一种环保建筑水泥及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种环保建筑水泥及其制备方法。
背景技术
近年来，随着国民经济的快速发展，基础设施建筑步伐不断推进。对各种建筑材料的需求量逐年增加。水泥作为建筑材料的最大分支，在建造高楼大厦、铺筑道路、架设桥梁、修建地铁等人类社会基础设施建筑活动中起着非常重要的作用，极大地改善了人类居住、工作和出行环境。可见，开发性能优异的水泥对改善建筑工程质量至关重要。
水泥为粉状水硬性无机胶凝材料。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。它是建筑工业三大基本材料之一，使用量大、应用范围广，素有“建筑工业的粮食”之称。由于其性能相对优异、生产成本低，。广泛应用于土木建筑、水利、国防等工程领域。然而在水泥的使用给人类带来极大方便的同时，也给我们的生态环境带来巨大的负面影响。由于传统的水泥或者特性水泥，在制造的过程中，消耗的煤和原料非常严重，生产工艺复杂，不但造成资源浪费，还造成环境污染。除此之外，现有技术中的水泥还普遍存在使用寿命短、效果不佳，强度不够，保水率不足，易出现开裂和空鼓等现象，且助磨效果、水化效率、和易性均有待进一步提高。
申请号为201610722399.3的中国发明专利公开了一种水泥配方，由如下重量份的原料组成：水泥熟料20-40份、石灰石10-20份，电石渣10-30份，矿渣5-10份，无水石膏10-20份，颜料1-10份，氟石膏10-20份，灰渣10-30份，砂岩10-30份、锰渣12-15份。该发明提供了一种利用工业废弃物质制造的水泥，配方科学合理，有效降低了水泥制造成本，同时利用废弃物制造水泥，改善生态环境，符合环保理念。然而，这种水泥由于没有添加外加剂，导致其综合性能不佳，特别是强度、助磨效果、水化效率、和易性和使用寿命有待进一步提高。
因此，开发一种使用寿命长、使用效果佳，强度、助磨效果、水化效率、和易性好，保水性能好，不易出现开裂和空鼓等现象，环保性能优异的环保建筑水泥符合市场需求，具有广泛的市场价值和应用前景，对促进水泥领域的发展具有非常重要的作用。
发明内容
本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种环保建筑水泥，该水泥综合性能佳，使用寿命长、使用效果佳，强度、助磨效果、水化效率、和易性、保水性能好，不易出现开裂和空鼓等现象，环保性能优异。同时，本发明还提供了一种所述环保建筑水泥的制备方法，该制备方法简单易行，制备原料易得，制备效率高，施工方便，适合连续规模化生产。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种环保建筑水泥，其特征在于，包括按重量份计的如下原料制成：水泥熟料40-60份、改性干化污泥5-10份、脱硫灰6-12份、废弃涤纶纤维3-5份、方解石粉10-15份、稀土金属有机框架1-2份、N-三(羟甲基)甲基-2-氨基乙磺酸改性环氧端基超支化聚(胺-酯)%201-5份。
优选的，所述水泥熟料为普通硅酸盐水泥熟料。
优选的，所述改性干化污泥的制备方法，包括如下步骤：将干化污泥分散于有机溶剂中，然后再向其中加入N,N-双(2-羟乙基)-N,N-双(三甲氧基硅丙基)乙二胺，在50-70℃下搅拌反应3-5小时，后旋蒸除去溶剂，得到改性干化污泥。
优选的，所述干化污泥、有机溶剂、N,N-双(2-羟乙基)-N,N-双(三甲氧基硅丙基)乙二胺的质量比为1:(3-5):(0.1-0.2)。
优选的，所述有机溶剂为乙醇、二氯甲烷、丙酮中的任意一种。
优选的，所述干化污泥是造纸废纸污泥，其性能指标为：有效钙镁含量＞30%，5mm以下颗粒含量＞70%，含水率10%-25%。
