CN109824283A

CN109824283A - 一种改性混合硅酸盐水泥及其制备方法

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Publication number: CN109824283A
Application number: CN201910234853.4A
Authority: CN
Inventors: 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
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-03-26
Filing date: 2019-03-26
Publication date: 2019-05-31
Anticipated expiration: 2039-03-26
Also published as: CN109824283B

Abstract

本发明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。

Description

一种改性混合硅酸盐水泥及其制备方法

技术领域

本发明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。

背景技术

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NO_x、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。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明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；本发明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。

本发明采取的技术方案是：

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%，所述矿物着色剂包括煤矸石、炭黑和铁红中的一种。

在较佳实施情况下，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。

在较佳实施情况下，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%。

一种改性混合硅酸盐水泥制备方法，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量百分比加入粉磨设备中共同粉磨，通过选粉设备得到要求细度的水泥微粉，采用水泥冷却方法处理，可直接得到不超过60℃不掺改性组分的水泥产品，将其送入成品库；所述水泥微粉细度的控制参数：45μm筛筛余为8%~20%，80μm筛筛余为0.5%~3.0%；

采用分别粉磨方式B，具体操作步骤如下：将熟料、石膏预配粉磨；将粒化高炉矿渣及某种其他废渣预配粉磨；将石灰石、粉煤灰、火山灰质混合材料、其他废渣或非活性混合材料单独粉磨或易磨性相近的原料预配粉磨；通过选粉设备分别得到要求细度的熟料微粉、混合材微粉或复合混合材微粉；所述熟料微粉细度的控制参数：45μm筛筛余为5%~15%，80μm筛筛余为0.5%~2.0%；所述混合材微粉或复合混合材微粉细度的控制参数：45μm筛筛余为0%~10%，80μm筛筛余为0%~1.5%；

步骤三、改性复合：

若采用分别粉磨方式B，将步骤二中得到的熟料微粉、混合材微粉或复合混合材微粉输入二次配料库，与改性组分按质量配比计量后加入混料机进行拌和，对产品均匀性进行检测与控制，得到掺改性组分的产品入成品库；

若采用混合粉磨方式A制备掺改性组分的产品，将步骤二得到的水泥微粉输入二次配料库，与改性组分按质量配比计量后加入混料机进行拌和，对产品均匀性进行检测与控制，得到相应水泥产品入成品库；

所述的活化剂在步骤二或步骤三中加入。

在较佳实施情况下，所述的步骤三中的二次配料，是在传统水泥生产工艺基础上，增设了二次配料工艺设施，对出磨后经冷却的水泥微粉和混合材微粉与改性组分进行配料、拌和均化。

在较佳实施情况下，所述水泥冷却方法采用了联合水泥冷却装置，在入磨熟料上喷少量水或在磨内喷水、磨外淋水的基础上，由大型制冷空气机提供5-15℃的低温压缩空气作为冷却介质，对输送水泥的空气斜槽与离心风机进行改造，对空气斜槽内的水泥直接用冷空气进行冷却，或将螺旋输送铰刀改造安装在水槽上进行外循环水冷却，使水泥温度降低到60℃以下。

在较佳实施情况下，所述的步骤三中产品均匀性检测与控制方法为：采用连续自动取样器采集经混料机拌制后的水泥样品，每1小时测定一次特征值CaO，检测信息反馈到配料控制系统，自动调整熟料与混合材粉配比或增加拌和处理时间，直至特征值CaO达到控制指标范围内；单次测定结果不得超过CaO控制值的2.0%。

在较佳实施情况下，在较佳实施情况下，所述步骤三中产品的细度控制参数：45μm筛筛余为2%~20%，80μm筛筛余为0%~3.0%。

本发明所用原料符合有关规范要求，其中熟料符合GB/T21372要求，活性混合材即粒化高炉矿渣、粒化高炉矿渣粉、粉煤灰、火山灰质混合材料分别符合GB/T203、GB/T18046、GB/T1596、GB/T2847要求；石膏为天然石膏或工业副产品石膏，天然石膏符合GB/T5483中规定的G类或M二级（含）以上石膏，工业副产品石膏应符合GB/T21371要求；纤维素醚、可再分散乳胶粉、复合减水剂分别符合JC/T2190、JC/T2189、GB8076要求；煤矸石符合JG/T315要求，炭黑和铁红分别符合GB/T 7044、GB/T 1863要求。

