本發(fā)明屬于建筑材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種高性能水泥及其制備方法。

背景技術(shù)：

水泥是一種加水?dāng)嚢韬蟪蓾{體，能在空氣中硬化或者在水中更好的硬化，并能把砂、石等材料牢固地膠結(jié)在一起的無(wú)機(jī)凝膠材料。長(zhǎng)期以來(lái)，水泥作為一種重要的膠凝材料，廣泛應(yīng)用于土木建筑、水利、國(guó)防等工程。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，國(guó)家增加基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)及房地產(chǎn)的發(fā)展，水泥的需求量越來(lái)越大，2011年我國(guó)水泥的產(chǎn)量約為21億噸，產(chǎn)量居世界各國(guó)之首。我國(guó)是水泥生產(chǎn)大國(guó)，而非水泥生產(chǎn)強(qiáng)國(guó)。因?yàn)樗嗌a(chǎn)中能源、資源消耗高，并且產(chǎn)生大量的二氧化碳廢棄，不利于環(huán)境的保護(hù)。基礎(chǔ)設(shè)施和房地產(chǎn)的建設(shè)，也帶動(dòng)了采礦和冶金行業(yè)的發(fā)展，這些行業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生了大量的礦渣，大量的礦渣帶來(lái)了許多問(wèn)題， 如處理礦渣占用大量的土地，礦渣被水沖洗后產(chǎn)生環(huán)境污染問(wèn)題。傳統(tǒng)的水泥的原料是石灰石、石膏、粘土和鐵礦粉，長(zhǎng)期的開采，各種原料的儲(chǔ)量不斷下降，制約了水泥行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。為了處理采礦、冶金行業(yè)產(chǎn)生的各種礦渣及尋找水泥可以持續(xù)發(fā)展的原料，人們研制出了采用礦渣為部分原料生產(chǎn)的水泥。 但由于傳統(tǒng)的水泥生產(chǎn)工藝的限制，礦渣的摻量比較少，加入太多會(huì)影響水泥的質(zhì)量。

用紅土鎳礦生產(chǎn)鎳鐵大都采用礦熱爐還原熔煉，爐渣量可以占到原料的8O-90， 數(shù) 量巨大。由于這種爐渣不會(huì)對(duì)環(huán)境造成化學(xué)污染，在國(guó)際上主要用于在沿海地區(qū)填海造地。如果工廠深處內(nèi)陸，其大量堆存將占用越來(lái)越多的土地，日益成為阻礙工廠發(fā)展和鎳鐵新工藝推廣應(yīng)用的主要問(wèn)題。中國(guó)每年產(chǎn)生鐵合金渣約1000萬(wàn)噸，并且每年還以約800萬(wàn)噸的速度繼續(xù)增加，鎳鐵合金礦熱爐渣在鐵合金渣中占有相當(dāng)大的比重。因此，盡早尋求經(jīng)濟(jì)合理的技術(shù)途徑，正確處置和綜合利用鎳鐵合金礦熱爐渣，對(duì)保持鎳行業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展和新技術(shù)的推廣應(yīng)用具有重要的戰(zhàn)略意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種具有低碳、低堿度，耐酸堿，早強(qiáng)快硬，后期強(qiáng)度持續(xù)增長(zhǎng)，提高鋼筋混凝土的安全性和耐久性，大大減少高性能水泥中水泥熟料的摻入比例的高性能水泥及其制備方法。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種高性能水泥，其特征在于，包括以下重量份數(shù)的原料：硫鋁酸鹽水泥熟料40-50 份、礦熱爐粒化渣微粉5-10份、煅燒煤矸石微粉1-3份、早強(qiáng)劑0.1-2份、減水劑0.1-0.5份、引氣劑0.01-0.05份、分散劑0.1-0.5 份，所述減水劑為聚羧酸鹽減水劑。

進(jìn)一步優(yōu)選，所述礦熱爐?；⒎鄣闹苽浞椒閷⒊嗄?、紅土鎳礦和焦粉混合后制成團(tuán)塊送入礦熱爐內(nèi)還原熔煉，經(jīng)預(yù)造渣、熔化、還原，完成渣鐵分離，形成爐渣層，爐渣從渣口放出并經(jīng)水淬或風(fēng)冷粒化，制得礦熱爐粒化渣微粉。

進(jìn)一步優(yōu)選，所述赤泥、紅土鎳礦、焦粉的質(zhì)量配比為40-80:70-100:20-30。

赤泥是鋁土礦提取氧化鋁后所形成的殘?jiān)?，該渣中富含三氧化二鐵、二氧化硅、三氧化二鋁、氧化鈣和氧化鈉等化學(xué)組分。每生產(chǎn)1噸氧化鋁，大約產(chǎn)生0.8-2.0 噸赤泥。目前全世界每年產(chǎn)生赤泥約9000萬(wàn)噸，其中，在中國(guó)有近3000萬(wàn)噸產(chǎn)生。目前全世界只有極少部分的赤泥被綜合利用，絕大部分仍然是送往堆場(chǎng)露天堆存，既占用了大量土地，耗費(fèi)了大量資金，又易使大量廢堿液滲透到附近農(nóng)田，造成土壤堿化、沼澤化，污染地表地下水源，危害環(huán)境和人體健康。

