一种高性能水泥及其制备方法
技术领域
本发明属于水泥制备技术领域，具体涉及一种高性能水泥及其制备方法。
背景技术
工业建筑多为混凝土结构、钢混结构、钢结构等，其外墙材料可能是钢板、木板或钙硅板等，为了更和谐地与外界环境保持一致，水泥本身的青灰色能够更好地融入环境，也更符合现代人的审美风格，越来越多的清水混凝土建筑业印证了这一点。现有的装饰水泥包括白色水泥和彩色水泥，主要用于建筑工程。可配制成彩色灰浆或制造各种彩色和白色混凝土。与天然的装饰材料相比，具有使用方便，易于调节色彩和价格低廉等优点，但其粘接力较差，受到冲击容易与钢板、木板等表面脱落，由于相接触的材料的表面吸水性不同，容易出现开裂、返碱等问题。
中国专利申请文献″一种装饰水泥(公开号：CN107628790B)″公开了一种装饰水泥，属于建筑材料技术领域。所述装饰水泥包括以下按重量份计的原料：硅酸盐水泥45-60份，膨胀剂0-4份，偏高岭土4-10份，硅粉2-6份，晶须1-3份，可再分散性乳胶粉5-10份，减水剂1-2份，消泡剂0.3-1.0份，纤维素醚0.1-0.15份，重钙15-20份。本发明的水泥无返碱和开裂的问题，且具有良好的和易性和耐腐蚀性能，但其粘结强度、抗压强度和抗折强度还有待提高，无法满足应用需求。
发明内容
本发明提供一种高性能水泥及其制备方法，以解决在中国专利申请文献″一种装饰水泥(公开号：CN107628790B)″公开的高性能水泥的基础上，如何优化组分、用量等，解决装饰水泥的粘结强度、抗压强度和抗折强度不够高的问题。
为了解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种高性能水泥，包括以下原料：硅酸盐水泥，膨胀剂，偏高岭土，硅粉，晶须，可再分散性乳胶粉，减水剂，消泡剂，纤维素醚，重钙，还原铁物，醋酸乙烯共聚蜡，铬酸钡；所述还原铁物，醋酸乙烯共聚蜡，铬酸钡的重量比为(6-10)∶(2-4)∶(4-6)。
进一步地，所述还原铁物，醋酸乙烯共聚蜡，铬酸钡的重量比为9∶3∶5。
进一步地，所述的高性能水泥，以重量份为单位，包括以下原料：硅酸盐水泥45-60份，膨胀剂2-4份，偏高岭土4-10份，硅粉2-6份，晶须1-3份，可再分散性乳胶粉5-10份，减水剂1-2份，消泡剂0.3-1.0份，纤维素醚0.1-0.15份，重钙15-20份，还原铁物6-10份，醋酸乙烯共聚蜡2-4份，铬酸钡4-6份。
进一步地，所述的高性能水泥，以重量份为单位，包括以下原料：硅酸盐水泥55份，膨胀剂3份，偏高岭土7份，硅粉4份，晶须2份，可再分散性乳胶粉7.5份，减水剂1.5份，消泡剂0.7份，纤维素醚0.12份，重钙17.5份，还原铁物9份，醋酸乙烯共聚蜡3份，铬酸钡5份。
进一步地，所述硅酸盐水泥为普通硅酸盐42.5水泥、52.5水泥、高镁低热水泥、高镁中热水泥中的一种或多种；所述膨胀剂为硫铝酸盐类膨胀剂。
进一步地，所述晶须为硫酸钙晶须，平均直径为1-8μm，平均长度为30-200μm。
进一步地，所述可再分散性乳胶粉为玻璃化温度为-3至3℃的可再分散乳胶粉。
进一步地，所述减水剂为粉状聚羧酸减水剂、萘系高效减水剂中的一种或多种；所述消泡剂为粉状聚醚类消泡剂；所述纤维素醚为粘度300-500mpa·s的羟丙基甲基纤维素。
进一步地，所述重钙的平均粒径为1-10μm；所述还原铁物为一次还原铁粉用硝基物还原，经过烘干后制成，其中铁含量55-65％，N含量2-5％。
本发明还提供一种高性能水泥的制备方法，包括以下步骤：(1)将还原铁物6-10份，醋酸乙烯共聚蜡2-4份，铬酸钡4-6份混合均匀干燥，研磨成粉；(2)硅酸盐水泥45-60份，膨胀剂2-4份，偏高岭土4-10份，硅粉2-6份，晶须1-3份，可再分散性乳胶粉5-10份，减水剂1-2份，消泡剂0.3-1.0份，纤维素醚0.1-0.15份，重钙15-20份，混合均匀；(3)将步骤1和步骤2的粉体混合均匀即可。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明通过对原料的合理选择，利用水泥水化提供氢氧化钙以及碱性的反应环境，并利用偏高岭土、硅粉和晶须的化学反应消耗掉水泥的氢氧化钙，同时生成钙矾石产物，不仅可以降低碱含量，避免返碱的问题，还可以提高水泥浆的强度，并通过各原来不同的粒径，实现在空间上的粒径互补，使得浆体更加的密实。另外，通过膨胀剂、可再分散性乳胶粉、纤维素醚的配合使用，避免了水泥的开裂和脱落，并赋予水泥更好的耐腐蚀性能和施工性能。
