本发明涉及水泥基建筑材料，尤其是涉及一种工业固废基混凝土及复合墙板。
背景技术：
1、由于燃气泄漏、电器使用不当等原因，建筑火灾已成为当今发生频率最高、破坏程度最大、损失最为严重的灾害之一，高层建筑的外挂墙板的自重大及防火性能差等问题极大影响高层建筑安全，因此对于集轻质，防火抗裂等多种优点于一体的外挂墙板的需求与日俱增。
2、粉煤灰是煤粉经炉膛燃烧后产生的副产品，其主要化学成分al2o3、sio2，是燃煤电厂排出的主要固体废物。大量的粉煤灰不加处理，就会产生扬尘，污染大气；若排入水系会造成河流淤塞，而其中的有毒化学物质还会对人体和生物造成危害。
3、钢渣为炼钢产生的工业固废，大量的钢渣被直接堆放、道路铺填等，不仅占用大量土地资源，同时，钢渣中高碱性浸出物严重污染土壤和水源等，影响自然环境和人类健康安全，钢渣合理处置及其资源化利用等需求日益迫切。钢渣与水泥的矿物成分较为相似，寻求将适量钢渣微粉取代水泥，避免钢渣碱性物质浸出是钢渣资源化利用的一个方向。这样不仅可以提高钢渣利用率，减小水泥用量，降低成本，而且可以减少co2排放量，符合绿色环保和可持续发展理念。
4、普通掺有钢渣微粉的墙板的抗裂性、防火性能较差，目前出现的多种墙板的阻燃效果不达标，难以达到建筑行业的标准，致使火灾频发，造成巨大损失。因此，如何合理利用钢渣及硅铝质磷酸盐材料，开发一种更高效、抗裂性好、耐火性能优异等优点于一身的多功能梯度的复合墙板，并利用3d打印的快速制备方法，对行业可持续发展具有重要意义。
技术实现思路
1、为克服现有技术中存在的问题，本发明提供一种工业固废基混凝土，并利用其制备多功能梯度复合墙板。具体的，本发明利用钢渣替代水泥，利用锌渣和粉煤灰制备硅铝质磷酸盐材料，并通过调整外加剂组成，利用3d打印技术制备基本支撑隔热层与防火阻燃隔绝层，并在最外层设置防水耐磨隔断层，进而制备固废资源化、降低碳排放的多功能梯度复合墙板。
2、具体的，本发明首先涉及一种工业固废基混凝土，经3d打印制备而成，由以下重量份原料组成：锌渣5-10份，粉煤灰50-60份，浓磷酸20-30份，水10-20份，氯化钡0.5-3份。本发明工业固废基混凝土主要水化产物为硅铝质磷酸盐，化学分子式可以简写为(sixalypz)o2,x为si的摩尔分数：0.07<x≤0.2，y为al的摩尔分数：0.37≤y≤0.55，z为p的摩尔分数：0.35≤z≤0.48，x+y+z＝1。本发明采用锌渣和粉煤灰作为活性物质，在浓磷酸的激发条件下，通过解聚-缩聚反应生成具有三维网络结构的基体，与传统硅酸盐水泥相比，硅铝质磷酸盐材料的co2排放量降低80％左右，同时具有良好的粘结性能及耐高温性能，抗压强度优异，密度低，轻质等优点。
3、优选的，所述浓磷酸质量分数为85％。
4、本发明还涉及一种复合墙板，具体的，包括从内至外依次设置的基本支撑隔热层，防火阻燃隔绝层和防水耐磨隔断层，其中防火阻燃隔绝层前述工业固废基混凝土经3d打印而成。本发明将硅铝质磷酸盐材料经由3d打印技术打印在基本支撑隔热层表面，使得复合墙板具有优异的防火层，有效减小高温对基本支撑隔热层的损伤。
5、优选的，所述基本支撑隔热层由固体物料与水按照1:0.15-0.25的重量比例混合均匀经3d打印而成，固体物料由以下重量份原料组成：钢渣粉5-15份，水泥30-45份，天然河砂45-60份，玄武岩纤维0.08-0.3份，减水剂0.4-0.6份，碱性激发剂0.8-3份，聚丙烯酰胺1.2-3份，氯化钡0.16-1.3份。
6、优选的，所述钢渣粉组成为：0.01-0.02mm钢渣10-20％，0.02-0.03mm钢渣55-70％，0.03-0.06mm钢渣20-25％。
7、本发明研究表明，钢渣粉的活性偏弱，若按照较大的掺量取用，水泥的水化将遭到抑制，从而使得水泥制品的性能降低，而取适量的钢渣粉代替水泥作为胶凝材料，在一定程度增加密实度，减小有效水灰比，不仅不会使水泥制品的性能下降，反而还会使其抗压强度、抗折强度、抗碳化、耐磨抗冻等性能提高。
8、玄武岩纤维具有优异的耐腐蚀耐高温、高抗拉强度等优点，本发明通过多次试验发现，纤维长度较短时，在试件中发挥不了作用，在力学性能测试时，纤维不是被拉断或压断，而是直接从试件中被拉出来。在纤维长度为6-12mm时试件的抗压强度和抗裂性能提高，改善脆性的同时，有效减少了或避免了因纤维较长而导致的3d打印过程中喷口堵塞的问题。本发明针对钢渣与玄武岩纤维掺量配比进行大量试验，并不断调整优化配方，制备出具有优异性能的复合墙板的基本支撑隔热层，有效扩展了作为工业废弃物的钢渣的应用领域，减少水泥的使用，符合绿色环保的发展理念，减少碳排放。
