【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无机材料领域，具体涉及一种生物质非钙水泥及其制备方法和使用方法。
技术介绍
1、水泥，是一种重要的水硬性胶凝材料，广泛应用于土木建筑、水利、国防等工程，被评选为影响世界发展的50大专利技术之一。
2、传统的硅酸盐水泥，是以石灰石和粘土为主要原料，经破碎、配料、磨细制成生料，然后在水泥窑中煅烧成熟料，将熟料加适量石膏及其他混合材料或外加剂磨细而成。其中无论是石灰石的开采，还是生料的煅烧都是高能耗高碳排过程，据报道，水泥行业的碳排占总排放的30%，因此严重阻碍了“双碳”目标的实现。
3、目前，以“碳负”全生物质材料以及工业废弃材料合成替代现有高碳水泥，是实现“双碳”这一目标的重要手段，但现有绿色水泥材料在合成过程中存在成本高、强度低，且性能单一、难以满足应用需要，因此迫切需要发展具有碳减排、低成本、高性能的生物质水泥，这是世界性难题，也是绿色生物制造必经之路，符合“双碳”产业发展要求。
4、早在宋明时期，便有把生物质糯米汤与灰浆按比例混合制备建材的先例，这为高性能低碳水泥材料的强韧性和耐久性设计提供了借鉴，如专利文献cn107510375a采用传统的生物质淀粉-石灰砂浆并配以工业废弃赤泥作为胶凝材料体系，进一步提高的水泥的耐久性和强韧性。但该生物质淀粉成本过高，不适合当代社会发展，且材料主基材仍是以高碳排的钙盐为主。另一方面，欧美等发达国家在近代开始研究绿色水泥材料，专利文献us8399387b2公开了一种包括水泥窑粉尘、木质素纤维凝固组合物的生物质水泥，其利用微晶纤维素和木粉替代了
5、目前以生物质材料完全取代以钙盐为主的常规水泥方面原创研究还未见报道。国内经过近几年的大力发展，以秸秆，果渣，玉米芯，造纸废渣等低廉的生物质为原料转化形成的优质木质素/纤维素技术取得了一定进展，特别是大量的造纸废渣纤维，这为生物水泥的原料来源奠定了基础。同时相较于早期的化学交联剂，高效生物基聚合物交联剂目前也正在起步，主要是针对生物基水性胶以及树脂的开发如水性聚氨酯、水性酚醛树脂、水性脲醛树脂、丙烯酸、丙烯酰胺、二元醛等，其对高性能高耐久全生物基水泥的实现具有重要意义。因此，随着技术的不断完善，若能开发出一种以碳负或零碳材料为主的生物水泥，不仅缓解对矿藏的需求压力，而且可缓解碳排放，有望推动水泥行业朝向环境友好型转型发展，完善在节能减排方面的需求，是具有原创性的重要研究。
技术实现思路
1、本专利技术目的在于提供一种高强度高耐久、非钙生物质水泥，以及其制备方法和使用方法。
2、本专利技术公开的非钙生物质水泥，具有耐久性好、力学性能优的特点，并且生物质组分含量高，成本低廉，使用方法简单。
3、本专利技术公开的非钙生物质水泥的制备方法，所需设备简单、操作便捷、资源能源消耗低，符合低碳环保和循环经济理念。
4、具体的，本专利技术公开的方案如下。
5、一种高强度、高耐久性的生物质非钙水泥，由预聚组分和激发剂组成。
6、其中预聚组分包括非钙无机材料、碳负生物基材料、固化胶，激发剂的有效成分为na2o。
7、优选地，无机材料选自非钙硅酸盐、非钙铝酸盐、含有sio2和al2o3的无机材料中的一种或多种。
8、优选地，碳负生物基材料选择秸秆、果渣、玉米芯、纤维素、木质素、造纸废渣中的一种或多种。
9、优选地，固化胶选自水性聚氨酯、水性酚醛树脂、水性脲醛树脂、水性丙烯酸、水性丙烯酰胺、水性二元醛中的一种或多种。
10、优选地，无机材料中，sio2含量在20-60 wt%，al2o3含量在10-30 wt%。为了降低生产成本，可适当选用矿渣、炉渣、电解渣等废弃材料进行配伍。
11、优选地，按生物质非钙水泥质量计，非钙无机材料、碳负生物基材料、固化胶和激发剂的含量分别为：10-30%、60-80%、0.1-1.0%、10-20%。
12、优选地，激发剂为na2o、水玻璃、胶状氢氧化物中的一种或多种。
13、进一步优选地，按生物质非钙水泥质量计，激发剂中，作为有效成分的na2o的含量为1-5%。
14、优选地，生物质非钙水泥的初凝时间＞45 min，终凝时间＜600 min，终凝3天后抗压强度＞25 mpa、抗弯折强度＞4 mpa。
15、本专利技术公开的生物质非钙水泥，利用碳负材料如低廉生物质原料（纤维素、木质素等）和工业固体废弃物（矿渣、炉渣、电解渣等）为骨架原料，合理设计交联网络结构和胶凝反应过程，引入有机胶或无机胶组分，从高分子网络结构入手通过多重反应耦合的方法，提高非钙生物质水泥的胶凝效果。
