一种水泥及制备方法与流程

本发明涉及建筑材料领域，具体涉及一种水泥及制备方法。

背景技术：

1、赤泥是氧化铝工业排放的固体废弃物，根据氧化铝的不同生产工艺分为烧结法赤泥、拜尔法赤泥和联合法赤泥，其颜色因fe2o3含量较高而显现出褐色或红色。因赤泥中na2o含量较高导致其ph值一般可达到10-13，所以被归属为强碱性工业废渣，2010年被列为大宗工业废渣。受铝土矿种类和生产工艺的影响，每生产1t氧化铝约排放0.8-2.5t赤泥。赤泥在堆场经过自然脱水风化后，会随空气流动进入大气环境中，引发粉尘污染。赤泥中的碱性物质和重金属会随着降水渗入到土壤中，造成土地盐碱化并污染地下水和周边农田。由于赤泥在常温下的火山灰活性较低，通常被用于混凝土中的补充胶凝材料(scm)、制备陶瓷和微晶玻璃、回收有价金属、制备吸附剂和新型功能材料等方面。由于市场需求，赤泥在土木和建筑工程材料方向得到大规模应用，但在实际工程中作为掺合料时掺量较低，一般不会超过10％。

2、随着对全球气候变暖及温室气体减排的日益关注，研究和发展低碳技术成为水泥工业的迫切需求。过去20年，不同的新型低碳胶凝材料被研究者所提出。其中，碱激发胶凝材料来源于含有硅铝酸盐玻璃体的工业固体废弃物，这种胶凝材料不仅能提供与硅酸盐水泥基胶凝材料相似的性能，而且可以减少行业水泥熟料的消耗，消纳固废，减少环保压力，从而实现绿色低碳，被认为是一种低碳胶凝材料。因此，研究和发展碱激发胶凝材料成为当前水泥混凝土科学技术领域的热点。此外，赤泥含有较高的sio2和al2o3，是一种典型的硅铝质固废，因此，碱激发胶凝材料的发展为赤泥在碱活化水泥中的大掺量应用带来了希望。

3、以赤泥为原材料制备碱激发矿渣水泥的可行性已被得到证实，但大多数研究中均需对赤泥进行高温处理，以促使其硅氧四面体和铝氧四面体结构发生松动，形成亚稳态的铝硅酸盐结构，从而提高赤泥活性。目前现有技术中，基于赤泥的硅铝质低碳水泥的性能还较差，硬度较低。因此，有必要提供一种抗折强度和抗压强度高的水泥。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术中所制备的水泥的抗折强度低和抗压强度低的问题，提出一种水泥及其制备方法。采用本发明的方法所制备的水泥，其抗折强度和抗压强度得到了大幅度提高。

2、为实现上述技术目的，本发明提供一种水泥，包括胶凝组分和辅助激发剂；按照重量份数计，所述胶凝组分包括赤泥10-60份、矿渣20-70份；所述辅助激发剂质量占胶凝组分质量的0.1-8％。

3、所述辅助激发剂选自甲酸钙、木质素磺酸钙、硫酸钠、氯化钙、碳酸钠、氢氧化钠和硅酸钠中的一种或多种；优选的，所述辅助激发剂包含质量比为0.4-0.6:0.5-6:4-6的甲酸钙、氢氧化钠和硅酸钠。

4、所述胶凝组分中还包括0-30重量份的钢渣、0-20重量份的水泥熟料、0-5重量份的石膏中的至少一种；优选的，所述胶凝组分中还包括0-20重量份的锂渣。

5、按照重量份数计，所述胶凝组分包括10-30重量份的赤泥、5-15重量份的钢渣、10-20重量份的锂渣、30-70重量份的矿渣、5-10重量份的水泥熟料和1-5重量份的石膏；优选的，所述胶凝组分包括10-15重量份的赤泥、5-15重量份的钢渣、10-15重量份的锂渣、50-70重量份的矿渣、5-10重量份的水泥熟料和1-5重量份的石膏。

6、按照重量份数计，所述胶凝组分包括10-15重量份的赤泥、5-15重量份的钢渣、10-15重量份的锂渣、50-70重量份的矿渣、5-10重量份的水泥熟料、1-5重量份的石膏和1-10重量份的粉煤灰。

7、所述赤泥为烧结法赤泥；优选的，所述赤泥中al2o3质量含量≥6.0％，sio2质量含量≥10.0％，28天抗压强度活性指数＞60％；更优选的，所述赤泥的化学组分按质量百分数计包括，al2o3：8.0-25％，sio2：15.0-30％，fe2o3：5-15％，cao：5-50％，mgo：0.1-2％，k2o：0.001-1％，na2o：2-8％，so3≤5％。

