本发明涉及桥梁、公路领域，特别是涉及低碱度早强缓凝混凝土及其制备方法。
背景技术：
自从80年代我国开始建设高速公路以来，至今已先后建成了12.3万多公里的高速公路，这些高速公路中较多是4车道高速公路，并均是经济发达地区的交通干线，随着经济的快速发展，高速公路上交通量日益增长，很多高速公路出现了服务水平的明显下降，扩建、扩容的问题逐渐突出。对原有道路的改扩建施工是今后几年公路建设的重要组成部分。在高速公路扩建过程中，桥梁结构新旧桥的拼接是改扩建项目的一个关键技术问题。较早期的新旧桥梁拼接均采用在新旧桥连接位置设置伸缩缝，或在拼接部位采用铰缝连接。近期新旧结构采用刚接拼接，其好处就是行车舒适，耐久性好，不用经常养护。
现有的技术中，在对新旧桥进行湿接缝拼接施工时，考虑到旧桥通车振动会导致湿接缝拼接混凝土开裂，影响施工质量，通常会采取封闭交通或者半封闭交通措施，但这严重影响道路运营，迫于社会压力，对行车振动环境下桥梁拼接缝高性能混凝土研发日趋重要，在符合接缝的各项指标规范条件下，如何在短时间内，快速完成新旧混凝土桥梁接缝的建造，并使其抗压强度达到通车要求的20mpa，对实际生产中具有重要意义。
技术实现要素：
基于此，有必要针对上述问题，提供一种在短时间内，抗压强度达到通车要求的低碱度早强缓凝混凝土及其制备方法。
本发明的目的是提供一种低碱度早强缓凝混凝土，以kg/m3为单位，包括以下组分：
低碱度硫铝酸盐水泥450-550、聚羧酸减水剂4-9、硫酸铝6-7、砂600-650、石头1100-1200、水170-210。
在其中一个实施例中，所述硫酸铝与所述低碱度硫铝酸盐水泥的质量比不小于0.011。
在其中一个实施例中，所述聚羧酸减水剂为ql-pc5型高性能早强减水剂。
在其中一个实施例中，所述低碱度硫铝酸盐水泥的ph值不高于10.5。
在其中一个实施例中，所述低碱度硫铝酸盐水泥的强度等级为42.5级。
在其中一个实施例中，所述低碱度早强缓凝混凝土的施工温度为15-40℃。
在其中一个实施例中，所述低碱度早强缓凝混凝土的施工的相对湿度为50％-80％。
在其中一个实施例中，水灰比为0.3-0.4。水灰比是指混凝土中水的用量与水泥用量的重量比值。
在其中一个实施例中，所述砂为天然砂，细度模数为2.8；所述石头的粒径范围为5mm-10mm。
本发明的另一个目的是提供上述低碱度早强缓凝混凝土的制备方法，包括以下步骤：
按上述的组分称取各原料；
将石头、砂和低碱度硫铝酸盐水泥混合搅拌2-5min，得混合物a；
将聚羧酸减水剂和硫酸铝溶于水中，搅拌，得混合物b；
将混合物b加入到混合物a中，搅拌，得低碱度早强缓凝混凝土。
本发明的原理如下：
低碱度硫铝酸盐水泥是以硫铝酸盐水泥熟料和硬石膏按一定比例经粉磨后制得。其矿物组成主要是无水硫铝酸钙、硅酸二钙、铁铝酸四钙和硫酸钙，其水化产物主要是钙矾石、二水石膏和水化氧化铝凝胶。硬石膏的加入，降低了硫铝酸盐的碱度，可增加混凝土耐久性。同时，在低碱度的条件下，钙矾石的生长速率较慢，延长了硫铝酸盐水泥的初凝时间，便于施工。但是，水泥的早期强度受钙矾石与其他水化产物影响。具体为：钙矾石与其他水化产物连接，形成网络结构，钙矾石数量越多，在空洞内生长越密集，则水泥的早期强度越大。为了增加低碱度硫铝酸盐的早期强度，本发明在低碱度水泥中加入了硫酸铝和聚羧酸减水剂。加入硫酸铝后，水泥浆体的总孔隙大幅降低，结构更加密实，早期强度增强；加入聚羧酸减水剂后，聚羧酸盐具有梳形支链结构，分子设计自由度大，接枝具有早强功能的的小分子基团后，可在通过空间位阻分散水泥颗粒起到减水作用的同时，提高水泥强度。
与现有方案相比，本发明具有以下有益效果：
上述低碱度早强缓凝混凝土，以低碱度硫铝酸盐水泥为原料，添加聚羧酸减水剂和硫酸铝等原料，调整合适的配比，在6h内，其抗压强度达到20mpa，满足通车要求。低碱度硫铝酸盐水泥的初凝时间较长，初凝时间是指从水泥加水到开始失去塑性的时间。初凝时间越长，越有利于施工。接枝小分子基团后的聚羧酸减水剂能够提高低碱度硫铝酸盐水泥前期的强度，并改善混凝土的流动性，起到缓凝和减水的作用。加入硫酸铝，可进一步提高低碱度硫铝酸盐水泥6h内的抗压强度。
硫酸铝的掺杂量对本发明混凝土的早期强度影响较大，若硫酸铝掺杂量过低，则低碱度硫铝酸盐水泥混凝土的6h强度不满足通车要求。本发明还可以在混凝土中加入钢纤维，进一步提高混凝土抗压强度、韧性及拉伸强度。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的低碱度早强缓凝混凝土作进一步详细的说明。
以下实施例与对比例使用的原料均为市售，来源如下：
