本发明涉及水泥砂浆，具体为一种基于铁矿废渣的高强度水泥砂浆及其制备工艺。
背景技术：
1、水泥砂浆是由水泥、砂石、水混合而成的建筑材料，被广泛用于砌筑墙壁、沟道、地板砖等方面，起到稳固的作用。而随着我国基建事业的迅速发展，水泥砂浆的需求的增多，作为主要物质之一的砂石也被过度开采，使得生态环境造成破坏。同时，我国每年产生的废弃物铁矿废渣也对环境造成了威胁。因此，研究逐渐趋向于使用铁矿废渣代替砂石制备水泥砂浆，从而利用废物、降低成本、降低环境危害。
2、现有技术中，使用铁矿废渣代替砂石，存在凝结硬化慢、干缩性较大，使得水泥砂浆形成的水泥制品存在，抗压性能差、抗冻性能差、抗渗性较差等缺点。而通过聚合物粘结剂增加水泥制品的交联密度，从而有效降低内部孔隙，提高抗渗性、提高抗折性。环氧树脂，由于具有良好的耐化学性、抗冻性、高黏合性、固化收缩率低等优点被广泛用于水泥砂浆的改性，从而增强抗冻性、抗渗性。但是现有的环氧树脂交联剂与水泥砂浆的螯合性不高，水泥浆体塑性不高，抗压性能增强有限。且一般需要额外引入固化剂进行交联固化，引入稀释剂增加相容性；但是多物质的引入存在复杂性，且存在交联均匀性低、固化应力高，使得其会产生固化裂纹，降低抗压性和抗渗性能。
3、综上，解决上述问题，制备一种基于铁矿废渣的高强度水泥砂浆具有重要应用价值。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种基于铁矿废渣的高强度水泥砂浆及其制备工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
3、一种基于铁矿废渣的高强度水泥砂浆的制备工艺，包括以下步骤：
4、步骤1：将硅酸盐、粉煤灰、河沙、铁矿废渣混合均匀，得到无机混合物；
5、步骤2：将0.25～0.35wt％的无机混合物加入到去离子水中，加入单宁酸，在400～600rpm下，水化5～6小时，得到水化产物溶液；加入改性生物炭，分散均匀得到混合溶液；
6、步骤3：将剩余的无机混合物加入至混合溶液中，搅拌混合；加入减水剂、消泡剂搅拌混合；加入水性环氧树脂，搅拌均匀，得到高强度水泥砂浆。
7、较为优化地，所述高强度水泥砂浆包括以下原料：按重量份数计，95～105份无机混合物、0.5～0.7份单宁酸、0.8～1份改性生物炭、12～15份去离子水、5～6份水性环氧树脂、0.1～0.2份减水剂、0.1～0.15份消泡剂；所述减水剂为聚羧酸减水剂、磺系减水剂中一种；所述消泡剂为聚醚类消泡剂。
8、较为优化地，所述无机混合物包括：32～36份硅酸盐水泥、6～9份粉煤灰、43～50份河沙、10～14份铁矿废渣。
9、较为优化地，所述硅酸盐水泥的密度为3.0～3.2g/cm3；所述河沙的密度为2.5～2.7g/cm3，细度模数为2.5～2.8；所述铁矿废渣的密度为2.8～3.0g/cm3。
10、较为优化地，所述改性生物炭的制备工艺为：将纳米生物炭加入至去离子水中，分散均匀，加入三乙烯二胺，加入至40～80℃，反应12～14小时，冷却，过滤，干燥，得到改性生物炭。
11、较为优化地，三乙烯二胺与纳米生物炭的质量比为1:(3～4)。
12、较为优化地，所述水性环氧树脂的制备工艺为：
13、(1)将2-氨基乙基磺酸、氨基三甲叉磷酸加入中盐酸溶液中，使用氢氧化钠调节ph＝8.5±0.2，得到改性溶液；
14、(2)将环氧树脂e54加入至反应瓶中，加入四丁基溴化铵水溶液，氮气氛围下，设置温度为90～98℃，搅拌30～40分钟；滴加改性溶液，滴加时间为20～30分钟，反应4～5小时；降温至60～70℃，加入偶氮二异丁脒盐酸盐水溶液搅拌均匀，升温至90～98℃，加入甲氧基聚乙二醇丙烯酰胺、丙烯酰胺的混合水溶液反应，反应4～5小时，旋蒸、乙酸乙酯洗涤、干燥，得到水性环氧树脂。