所述非活性混合材料包括：活性指标分别低于GB/T203、GB/T18046、 GB/T1596、GB/T2847要求的粒化高炉矿渣、粒化高炉矿渣粉、粉煤灰、火山灰质混合材料和砂岩；其他废渣包括：分别符合JC/T418、GB/T6645、YB/T022、JC/T742、YB/T4229、YB/T4320要求的粒化高炉钛矿渣、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。

与现有技术相比，本发明的有益效果及特点为：

（1）本发明改性混合硅酸盐水泥的组分原料组成范围，将来源广泛的石灰石作为改性混合水泥的必备材料，其掺量范围为5%~35%，且允许掺入不超过水泥质量8％的其它废渣；有利于充分利用当地资源，开辟新的混合材料，以及综合利用固体废物替代部分熟料，对促进节能降耗减排利废与提高社会经济效益方面有重要意义；

（2）本发明针对改性混合硅酸盐水泥不同等级类型，研究了专门的系列改性组分；其改性组分具有助磨、激发、保水、引气、缓凝或快凝、后期强度不倒缩等功能，通过专门的生产装置复配制备；可提高混凝土及砂浆各项性能；改性组分通过物理与化学激发熟料及混合材的活性，可提高水泥3d、7d、28d强度，从而有效减少熟料用量，有利于拓宽混合材资源；纤维素醚具有悬浮稳定性，较易形成高粘度溶液的特点，从而提高砂浆用水泥的保水性与和易性；可再分散乳胶粉能改善水泥净浆流动性、可适当延长初凝，终凝却不一定延长，同时适当增加保水性，从而增加砂浆的粘结力，便于施工；复合减水剂可减少配制混凝土用水量，提高强度，减少开裂，是配制泵送或高等级混凝土的必要材料；活化剂具有激活水泥中铁铝酸盐矿物活性及促进硅酸盐矿物水化的作用。在制备水泥时掺入矿物着色剂，以改善和调配水泥混凝土颜色；

（3）本发明将混凝土所用全部或部分外加剂转移到水泥生产过程中添加，拌制混凝土及砂浆时可不掺加外加剂或仅掺加部分改性组分；本发明制备的32.5（含）以下等级改性混合硅酸盐水泥在配制C15～C35混凝土及砂浆时不需掺加掺合料，所需胶凝材料全部由水泥生产企业专业化加工制备；可以明显改善胶凝材料体系的匀质性及微级配，和混凝土工作性、体积稳定性及耐久性；并且可简化施工作业，提高了工效，具有良好的应用前景；

（4）本发明针对传统水泥生产工艺流程存在的问题，如普遍采用大型储存库，数量少，且绝大多数企业混合材及半成品微粉库等基本没有配置，相应配料、计量等设施设备也极少考虑掺加外加剂的工艺条件或有关工艺条件极不完善；因此，目前水泥企业很难制备掺加外加剂的水泥产品。本发明优化了传统的分别粉磨制备方法，增设并改进了二次配料拌和及均化系统，满足配制差异化、多类型产品及定制改性水泥产品的工艺条件，提高了产品适应性；

（5）本发明采用了联合水泥冷却装置，可控制出厂水泥温度不超过60℃，不会破坏改性组分的分子结构和功能，有利于掺入改性组分，改善了水泥与改性组分的相容性；且可以缩短水泥存放时间、节约存储空间和场地，提高生产效率和资产利用率；

（6）本发明二次配料拌和与均化过程中，还可采用专门的自动控制系统，对产品进行均匀性检测与控制，岀厂水泥均匀性系数（CaO特征值标准偏差）较传统方法提高20%；

（7）制备过程中，各原料入库(磨)前采取平铺竖切及搭配使用的预均化措施，依据要求的产品性能和改性组分特性功能、熟料质量、混合材性质, 以及各组分或预配微粉比表面积、细度、级配、形貌及CaO特征值，优化配比技术方案，及时调整实际配比和控制参数，以充分发挥各组分优化复合及叠加效果。

附图说明

图1为改性混合硅酸盐水泥的制备工艺流程示意图。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本实施例中选粉设备为打散分级机和选粉机，粉磨设备包括辊压机、球磨机，其中辊压机作为预粉磨设备。

在本实施例中，是依据42.5、32.5、27.5、22.5四个强度等级来举例说明的。

实施例1：

一种42.5改性混合硅酸盐水泥，各组分原料配比分别为：熟料78.5%、石膏6.0%、石灰石5.0%、粒化高炉矿渣7.48%、活化剂0.02%和矿物着色剂（煤矸石）3.0%。活化剂使用2，5-二羟乙基哌嗪母液，组分材料符合有关标准及前述要求。

