本发明属于建筑材料技术领域，特别是涉及一种高性能水泥及其制备方法。
背景技术：
水泥是一种加水搅拌后成浆体，能在空气中硬化或者在水中更好的硬化，并能把砂、石等材料牢固地胶结在一起的无机凝胶材料。长期以来，水泥作为一种重要的胶凝材料，广泛应用于土木建筑、水利、国防等工程。随着我国经济的增长，国家增加基础设施的建设及房地产的发展，水泥的需求量越来越大，2011年我国水泥的产量约为21亿吨，产量居世界各国之首。我国是水泥生产大国，而非水泥生产强国。因为水泥生产中能源、资源消耗高，并且产生大量的二氧化碳废弃，不利于环境的保护。基础设施和房地产的建设，也带动了采矿和冶金行业的发展，这些行业在生产过程中产生了大量的矿渣，大量的矿渣带来了许多问题， 如处理矿渣占用大量的土地，矿渣被水冲洗后产生环境污染问题。传统的水泥的原料是石灰石、石膏、粘土和铁矿粉，长期的开采，各种原料的储量不断下降，制约了水泥行业的可持续发展。为了处理采矿、冶金行业产生的各种矿渣及寻找水泥可以持续发展的原料，人们研制出了采用矿渣为部分原料生产的水泥。 但由于传统的水泥生产工艺的限制，矿渣的掺量比较少，加入太多会影响水泥的质量。
用红土镍矿生产镍铁大都采用矿热炉还原熔炼，炉渣量可以占到原料的8O-90， 数 量巨大。由于这种炉渣不会对环境造成化学污染，在国际上主要用于在沿海地区填海造地。如果工厂深处内陆，其大量堆存将占用越来越多的土地，日益成为阻碍工厂发展和镍铁新工艺推广应用的主要问题。中国每年产生铁合金渣约1000万吨，并且每年还以约800万吨的速度继续增加，镍铁合金矿热炉渣在铁合金渣中占有相当大的比重。因此，尽早寻求经济合理的技术途径，正确处置和综合利用镍铁合金矿热炉渣，对保持镍行业的持续健康发展和新技术的推广应用具有重要的战略意义。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种具有低碳、低碱度，耐酸碱，早强快硬，后期强度持续增长，提高钢筋混凝土的安全性和耐久性，大大减少高性能水泥中水泥熟料的掺入比例的高性能水泥及其制备方法。
本发明是这样实现的：
一种高性能水泥，其特征在于，包括以下重量份数的原料：硫铝酸盐水泥熟料40-50 份、矿热炉粒化渣微粉5-10份、煅烧煤矸石微粉1-3份、早强剂0.1-2份、减水剂0.1-0.5份、引气剂0.01-0.05份、分散剂0.1-0.5 份，所述减水剂为聚羧酸盐减水剂。
进一步优选，所述矿热炉粒化渣微粉的制备方法为将赤泥、红土镍矿和焦粉混合后制成团块送入矿热炉内还原熔炼，经预造渣、熔化、还原，完成渣铁分离，形成炉渣层，炉渣从渣口放出并经水淬或风冷粒化，制得矿热炉粒化渣微粉。
进一步优选，所述赤泥、红土镍矿、焦粉的质量配比为40-80:70-100:20-30。
赤泥是铝土矿提取氧化铝后所形成的残渣，该渣中富含三氧化二铁、二氧化硅、三氧化二铝、氧化钙和氧化钠等化学组分。每生产1吨氧化铝，大约产生0.8-2.0 吨赤泥。目前全世界每年产生赤泥约9000万吨，其中，在中国有近3000万吨产生。目前全世界只有极少部分的赤泥被综合利用，绝大部分仍然是送往堆场露天堆存，既占用了大量土地，耗费了大量资金，又易使大量废碱液渗透到附近农田，造成土壤碱化、沼泽化，污染地表地下水源，危害环境和人体健康。
红土镍矿是镍含量为0.7-4.0%，铁含量为10-50%，铬含量为0.05-2.0%的矿砂，可将其开发生产含镍生铁用于生产不锈钢。现有处理红土镍矿工艺中，火法冶炼因具有流程短、工艺成熟等优势，已成为红土镍矿冶炼的主流工艺。从现有文献看，红土镍矿还原熔炼生产铁镍合金的生产和研究都是仅以红土镍矿为主要原料，配加还原剂、熔剂和少量添加剂来实施的，还未见报道有通过添加某种固体残渣来优化其生产工艺的研究。
进一步优选，所述煅烧煤矸石是将煤矸石放置于有通风设施的窑炉中，在1000-1200℃下煅烧12-15个小时，经过研磨后所得的产物。
煤矸石已成为我国排放量最大的工业固体废弃物之一。与其他固体废弃物相比，我国在煤矸石理论研究和应用方面都显得相当薄弱，对激发其潜在活性的研究也是如此。煤矸石废弃物本身的活性较低，往往不能被有效利用，而煤矸石的活性在很大程度上决定着煤矸石制 品的强度和性能，煅烧是激发煤矸石活性的一种有效手段，旨在利用高温使煤矸石微观结构中的各微粒产生剧烈的热运动，脱去矿物中的结合水，钙、镁 、铁等阳离子重新选择填隙位置，致使硅氧四面体和铝氧三角体不可能充分地聚合成长链，形成大量的自由端的断裂点。质点无法再按照一定规律排列，形成处于热力学不稳定状态玻璃相结构，从而使烧成后的煤矸石中含有大量的活性氧化硅和氧化铝，达到活化的目的。
