基于粒度调配的高性能水泥及其制备方法 【技术领域】
本发明涉及一种建筑材料及其制造方法，特别涉及一种基于粒度调配的高性能水泥及其制备方法。
背景技术
水泥的性能主要是各个粒级水泥颗粒性能的综合反映，对水泥的颗粒分布进行适当的调控，是提高水泥在混凝土中使用性能的重要技术措施。通常，水泥的颗粒分布范围较宽，需水量较低，工作性较好，但是强度发挥较差；水泥的颗粒分布较窄，强度发挥充分，但是需水量较高，工作性不好。因此，水泥的强度和工作性往往是一对矛盾。解决这种矛盾的最好办法就是，将原来所有水泥物料共同粉磨的方式改变为各种组分分别粉磨，根据不同组分对水泥性能所起的作用不同，进行适当的粒度调配，就有可能产生一种强度和工作性都好的水泥。
【发明内容】
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种基于粒度调配的高性能水泥及其制备方法，这种粒度调配水泥，在粉磨能耗和需水量与传统水泥相同的情况下，强度性能大大提高。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种基于粒度调配的高性能水泥，它由下列重量配比的组分制成：比表面积为350±10m2/kg且均匀性系数n值为1.2-1.3、特征粒径为10-12μm的磨细熟料粉70-80％，比表面积为1000±100m2/kg的石灰石粉5-10％，比表面积为180±10m2/kg的矿渣粉5-10％，比表面积为450±50m2/kg的矿渣粉5-20％，所述磨细熟料粉中含有用于缓凝的石膏组分。
所述石灰石粉90％的颗粒粒径小于10μm。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案还有一种上述基于粒度调配的高性能水泥的制备方法，包括以下步骤：
1)将熟料和石膏的混合料，利用辊压机或者立磨终粉磨系统磨至比表面积350m2/kg±10m2/kg，均匀性系数n值控制为1.2-1.3，特征粒径控制为10-12μm，取得磨细熟料粉；2)利用带有超细选粉机的立磨终粉磨系统，制取比表面积为1000m2/kg±100m2/kg的石灰石粉，控制所述立磨终粉磨系统使所述石灰石粉90％的颗粒粒径小于10μm；3)利用球磨机闭路或者立磨终粉磨系统制取比表面积为180±10m2/kg的矿渣粉和比表面积为450±50m2/kg的矿渣粉；4)将所述磨细熟料粉、石灰石粉和两种比表面积的矿渣粉按照重量配比混合，在搅拌机中搅拌均匀，得到产品。
本发明对水泥的粒度和组分进行特别组合，使产生硬化强度的水泥熟料颗粒主要分布于3-30μm的区间，而小于3μm和大于30μm的颗粒主要用活性较低的混合材来替代。因为小于3μm的颗粒在加水瞬间就水化，对形成硬化水泥石没有帮助，而大于30μm的颗粒则基本不会产生水化作用，这两种颗粒只起拓宽颗粒分布的填充作用。经过这种特别的组分设计，就可以充分发挥水泥熟料的水化潜能，达到更高的使用效率，而同时水泥的颗粒分布仍然和传统水泥相似，水泥的工作性不变。
本发明的有益效果是：从调配水泥组分的细度和颗粒分布入手，使其主要起胶凝作用的熟料组分，在比表面积和传统水泥相同的情况下，具有尽可能窄的颗粒分布和更多的可水化颗粒，充分地发挥水化活性，细颗粒部分和粗颗粒部分采用活性较低的磨细混合材来填充。经过这种粒度调配的水泥，其粉磨能耗和需水量与传统水泥基本相同，但强度大大高于传统水泥，提高20％左右。或者在配制相同强度等级的混凝土时，纯水泥的用量可以节约20％以上，矿物掺和料的用量大幅度增加，大大地节约了水泥或者混凝土的生产成本。在掺有矿物掺合料的情况下，水泥熟料水化程度的提高，对矿物掺和料活性的激发作用更为显著，从而使硬化混凝土的结构更为密实，混凝土耐久性能显著改善。另外，本发明区别于以超细水泥为基础而经过补充相关粗细颗粒形成的调粒水泥，水泥的超细粉磨需要额外消耗大量的粉磨功耗，来获取较高的比表面积，而本发明使用颗粒分布很窄熟料粉，采用节能的料床终粉磨设备制取，比表面积并不高，和传统水泥相同，能耗上反而有所减小。总之，和传统方法生产的水泥相比，本发明能够大幅度提高水泥的强度而保持工作性不变，在实际使用时能够大幅度增加混凝土中矿物掺和料的掺理，从而大大节省混凝土的配制成本，并显著改善混凝土的耐久性能。
【具体实施方式】
本发明一种基于粒度调配的高性能水泥，它的重量百分比为：磨细熟料粉70-80％，比表面积为1000±100m2/kg的石灰石粉5-10％，比表面积为180±10m2/kg的矿渣粉5-10％，比表面积为450±50m2/kg的矿渣粉5-20％，其中磨细熟料粉比表面积为350±10m2/kg，均匀性系数n值为1.2-1.3，特征粒径为10-12μm，用于缓凝的石膏组分，含在磨细熟料粉中。磨细熟料粉具有很窄的颗粒分布，均匀性系数n值控制在1.2-1.3，采用辊压机或者立磨终粉磨系统制取。石灰石粉采用带有超细选粉机的立磨终粉磨系统制得，控制上述立磨终粉磨系统使石灰石粉90％的颗粒小于10μm，以便提供尽可能多的微细颗粒。矿渣粉，具有两种不同的细度，细度相差200m2/kg以上，利用立磨终粉磨或者闭路球磨机系统制取。