所述42.5改性混合硅酸盐水泥的制备方法，具体步骤如下：

步骤一，选择上述原料，采取平铺竖切及搭配使用的预均化措施分别入熟料库、石膏库、不同种类混合材多个库储存，活化剂使用储罐储存，备用；

步骤二，采用混合粉磨方式A，将熟料、石膏、石灰石、粒化高炉矿渣、活化剂、煤矸石配料计量后，加入粉磨设备中共同粉磨，通过选粉设备得到要求细度的水泥微粉，将这种温度较高的水泥微粉入库进行均化、冷却处理，得到成品。

水泥细度控制参数：45μm筛筛余为10.0%-20.0%，80μm筛筛余为1.5%-3.0%，比表面积为300-330 m²/kg。

实施例2：

一种32.5改性混合硅酸盐水泥，各组分原料配比为：熟料55.0%、石膏5.0%、石灰石10.0%、粒化高炉矿渣5.48%、粉煤灰10.5%、火山灰质混合材料9.0%、煤矸石（矿物着色剂）3.0%、活化剂0.02%和复合减水剂2.0%。活化剂使用2，5-二羟乙基哌嗪母液，复合减水剂使用聚羧酸盐粉剂，组分原料符合有关标准及前述要求。

所述32.5改性混合硅酸盐水泥的制备方法，具体步骤如下：

步骤一，选择上述原料，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、不同种类混合材多个库，改性组分与活化剂使用储罐分别储存，备用；

步骤二，采用混合粉磨方式A，将熟料、石膏、石灰石、粒化高炉矿渣、粉煤灰、火山灰质混合材料、煤矸石、活化剂配料计量后，加入粉磨设备中共同粉磨，通过选粉设备得到要求细度的水泥微粉；

步骤三，按设计配方，将复合减水剂和步骤二中输入二次配料库的水泥微粉经配料计量后加入混料机中，在温度不超过60℃的情况下拌和处理，得到成品；

水泥细度控制参数：45μm筛筛余10.0%~20.0%，80μm筛筛余1.5%~2.5%，比表面积310~340 m²/kg。

实施例3：

一种32.5改性混合硅酸盐水泥，各组分原料配比分别为：熟料55.0%、石膏5.0%、石灰石10.0%、粒化高炉矿渣5.5%、粉煤灰9.3%、炉渣（火山灰质混合材料）8.0%、炭黑（矿物着色剂）3.0%、活化剂0.10%、纤维素醚0.1%和可再分散乳胶粉4.0%。使用的活化剂由2，5-二羟乙基哌嗪母液与四羟基乙基乙二胺复配而成，纤维素醚使用羟丙基甲基纤维素醚，可再分散乳胶粉使用乙烯-醋酸乙烯共聚物。组分原料符合有关标准及前述要求。

所述32.5改性混合硅酸盐水泥的制备方法，具体步骤如下：

步骤二，采取分别粉磨方式B，将熟料、石膏组成一组预配；将石灰石、粒化高炉矿渣、粉煤灰、炉渣、炭黑组成一组预配，经配料计量后加入粉磨设备中粉磨，通过选粉设备将粉磨物料中达到所需细度的微粉分离出来，得到有一定温度的熟料微粉和复合混合材微粉；

熟料微粉细度控制参数：45μm筛筛余5.0%~15.0%，80μm筛筛余0.5%~2.0%，比表面积320~380 m²/kg；复合混合材微粉细度控制参数：45μm筛筛余3.0%~10.0%，80μm筛筛余0%~1.5%，比表面积380~480 m²/kg；

步骤三，按设计配方，根据各组分及熟料微粉、复合混合材微粉、比表面积和特征值CaO调整生产控制参数，将纤维素醚、可再分散乳胶粉、活化剂和步骤二中所得两类微粉经二次配料计量后加入混料机中，在温度不超过60℃的情况下拌和处理，得到成品；

水泥细度控制参数：45μm筛筛余3.0%~15.0%，80μm筛筛余0.5%~2.5%。

实施例4：

一种27.5改性混合硅酸盐水泥，各组分原料配比分别为：熟料35.0%、石膏5.5%、石灰石18.0%、粒化高炉矿渣7.35%、粉煤灰14.0%、炉渣（火山灰质混合材料）10.0%、砂岩（非活性混合材）8.0%、活化剂0.15%、复合减水剂2.0%。使用的活化剂由2，5-二羟乙基哌嗪母液与四羟基乙基乙二胺复配而成，复合减水剂使用萘系减水剂（粉剂）。组分原料符合有关标准及前述要求。