优选的，所述废弃涤纶纤维在使用前经过剪碎处理，来源废弃涤纶纺织面料。
优选的，所述稀土金属有机框架的制备方法为现有技术，参见申请号为201710666255.5的中国发明专利实施例1。
优选的，所述N-三(羟甲基)甲基-2-氨基乙磺酸改性环氧端基超支化聚(胺-酯)的制备方法，包括如下步骤：将环氧端基超支化聚(胺-酯)加入到高沸点溶剂中，再向其中加入N-三(羟甲基)甲基-2-氨基乙磺酸，在70-80℃下搅拌反应4-6小时，后在水中沉出，并将沉出的聚合物置于真空干燥箱85-95℃下干燥至恒重，得到N-三(羟甲基)甲基-2-氨基乙磺酸改性环氧端基超支化聚(胺-酯)。
优选的，所述环氧端基超支化聚(胺-酯)、高沸点溶剂、N-三(羟甲基)甲基-2-氨基乙磺酸的质量比为1:(3-5):(0.2-0.3)。
优选的，所述环氧端基超支化聚(胺-酯)的制备方法为现有技术，参见申请号为200910067539.8的中国发明专利实施例6。
优选的，所述高沸点溶剂为二甲亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的至少一种。
本发明的另一个目的，在于提供一种所述环保建筑水泥的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各原料按照重量份混配，共同粉磨至比表面积为150-250m2/kg，得到环保建筑水泥。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
（1）本发明提供的一种环保建筑水泥的制备方法，将各原料混配，粉磨后即可得到，无需专用设备，制备工序简单，操作控制方便，原料易得，制备效率高，制备过程中不会产生有毒有害的物质，劳动强度低，适合工业化生产，具有较高的经济价值、社会价值和生态价值。
（2）本发明提供的一种环保建筑水泥，克服了现有技术中的水泥普遍存在使用寿命短、效果不佳，强度不够，保水率不足，易出现开裂和空鼓等现象，且助磨效果、水化效率、和易性均有待进一步提高的缺陷，通过各原料协同作用，使得制成的环保建筑水泥综合性能佳，使用寿命长、使用效果佳，强度、助磨效果、水化效率、和易性、保水性能好，不易出现开裂和空鼓等现象，环保性能优异。
（3）本发明提供的一种环保建筑水泥，是由各原料合理配伍形成的组合物，现有技术中没有公开将这些原料组合加入该组合物中来制备水泥，也没有相应技术启示。制成的水泥综合性能优异，通过改性干化污泥、脱硫灰、废弃涤纶纤维这些工业废弃物的掺入不仅改善了水泥的综合性能，而且实现了废弃资源的回收再利用，避免了资源的浪费，也有利于环境保护，有效实现了生态效率的提升；降低了水泥熟料的添加量，在一定程度上降低了成本。
（4）本发明提供的一种环保建筑水泥，添加的改性干化污泥，通过表面改性，增强了其与其他成分的相容，与其他原料一起，起到增强作用，其表面活性羟基的引入，能有效改善保水性能，降低鼓泡、干裂的风险；废弃涤纶纤维的纤维结构能较好地增强，其在水泥碱性体系中会发生酯水解形成羧基，起到有利于防止混凝土结构稳定，防止其坍塌，也有利于调节PH，同时起到抑碱剂、减水剂和助磨剂的作用。方解石粉与其他成分协同作用，能加速水化反应，提高早强强度。
（5）本发明提供的一种环保建筑水泥，稀土金属有机框架的加入，由于其腔形结构，其他原料能够嵌入其中，增加水泥的强度，防止水泥的开裂，稀土金属的加入，能促进水泥水化过程，密实水泥混凝土水化微结构，从而提高水泥的早期强度，也能改善水泥的性能稳定性，从而起到提高水泥的质量和延长其使用寿命的作用。添加的N-三(羟甲基)甲基-2-氨基乙磺酸改性环氧端基超支化聚(胺-酯)，通过N-三(羟甲基)甲基-2-氨基乙磺酸改性，在超支化分子大的位阻和电子效应作用下，使得具有早强、泵送、缓凝、减水和引气的效果，避免泛碱现象的发生，这些功能通过一种成分添加取得，有效避免了多种组分添加引起的拮抗作用，有利于改善水泥的综合性能和性能稳定性，且其上含有的叔氨基结构，能起到络合作用，改善早强强度。且这种物质多活性基团的引入，使得水泥浆体搅拌、凝结硬化过程中更加密实化，改善助磨性，提升水泥的粉末磨效果，进而能改善水泥的综合性能。
