摘要：以掃描電鏡與X射線能譜儀研究黃心硅酸鹽水泥熟料中阿利特的微觀狀態(tài)。結(jié)果表明：與正常黑色熟料相對比，黃心熟料阿利特的中心部位鋁、鐵元素固溶量減少，影響其水化活性；阿利特邊緣分解產(chǎn)物為阿利特、貝利特、游離氧化鈣等多種礦相，這些礦相中均含有較多量的鋁、鐵元素；黃心熟料中阿利特附近的中間相存在鐵元素的富集；鐵元素在黃心熟料阿利特分解中發(fā)揮重要作用。
關(guān)鍵詞：熟料 黃心 阿利特 微觀 組成
中圖分類號：TU528
0 前言
優(yōu)質(zhì)熟料是制備優(yōu)質(zhì)水泥的必要條件，水泥熟料是生料在水泥窯中經(jīng)高溫煅燒、強行冷卻后的產(chǎn)物。由于各種工藝原因，水泥熟料往往不能夠質(zhì)量均一，黃心熟料是一類容易出現(xiàn)的質(zhì)量較差的水泥熟料，它影響水泥顏色的美觀性、不利于熟料的易磨性、對強度指標也常有所劣化。
目前，黃心熟料成因的經(jīng)典解釋認為是煅燒過程中窯內(nèi)存在還原性氣氛的緣故，還原氣氛造成熟料中的部分Fe3+轉(zhuǎn)變?yōu)镕e2+，同時造成阿利特邊緣的局部分解，黃色是這一轉(zhuǎn)變在材料顏色特性上的外在表征[1] [2]。
對黃心熟料的研究手段過去集中于光學(xué)顯微鏡分析，認為黃心部位中的阿利特礦物會出現(xiàn)邊棱不整齊，局部分解的現(xiàn)象，并將這種分解狀態(tài)描述為阿利特的“花環(huán)”，其主要分解產(chǎn)物為貝利特與二次游離氧化鈣。X衍射研究表明黃心熟料中并沒有出現(xiàn)異種礦物，熟料礦物組成仍為C3S、C3S、C3A與鐵鋁酸鹽相，不過C3S的含量會略有下降。 掃描電子顯微鏡（SEM）及其附件X射線能譜儀（EDS）是一種研究材料微觀結(jié)構(gòu)的工具，X射線能譜儀能夠分析材料中某個微區(qū)的元素組成，很適用于對水泥熟料這種微區(qū)元素組成不均勻的材料開展研究。本文嘗試利用這一工具對一種黃心熟料中阿利特的微觀狀況進行探討，以圖為硅酸鹽水泥熟料的研究提供一些機理性意見。
1．實驗
某干法水泥企業(yè)生產(chǎn)的水泥熟料大量出現(xiàn)黃心料，黃心料占總熟料比例大致為30—40wt%，黃心熟料的3D、28D強度指標均較低，其化學(xué)分析后的計算礦物組成與宏觀性能參數(shù)見表1、表2，本實驗采用該黃心料進行探討研究。
將黃心料手工破碎為1—3mm小顆粒，取一半試樣環(huán)氧樹脂包埋，制備為巖相光片，1wt%硝酸——無水乙醇復(fù)合溶液腐蝕后以光學(xué)顯微鏡分析，然后與另一半剩余試樣一起蒸鍍碳導(dǎo)電膜[3]，以KyKy2800B型掃描電鏡進行形貌觀測、SERIESⅡ型X射線能譜儀分析阿利特礦物的微區(qū)元素組成。為進行對比研究，按照同樣實驗程序?qū)υ撆嗍炝现械恼：谏锨蜻M行對比分析。
2.結(jié)果與討論
2.1光學(xué)顯微鏡巖相分析
巖相觀測可見黃心熟料中的阿利特的特征為：板柱狀為主、晶體邊界普遍存在比較明顯的環(huán)邊構(gòu)造，晶體內(nèi)部的包裹物相對較少，部分晶體呈不規(guī)則的層環(huán)結(jié)構(gòu)，晶體總量約為50wt%（圖1）；熟料中貝利特特征為：麻面狀和指狀為主，在黃心部位與黑色部位的交界區(qū)域易見呈大堆分布的礦脈或礦巢，黑色部位的晶體斷面有交叉雙晶晶紋，晶體總量約為25wt%（圖2）。
由上述分析可見，黃心熟料中阿利特邊緣部位發(fā)生如下分解：
表2 材料的宏觀性能
這破壞阿利特微觀結(jié)構(gòu)的完整性，對其強度膠凝性能有一定不利影響；熟料中黑色部位的貝利特表面有交叉雙晶紋表明該熟料冷卻速度正常，所以阿利特的“花環(huán)”結(jié)構(gòu)應(yīng)該主要是還原因素所造成的。
表1：熟料三率值與礦物組成（wt%）
2.2掃描電鏡與X射線能譜儀分析