紅土鎳礦是鎳含量為0.7-4.0%，鐵含量為10-50%，鉻含量為0.05-2.0%的礦砂，可將其開發(fā)生產(chǎn)含鎳生鐵用于生產(chǎn)不銹鋼?，F(xiàn)有處理紅土鎳礦工藝中，火法冶煉因具有流程短、工藝成熟等優(yōu)勢(shì)，已成為紅土鎳礦冶煉的主流工藝。從現(xiàn)有文獻(xiàn)看，紅土鎳礦還原熔煉生產(chǎn)鐵鎳合金的生產(chǎn)和研究都是僅以紅土鎳礦為主要原料，配加還原劑、熔劑和少量添加劑來(lái)實(shí)施的，還未見報(bào)道有通過(guò)添加某種固體殘?jiān)鼇?lái)優(yōu)化其生產(chǎn)工藝的研究。

進(jìn)一步優(yōu)選，所述煅燒煤矸石是將煤矸石放置于有通風(fēng)設(shè)施的窯爐中，在1000-1200℃下煅燒12-15個(gè)小時(shí)，經(jīng)過(guò)研磨后所得的產(chǎn)物。

煤矸石已成為我國(guó)排放量最大的工業(yè)固體廢棄物之一。與其他固體廢棄物相比，我國(guó)在煤矸石理論研究和應(yīng)用方面都顯得相當(dāng)薄弱，對(duì)激發(fā)其潛在活性的研究也是如此。煤矸石廢棄物本身的活性較低，往往不能被有效利用，而煤矸石的活性在很大程度上決定著煤矸石制 品的強(qiáng)度和性能，煅燒是激發(fā)煤矸石活性的一種有效手段，旨在利用高溫使煤矸石微觀結(jié)構(gòu)中的各微粒產(chǎn)生劇烈的熱運(yùn)動(dòng)，脫去礦物中的結(jié)合水，鈣、鎂 、鐵等陽(yáng)離子重新選擇填隙位置，致使硅氧四面體和鋁氧三角體不可能充分地聚合成長(zhǎng)鏈，形成大量的自由端的斷裂點(diǎn)。質(zhì)點(diǎn)無(wú)法再按照一定規(guī)律排列，形成處于熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)玻璃相結(jié)構(gòu)，從而使燒成后的煤矸石中含有大量的活性氧化硅和氧化鋁，達(dá)到活化的目的。

進(jìn)一步優(yōu)選，所述早強(qiáng)劑的成分為無(wú)水硫鋁酸鈣、三乙醇胺、甲酸鈣和石膏；無(wú)水硫鋁酸鈣、三乙醇胺、甲酸鈣、石膏的重量比為20-30:5-10:1-2:10-20。

進(jìn)一步優(yōu)選，所述引氣劑是將固含量為40-60%的造紙黑液和甘蔗糖蜜混合，再加入體積濃度為90%的濃硫酸反應(yīng)0.5-1個(gè)小時(shí)得到，造紙黑液、甘蔗糖蜜和濃硫酸的質(zhì)量比為1:1:0.5。

進(jìn)一步優(yōu)選，所述分散劑包括以下重量份數(shù)的原料：丙烯酸40-50份、過(guò)硫酸銨20-30份、尿素10-20 份、硝酸鈣2-6份、聚硅酮0.5-1份。

本發(fā)明高性能水泥的制備方法為：將硫鋁酸鹽水泥熟料、礦熱爐?；⒎?、煅燒煤矸石微粉按所設(shè)定的重量比配料后，一起放入水泥磨機(jī)研磨至比表面積>420m² /kg，再將早強(qiáng)劑、減水劑、引氣劑和分散劑按重量比加入到水泥磨機(jī)中，從水泥磨機(jī)磨頭處出來(lái)的混合物料，用提升機(jī)輸送入成品均化倉(cāng)中，通過(guò)均化倉(cāng)底部產(chǎn)生的空氣均化后即得到高性能水泥。

本發(fā)明突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步是：

1、本發(fā)明采用礦熱爐粒化渣微粉和煅燒煤矸石微粉來(lái)生產(chǎn)水泥，達(dá)到保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源、發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的目的；具有低碳、低堿度，耐酸堿，早強(qiáng)快硬，后期強(qiáng)度持續(xù)增長(zhǎng)，利于提高鋼筋混凝土的安全性和耐久性，可大大減少高性能水泥中水泥熟料的摻入比例，經(jīng)濟(jì)效益顯著，廣泛應(yīng)用于土木建筑、水利、國(guó)防等工程建設(shè)。