低碱度硫铝酸盐水泥：广西云燕特种水泥建材有限公司，ph值为10.3，强度等级为42.5；
快硬硫铝酸盐水泥：海运特种水泥公司，ph值不大于11.0，强度等级为42.5；
聚羧酸减水剂：江门市强力建材科技有限公司，型号为ql-pc5，是具有梳形支链结构的聚羧酸盐类产品，接枝小分子早强基团；
缓凝高效减水剂：江门市强力建材科技有限公司生产的萘系缓凝高效减水剂，型号为ql-2；
砂：天然砂，具体为河砂，细度模量为2.8；
石头：碎石，粒径范围5mm-10mm。
实施例1
本实施例提供一种低碱度早强缓凝混凝土，包括：
低碱度硫铝酸盐水泥550kg/m3、聚羧酸减水剂8.25kg/m3、硫酸铝6.05kg/m3、砂650kg/m3、石头1165kg/m3、水176kg/m3。
上述低碱度早强缓凝混凝土的制备方法，包括以下步骤：
按上述的组分称取各原料；
将石头、砂和低碱度硫铝酸盐水泥混合搅拌2min，得混合物a；
将聚羧酸减水剂和硫酸铝溶于水中，搅拌，得混合物b；
将混合物b加入到混合物a中，搅拌，得低碱度早强缓凝混凝土。
实施例2
本实施例提供一种低碱度早强缓凝混凝土，包括：
低碱度硫铝酸盐水泥476kg/m3、聚羧酸减水剂8.25kg/m3、硫酸铝6.05kg/m3、砂650kg/m3、石头1165kg/m3、水176kg/m3。
上述低碱度早强缓凝混凝土的制备方法与实施例1相同，得低碱度早强缓凝混凝土。
实施例3
本实施例提供一种低碱度早强缓凝混凝土，包括：
低碱度硫铝酸盐水泥550kg/m3、聚羧酸减水剂4.4kg/m3、硫酸铝6.05kg/m3、砂650kg/m3、石头1165kg/m3、水204kg/m3。
上述低碱度早强缓凝混凝土的制备方法与实施例1基本相同，区别在于，施工温度为18℃，相对湿度为78％，得低碱度早强缓凝混凝土。
对比例1
本对比例提供一种混凝土，包括：
低碱度硫铝酸盐水泥550kg/m3、聚羧酸减水剂4.4kg/m3、硫酸铝2.75kg/m3、砂650kg/m3、石头1165kg/m3、水204kg/m3。
上述混凝土的制备方法与实施例3相同，得混凝土。
对比例2
本对比例提供一种混凝土，包括：
快硬硫铝酸盐水泥550kg/m3、缓凝高效减水剂10kg/m3、钢纤维65kg/m3、硼砂3.3kg/m3、砂650kg/m3、石头1165kg/m3、水204kg/m3。
上述混凝土的制备方法与实施例1基本相同，区别在于，施工温度为10℃，得混凝土。
对比例3
本对比例提供一种混凝土，包括：
低碱度硫铝酸盐水泥550kg/m3、缓凝高效减水剂5kg/m3、砂650kg/m3、石头1165kg/m3、水204kg/m3。
上述混凝土的制备方法与实施例1基本相同，区别在于，施工温度为21.4℃，相对湿度57.8％，得混凝土。
对比例4
本对比例提供一种混凝土，包括：
低碱度硫铝酸盐水泥550kg/m3、聚羧酸减水剂5.5kg/m3、砂650kg/m3、石头1165kg/m3、水204kg/m3。
上述混凝土的制备方法与实施例1基本相同，区别在于，施工温度为19.1℃，相对湿度为50.1％，得混凝土。
实施例1-3与对比例1-3的混凝土配比如表1所示。
表1混凝土配方
测定实施例1-3和对比例1-3的混凝土的抗压强度，方法如下：
采用100mm×100mm×100mm的标准立方体试件，运用压力试验机测试6h，10h，12h，1d，3d，7d和28d时间点的抗压强度，每组配合比混凝土在每个时间点均测试三个试件，三个试件测值的算术平均值作为该组试件的强度值，若三个测值中的最大值或最小值中如有一个与中间值的差值超过中间值的15％时，则把最大及最小值一并舍除，取中间值作为该组试件的抗压强度值；若最大值和最小值与中间值的差均超过中间值的15％，则该组试件的试验结果无效。
测试结果如表2：
表2混凝土的抗压强度
可知，本发明实施例1-3中，低碱度早强缓凝混凝土在6h时，抗压强度均大于20mpa，可满足通车允许强度，大大缩短封闭交通时间或不封闭交通。
对比例1中，硫酸铝的掺杂量过小，6h内的抗压强度提高效果不佳。
对比例2中，快硬硫铝酸盐水泥的初凝时间较短，需加入硼砂增加初凝时间，但是，终凝时间较长，12h内，试件表面均未凝结。
对比例3中，低碱度硫铝酸盐水泥的工作性能强于快硬硫铝酸盐水泥，且初凝时间较长，便于施工，但是，高效缓凝减水剂无法提高低碱度硫铝酸盐的强度。
对比例4中，聚羧酸减水剂能够提高低碱度硫铝酸盐水泥1d内的抗压强度，但是对前6h抗压强度的提高作用不大。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。