一种改性混合硅酸盐水泥及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种改性混合硅酸盐水泥及其制备方法。其组分除硅酸盐水泥熟料、石膏、石灰石和活化剂外，还包括粒化高炉矿渣、粉煤灰、火山灰质混合材料等中的一种或多种，以及其它废渣和改性组分。本发明专利技术涉及水泥、混凝土生产技术和固体废物综合利用领域，针对现有生产工艺条件限制和水泥温度较高等问题，导致混凝土所用外加剂难以在水泥生产中添加；本发明专利技术采用了联合冷却装置，可控制水泥温度不超过60℃，避免破坏改性组分的结构和效果；增设并优化了二次配料、均化及自动控制系统，满足配制多品种及掺加改性组分产品等工艺条件。本发明专利技术可改善混凝土及砂浆匀质性、工作性、耐久性、颜色等性能，且简化了施工作业，具有广阔的应用前景。

A Modified Mixed Portland Cement and Its Preparation Method

The invention discloses a modified mixed Portland cement and a preparation method thereof. In addition to Portland cement clinker, gypsum, limestone and activator, it also includes one or more kinds of granulated blast furnace slag, fly ash, pozzolanic mixed materials, and other waste slag and modification components. The invention relates to the field of cement, concrete production technology and comprehensive utilization of solid waste, aiming at the problems of limited production process conditions and high cement temperature, which make it difficult to add admixtures for concrete in cement production; the invention adopts a combined cooling device, which can control cement temperature not exceeding 60 degrees, and avoid destroying the structure and effect of modified components; and the addition and optimization are carried out. Secondary batching, homogenization and automatic control system were changed to meet the technological conditions of preparing multi-varieties and products with modified components. The invention can improve the homogeneity, workability, durability, color and other properties of concrete and mortar, simplify construction operation, and has broad application prospects.

