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普通硅酸盐水泥实验预习报告
一、概述
普通硅酸盐水泥是由硅酸盐水泥熟料、6%－15%混合材料，适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料,称为普通硅酸盐水泥（简称普通水泥）。水泥与砂、石等材料的混泥土是一种低能耗新型建筑材料。水泥具有较好的可塑性，与砂、石等胶合后的混和物具有较好的和易性，可浇注成多种形状及尺寸的构件，以满足设计上的不同要求；水泥的适应性较强，适用于海上、地下、深水、严寒、干热、腐蚀、辐射等多种条件下；水泥还可与多种有机、无机材料制成多种用途的水泥复合材料；水泥耐久性较好，维修工作量小，不易生锈、耐腐朽。
二、普通硅酸盐水泥的社会效益与经济效益
2.1普通硅酸盐水泥的社会效益
水泥是建筑工业三大基本材料之一，使用广、用量大、素有“建筑工业的粮食”之称。目前，水泥已广泛用于建筑、水利、道路、国防等工程中。近年来，宇航、信息及其它新兴工业中对各种具有特种性能的水泥复合材料的需求也越来越大。因此，水泥工业在整个国民经济中起着十分重要的作用。在目前甚至未来相当长的时期内，水泥仍将是人类社会的主要的建筑材料，目前国内外尚无一种材料可以替代它的地位。作为国民经济的重要基础产业，水泥工业已经成为国民经济社会发展水平和综合实力的重要标志。随着我国经济的高速发展，水泥在国民经济中的作用越来越大。
2.2普通硅酸盐水泥的经济效益
水泥是国民经济的基础原材料，改革开放以来，随着经济建设规模扩大，我国水泥工业得到较快的发展，20__年水泥产量12.04亿吨，约占世界的50％，已连续22年居世界第一位。20__年前三个月，累计生产24181.75万吨，同比增长达14.52%，比上年的增长幅度降低了五个百分点。我国水泥工业得到较快的发展，20__年水泥工业总产值达到2683.8亿元；20__年工业总产值达到3341亿元，同比增长25.63%，增幅比上年同期上升了12.63个百分点。20__年前三个月，累计工业总产值达到了1066.13亿元，同比增长达23%，比上年的增长幅度略有降低。水泥工业的快速增长，很好的满足了国民经济持续快速发展和大规模经济建设的需要。
三、普通硅酸盐水泥的理论及技术现状与发展趋势
3.1国内水泥制造理论及技术分析
3.1.1新型干法（预分解窑）水泥生产技术
窑外预分解技术是新型干法水泥技术的核心，也是当代新型干法水泥煅烧技
术发展的主流技术，它是在悬浮预热器窑的基础上进一步发展而成。现代窑外预分解技术按分解炉与回转窑的相对位置关系的不同，又分为在线式预分解窑系统和离线式预分解窑系统。“三传一反”过程变成了悬浮态气固间的“三传一反”过程，大大地提高了各过程的效率和速率，达到了提高回转窑生产能力的目的，降低了单位熟料的各种物资消耗，最终实现了提高经济效益的目的
3.1.2立窑水泥生产技术
我国目前主要使用的立窑有两种类型：普通立窑和机械立窑。普通立窑是人工加料和人工卸料或机械加料，人工卸料；机械立窑是机械加料和机械卸料。机械立窑是连续操作的，它的产、质量及劳动生产率都比普通立窑高。根据建材技术要求，小型水泥厂应用机械化立窑，逐步取代普通立窑。
3.1.3旋窑生产技术
水泥工业在发展过程中出现了不同的生产方法和不同类型的回转窑，按生料制备的方法可分为干法生产和湿法生产，与生产方法相适应的回转窑分为干法回转窑和湿发回转窑两类。
干法回转窑与湿法回转窑相比优缺点正好相反。干法将生料制成生料干粉，水分一般小于1％，因此它比湿法减少了蒸发水分所需的热量。中空式窑由于废气温度高，所以热耗不低。干法生产将生料制成干粉，其流动性比泥浆差。所以原料混合不好，成分不均匀。
在过去，湿法旋窑生产技术是主流生产技术。随着干法旋窑生产技术的成熟和建设成本与以前相比已经大幅度下降，特别是干法旋窑生产技术在降低生产成本上的优势，使其成为水泥行业未来的主要发展方向。
3.2外国水泥主要制造技术分析
目前，外国水泥主要制造技术的主流是干法预分解窑技术，新投产的预分解窑的先进技术综合反映在以下方面：
1)水泥熟料热耗一般水平为3100kJ/kg（~740kcal/kg），先进的可达2930kJ/kg
（~700kcal/kg）。
2)水泥电耗一般水平为95~100kWh/t.水泥，先进的约85~90kWh/t水泥。