2、采用本發(fā)明高性能水泥配制的砂漿漿體結(jié)構(gòu)漿體具有很好的懸浮性、高流動(dòng)性、不分層、不泌水、不離析，砂漿強(qiáng)度高、粘結(jié)強(qiáng)度大，保水性好。水泥的比表面積>420m² /kg，粉磨細(xì)度高，有利于提高水泥的強(qiáng)度。

3、本發(fā)明高性能水泥在早強(qiáng)劑、減水劑、引氣劑和分散劑的共同作用下，能使新拌混凝土的泌水率小，漿體的粘稠性高，漿體對(duì)骨料的包裹和承托的作用強(qiáng)，大大減少粗骨料下沉現(xiàn)象的發(fā)生，使新拌混凝土在施工過(guò)程保持良好的勻質(zhì)性，硬化后力學(xué)性能均衡，可大大減少高性能水泥中水泥熟料的摻入比例。

4、本發(fā)明高性能水泥的生產(chǎn)方法操作簡(jiǎn)便，易于控制質(zhì)量，可以大幅度降低產(chǎn)品成本，改善工作環(huán)境，并能明顯改善水泥的性能，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，具有較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作以下說(shuō)明。

實(shí)施例1

將硫鋁酸鹽水泥熟料40份、礦熱爐?；⒎?份、煅燒煤矸石微粉1份按所設(shè)定的重量比配料后，一起放入水泥磨機(jī)研磨至比表面積>450m² /kg，再將早強(qiáng)劑0.1份、減水劑0.1份、引氣劑0.01份和分散劑0.1份按重量比加入到水泥磨機(jī)中，從水泥磨機(jī)磨頭處出來(lái)的混合物料，用提升機(jī)輸送入成品均化倉(cāng)中，通過(guò)均化倉(cāng)底部產(chǎn)生的空氣均化后即得到高性能水泥。

實(shí)施例2

將硫鋁酸鹽水泥熟料42份、礦熱爐?；⒎?6份、煅燒煤矸石微粉1.5份按所設(shè)定的重量比配料后，一起放入水泥磨機(jī)研磨至比表面積>450m² /kg，再將早強(qiáng)劑0.5份、減水劑0.2份、引氣劑0.02份和分散劑0.1-0.5 份按重量比加入到水泥磨機(jī)中，從水泥磨機(jī)磨頭處出來(lái)的混合物料，用提升機(jī)輸送入成品均化倉(cāng)中，通過(guò)均化倉(cāng)底部產(chǎn)生的空氣均化后即得到高性能水泥。

實(shí)施例3

將硫鋁酸鹽水泥熟料46 份、礦熱爐?；⒎?份、煅燒煤矸石微粉2份按所設(shè)定的重量比配料后，一起放入水泥磨機(jī)研磨至比表面積>450m² /kg，再將早強(qiáng)劑1.0份、減水劑0.3份、引氣劑0.03份和分散劑0.1-0.5 份按重量比加入到水泥磨機(jī)中，從水泥磨機(jī)磨頭處出來(lái)的混合物料，用提升機(jī)輸送入成品均化倉(cāng)中，通過(guò)均化倉(cāng)底部產(chǎn)生的空氣均化后即得到高性能水泥。

實(shí)施例4

將硫鋁酸鹽水泥熟料48 份、礦熱爐粒化渣微粉8份、煅燒煤矸石微粉2.5份按所設(shè)定的重量比配料后，一起放入水泥磨機(jī)研磨至比表面積>450m² /kg，再將早強(qiáng)劑1.5份、減水劑0.4份、引氣劑0.04份和分散劑0.1-0.5 份按重量比加入到水泥磨機(jī)中，從水泥磨機(jī)磨頭處出來(lái)的混合物料，用提升機(jī)輸送入成品均化倉(cāng)中，通過(guò)均化倉(cāng)底部產(chǎn)生的空氣均化后即得到高性能水泥。

實(shí)施例5

將硫鋁酸鹽水泥熟料50 份、礦熱爐粒化渣微粉10份、煅燒煤矸石微粉3份按所設(shè)定的重量比配料后，一起放入水泥磨機(jī)研磨至比表面積>450m² /kg，再將早強(qiáng)劑2份、減水劑00.5份、引氣劑0.05份和分散劑0.5 份按重量比加入到水泥磨機(jī)中，從水泥磨機(jī)磨頭處出來(lái)的混合物料，用提升機(jī)輸送入成品均化倉(cāng)中，通過(guò)均化倉(cāng)底部產(chǎn)生的空氣均化后即得到高性能水泥。

本發(fā)明高性能水泥的主要性能檢測(cè)指標(biāo)：

說(shuō)明本發(fā)明的高性能水泥的流動(dòng)性、抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度等性能指標(biāo)均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。