【技术实现步骤摘要】
一种改性混合硅酸盐水泥及其制备方法
本专利技术涉及水泥及混凝土生产技术和固体废物综合利用领域，具体涉及一种改性混合硅酸盐水泥及其制备方法。
技术介绍
水泥只能作为胶凝材料与砂石、外加剂配制混凝土及砂浆。现代混凝土以高效外加剂及大掺量掺和料的普遍使用为特征，其应用与发展是近三十年来水泥混凝土工业技术进步最突出的成就或标志。国际能源机构（IEA）和水泥工业可持续发展促进委员会（CSI）等拟定的《2050世界水泥工业发展技术路线图》中，提出了水泥发展最重要的方向是由生产普通波特兰水泥（OPC）转向生产混合水泥，其重点是研究采用具有水硬性或胶凝性潜质的各种工业废料，生产混合水泥，用混合材替代部分熟料。因此，增加混合水泥产量及其所占比例是发展趋势。水泥工业属资源型、高能耗和高排放产业，CO2、颗粒物排放约各占全社会排放总量12%，其NOx、SO2、汞也是三大排放源，面临的减排形势与压力非常严峻。因此，提高混凝土耐久性和节能减排、开发替代水泥熟料等相关技术的研究显得非常迫切。目前国内混凝土早期开裂及耐久性问题非常突岀，造成了巨大的经济损失。高性能水泥及混凝土是以优异的耐久性作为主要特征或设计目标，而不是强度。目前，混凝土开裂是影响混凝土耐久性的关键性因素，而造成混凝土结构普遍开裂的主要原因是：使用早强、高强、超细及熟料中早强矿物成分C3A、C3S高的普通水泥，以及混凝土质量匀质性差。其导致砼（混凝土）工程质量问题及纠纷愈发频繁和严重。高效外加剂及大掺量掺和料已成为配制高性能混凝土必不可缺的重要组分，不仅仅是降低成本和综合利用固废的环保意义,还极大地提升了混凝土的技术性能；如改善混凝土的耐久性、和易性、粘聚性和保水性；降低混凝土水化温度；增进后期强度；改善混凝土内部结构，提高密实度和抗腐蚀能力等。掺两种(含)以上混合材有利于改善颗粒级配、形貌和互补效应，有利于拓宽混合材种类和使用范围，有利于混凝土的应用。研究采用具有不同特性的各种混合材（掺合料）和外加剂，替代部分熟料，对推动水泥混凝土绿色发展有重大意义。目前国内新型干法水泥生产工艺占98％以上，普遍采用大型储存库，数量少，且绝大多数企业基本没有配置混合材(含复合)微粉等储存与配料库,相应二次配料、计量等设备设施也极少考虑掺加外加剂的工艺条件或极不完善；加上出磨水泥温度高达100-120℃，从出磨到使用现场，水泥处于密封的储存及输送设备设施中，细粉物料中热量不能及时散发，且从出磨到使用间隔时间短。由于水泥温度较高时，掺入的外加剂（即改性组分）遇高温会改变分子结构，严重影响外加剂功能及其与水泥的相容性、使用效果，以及混凝土耐久性、体积稳定性、施工等性能。由于目前水泥企业生产工艺条件限制和水泥温度较高等问题，导致混凝土所用全部或部分外加剂难以在水泥生产中添加，很难制备多品种及掺加外加剂的水泥产品。因此，很有必要优化传统的粉磨制备方法，增设二次配料拌和、均化系统，采用联合水泥冷却方法，控制水泥温度，以满足配制差异化、多类型的改性水泥产品的工艺条件。C30混凝土中胶凝材料其熟料组分约占一半或略低于50%，国内配制混凝土及砂浆的胶凝材料中混合材组分由二部分构成或掺入，即水泥岀厂前作为混合材与熟料混合粉磨时或分别粉磨后在水泥配制时掺加一部分，在搅拌站配制混凝土时再掺入一部分。国内42.5水泥其混合材平均掺量约17%，用其配制每立方C30砼时，一般掺加150kg左右矿粉、粉煤灰、石灰石粉或复合掺合料，以到达改善砼施工性能和耐久性，降低成本的等目的。据统计C15～C30强度等级混凝土约占所有混凝土的75%以上，32.5等级水泥更适宜配制此强度等级范围的混凝土。砼搅拌站掺加掺合料有很多弊端，最突岀的问题是难以用现行工艺搅拌均匀，严重影响胶凝材料体系匀质性和混凝土稳定性。现今掺入混合材和外加剂的拌和物需要搅拌120秒以上，才可能搅拌均匀，而目前搅拌站的搅拌时间基本上只有30秒左右。石膏对混合材及水泥熟料有调节凝结时间和激发混合材活性的作用，砼搅拌站在水泥中掺入掺合料微粉，就会稀释水泥中的石膏含量，又不可能对石膏掺量再优化，因而影响需水性、凝结时间、与外加剂的相容性，也影响强度和开裂敏感性。石膏及其掺量的优化选择不仅要考虑凝结时间，而且要考虑体积稳定、需水性质、强度的发展以及与外加剂相容性。由于混凝土搅拌站难以针对水泥品质及其变化及时调整外加剂、混合材种类与掺量，因而，很难从根本上解决水泥与外加剂的相容性问题。加上现行体制方面问题，如水泥和混凝土一直分属于两个行业，存在严重的隔离现象，两产业之间的矛盾、问题日益凸显，也是影响工程质量的原因，并导致能源、资源的浪费。混凝土及砂浆是多元材料组分，其主要性能取决于组分的均化程度。混凝土绿色制造技术的重点是均化，在混凝土设计正确的前提下，性能质量的改善取决于微观结构均化，微观结构的改善取决于组分分布均匀，组分分布的改善取决于原料预均化和混合过程均化措施。与搅拌站相比，水泥厂工艺条件及拌和、空气搅拌、倒库等均化设施更完备，有关生产控制条件及管理体系也更完善，有利于组分及水泥细度、颗粒级配控制，可确保配比及质量更均匀稳定。且可采用混合粉磨或分别粉磨方式，以取得更好的均化及优化复合效果，质量及稳定性更有保障。按照工程质量及要求，依据熟料质量及矿物组成、原材料品位、有害成分及各组分细度、颗粒级配，及时调整各类混合材、熟料、外加剂、石膏配比。因此，混凝土及砂浆中所有胶凝材料更适宜在水泥厂制备。为适应工程质量要求和市场需求，研究开发改性混合硅酸盐水泥，以满足预拌砼、各类砂浆及城镇农村大量现场搅拌混凝土的需要。若在国内水泥、混凝土行业推广应用，对提高工程质量尤其耐久性以及节能降耗减排利废等方面，有很大现实意义和社会经济效益。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种改性混合硅酸盐水泥，分为42.5、32.5、27.5、22.5四个强度等级；本专利技术还提供了一种改性混合硅酸盐水泥的制备方法，该方法原料来源广泛。本专利技术采取的技术方案是：一种改性混合硅酸盐水泥，其组分除硅酸盐水泥熟料、石膏、石灰石、活化剂外，还包括粒化高炉矿渣、粒化高炉矿渣粉、火山灰质混合材料、粉煤灰在内的活性或非活性混合材料中的一种或多种，以及其它废渣、改性组分和矿物着色剂；按水泥质量计：石灰石、活化剂分别占5.0%~35.0%、0.02%~0.15%，掺入的其它废渣和改性组分分别不超过8.0%、6.35%。在较佳实施情况下，所述活化剂由2，5-二羟乙基哌嗪可与三乙醇胺、二乙醇单异丙醇胺、单乙醇二异丙醇胺、四羟基乙基乙二胺、三异丙醇胺中一种或多种复配而成。在较佳实施情况下，所述改性组分由纤维素醚、可再分散乳胶粉、复合减水剂中的一种或多种混合组成；所述纤维素醚为羟丙基甲基纤维素、甲基纤维素醚、羟乙基纤维素醚、羟乙基甲基纤维素醚中的一种或多种；所述可再分散乳胶粉为醋酸乙烯-乙烯共聚乳胶粉、醋酸乙烯酯-高级脂肪酸乙烯酯共聚乳胶粉、丙烯酸酯类、苯乙烯-丁二烯共聚物、瓦克胶粉中的一种或多种；所述复合减水剂为聚羧酸盐减水剂、萘系减水剂、蜜胺系减水剂、木质素减水剂中的一种与葡萄糖酸钠或柠檬酸复合而成。在较佳实施情况下，按水泥质量计：向产品中掺加矿物着色剂1.5%~3.0%，所述矿物着本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改性混合硅酸盐水泥，其组分除硅酸盐水泥熟料、石膏、石灰石、活化剂外，还包括粒化高炉矿渣、粒化高炉矿渣粉、火山灰质混合材料、粉煤灰在内的活性或非活性混合材料中的一种或多种，以及其它废渣、改性组分和矿物着色剂；其特征在于，按水泥质量计：石灰石、活化剂分别占5.0%~35.0%、0.02%~0.15%，掺入的其它废渣和改性组分分别不超过8.0%、6.35%。

