C3A分解,析出f-CaO,使熟料f-CaO增加。
2)當(dāng)熟料中存在含硫化合物時(shí),堿與硫化合生成堿的硫酸鹽,它可以是獨(dú)立的穩(wěn)定相存在于熟料中,亦可以鉀一鈉硫酸鹽固溶體的形式(Na2O·3K2SO4)存在,可以緩和堿的不利影響。當(dāng)SO3不足時(shí),剩下的堿氧化物會生成鉀硅酸鈣與鈉鋁酸鈣,從而破壞熟料主要礦物C3S、 C2S、C3A的形成,并產(chǎn)生二次f-CaO,使熟料質(zhì)量大為降低。
3)生料含有的云母和長石,分解時(shí)需要較高的溫度,因而煅燒中要延長生料的分解時(shí)間,從而壓縮物料的燒成帶,給煅燒操作帶來困難。
4)在立窯煅燒過程中,堿所穩(wěn)定的C2S容易在還原氣氛下發(fā)生β→γ型轉(zhuǎn)變。
堿對水泥性能的影響可表現(xiàn)在:
l)水泥中堿溶出快,能增加液相的堿度,可加速水化速度及激發(fā)水泥中混合材的活性,從而提高水泥的早期強(qiáng)度。
2)熟料含堿量較高時(shí),會使水泥發(fā)生快凝、結(jié)塊及需水量增加,其原因是水泥水化時(shí)產(chǎn)生的KOH和NaOH會消耗石膏,從而破壞石膏的緩凝作用。
3)水泥中的堿能和活性骨料發(fā)生堿骨料反應(yīng),產(chǎn)生局部膨脹,引起構(gòu)筑物開裂變形,甚至崩潰。
4)水泥中含堿量高,由于堿易生成鉀石膏(K2SO4·CaSO4·H20),使水泥庫結(jié)塊和造成水泥快凝。堿還能使混凝土表面起霜(白斑)。
通常,熟料堿含量以Na20計(jì)應(yīng)小于1.3%;生產(chǎn)低熱水泥用于水工建筑時(shí),應(yīng)小于0.6%;對旋風(fēng)預(yù)熱器窯和預(yù)分解窯,生料中堿含量 (K20+Na20)應(yīng)小于1%。為了盡量提高堿的揮發(fā)率,在生產(chǎn)中要提高煅燒溫度,延長煅燒時(shí)間,降低生料細(xì)度,以及在生料中加入有利于煅燒和促使堿揮發(fā)的氟化物。