3)窑系统年运转率一般为85％，先进约为90％，生料磨的年运转率可与窑匹
4)劳动生产率视生产线规模而定，大型生产线一般为8000~10000t水泥/人.年，
先进的可达15000t水泥/人.年以上。
5)有毒有害气体排放量得到严格控制，粉尘排放量一般<50mg/Nm3，先进的为
15~30mg/Nm3，NO_、SO_均低于控制指标以内。
6)熟料质量优良，达到不同国家所规定的高标号熟料质量要求。
3.3中外理论及技术比较分析
我国水泥工业与发达国家不同，走了一条以立窑水泥为主的独特发展道路，形成了目前的多种工艺技术并存的格局。发达国家水泥生产全部采用新型干法生产工艺，我国水泥75％还是采用落后工艺生产。
由于技术落后，与新型干法水泥相比，落后工艺能耗高。立窑水泥吨熟料标准煤耗为160公斤，而新型干法窑只有115公斤，湿法窑、干法中空窑能耗则更高。如果我国水泥生产全部改为新型干法工艺，全行业能耗将降低40％以上，节能潜力巨大。
中国现代化是一个渐进的过程。对水泥工业而言，也不可能在短时期内达到发达国家已基本淘汰立窑水泥的程度。而中国的国情更适合于大中小水泥企业并存。新型干法水泥厂一般应为大企业、大集团，而立窑水泥因单线生产能力有限，企业规模不可能太大。因此，今后相当长的时期内，中国水泥工业的结构应该是以少量新型干法水泥大企业、大集团为骨干，以一定数量的现代立窑企业为辅助，二者共同生存和发展。
3.4普通硅酸盐水泥的理论及技术发展趋势
未来，国际水泥工业的发展趋势是以节能、降耗、环保、改善水泥质量和提高劳动生产率为中心，实现清洁生产和高效率集约化生产，走可持续发展的道路。研究的重点主要是围绕水泥工业节能降耗、减少了有害气体(CO：、SO：等)排放以及低品位原燃料、工业废弃物的资源化利用等方面．具体表现在两个方面：一是国际水泥工业技术装备上新型干法水泥生产技术向着大型化、节能化以及自动化方向发展，如高效预热分解系统、第三代“控制流篦板”和“无漏料横杆推动”篦式冷却机、新型辊式磨及辊压机粉磨系统、自动化控制及网络技术、新的熟料烧成方法如流态化床和喷腾炉烧成技术、高效除尘技术、烟气脱硫除氮技术等的开发和应用，使水泥工业进入现代化发展期。二是水泥及水泥基材料的研究是以水泥的生态化制备、先进水泥基材料、水泥的节能和高性能化、废弃物的资源化利用以及水泥制备和应用中的环境行为评价和改进等方面为研究开发重点，两者相辅相承，推动了水泥工业的可持续发展。
四、普通硅酸盐水泥实验的具体方案
4.1原材料的准备
4.1.1主要原料的分析检验
可选用天然矿物原料及工业废渣或化学试剂作原料.
①将需要的主要原料备齐.
②对所备齐的原料进行采样与制样，进行CaO，SiO2，Al2O3，Fe2O3，MgO和烧失量等分析.要求分析者提出分析报告单作原始凭证.
③对某些原料做易碎性和易磨性实验，强度，粒度，比表面积等物性检验.
4.1.2主要原料的加工
对天然矿物原料及工业废渣需进行加工处理.一些经上述物性检验(粒度，比表面积等)不合格的原料也要进行加工处理.
①石灰石
选取化学成分符合要求的石灰石，用实验室常用的小颚式破碎机，小球磨机进行破碎与粉磨至要求的细度.
选取化学成分符合要求的粘土.如果水分大时，应烘干，然后用小颚式破碎机，小球磨机破碎并粉磨至要求的细度.
选取符合要求的铁粉，检查细度，如不符合要求则要进行粉碎.
上述主要原料经加工处理后，要用桶或塑料袋等密封保存.
如果缺乏所选用天然矿物原料及工业废渣的加工处理数据，还应进行原料易磨性(易磨系数)的测定.
4.1.3石膏与混合材料的制备
首先对石膏进行化学成分分析，填写化验报告单作原始凭证.然后检查细度，如不符合要求要进行加工处理.
②混合材
混合材有粒状高温炉渣，粉煤灰，火山灰等.在化学成分分析后，若细度不符合要求应进行加工处理.
石膏与混合材料加工处理后，要用桶或塑料袋等密封保存.
4.燃料分析
气，液体燃料(如油类，煤气)或固体燃料(如焦炭，煤粉等)都须了解其性质与质量.如用焦炭，煤，要作工业分析，水分与热值分析.
上述混合材与燃料的分析结果均应提供报告单.
4.2合格生料的制备
4.2.1配料计算
①根据实验要求确定实验组数与生料量.
②确定生料率值.
③以各原料的化验报告单作依据进行配料计算.
4.2.2.配制生料
①按配料称量各种原料，放在研钵中研磨.如果量大，则置入球磨罐中充分混磨，直至全部通过0.080mm的方孔筛.