【技术特征摘要】
1.一种改性混合硅酸盐水泥，其组分除硅酸盐水泥熟料、石膏、石灰石、活化剂外，还包括粒化高炉矿渣、粒化高炉矿渣粉、火山灰质混合材料、粉煤灰在内的活性或非活性混合材料中的一种或多种，以及其它废渣、改性组分和矿物着色剂；其特征在于，按水泥质量计：石灰石、活化剂分别占5.0%~35.0%、0.02%~0.15%，掺入的其它废渣和改性组分分别不超过8.0%、6.35%。2.根据权利要求1所述的一种改性混合硅酸盐水泥，其特征在于，所述活化剂由2，5-二羟乙基哌嗪可与三乙醇胺、二乙醇单异丙醇胺、单乙醇二异丙醇胺、四羟基乙基乙二胺、三异丙醇胺中一种或多种复配而成。3.根据权利要求1所述的一种改性混合硅酸盐水泥，其特征在于，所述改性组分由纤维素醚、可再分散乳胶粉、复合减水剂中的一种或多种混合组成；所述纤维素醚为羟丙基甲基纤维素、甲基纤维素醚、羟乙基纤维素醚、羟乙基甲基纤维素醚中的一种或多种；所述可再分散乳胶粉为醋酸乙烯-乙烯共聚乳胶粉、醋酸乙烯酯-高级脂肪酸乙烯酯共聚乳胶粉、丙烯酸酯类、苯乙烯-丁二烯共聚物、瓦克胶粉中的一种或多种；所述复合减水剂为聚羧酸盐减水剂、萘系减水剂、蜜胺系减水剂、木质素减水剂中的一种与葡萄糖酸钠或柠檬酸复合而成。4.根据权利要求1所述的一种改性混合硅酸盐水泥，其特征在于，按水泥质量计：向产品中掺加矿物着色剂1.5%~3.0%，所述矿物着色剂包括煤矸石、炭黑和铁红中的一种。5.根据权利要求1所述的一种改性混合硅酸盐水泥，其特征在于，所述其它废渣包括粒化高炉钛矿渣、粒化电炉磷渣、钢渣、窑灰、硅锰渣、锂渣，以及使用条件符合国家相关安全、环保、卫生要求的废弃混凝土、碎屑、尾矿、废石类固体废物。6.根据权利要求1所述的一种改性混合硅酸盐水泥，其特征在于，所述硅酸盐水泥熟料中硅酸三钙含量＞50%，硅酸盐矿物总量≥70%，铝酸三钙≤8%；所述石灰石中三氧化铝含量≤2.5%，碳酸钙含量＞75%。7.根据权利要求1-6任一所述的一种改性混合硅酸盐水泥制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、原料准备：选择上述熟料、石膏、石灰石、粒化高炉矿渣、粉煤灰、火山灰质混合材、矿物着色剂、其他废渣、非活性混合材料，采取平铺竖切及搭配使用的预均化措施分别放入熟料库、石膏库、混合材库，活化剂及改性组分使用储罐分别储存，备用；步骤二、原料粉磨：可以采用两种方式：混合粉磨方式A或分别粉磨方式B；采用混合粉磨方式A，具体操作步骤如下：将所述步骤一中的各组分原料按质...

【专利技术属性】
技术研发人员：程菲，冷发光，丁美荣，周永祥，黄忠卫，宋笑，王立新，王祖琦，王紫娴，黄维瑶，
申请(专利权)人：程菲，王紫娴，
类型：发明
国别省市：北京,11