所述27.5改性水泥的制备方法，具体步骤如下：

步骤一，选择上述原料，采取平铺竖切及搭配使用的预均化措施分别入熟料库、石膏库、不同种类混合材多个库储存，活化剂与改性组分使用储罐分别储存，备用；

步骤二，采取分别粉磨方式B，将熟料、石膏组成一组预配，将石灰石、粒化高炉矿渣、粉煤灰、炉渣、砂岩组成一组预配，各自按质量百分比配料后加入粉磨设备中粉磨，通过选粉设备将粉磨物料中达到所需细度的微粉分离出来，得到有一定温度的熟料微粉和复合混合材微粉；

步骤三，按设计配方，将复合减水剂、活化剂和步骤二中所得两类微粉经二次配料计量后加入混料机中，根据各组分及熟料微粉、复合混合材微粉、比表面积和特征值CaO调整生产控制参数，在温度不超过60℃的情况下拌和处理，得到成品；

水泥细度控制参数：45μm筛筛余2.0%~10.0%，80μm筛筛余0.5%~2.5%，比表面积370~440m²/kg。

实施例5：

一种27.5改性混合硅酸盐水泥，各组分原料配比分别为：熟料45.0%、石膏5.5%、石灰石14.0%、粉煤灰15.0%、炉渣（火山灰质混合材料）9.0%、粒化高炉磷渣（非活性混合材）8.0%、矿物着色剂（煤矸石）3.0%、活化剂0.15%、纤维素醚0.35%。使用的活化剂由2，5-二羟乙基哌嗪母液与四羟基乙基乙二胺复配而成，纤维素醚使用羟丙基甲基纤维素醚，组分原料符合有关标准及前述要求。

所述27.5改性混合水泥的制备方法，具体步骤如下：

步骤二，采取分别粉磨方式B，将熟料、石膏、活化剂组成一组预配，将石灰石、粒化高炉磷渣、粉煤灰、炉渣、煤矸石、活化剂组成一组预配，各自按质量百分比配料后加入粉磨设备中粉磨，通过选粉设备将粉磨物料中达到所需细度的微粉分离出来，得到有一定温度的熟料微粉及复合混合材微粉。

熟料微粉细度控制参数：45μm筛筛余5.0%~15.0%，80μm筛筛余0.5%~2.0%，比表面积320~380 m²/kg；复合混合材微粉细度控制参数：45μm筛筛余0%~10.0%，80μm筛筛余0%~1.5%，比表面积380~480 m²/kg。

步骤三，按设计配方，将纤维素醚和步骤二中所得两类微粉经二次配料计量后加入混料机中，在温度不超过60℃的情况下拌和处理，根据各组分及熟料微粉、复合混合材微粉、比表面积和特征值CaO调整生产控制参数，得到成品。

水泥细度控制参数：45μm筛筛余2.0%~15.0%，80μm筛筛余0%~1.5%，比表面积360~430 m²/kg。

实施例6：

一种22.5改性混合硅酸盐水泥，各组分原料配比分别为：熟料25.0%、石膏5.0%、石灰石35.0%、粒化高炉矿渣12.0%、粉煤灰7.98%、矿物着色剂（铁红）3.0%、其他废渣（采矿废石）8.0%，活化剂0.02 %、可再分散乳胶粉4.0%。活化剂使用2，5-羟乙基哌嗪母液，可再分散乳胶粉使用乙烯-醋酸乙烯共聚物。组分原料符合有关标准及前述要求。

所述22.5改性混合水泥的制备方法，具体步骤如下：

步骤二，采取分别粉磨方式B，将熟料、石膏、活化剂组成一组预配，将石灰石、粒化高炉矿渣、铁红、采矿废石、活化剂组成一组预配，各自按质量百分比配料后加入粉磨设备中粉磨，通过选粉设备将粉磨物料中达到所需细度的微粉分离出来，得到有一定温度的熟料微粉或复合混合材微粉。

熟料微粉细度控制参数：45μm筛筛余5.0%~15.0%，80μm筛筛余0.5%~2.5%，比表面积320~380 m²/kg；复合混合材微粉细度控制参数：45μm筛筛余0%~10.0%，80μm筛筛余0%~1.5%，比表面积380~480 m²/kg。