對黃心熟料斷面的掃描電鏡觀測可見，阿利特與貝利特表面均較為光滑、但有一些小點狀物質(zhì)凸起于礦物表面，而礦物邊緣均有受一定熔蝕的現(xiàn)象（圖3、4）。
為什么黃心熟料中的阿利特與貝利特表面會有這些小點狀凸起？這些凸起是什么物質(zhì)，這應(yīng)該是需要關(guān)心的問題。為此，進行巖相光片的電子顯微研究。
黃心熟料巖相光片的微觀結(jié)構(gòu)如圖5、圖6，觀測可見，阿利特礦物邊緣的花環(huán)由許多尺寸在2um以下的小晶體所組成，這些小晶體大致可分為兩類，一類呈現(xiàn)較為規(guī)則的晶體形態(tài)，一類為無定形狀態(tài)；這些小晶體中的大多數(shù)與阿利特礦物母體之間被0.2—0.5um厚度的中間相所隔離，未隔離者也有隔離的趨勢而呈現(xiàn)一種“港灣狀”結(jié)構(gòu)。
上述小晶體、中間相、阿利特母體的元素組成有何特點？表3中的能譜分析給出測試數(shù)據(jù)，考慮到X射線能譜儀的特點，為減小測試數(shù)據(jù)誤差，能譜分析的樣品為表面經(jīng)拋光處理后的熟料巖相光片，同時表3中的每一行數(shù)據(jù)為30組測試數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值。
由于表3數(shù)據(jù)可見如下現(xiàn)象：
?。?）黑色正常熟料阿利特邊緣與中心部位的化學(xué)組成差別不大，邊緣部位的鋁、鐵含量較高。
?。?）黃心熟料阿利特邊緣與中心部位的化學(xué)組成差別較大：邊緣部位鋁、鐵含量教高，中中心部位鋁、鐵元素的含量偏低。
?。?）熟料黃心部位阿利特邊緣的規(guī)則晶體的化學(xué)組成大致阿利特，一類近似于貝利特，但兩者都含有較多量的鋁、鐵元素。 （4）熟料黃心部位阿利特邊緣的無定形礦相確定歸類，一類含有大量的CaO、應(yīng)該是游離氧化鈣。 （5）分割黃心熟料中阿利特與其邊緣二次礦相的中間相可分為兩類，近，另一類可能是鐵鋁酸鹽相；與理論以及正常黑色熟料的C3A、C4AF化學(xué)組成對比可知，這兩類中間相中鐵元素的含量均較高。
論 對“2.1”、“2.2”中的測試結(jié)果進行探討可知： 黃心水泥熟料由于還原氣氛的作用，其阿利特中所固溶的鋁、鐵元素被析出，導(dǎo)致阿利特按照水泥化水化活性，這應(yīng)該是黃心熟料后期強度不佳的原黃心熟料中阿利特邊緣發(fā)生分解，產(chǎn)生的二次礦相可能包括阿利特、貝利特、游離氧化鈣、元素組成呈過渡態(tài)的某物質(zhì)；這與以往研究中認為黃心熟料阿利特邊緣發(fā)生分解所產(chǎn)生的二次礦相的種類主要為貝利特與游離氧化鈣的結(jié)集現(xiàn)象較為明顯，這表明鐵是造成黃心熟料阿利特邊緣分解的主要原因。
綜上所述，可以認為鐵元素在黃心熟料阿利特邊緣分解過程中起到重要作用，這吻合于已有理論，阿利特中心部位元素固溶量下降與二較低的重要原因，鐵元素對靠近阿利特的中間相的組成以及二次礦相中鋁、鐵元素固溶量加大的影響規(guī)律與機理有待進一步探討。
3.結(jié)論
（1）黃心熟料中阿利特的中心部位鋁、鐵元素固溶量減少，從而影響熟料后期強度。
（2）黃心熟料中阿利特的邊緣分解產(chǎn)物為阿利特、貝利特、游離氧化鈣等多種礦相，這些礦相中
（３）在鐵元素的富集現(xiàn)象。
?。?）鐵元起到重要作用。
參考文獻：
[1] F.M.Lea. 水泥和混凝土化學(xué)[M]. 第三版. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，1984：130，410.
[2] S.L.Centurione, “Characterization of Reducing Environment in Portland
Microscopy”, Proceedings of the 13th International Conference on CemeF
[3] 張洪滔，電子顯微學(xué)報，1999，18（Sup）：128.