8、所述钢渣中cao质量含量为30-60％、sio2质量含量为10-30％、mgo质量含量为2-20％、fe2o3质量含量为10-40％；优选的，所述钢渣的化学成分按质量百分数计包括，cao：38-50％、fe2o3：25-35％、sio2：14-20％、mgo：4.5-12％、mno：≤5％、al2o3：1-10％、caf2≤2％、so3≤5％。

9、所述锂渣是锂辉石经煅烧后，用硫酸法提取碳酸锂熟料的残渣，经浸出、洗涤后得到。

10、所述锂渣中cao质量含量为30-50％、fe2o3质量含量为10-30％、sio2质量含量为10-25％、mgo质量含量为2-10％、al2o3质量含量为1-8％、mno质量含量为≤6％。、so3质量含量≤5％。

11、所述矿渣为水淬矿渣或风冷粒化高炉矿渣。

12、所述水泥熟料为硅酸盐水泥熟料，符合gb/t21372《硅酸盐水泥熟料》要求。

13、所述粉煤灰为c类粉煤灰或f类粉煤灰，符合gb/t1596《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》要求。

14、所述石膏选自脱硫石膏、芒硝石膏、磷石膏和钛石膏中的一种或多种。

15、本发明还提供一种水泥的制备方法，按照重量份数称取各组分混合、研磨后制得，或者，按照重量份数称取除了辅助激发剂之外的各组分混合、研磨，在使用前加入辅助激发剂混合制得。

16、所述辅助激发剂的固含量为95-100％；

17、进一步地，称取前将胶凝组分和辅助激发剂进行烘干处理，使胶凝组分和辅助激发剂中的总含水量小于1％，其中水泥熟料、粉煤灰为干燥物料，市售产品中含水率1％以下，可不进行烘干处理；辅助激发剂为固体状，主要含结晶水和化学结合水，且用量也很低，可不进行烘干处理。

18、所述含水量指物理吸附水和游离水之和，不包括化学结合水和结晶水。

19、进一步地，所述研磨后的粉体还需用60-100μm方孔筛过筛，所述粉体的筛余量为0-10％。

20、本发明还提供了一种水泥的制备方法。

21、本发明的技术方案具有以下有益效果：

22、(1)本发明提供的一种水泥，包括胶凝组分和辅助激发剂；按照重量份数计，所述胶凝组分包括赤泥10-60份、矿渣20-70份；所述辅助激发剂质量占胶凝组分质量的0.1-8％。通过上述特定配比的赤泥和矿渣的联合使用，再搭配特定质量百分数的辅助激发剂的使用，制备得到的水泥的抗折强度和抗压强度得到明显提高。

23、(2)本发明提供的一种水泥，在胶凝组分总质量不变的情况下，胶凝组分在赤泥和矿渣的基础上，增加钢渣、锂渣、水泥熟料和石膏，所制备的水泥的抗折强度和抗压强度得到了大幅度提升，其胶凝组分包括10-30重量份的赤泥、5-15重量份的钢渣、10-20重量份的锂渣、30-70重量份的矿渣、5-10重量份的水泥熟料和1-5重量份的石膏；通过进一步对组分重量进行优化，水泥性能得到了进一步提升，表现为3天和28天的抗折强度分别为7.1-8.2mpa、8.5-9.6mpa，3天和28天的抗压强度分别为36.1-38.8mpa、55.1-61.6mpa，其胶凝组分包括10-15重量份的赤泥、5-15重量份的钢渣、10-15重量份的锂渣、50-70重量份的矿渣、5-10重量份的水泥熟料和1-5重量份的石膏。

24、(3)本发明提供的一种水泥，辅助激发剂选自甲酸钙、木质素磺酸钙、硫酸钠、氯化钙、碳酸钠、氢氧化钠和硅酸钠中的一种或多种，优选为质量比为0.4-0.6:0.5-6:4-6的甲酸钙、氢氧化钠和硅酸钠，该辅助激发剂组合能够更好的促进胶凝组分之间反应，从而进一步提高了水泥的抗折强度和抗压强度。

25、(4)本发明提供的一种水泥，通过控制赤泥、钢渣和锂渣的化学成分及含量，促使胶凝组分中的化学物质处于较优的比例，从而进一步提高了水泥的抗折强度和抗压强度。

26、(5)本发明提供的一种水泥及制备方法，所述制备方法简单、能耗低，属于一种低碳环保的制备技术；采用本发明制备的水泥硬化体在早期及后期均表现出良好的力学性能，稳定性好，适用范围广，将对社会、经济和环境带来巨大的效益。