具体实施方式
下面将结合对本发明优选实施方案进行详细说明。所述环氧端基超支化聚(胺-酯)的制备方法为现有技术，参见申请号为200910067539.8的中国发明专利实施例6；所述废弃涤纶纤维在使用前经过剪碎处理，来源废弃涤纶纺织面料；所述稀土金属有机框架的制备方法为现有技术，参见申请号为201710666255.5的中国发明专利实施例1；所述水泥熟料为普通硅酸盐水泥熟料；所述干化污泥是造纸废纸污泥，其性能指标为：有效钙镁含量＞30%，5mm以下颗粒含量＞70%，含水率10%-25%。
下面将结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：
实施例1
实施例1提供一种环保建筑水泥，其特征在于，包括按重量份计的如下原料制成：水泥熟料40份、改性干化污泥5份、脱硫灰6份、废弃涤纶纤维3份、方解石粉10份、稀土金属有机框架1份、N-三(羟甲基)甲基-2-氨基乙磺酸改性环氧端基超支化聚(胺-酯)%201份。
所述改性干化污泥的制备方法，包括如下步骤：将干化污泥分散于有机溶剂中，然后再向其中加入N,N-双(2-羟乙基)-N,N-双(三甲氧基硅丙基)乙二胺，在50℃下搅拌反应3小时，后旋蒸除去溶剂，得到改性干化污泥；所述干化污泥、有机溶剂、N,N-双(2-羟乙基)-N,N-双(三甲氧基硅丙基)乙二胺的质量比为1:3:0.1；所述有机溶剂为乙醇。
所述N-三(羟甲基)甲基-2-氨基乙磺酸改性环氧端基超支化聚(胺-酯)的制备方法，包括如下步骤：将环氧端基超支化聚(胺-酯)加入到高沸点溶剂中，再向其中加入N-三(羟甲基)甲基-2-氨基乙磺酸，在70℃下搅拌反应4小时，后在水中沉出，并将沉出的聚合物置于真空干燥箱85℃下干燥至恒重，得到N-三(羟甲基)甲基-2-氨基乙磺酸改性环氧端基超支化聚(胺-酯)；所述环氧端基超支化聚(胺-酯)、高沸点溶剂、N-三(羟甲基)甲基-2-氨基乙磺酸的质量比为1:3:0.2；所述高沸点溶剂为二甲亚砜。
一种所述环保建筑水泥的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各原料按照重量份混配，共同粉磨至比表面积为150m2/kg，得到环保建筑水泥。
实施例2
实施例2提供一种环保建筑水泥，其特征在于，包括按重量份计的如下原料制成：水泥熟料45份、改性干化污泥6份、脱硫灰7份、废弃涤纶纤维3.5份、方解石粉11份、稀土金属有机框架1.2份、N-三(羟甲基)甲基-2-氨基乙磺酸改性环氧端基超支化聚(胺-酯)%202份。
所述改性干化污泥的制备方法，包括如下步骤：将干化污泥分散于有机溶剂中，然后再向其中加入N,N-双(2-羟乙基)-N,N-双(三甲氧基硅丙基)乙二胺，在55℃下搅拌反应3.5小时，后旋蒸除去溶剂，得到改性干化污泥；所述干化污泥、有机溶剂、N,N-双(2-羟乙基)-N,N-双(三甲氧基硅丙基)乙二胺的质量比为1:3.5:0.12；所述有机溶剂为二氯甲烷。
所述N-三(羟甲基)甲基-2-氨基乙磺酸改性环氧端基超支化聚(胺-酯)的制备方法，包括如下步骤：将环氧端基超支化聚(胺-酯)加入到高沸点溶剂中，再向其中加入N-三(羟甲基)甲基-2-氨基乙磺酸，在73℃下搅拌反应4.5小时，后在水中沉出，并将沉出的聚合物置于真空干燥箱87℃下干燥至恒重，得到N-三(羟甲基)甲基-2-氨基乙磺酸改性环氧端基超支化聚(胺-酯)；所述环氧端基超支化聚(胺-酯)、高沸点溶剂、N-三(羟甲基)甲基-2-氨基乙磺酸的质量比为1:3.5:0.23；所述高沸点溶剂为N,N-二甲基甲酰胺。