9、本发明掺入适量聚丙烯酰胺有利于改善浆体的工作性。这是由于聚丙烯酰胺大分子在钢渣微粉表面发挥了表面活性作用，并且聚丙烯酰胺的掺入会带入一部分空气，从而在一定程度上提高了浆体的流动度；聚丙烯酰胺部分水解后会产生羧基，羧基与钙离子发生络合反应，从而降低了孔隙溶液中钙离子的浓度，进而延缓了ca(oh)2和c-s-h凝胶的形成，使得浆体凝结变慢，延长初凝时间，且聚丙烯酰胺的掺入能够促进钢渣微粉和水泥水化，同时适量的聚丙烯酰胺微凝胶可以填充基体中的孔隙，从而提高混凝土的抗碳化性能。
10、本发明在基本支撑隔热层和防火阻燃隔绝层添加部分氯化钡，其可改善浆体3d打印性能，优化凝结时间，使得浆料更容易成型，得到的试件样品微观结构更加致密，提高抗压强度。
11、优选的，所述玄武岩纤维长度6-12mm，熔点1400-1550℃，抗拉强度3900-4300mpa，弹性模量96-102gpa，断裂伸长率2.4-2.9％，密度2.8-3.3g/cm3。
12、优选的，所述减水剂为聚羧酸系高效减水剂。
13、优选的，所述碱性激发剂为氢氧化钠、氢氧化钙的至少一种。
14、优选的，所述氯化钡为粉状，纯度为分析纯。
15、优选的，所述聚丙烯酰胺为白色晶体，含固量为97.9％，密度为1.302g/cm3，水解度为30％。
16、优选的，所述防水耐磨隔断层由厚度为1.5mm，密度为600g/m2聚乙烯丙纶防水卷材构成。聚乙烯丙纶防水卷材主要是以无纺布和聚乙烯为主要原料，经添加助剂改善性能制造的一种有增强保护层、防老化层、防水层和增粘增强层四层片状材料为一体的复合型防水材料。聚乙烯丙纶防水卷材最突出的特点是表面粗糙均匀、易粘接，适合与多种材料的基层粘合，可与水泥材料在凝固过程中直接粘合，粘接剥离强度130-170kpa，这是其它防水材料所不具备的性能。本发明进行大量试验，发现采用聚乙烯丙纶防水卷材作为防水耐磨隔断层，在有效防水的同时能在一定程度减小墙板的开裂，增加墙板的抗拉性能。
17、本发明还涉及上述复合墙板的制备方法，具体的，包括如下步骤：
18、1)将钢渣粉、水泥、天然河砂混合均匀，分次加入玄武岩纤维混合均匀，加入水和减水剂组成的溶液，再加入聚丙烯酰胺和氯化钡，得到基本支撑隔热层的浆体，
19、2)将粉煤灰球磨，加入锌渣，搅拌均匀，加入浓磷酸和水组成的溶液，搅拌均匀，加入氯化钡搅拌均匀，得防火阻燃隔绝层的浆体，
20、3)在模具中涂刷脱模剂，将基本支撑隔热层的浆体和防火阻燃隔绝层的浆体加入3d打印设备，设置3d打印参数，将基本支撑隔热层的浆体在模具中进行打印，继而将防火阻燃隔绝层的浆体打印在基本支撑隔热层表面，再将防水耐磨隔断层平铺于防火阻燃隔绝层表面，
21、4)待模具中所有材料凝结硬化后进行脱模，得复合墙板坯体，
22、5)将复合墙板坯体养护，即得。
23、优选的，步骤1)玄武岩纤维分三次等量加入。
24、优选的，步骤1)搅拌速度为60-120rpm。
25、优选的，步骤2)采用球料比1:2，球磨频率200-270hz，对粉煤灰进行球磨1-1.5h。
26、优选的，步骤2)搅拌速度为60-120rpm。
27、优选的，步骤3)模具尺寸为500×700×55mm，其中基本支撑隔热层50mm，防火阻燃隔绝层3.5mm，防水耐磨隔断层1.5mm。
28、优选的，步骤4)凝结硬化条件为在温度60℃、相对湿度70％的恒温恒湿箱中养护1天。
29、优选的，步骤5)养护为将坯体用保鲜膜密封放在30℃干燥箱中养护6天后，送入温度为20±2℃，相对湿度为95％以上的标准养护室养护至28天。
30、与现有技术相比，本发明提供的多功能梯度环保复合墙板，具有如下优点：
31、(1)本发明的墙板基本支撑隔热层以水泥为主要原料，掺加适量不同级配的钢渣微粉和适量的玄武岩纤维，解决单掺钢渣的胶凝材料的强度低、易开裂等问题；提高了钢渣固废的利用率，避免了钢渣固废中高碱性物质的溶出，对生态环境的保护有极大的促进作用，防火阻燃隔绝层采用锌渣和粉煤灰为主要原料，降本利废，墙板制备过程中调整外加剂组成，采用3d打印技术，提高工业化水平。
32、(2)现在的混凝土墙板多为玻璃纤维增强混凝土板，存在玻璃纤维不耐碱及玻璃纤维长时间暴露在空气中，强度和韧性大幅下降造成混凝土强度受到影响的问题，本发明有效解决这一痛点，具有较好的韧性和抗开裂性能，使用过程中裂缝不易产生和发展。
33、(3)本发明兼具强度高、抗开裂、耐磨耐腐蚀性好、防火等级高、防水性能优异及可实现异形构件的制备等特点。可有效拓展钢渣固废应用领域，提高钢渣固废资源化利用率、降低碳排放。