(2)还原铁物，醋酸乙烯共聚蜡，铬酸钡在制备高性能水泥中起到了协同作用，协同提高了水泥的粘结强度、抗压强度和抗折强度，推测其可能机理是：
醋酸乙烯共聚蜡黏性较大，且具有延展性，在低温下不脆弱，能够增强水泥的粘合强度，从而增强强度，同时其具有较强的浸渍功能，能够在水泥颗粒表面成膜，避免其团聚，从而提高水泥的粒度，从而促进水泥的强度；还原铁物含有丰富的氧化铁，且十分细腻，能够有效填充效果，促进水泥的致密性，防止开裂，同时由于其是硝基还原的废弃物，铁物中含有丰富的胺类物质，可以作为活性官能团，能够与水泥颗粒的表面的碱性基团螯合，增强水泥颗粒之间的互相排斥的作用，当其与醋酸乙烯共聚蜡一起添加时，表面的铁粉微颗粒能够避免醋酸乙烯共聚蜡形成的膜互相粘附团聚，使凝固的水泥更加致密，当水泥在凝固时，其又能够作为韧性固化剂，能够有效提高水泥的抗压强度和抗折强度；铬酸钡在水泥固化中，当体系含有水分时，能够有效去除醋酸乙烯共聚蜡的膜的表面电荷作用，从而进一步提高水泥微颗粒的分散性和稳定，同时其固化后作为强力矿物粘结剂，能够有效提高水泥的整体性，其活性官能团间能与还原铁物进行交联凝固，增强粘结强度、抗压强度和抗折强度效果。
(3)本发明通过对制备水泥现有技术的改进，粘结强度、抗压强度和抗折强度得到了显著的提高。
(4)本发明的还原铁物优选为硝基还原的产物，因硝基还原的产物具有更加丰富的基团，将有力于提高粘结强度、抗压强度和抗折强度。
具体实施方式
为便于更好地理解本发明，通过以下实例加以说明，这些实例属于本发明的保护范围，但不限制本发明的保护范围。
在实施例中，所述高性能水泥，以重量份为单位，包括以下原料：硅酸盐水泥45-60份，膨胀剂2-4份，偏高岭土4-10份，硅粉2-6份，晶须1-3份，可再分散性乳胶粉5-10份，减水剂1-2份，消泡剂0.3-1.0份，纤维素醚0.1-0.15份，重钙15-20份，还原铁物6-10份，醋酸乙烯共聚蜡2-4份，铬酸钡4-6份。
所述硅酸盐水泥为普通硅酸盐42.5水泥、52.5水泥、高镁低热水泥、高镁中热水泥中的一种或多种；所述膨胀剂为硫铝酸盐类膨胀剂。
所述晶须为硫酸钙晶须，平均直径为1-8μm，平均长度为30-200μm。
所述可再分散性乳胶粉为玻璃化温度为-3至3℃的可再分散乳胶粉。
所述减水剂为粉状聚羧酸减水剂、萘系高效减水剂中的一种或多种；所述消泡剂为粉状聚醚类消泡剂；所述纤维素醚为粘度300-500mpa·s的羟丙基甲基纤维素。
所述重钙的平均粒径为1-10μm；所述还原铁物为一次还原铁粉用硝基物还原经过烘干后制成，其中铁含量55-65％，N含量2-5％。
所述的高性能水泥的制备方法，包括以下步骤：(1)将还原铁物，醋酸乙烯共聚蜡，铬酸钡混合均匀干燥，研磨成粉；(2)硅酸盐水泥，膨胀剂，偏高岭土，硅粉，晶须，可再分散性乳胶粉，减水剂，消泡剂，纤维素醚，重钙，混合均匀；(3)将步骤1和步骤2的粉体混合均匀即可。
实施例1
一种高性能水泥，以重量份为单位，包括以下原料：硅酸盐水泥55份，膨胀剂3份，偏高岭土7份，硅粉4份，晶须2份，可再分散性乳胶粉7.5份，减水剂1.5份，消泡剂0.7份，纤维素醚0.12份，重钙17.5份，还原铁物9份，醋酸乙烯共聚蜡3份，铬酸钡5份。
所述硅酸盐水泥为普通硅酸盐42.5水泥；所述膨胀剂为硫铝酸盐类膨胀剂。
所述晶须为硫酸钙晶须，平均直径为2μm，平均长度为34μm。
所述可再分散性乳胶粉为玻璃化温度为-2至3℃的可再分散乳胶粉。