一种所述环保建筑水泥的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各原料按照重量份混配，共同粉磨至比表面积为170m2/kg，得到环保建筑水泥。
实施例3
实施例3提供一种环保建筑水泥，其特征在于，包括按重量份计的如下原料制成：水泥熟料50份、改性干化污泥7份、脱硫灰8份、废弃涤纶纤维4份、方解石粉13份、稀土金属有机框架1.5份、N-三(羟甲基)甲基-2-氨基乙磺酸改性环氧端基超支化聚(胺-酯)%203.5份。
所述改性干化污泥的制备方法，包括如下步骤：将干化污泥分散于有机溶剂中，然后再向其中加入N,N-双(2-羟乙基)-N,N-双(三甲氧基硅丙基)乙二胺，在60℃下搅拌反应4小时，后旋蒸除去溶剂，得到改性干化污泥；所述干化污泥、有机溶剂、N,N-双(2-羟乙基)-N,N-双(三甲氧基硅丙基)乙二胺的质量比为1:4:0.15；所述有机溶剂为丙酮。
所述N-三(羟甲基)甲基-2-氨基乙磺酸改性环氧端基超支化聚(胺-酯)的制备方法，包括如下步骤：将环氧端基超支化聚(胺-酯)加入到高沸点溶剂中，再向其中加入N-三(羟甲基)甲基-2-氨基乙磺酸，在75℃下搅拌反应5小时，后在水中沉出，并将沉出的聚合物置于真空干燥箱90℃下干燥至恒重，得到N-三(羟甲基)甲基-2-氨基乙磺酸改性环氧端基超支化聚(胺-酯)；所述环氧端基超支化聚(胺-酯)、高沸点溶剂、N-三(羟甲基)甲基-2-氨基乙磺酸的质量比为1:4:0.25；所述高沸点溶剂为N,N-二甲基乙酰胺。
一种所述环保建筑水泥的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各原料按照重量份混配，共同粉磨至比表面积为200m2/kg，得到环保建筑水泥。
实施例4
实施例4提供一种环保建筑水泥，其特征在于，包括按重量份计的如下原料制成：水泥熟料55份、改性干化污泥9份、脱硫灰11份、废弃涤纶纤维4.5份、方解石粉14份、稀土金属有机框架1.8份、N-三(羟甲基)甲基-2-氨基乙磺酸改性环氧端基超支化聚(胺-酯)%204.5份。
所述改性干化污泥的制备方法，包括如下步骤：将干化污泥分散于有机溶剂中，然后再向其中加入N,N-双(2-羟乙基)-N,N-双(三甲氧基硅丙基)乙二胺，在68℃下搅拌反应4.5小时，后旋蒸除去溶剂，得到改性干化污泥；所述干化污泥、有机溶剂、N,N-双(2-羟乙基)-N,N-双(三甲氧基硅丙基)乙二胺的质量比为1:4.5:0.18；所述有机溶剂为乙醇。
所述N-三(羟甲基)甲基-2-氨基乙磺酸改性环氧端基超支化聚(胺-酯)的制备方法，包括如下步骤：将环氧端基超支化聚(胺-酯)加入到高沸点溶剂中，再向其中加入N-三(羟甲基)甲基-2-氨基乙磺酸，在78℃下搅拌反应5.5小时，后在水中沉出，并将沉出的聚合物置于真空干燥箱93℃下干燥至恒重，得到N-三(羟甲基)甲基-2-氨基乙磺酸改性环氧端基超支化聚(胺-酯)；所述环氧端基超支化聚(胺-酯)、高沸点溶剂、N-三(羟甲基)甲基-2-氨基乙磺酸的质量比为1:4.5:0.28；所述高沸点溶剂为二甲亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮按质量比1:2:3:2混合而成。
一种所述环保建筑水泥的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各原料按照重量份混配，共同粉磨至比表面积为240m2/kg，得到环保建筑水泥。
实施例5