15、较为优化地，所述水性环氧树脂包括以下原料：按重量份数计，100份环氧树脂e54、18～20份2-氨基乙基磺酸、8～10份氨基三甲叉磷酸、30～34份甲氧基聚乙二醇丙烯酰胺、8～12份丙烯酰胺、3～4份偶氮二异丁脒盐酸盐。
16、较为优化地，所述盐酸溶液的浓度为1～1.2mol/l；四丁基溴化铵水溶液的浓度为15～20wt％；所述偶氮二异丁脒盐酸盐水溶液的浓度为10～12wt％；混合水溶液的浓度为15～20wt％。
17、较为优化地，一种基于铁矿废渣的高强度水泥砂浆的制备工艺制备得到的水泥砂浆。
18、本技术技术方案的有益效果：
19、(1)方案中，预先取极低含量的无机混合物(水泥砂浆的主体原料)分散在去离子水中，加入单宁酸，搅拌水化，产生水化产物溶液，然后再引入改性纳米生物质炭，混合均匀，得到混合溶液。
20、其中，水化产物溶液中，利用单宁酸强螯合性，与无机混合物中的钙离子、铁离子等螯合，由于单宁酸的特殊性，因此其在水化产物表面原位诱导产生了c-s-h、ch等纳米颗粒，并且由于π-π堆积产生的疏水相互作用，这些原位产生的纳米颗粒可以很好地分散在浆液中。而形成的纳米颗粒可以作为剩余无机混合物后续水化过程中c-s-h生长的成核位点，促进后期水泥的水化过程。另一方面其原位生长在水泥砂浆的结构中，有效细化了孔隙结构，从而提高强度和抗渗性能，提高耐久性能。
21、另一方面，由于单宁酸的引入量并不是越多越好，过高会使得砂浆的可塑性降低，降低水泥砂浆的稳定性。因此，为了协同水化产物，进一步提高强度和抗渗性能，进一步引入了改性纳米生物质炭。其是以三乙烯二胺改性生物炭，得到的氨基化生物质炭。其中，纳米生物炭同样可以提高促进孔隙结构细化。而用于改性的三乙烯二胺是一种金属螯合剂，其与单宁酸相比，一种具有碱性官能团、一种具有酸性官能团，金属螯合种类、螯合顺序存在差异；此外，三乙烯二胺的引入，可以减缓预先水化过程中单宁酸的损失，因此，两者共同引入存在协同作用，协同提高了抗渗性和抗压强度。同样的，改性纳米生物质炭引入量需要限定，抗压强度随着其引入先增大后减小。
22、(2)方案中，引入水性环氧树脂，促进交联网络的形成，从而提高强度和力学性能。由于现有的环氧树脂存在相容性、分散性、固化脆性的问题，因此方案中，使用双重改性手段，增加环氧树脂在水泥砂浆中的分散性，同时，改性后环氧树脂可以自交联，从而降低了多余物质的引入，抑制固化应力导致的裂纹的产生。
23、其中，水性环氧树脂，是以环氧树脂e54为基础，现在四丁基溴化铵的催化剂，氨基开环接枝2-氨基乙基磺酸、氨基三甲叉磷酸，接枝有效增加了亲水侧链，从而提高了分散性，同时侧链的引入提高了韧性和耐热性能，且两者的接枝不会影响水泥水化产生。因为磷酸基团与钙结合能力高于磺酸根离子，当带定量比的2-氨基乙基磺酸、氨基三甲叉磷酸的接枝量时，水性环氧树脂的引入具有良好的塑性，具有良好的塑性，可以提高水泥砂浆的流动性。进一步的，方案中，通过自由基反应，接枝在其羟基相邻的β-碳上。通过引入长链的甲氧基聚乙二醇丙烯酰胺和短链的丙烯酰胺，有效增强韧性的同时，增加自交联性能。长链甲氧基聚乙二醇丙烯酰胺，有效增强了孔隙内部的氢键作用，从而提高了抗渗性能。长链甲氧基聚乙二醇丙烯酰胺和短链丙烯酰胺有效在其内部形成交联网络，联合长链甲氧基聚乙二醇丙烯酰胺的氢键作用，有效形成应力分散效应，从而当外部应力冲击时，有效分散力的作用，抑制集中性，降低水泥环开裂。