②将混磨好的粉料加入5～7%的水，放入成型摸具中，置于压力机机座上以30～35MPa的压力压制成块，压块厚度一般不大于25mm.
③将块状试样在105～110℃下缓慢烘干.
4.2.3.生料质量的检验
①生料碳酸钙含量的测定.
②生料化学全分析.
③生料细度，表面积测定.
4.3试烧(生料易烧性测定)
4.3.1.试烧所需仪器，设备及器具
试烧用电炉有硅碳样电炉与硅钼棒电炉，根据最高烧成温度决定使用哪一种.若试烧的温度较高则选用后一种.
高温炉容易损坏，在实验中要求学会硅碳棒或硅钼棒电炉的安装技术，如炉膛的装配，万用表使用，硅碳(钼)棒电阻的测量及联接方式(并，串联等)，电阻值的计算等.
此外，应掌握与电炉相配套的仪表(如电流表，电压表，电位差计，变压器)的使
用方法及接线方式等.有时控制仪表均装在控制箱内，要学会使用与维修.
温度测量的精度是实验结果是否可靠的影响因素之一.为此，要用标准热电偶在一定条件下对测温用热电偶进行标定.
②试烧用坩埚的选择
坩埚在试烧过程中不能与熟料起化学反应，因此要根据生料成分，所确定的最高煅烧温度及范围来选用坩埚.若烧成温度为1500℃以上，则选用铂坩埚；若烧成温度为1350℃～1480℃，则选用刚玉坩埚；若烧成温度在1350℃以下，则选用高铝坩埚.也可用耐火材料做的匣钵来放置试烧的块料.
如在试烧过程中起反应时，可将反应处的局部熟料弃除.
③辅助设备及器具
为了给熟料冷却，炉子降温，需要吹风装置或电风扇.
此外，还需要取熟料用的长柄钳子，石棉手套，干燥器等.
4.3.2.试烧
①将生料块放进坩埚或匣钵中，按预定的烧成温度制度进行试烧.试烧结束后，戴上石棉手套和护目镜，用坩埚钳从电炉中拖出匣钵或坩埚，稍冷后取出试样，置于空气中自然冷却.并观察熟料的色泽等.
②将冷却至室温的熟料试块砸碎磨细(要求全部通过0.080mm的筛)，装在编号的样品袋中，置于干燥器内.
取一部分样品，用甘油乙醇法测定游离氧化钙，以分析水泥熟料的煅烧程度.
4.3.3.如果游离氧化钙高，易烧性不好，就应按上述步骤反复进行试烧(生料易烧性测定)，直到满意为止.
4.4水泥熟料的煅烧(熟料的制备)
根据试烧(生料易烧性实验)的结果，对生料及烧成制度等进行调整.
4.4.1.首先根据各原料成分及生料化验分析单提供的数据，进行熟料率值的修改，熟料矿物组成的再设计与再计算.此外，为获得优质高产低能耗的熟料，还要考虑以下几个问题:
①熟料的矿物组成与生料化学成分的关系.
②熟料反应机理和动力学有关理论知识的联系.
③固相反应的活化能及活化方式及固相反应扩散系数等的联系.
④熟料形成时液相烧结与相平衡的关系.
⑤熟料易烧性和易磨性试验效果与联系.
⑥少量矿化剂与助熔剂的加入作用与效果.
⑦熟料煅烧的热工制度对其熟料质量的影响.
⑧熟料的冷却速度及其对熟料质量的影响等.
4.4.2.按调整后的参数，配制新的生料.
4.4.3.将生料块放进坩埚或匣钵中，按预定的烧成温度制度进行煅烧.煅烧结束后，戴上石棉手套和护目镜，用坩埚钳从电炉中拖出匣钵或坩埚，稍冷后取出试样，立即风扇吹风冷却(在气温较低时在空气中冷却).并观察熟料的色泽等.
4.4.4.将冷却至室温的熟料试块砸碎磨细，装在编号的样品袋中，置于干燥器内.
4.5水泥熟料性能试验
将制备好的熟料作如下实验:
1.熟料成分全分析并提供分析报告单.
2.根据化验单上的数据进行熟料矿物组成等计算以检查配料方案是否达到预期
3.取部分熟料作岩相检验.
4.熟料游离氧化钙的测定.
5.熟料中氧化镁的测定.
6.熟料易烧性试验.
7.细度测定.
8.掺适量石膏于熟料中，磨细至要求的细度后，要作全套物理检验，即熟料标准稠度，凝结时间和XX性及强度检验以及确定熟料标号.
五、实验总结
将实验得到的数据进行归纳，整理与分类并进行数据处理与分析.根据拟题方案及课题要求写出总结实验报告，报告内容，包括立题依据，原理，测试方法及有关数据，原材料的原始分析数据，常规与微观特性检验的数据，图片或图表，试制经过及结论，并提出存在的问题.并对某一专题研究的深度提出观点，论点.