实施例5提供一种环保建筑水泥，其特征在于，包括按重量份计的如下原料制成：水泥熟料60份、改性干化污泥10份、脱硫灰12份、废弃涤纶纤维5份、方解石粉15份、稀土金属有机框架2份、N-三(羟甲基)甲基-2-氨基乙磺酸改性环氧端基超支化聚(胺-酯)%205份。
所述改性干化污泥的制备方法，包括如下步骤：将干化污泥分散于有机溶剂中，然后再向其中加入N,N-双(2-羟乙基)-N,N-双(三甲氧基硅丙基)乙二胺，在70℃下搅拌反应5小时，后旋蒸除去溶剂，得到改性干化污泥；所述干化污泥、有机溶剂、N,N-双(2-羟乙基)-N,N-双(三甲氧基硅丙基)乙二胺的质量比为1:5:0.2；所述有机溶剂为二氯甲烷。
所述N-三(羟甲基)甲基-2-氨基乙磺酸改性环氧端基超支化聚(胺-酯)的制备方法，包括如下步骤：将环氧端基超支化聚(胺-酯)加入到高沸点溶剂中，再向其中加入N-三(羟甲基)甲基-2-氨基乙磺酸，在80℃下搅拌反应6小时，后在水中沉出，并将沉出的聚合物置于真空干燥箱95℃下干燥至恒重，得到N-三(羟甲基)甲基-2-氨基乙磺酸改性环氧端基超支化聚(胺-酯)；所述环氧端基超支化聚(胺-酯)、高沸点溶剂、N-三(羟甲基)甲基-2-氨基乙磺酸的质量比为1:5:0.3；所述高沸点溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
一种所述环保建筑水泥的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各原料按照重量份混配，共同粉磨至比表面积为250m2/kg，得到环保建筑水泥。
对比例1
对比例1提供一种建环保建筑水泥，其配方和制备方法与实施例1基本相同，不同的是，没有添加改性干化污泥。
对比例2
对比例2提供一种建环保建筑水泥，其配方和制备方法与实施例1基本相同，不同的是，用干化污泥代替改性干化污泥。
对比例3
对比例3提供一种建环保建筑水泥，其配方和制备方法与实施例1基本相同，不同的是，没有添加废弃涤纶纤维。
对比例4
对比例4提供一种建环保建筑水泥，其配方和制备方法与实施例1基本相同，不同的是，没有添加稀土金属有机框架。
对比例5
对比例5提供一种建环保建筑水泥，其配方和制备方法与实施例1基本相同，不同的是，没有添加N-三(羟甲基)甲基-2-氨基乙磺酸改性环氧端基超支化聚(胺-酯)。
对比例6
对比例6提供一种建环保建筑水泥，其配方和制备方法与实施例1基本相同，不同的是，用环氧端基超支化聚(胺-酯)代替N-三(羟甲基)甲基-2-氨基乙磺酸改性环氧端基超支化聚(胺-酯)。
对上述实施例1-5以及对比例1-6所得水泥进行性能测试，测试结果见表1，测试方法如下：
（1）抗压强度：参考国标GB/T17671进行。
（2）耐水性及稳定性：取水泥2kg中加入0.5kg的水，在搅拌机搅拌均匀制得水泥浆体。将此浆体放入尺寸为30×30×120mm模具中制得水泥试块。在22℃下静置养护10天，养护后，将通过模具制作的水泥试块评价产品的耐水性和稳定性；将制得的水泥试块经过24小时浸水，接着在30℃干燥环境中放置24小时，共5个循环，计算溶解率；将制得的水泥试块在室外放置六月，观察表面有无明显损伤和变化。
（3）抗蚀系数：参考国标GB-T%20749-2008进行。
（4）水化程度：参考国标GB/T%2012959-2008进行。
表1
从表1可见，本发明实施例公开的环保建筑水泥，与对比例相比，具有更加优异的抗蚀性、耐水性，且抗压强度更大，水化效率更高，性能稳定性更优异，这是各原料协同作用的结果。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据依据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