进一步优选，所述早强剂的成分为无水硫铝酸钙、三乙醇胺、甲酸钙和石膏；无水硫铝酸钙、三乙醇胺、甲酸钙、石膏的重量比为20-30:5-10:1-2:10-20。
进一步优选，所述引气剂是将固含量为40-60%的造纸黑液和甘蔗糖蜜混合，再加入体积浓度为90%的浓硫酸反应0.5-1个小时得到，造纸黑液、甘蔗糖蜜和浓硫酸的质量比为1:1:0.5。
进一步优选，所述分散剂包括以下重量份数的原料：丙烯酸40-50份、过硫酸铵20-30份、尿素10-20 份、硝酸钙2-6份、聚硅酮0.5-1份。
本发明高性能水泥的制备方法为：将硫铝酸盐水泥熟料、矿热炉粒化渣微粉、煅烧煤矸石微粉按所设定的重量比配料后，一起放入水泥磨机研磨至比表面积>420m2 /kg，再将早强剂、减水剂、引气剂和分散剂按重量比加入到水泥磨机中，从水泥磨机磨头处出来的混合物料，用提升机输送入成品均化仓中，通过均化仓底部产生的空气均化后即得到高性能水泥。
本发明突出的实质性特点和显著的进步是：
1、本发明采用矿热炉粒化渣微粉和煅烧煤矸石微粉来生产水泥，达到保护环境、节约资源、发展低碳经济的目的；具有低碳、低碱度，耐酸碱，早强快硬，后期强度持续增长，利于提高钢筋混凝土的安全性和耐久性，可大大减少高性能水泥中水泥熟料的掺入比例，经济效益显著，广泛应用于土木建筑、水利、国防等工程建设。
2、采用本发明高性能水泥配制的砂浆浆体结构浆体具有很好的悬浮性、高流动性、不分层、不泌水、不离析，砂浆强度高、粘结强度大，保水性好。水泥的比表面积>420m2 /kg，粉磨细度高，有利于提高水泥的强度。
3、本发明高性能水泥在早强剂、减水剂、引气剂和分散剂的共同作用下，能使新拌混凝土的泌水率小，浆体的粘稠性高，浆体对骨料的包裹和承托的作用强，大大减少粗骨料下沉现象的发生，使新拌混凝土在施工过程保持良好的匀质性，硬化后力学性能均衡，可大大减少高性能水泥中水泥熟料的掺入比例。
4、本发明高性能水泥的生产方法操作简便，易于控制质量，可以大幅度降低产品成本，改善工作环境，并能明显改善水泥的性能，生产工艺简单，具有较好的经济和社会效益。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作以下说明。
实施例1
将硫铝酸盐水泥熟料40份、矿热炉粒化渣微粉5份、煅烧煤矸石微粉1份按所设定的重量比配料后，一起放入水泥磨机研磨至比表面积>450m2 /kg，再将早强剂0.1份、减水剂0.1份、引气剂0.01份和分散剂0.1份按重量比加入到水泥磨机中，从水泥磨机磨头处出来的混合物料，用提升机输送入成品均化仓中，通过均化仓底部产生的空气均化后即得到高性能水泥。
实施例2
将硫铝酸盐水泥熟料42份、矿热炉粒化渣微粉56份、煅烧煤矸石微粉1.5份按所设定的重量比配料后，一起放入水泥磨机研磨至比表面积>450m2 /kg，再将早强剂0.5份、减水剂0.2份、引气剂0.02份和分散剂0.1-0.5 份按重量比加入到水泥磨机中，从水泥磨机磨头处出来的混合物料，用提升机输送入成品均化仓中，通过均化仓底部产生的空气均化后即得到高性能水泥。
实施例3
将硫铝酸盐水泥熟料46 份、矿热炉粒化渣微粉7份、煅烧煤矸石微粉2份按所设定的重量比配料后，一起放入水泥磨机研磨至比表面积>450m2 /kg，再将早强剂1.0份、减水剂0.3份、引气剂0.03份和分散剂0.1-0.5 份按重量比加入到水泥磨机中，从水泥磨机磨头处出来的混合物料，用提升机输送入成品均化仓中，通过均化仓底部产生的空气均化后即得到高性能水泥。
实施例4
将硫铝酸盐水泥熟料48 份、矿热炉粒化渣微粉8份、煅烧煤矸石微粉2.5份按所设定的重量比配料后，一起放入水泥磨机研磨至比表面积>450m2 /kg，再将早强剂1.5份、减水剂0.4份、引气剂0.04份和分散剂0.1-0.5 份按重量比加入到水泥磨机中，从水泥磨机磨头处出来的混合物料，用提升机输送入成品均化仓中，通过均化仓底部产生的空气均化后即得到高性能水泥。
实施例5
将硫铝酸盐水泥熟料50 份、矿热炉粒化渣微粉10份、煅烧煤矸石微粉3份按所设定的重量比配料后，一起放入水泥磨机研磨至比表面积>450m2 /kg，再将早强剂2份、减水剂00.5份、引气剂0.05份和分散剂0.5 份按重量比加入到水泥磨机中，从水泥磨机磨头处出来的混合物料，用提升机输送入成品均化仓中，通过均化仓底部产生的空气均化后即得到高性能水泥。
本发明高性能水泥的主要性能检测指标：
说明本发明的高性能水泥的流动性、抗折强度、抗压强度等性能指标均符合国家标准和行业标准。