所述减水剂为粉状聚羧酸减水剂；所述消泡剂为粉状聚醚类消泡剂；所述纤维素醚为粘度300mpa·s的羟丙基甲基纤维素。
所述重钙的平均粒径为3μm；所述还原铁物为一次还原铁粉用硝基物还原经过103℃烘干后制成其中铁含量58％，N含量2％。
所述的高性能水泥的制备方法，包括以下步骤：(1)将还原铁物，醋酸乙烯共聚蜡，铬酸钡混合均匀干燥，研磨成粉；(2)硅酸盐水泥，膨胀剂，偏高岭土，硅粉，晶须，可再分散性乳胶粉，减水剂，消泡剂，纤维素醚，重钙，混合均匀；(3)将步骤1和步骤2的粉体混合均匀即可。
实施例2
一种高性能水泥，以重量份为单位，包括以下原料：硅酸盐水泥60份，膨胀剂2份，偏高岭土10份，硅粉2份，晶须3份，可再分散性乳胶粉5份，减水剂2份，消泡剂0.3份，纤维素醚0.15份，重钙15份，还原铁物10份，醋酸乙烯共聚蜡2份，铬酸钡6份。
所述硅酸盐水泥为普通硅酸盐52.5水泥；所述膨胀剂为硫铝酸盐类膨胀剂。
所述晶须为硫酸钙晶须，平均直径为6μm，平均长度为95μm。
所述可再分散性乳胶粉为玻璃化温度为-1至2℃的可再分散乳胶粉。
所述减水剂为粉状聚羧酸减水剂；所述消泡剂为粉状聚醚类消泡剂；所述纤维素醚为粘度400mpa·s的羟丙基甲基纤维素。
所述重钙的平均粒径为7μm；所述还原铁物为一次还原铁粉用硝基物还原经过107℃烘干后制成，其中铁含量62％，N含量4％。
所述的高性能水泥的制备方法，包括以下步骤：(1)将还原铁物，醋酸乙烯共聚蜡，铬酸钡混合均匀干燥，研磨成粉；(2)硅酸盐水泥，膨胀剂，偏高岭土，硅粉，晶须，可再分散性乳胶粉，减水剂，消泡剂，纤维素醚，重钙，混合均匀；(3)将步骤1和步骤2的粉体混合均匀即可。
实施例3
一种高性能水泥，以重量份为单位，包括以下原料：硅酸盐水泥45份，膨胀剂4份，偏高岭土4份，硅粉6份，晶须1份，可再分散性乳胶粉10份，减水剂1份，消泡剂1.0份，纤维素醚0.1份，重钙20份，还原铁物6份，醋酸乙烯共聚蜡4份，铬酸钡4份。
所述硅酸盐水泥为高镁低热水泥；所述膨胀剂为硫铝酸盐类膨胀剂。
所述晶须为硫酸钙晶须，平均直径为7μm，平均长度为200μm。
所述可再分散性乳胶粉为玻璃化温度为-3至3℃的可再分散乳胶粉。
所述减水剂为萘系高效减水剂；所述消泡剂为粉状聚醚类消泡剂；所述纤维素醚为粘度500mpa·s的羟丙基甲基纤维素。
所述重钙的平均粒径为9μm；所述还原铁物为一次还原铁粉用硝基物还原经过105℃烘干后制成，其中铁含量64％，N含量5％。
所述的高性能水泥的制备方法，包括以下步骤：(1)将还原铁物，醋酸乙烯共聚蜡，铬酸钡混合均匀干燥，研磨成粉；(2)硅酸盐水泥，膨胀剂，偏高岭土，硅粉，晶须，可再分散性乳胶粉，减水剂，消泡剂，纤维素醚，重钙，混合均匀；(3)将步骤1和步骤2的粉体混合均匀即可。
对比例1
与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备高性能水泥的原料中缺少还原铁物，醋酸乙烯共聚蜡，铬酸钡。
对比例2
与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备高性能水泥的原料中缺少还原铁物。
对比例3
与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备高性能水泥的原料中缺少醋酸乙烯共聚蜡。
对比例4
与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备高性能水泥的原料中缺少铬酸钡。
对比例5
采用中国专利申请文献″一种装饰水泥(公开号：CN107628790B)″实施例1-9的方法制备水泥。
对比例6
与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是还原铁物为羰基还原铁物。
对比例7
与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备高性能水泥的原料中还原铁物15份，醋酸乙烯共聚蜡1份，铬酸钡9份。