步骤三，按设计配方，根据各组分及熟料微粉、复合混合材微粉、比表面积和特征值CaO调整生产控制参数，将可再分散乳胶粉与步骤二中所得两类微粉经二次配料计量后加入混料机中，在温度不超过60℃的情况下拌和处理，得到成品。

水泥细度控制参数：45μm筛筛余2.0%~10.0%，80μm筛筛余0%~2.0%，比表面积380~440 m²/kg。

分别对上述实例中的42.5、32.5、27.5、22.5改性混合硅酸盐水泥进行化学和物理性能测试，测试结果见表1～4。

表1. 42.5改性混合硅酸盐水泥

表2 .32.5 改性混合硅酸盐水泥

表3 .27.5改性混合硅酸盐水泥

表4. 22.5改性混合硅酸盐水泥

本发明技术经十二家水泥厂应用，反应良好；如某企业生产的的32.5改性混合硅酸盐水泥经检测达到以下技术指标：早强矿物C₃A低、C₃S适中、水化热低（3d≤230kj/kg，7d≤300kj/kg）、早期强度适中、中期（60d、90d、180d)抗压≥1.2倍标号。用其配制的混凝土早期抗裂性指标满足LⅢ级以上，即C＜700mm²/m²，对防止混凝土开裂和改善混凝土工作性、耐久性等性能有显著效果。

表5.M5~M10砂浆以及C15~C35混凝土配合比举例

表6.部分砂浆性能kg/m³

表7.部分混凝土的性能

表7中T为倒筒排空时间，C为单位面积上的总开裂面积，从表7中可以看出，表7中的性能优于现有水泥配制的混凝土性能。

本发明研究了专门的系列改性组分，生产的改性混合硅酸盐水泥具有良好适应性，可大幅减少熟料用量，且有利于选用混合材资源；配制混凝土及砂浆时可不掺外加剂或仅掺相应的改性组分；其中32.5（含）以下等级改性混合硅酸盐水泥用于配制混凝土及砂浆时可不需掺加掺合料；极有利于改善凝材料体系的匀质性，提高了混凝土耐久性、工作性等性能，且可调配混凝土或砂浆颜色，对简化施工作业与提高施工效率也有较大作用。

本发明针对传统的水泥生产技术存在的问题，优化了传统的分别粉磨制备方法，增设并改进了二次配料拌和与及均化系统，采用了专用水泥冷却方法与相应装置；采用专门的自动控制系统，对产品进行均匀性检测与控制，岀厂水泥均匀性系数较传统方法提高20%；具备了相应工艺条件，可方便配制差异化、多品种及掺改性组分的水泥产品。实施方案注重结合产业实际状况，投资小，便于推广应用，可操作性强，综合技术方案有重大创新。

上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员理解和使用本发明。同样地，粉磨站和配制站（厂）可以使用本专利技术，直接购买商品水泥，可省略冷却工艺制造本专利涵盖的改性混合水泥及砂浆专用水泥。熟悉本领域的技术人员可以容易地对这些实施例做出各种修改，并将在此说明的一般原理应用到其他实施例中，而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例。本领域技术人员根据本发明的原理，不脱离本发明的范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims

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：

步骤三、改性复合：

所述的活化剂在步骤二或步骤三中加入。

8.根据权利要求7所述的一种改性混合硅酸盐水泥制备方法，其特征在于，所述的步骤三中的二次配料，是在传统水泥生产工艺基础上，增设了二次配料工艺设施，对出磨后经冷却的水泥微粉和混合材微粉与改性组分进行配料、拌和均化。

9.根据权利要求7所述的一种改性混合硅酸盐水泥制备方法，其特征在于，所述水泥冷却方法采用了联合水泥冷却装置，在入磨熟料上喷少量水或在磨内喷水、磨外淋水的基础上，由大型制冷空气机提供5-15℃的低温压缩空气作为冷却介质，对输送水泥的空气斜槽与离心风机进行改造，对空气斜槽内的水泥直接用冷空气进行冷却，或将螺旋输送铰刀改造安装在水槽上进行外循环水冷却，使水泥温度降低到60℃以下。

10.根据权利要求7所述的一种改性混合硅酸盐水泥制备方法，其特征在于，所述的步骤三中产品均匀性检测与控制方法为：采用连续自动取样器采集经混料机拌制后的水泥样品，每1小时测定一次特征值CaO，检测信息反馈到配料控制系统，自动调整熟料与混合材粉配比或增加拌和处理时间，直至特征值CaO达到控制指标范围内；单次测定结果不得超过CaO控制值的2.0%。