上述基于粒度调配的高性能水泥由不同的水泥物料经过单独粉磨然后再混合均匀而制成，水泥各组分的比表面积和颗粒分布经过特别的设计和组合。水泥中熟料组分的比表面积为340-360m2/kg，但具有特别窄的颗粒分布，n值达到1.2-1.3，占水泥组成的70-80％；水泥的细颗粒部分由5-10％，细度为1000m2/kg左右的磨细石灰石粉组成；水泥的粗颗粒部分由含量为5-10％比表面积为170-190m2/kg的矿渣粉组成，其余部分为通常细度比表面积为450m2/kg左右的磨细矿渣粉，用作水泥调凝剂的石膏根据需要的掺量和熟料一起粉磨，含在熟料组分之中。
上述基于粒度调配的高性能水泥的制备方法，包括以下步骤：
1)将熟料和石膏的混合料，利用辊压机或者立磨终粉磨系统磨至比表面积350m2/kg±10m2/kg，n值控制为1.2-1.3，特征粒径控制为10-12μm，取得熟料粉；
2)利用带有超细选粉机的立磨终粉磨工艺系统，制取比表面积为1000m2/kg±100m2/kg且90％颗粒小于10μm的石灰石粉；
3)利用球磨机闭路或者立磨终粉磨工艺系统，制取比表面积为180±10m2/kg的矿渣粉和比表面积为450±50m2/kg的矿渣粉，两种矿渣粉的比表面积相差200m2/kg以上；
4)将上述物料按照上述重量配比在搅拌机中搅拌均匀，得到产品。
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明：
实施例1：
1)将经过破碎的460kg熟料和40kg石膏混合均匀，在半工业化立磨终粉磨系统中，通过调节有关操作参数，磨细至比表面积为350m2/kg±10m2/kg，n值为1.2-1.3，称取这种颗粒分布很窄的熟料粉240kg；
2)将经过破碎的石灰石500kg，利用带有超细选粉机的立磨终粉磨系统磨细至1000m2/kg±100m2/kg，并使其90％颗粒小于10μm，称取这种超细石灰石粉15kg；
3)将500kg矿渣，利用半工业化立磨终粉磨系统，配合不同的选粉机，制成两种不同细度的矿渣粉，一种矿渣粉的比表面积为180±10m2/kg，另一种矿渣粉的比表面积为450±50m2/kg。称取比表面积为180±10m2/kg的矿渣粉15kg，称取比表面积为450±50m2/kg矿渣粉30kg；
4)将称取的所有粉状物料利用搅拌机混合均匀，得到300kg产品，比表面积为384m2/kg。
实施例2：
水泥组分的制备方法同实施例1，配方为熟料粉用量为225kg，超细石灰石粉30kg，比表面积为180±10m2/kg的矿渣粉用量为30kg。比表面积为450±50m2/kg的矿渣粉用量为15kg，得到300kg的产品，比表面积为403m2/kg。
实施例3：
水泥组分的制备方法同实施例1，配方为熟料粉用量为210kg，超细石灰石粉15kg，比表面积为180±10m2/kg的矿渣粉用量为15kg。比表面积为450±50m2/kg的矿渣粉用量为60kg，得到300kg的产品，比表面积为387m2/kg。
表1、2分别为上述实施例在砂浆和混凝土中应用的具体表现。
表-1由相同熟料形成的粒度调配水泥和对比水泥的砂浆性能
注：矿渣粉1比表面积为450m2/kg，矿渣粉2比表面积为180m2/kg，使用的减水剂为萘系高效减水剂，固含量为40％。
表-2由相同熟料形成的粒度调配水泥和对比水泥的混凝土性能
注：矿渣粉1比表面积为450m2/kg，矿渣粉2比表面积为180m2/kg，使用的减水剂为萘系高效减水剂，固含量为40％。
由表1-2可知：本发明通过使起水化作用的熟料组分具有尽可能窄的颗粒分布，提供了更多的可水化颗粒，在水泥的比表面积和粉磨能耗基本相同的情况下，本发明的水泥和传统方法生产的水泥相比具有更高的强度，而且因为经过了适当的粒度调配，水泥的工作性也不差。特别是在低水灰比的混凝土中，水泥熟料颗粒水化条件变差，细颗粒熟料的增多，为提供足够多的水化产物创造了有利条件，强度差别更大，利用粒度调配水泥配制的混凝土可以高出传统水泥混凝土两个强度等级。在掺有矿物掺合料的情况下，水泥熟料水化程度的提高，对矿物掺和料活性的激发作用更为显著，矿物掺和料的二次水化，使混凝土的结构更密实，从而使混凝土的强度和耐久性能进一步提高，从此意义上来讲，本发明的粒度调配水泥是一种高性能的水泥。
综上所述，本发明的内容并不局限在上述的实施例中，相同领域内的技术人员可以在本发明的技术指导思想之内可以轻易提出其他的实施例，但这种实施例都包括在本发明的范围。