对比例8
与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备高性能水泥的原料中还原铁物2份，醋酸乙烯共聚蜡7份，铬酸钡2份。
对比例9
与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备高性能水泥的原料中还原铁物2份，醋酸乙烯共聚蜡1份，铬酸钡7份。
对实施例1-3和对比例1-9制得的水泥产品检测粘结强度、28d抗压强度和28d抗折强度，其中粘结强度检测采用标准《JGJ%20110-2008建筑工程饰面砖粘结强度检验标准》；抗压强度、抗折强度检测采用标准《GB/T17671-1999水泥胶砂强度试验》方法，测定结果如下表所示。
由上表可知：
(1)由实施例1-3的数据可见，实施例1为最优实施例。
(2)由实施例1和对比例1-4的数据可见，还原铁物，醋酸乙烯共聚蜡，铬酸钡在制备高性能水泥中起到了协同作用，协同提高了粘结强度、抗压强度和抗折强度，推测其可能机理是：
醋酸乙烯共聚蜡黏性较大，且具有延展性，在低温下不脆弱，能够增强水泥的粘合强度，从而增强强度，同时其具有较强的浸渍功能，能够在水泥颗粒表面成膜，避免其团聚，从而提高水泥的粒度，从而促进水泥的强度；还原铁物含有丰富的氧化铁，且十分细腻，能够有效填充效果，促进水泥的致密性，防止开裂，同时由于其是硝基还原的废弃物，铁物中含有丰富的胺类物质，可以作为活性官能团，能够与水泥颗粒的表面的碱性基团螯合，增强水泥颗粒之间的互相排斥的作用，当其与醋酸乙烯共聚蜡一起添加时，表面的铁粉微颗粒能够避免醋酸乙烯共聚蜡形成的膜互相粘附团聚，使凝固的水泥更加致密，当水泥在凝固时，其又能够作为韧性固化剂，能够有效提高水泥的抗压强度和抗折强度；铬酸钡在水泥固化中，当体系含有水分时，能够有效去除醋酸乙烯共聚蜡的膜的表面电荷作用，从而进一步提高水泥微颗粒的分散性和稳定性，同时其固化后作为强力矿物粘结剂，能够有效提高水泥的整体性，其活性官能团间能与还原铁物进行交联凝固，增强粘结强度、抗压强度和抗折强度效果。
(3)由实施例1和对比例5的数据比较可知，通过对现有技术的改进，粘结强度、抗压强度和抗折强度得到了显著的提高，至少分别提高21.51％、23.19％、31.92％。
(4)由实施例1和对比例6的数据比较可知，还原铁物为羰基还原铁物对粘结强度、抗压强度和抗折强度造成影响，而本发明的还原铁物优选为硝基还原的产物，因硝基还原的产物具有更加丰富的基团将有力于提高粘结强度、抗压强度和抗折强度分别提高15.90％、15.28％、14.60％。
(4)由对比例7-9的数据可见，还原铁物、醋酸乙烯共聚蜡、铬酸钡的重量比不在(6-10)∶(2-4)∶(4-6)范围内时，制得的水泥粘结强度、抗压强度和抗折强度与实施例1-3的数值相差甚大，远小于实施例1-3的数值，分别至少小14.84％、13.99％和12.14％以上。本发明还原铁物、醋酸乙烯共聚蜡、铬酸钡作为一个整体提高粘结强度、抗压强度和抗折强度补强体系，实施例1-3控制制备水泥时通过添加还原铁物、醋酸乙烯共聚蜡、铬酸钡的重量比为(6-10)∶(2-4)∶(4-6)，实现在补强体系中当还原铁物与醋酸乙烯共聚蜡一起添加时，表面的铁粉微颗粒能够避免醋酸乙烯共聚蜡形成的膜互相粘附团聚，使凝固的水泥更加致密，能够有效提高水泥的抗压强度和抗折强度；铬酸钡能够有效去除醋酸乙烯共聚蜡的膜的表面电荷作用，从而进一步提高水泥微颗粒的分散性和稳定性，其活性官能团间能与还原铁物进行交联凝固，增强粘结强度、抗压强度和抗折强度效果。本发明控制还原铁物、醋酸乙烯共聚蜡、铬酸钡的重量比为(6-10)∶(2-4)∶(4-6)，使之构成补强体系，在制备水泥产品中协同提高粘结强度、抗压强度和抗折强度。
以上内容不能认定本发明具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。
