[发明专利]一种低碳型超硫酸盐水泥及其制备方法，以及水泥砂浆

说明书

本发明提供了一种低碳型超硫酸盐水泥及其制备方法，以及水泥砂浆。本发明提供的低碳型超硫酸盐水泥，包括以下质量比的组分：钛石膏10％～40％；水泥熟料15％～30％；矿粉20％～40％；钢渣5％～10％；提钛尾渣5％～10％；钒渣1％～5％；粉煤灰2％～10％；激发剂0.5％～1％；减水剂0.5％～1％。本发明采用钛石膏、钢渣、提钛尾渣及钒渣等工业固废与水泥熟料、矿粉、粉煤灰、激发剂和减水剂以一定比例搭配，其中，钛石膏的用量在10％以上，大量利用了钛石膏及其它工业废渣、降低工业废弃物对环境的污染，同时还能够提升材料的早期力学性能，且还降低了28d氯离子扩散系数。

技术领域

本发明涉及无机材料领域，特别涉及一种低碳型超硫酸盐水泥及其制备方法，以及水泥砂浆。

背景技术

随着社会的快速发展,环境保护的重要性日益凸显，降低现有普通硅酸盐水泥的使用量是实现“双碳目标”的主要解决方式之一。

降低水泥的使用量的方式主要有两类,一是降低混凝土中水泥的占比,即提高提高矿物掺合料或工业废渣在水泥混凝土中比例,二是发展新型胶凝材料。超硫酸盐水泥是一种基于碱、硫酸盐对矿渣潜在活性的复合激发作用而制备的绿色水硬性新型胶凝材料，其中水泥所占比例也较低，同时满足上述两种解决方式，其生产能耗和CO排放量均较少，有利于水泥行业的绿色可持续发展。

超硫酸盐水泥(supersulphated cement，以下简称SSC)是一种由75％～85％的粒化高炉矿渣、10％～20％的硫酸盐类(工业副产品石膏等)激发剂1％～5％的碱性成分(熟料、氢氧化钙等)共同粉磨或分别粉磨而制成的水硬性胶凝材料，也被称作矿渣硫酸盐水泥或者石膏矿渣水泥。SSC的生产工艺无需经过传统水泥的“两磨一烧”，充分地利用了工业废弃物，熟料用量少，节约水泥的同时大大减少了资源、能量的消耗以及CO₂的排放，是一种兼具经济、节能和环保低碳型的建筑材料。我国早在上世纪50年代末对超硫酸盐水泥的生产与使用进行研究过，但是该水泥在研究应用中存在凝结缓慢、表面易起灰等问题，其应用遇到阻碍。90年代初武汉理工大学周明凯等人根据硫酸盐激发原理，利用石膏、矿渣和少量碱性激发剂研制出路面基层专用水泥。由于超硫酸盐水泥早期水化热很低，故其在大体积混凝土中的应用具有天然的优势。2013年，中建商品混凝土有限公司与武汉大学采用超硫酸盐制备大体积混凝土，混凝土的坍落度、扩展度和流动性满足施工要求。

CN 101423343A公开了一种钢渣超硫酸盐水泥及其制备方法,该超硫酸盐水泥的组成按重量级包括钢渣20～80％、矿渣和/或粉煤灰5～65％、硫酸盐激活剂5～25％、水泥熟料或氢氧化钙1～10％以及碱性激活剂0.05～3％，该超硫酸盐水泥的最主要组分为钢渣，钢渣的水化活性不佳，且与其他组分的粘结性较弱，造成抗压强度等性能较差。

CN 103435279A公开了一种掺钛矿渣超硫酸盐水泥及其制备方法,所述掺钛矿渣超硫酸盐水泥各组分按重量份数计为:粒化高炉矿渣20～50份、钛矿渣 20～50份、复合激发剂10～30份，其中复合激发剂由碱性激发剂、硫酸盐激发剂和铝酸盐激发剂组成，经过配料、煅烧及粉磨准备，该超硫酸盐水泥以钛矿渣作为主要组成之一，降低了原料成本，但组分之间结合性较弱，需要复杂的激发剂成分，对激发剂成分要求较高。

CN 111302677A提供了一种超硫酸盐水泥及其制备方法，所述超硫酸盐水泥按质量分数计，包括以下组分：第一矿渣40～60％；第二矿渣10～30％；通用水泥2-8％；石膏10～25％；碱性激发剂0.5-2％；石灰石3～10％；其中, 所述第一矿渣和第二矿渣的粒径分布不同。所述超硫酸盐水泥在基础原料中加入碱性激发剂、石灰石等组分，通过促进矿渣的分散、溶解和水化，或者与矿渣的反应，降低超硫酸盐水泥的孔隙率，提高碱度，以增强其抗渗透和抗碳化性能；通过将矿渣原料粒径分级化，提高超硫酸盐水泥的密实度，进一步提高抗碳化性能。但其石膏主要为天然石膏，现在已禁止开采，成本较高。