16、具体的，以固化胶的羧基、羟基等建立氢键超分子作用为第一路径： r-oh+hooc-r→r-oh⋯hooc-r、r-oh+nh2-r→si-oh⋯nh2-r，同时引入酚醛缩合反应ar-oh+hoc-r→ar-ch(oh)-r，实现高含量生物质原料的固化粘合；另一方面，利用矿渣、炉渣、电解渣，sio2，al2o3等非钙无机材料中所含层状硅酸盐的si-oh骨架，与生物质原料的氨基、羟基等反应：si-oh+ho-r→si-oh⋯oh-r、si-oh+nh2-r→si-oh⋯nh2-r，进一步将材料逐步固化从而合成具有高密度三维交联网络结构的高耐久性、优力学性的非钙生物质水泥。最后以硅铝酸盐的水合反应为第二路径，从碱性激发反应出发实现木质素与生物基水性胶之间的氢键-酚醛缩合超分子作用的提升，以形成高密度硬质三维交联网络结构（纤维石化），使生物质水泥具有优异耐候、耐盐、耐水、耐腐蚀性。该过程如附图1所示。
17、本专利技术还提供了上述高强度、高耐久性的生物质非钙水泥的制备方法，包括如下步骤：
18、—配置激发剂的水溶液；
19、—将非钙无机材料、碳负生物基材料混合后粉碎成粉体，在粉碎过程中加入固化胶，得到预聚组分。
20、其中固化胶与粉体共同混合进行包覆，形成具有固化胶包裹的微粉颗粒。
21、优选地，粉体的粒度为100-200目。粉碎过程对设备不做要求，本领域任意能够将原料粉碎至100-200目的设备均可，优选高速粉碎机。
22、本专利技术还提供了上述高强度、高耐久性的生物质非钙水泥的使用方法，即持续搅拌预聚组分，同时加入激发剂，继续搅拌至充分混合，即可在常温非烧结条件下，固化形成生物水泥材料使用，如用于浇注混凝土块或者其他的建筑构件。
23、其中，对搅拌不做具体要求，以能够充分混合为限。但优选搅拌转速为300-500rpm，搅拌时间为2-5h。
24、本专利技术公开的生物质水泥不含钙，减少了对石灰石等主要钙质来源的消耗，得到的水泥具有强度高、凝结时间适宜，耐久性高等特点，对标现有钙盐水泥能够实现真正工业化应用，实现了对传统高碳排水泥材料的替代，实现“零”碳输入全生物基非钙水泥材料“碳减排”生产模式，促进可再生农业及工业废弃物的资源化利用。
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1.一种高强度高耐久的生物质非钙水泥，其特征在于，所述生物质非钙水泥由预聚组分和激发剂组成；其中所述预聚组分包括非钙无机材料、碳负生物基材料、固化胶，所述激发剂的有效成分为Na2O。
2.根据权利要求1所述的生物质非钙水泥，其特征在于，
3.根据权利要求2所述的生物质非钙水泥，其特征在于，所述非钙无机材料中，SiO2含量在20-60 wt%，Al2O3含量在10-30 wt%，所述非钙无机材料中含有矿渣、炉渣、电解渣。
4.根据权利要求1所述的生物质非钙水泥，其特征在于，按所述生物质非钙水泥质量计，所述非钙无机材料、所述碳负生物基材料、所述固化胶和所述激发剂的含量分别为：10-30%、60-80%、0.1-1.0%、10-20%。
5.根据权利要求1所述的生物质非钙水泥，其特征在于，所述激发剂为Na2O、水玻璃、胶状氢氧化物中的一种或多种。
6.根据权利要求1或5所述的生物质非钙水泥，其特征在于，按所述生物质非钙水泥质量计，所述激发剂中的Na2O的含量为1-5%。
7.根据权利要求1所述的生物质非钙水泥，其特
8.权利要求1-7任一项所述的生物质非钙水泥的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述粉体的粒度为100-200目。
10.权利要求1-7任一项所述的生物质非钙水泥或由权利要求8-9任一项所述制备方法得到的生物质非钙水泥的使用方法，其特征在于，持续搅拌所述预聚组分，同时加入所述激发剂，继续搅拌至充分混合，即可使用。
...【技术特征摘要】
1.一种高强度高耐久的生物质非钙水泥，其特征在于，所述生物质非钙水泥由预聚组分和激发剂组成；其中所述预聚组分包括非钙无机材料、碳负生物基材料、固化胶，所述激发剂的有效成分为na2o。
2.根据权利要求1所述的生物质非钙水泥，其特征在于，
3.根据权利要求2所述的生物质非钙水泥，其特征在于，所述非钙无机材料中，sio2含量在20-60 wt%，al2o3含量在10-30 wt%，所述非钙无机材料中含有矿渣、炉渣、电解渣。
4.根据权利要求1所述的生物质非钙水泥，其特征在于，按所述生物质非钙水泥质量计，所述非钙无机材料、所述碳负生物基材料、所述固化胶和所述激发剂的含量分别为：10-30%、60-80%、0.1-1.0%、10-20%。
5.根据权利要求1所述的生物质非钙水泥，其特征在于，所述激发剂为na2o、水玻璃、胶...
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