本发明属于无机非金属材料技术领域，具体涉及一种用于低温下施工的硫铝酸盐水泥混凝土及其制备方法。
背景技术：
硫铝酸盐水泥是由我国自主研究发明的水泥，也是我国产量最大的特种水泥，其凝结时间短，强度发展快，且其水化产物与硅酸盐水泥不同，因此用该硫铝酸盐水泥制备的混凝土耐盐类的侵蚀，抗渗、抗冻性也明显高于硅酸盐水泥混凝土，可在有特殊要求的建筑工程中应用。但在冬天或温度较低的情况下，硫铝酸盐水泥的水化慢，因而用其制备的混凝土早期强度远低于常温下相同配比混凝土的同龄期强度。
因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。
技术实现要素：
本发明为了克服现有技术的不足，提供了一种用于低温下施工的硫铝酸盐水泥混凝土及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于低温下施工的硫铝酸盐水泥混凝土，按重量份数计，所述硫铝酸盐水泥混凝土包括如下组份：硫铝酸盐水泥，75-100份；矿物掺合料，0-25份；水，25-50份；减水剂，0.3-1.5份；粗集料，200-350份；细集料，150-240份；纳米材料，0.1-5份；其中，所述硫铝酸盐水泥与所述矿物掺合料的总量和为100份。
如上所述的硫铝酸盐水泥混凝土，优选，所述矿物掺合料为粉煤灰、矿渣粉、钢渣粉、石灰石粉、火山灰、硅灰和偏高岭土的中一种，或者多种以任意比例混合而成的粉末。
如上所述的硫铝酸盐水泥混凝土，优选，所述粗集料为碎石和卵石中的一种，或者多种以任意比例形成的混合物；优选地，所述粗集料为5-25mm连续级配碎石和卵石中的一种，或者多种以任意比例形成的混合物。
如上所述的硫铝酸盐水泥混凝土，优选，所述细集料是河砂和机制砂中的一种，或者多种以任意比例形成的混合物；优选地，所述细集料为0-5mm连续级配河砂和机制砂中的一种，或者多种以任意比例形成的混合物。
如上所述的硫铝酸盐水泥混凝土，优选，所述纳米材料是纳米水滑石；优选地，所述纳米材料是颗粒尺寸小于100nm。
如上所述的硫铝酸盐水泥混凝土，优选，所述减水剂是减水率大于20％的萘系或聚羧酸混凝土减水剂中的一种。
如上所述的硫铝酸盐水泥混凝土，优选，所述硫铝酸盐水泥为标号52.5或62.5的快硬硫铝酸盐水泥；优选地，所述硫铝酸盐水泥混凝土可在≤10℃温度环境中施工应用。
一种如上所述的硫铝酸盐水泥混凝土的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
1)将硫铝酸盐水泥、矿物掺合料、粗集料、细集料、纳米材料按上述配比称量好后放入混凝土搅拌机中搅拌均匀，搅拌时间为1-3min，得混凝土干料；
2)按配比称量水和减水剂；将称量后的减水剂倒入到水中搅拌均匀，搅拌时间为0.5-1.5min；
3)再继续搅拌步骤1)中的混凝土干料，并在搅拌的过程中将步骤2)中搅拌均匀的水和减水剂整体倒入至搅拌器中，搅拌2-4min后，得用于低温≤10℃下施工的硫铝酸盐水泥混凝土。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下有益效果：
1、本发明的技术方案中增加了纳米材料，纳米材料可加快低温下硫铝酸盐水泥的水化速度，提高混凝土的早期强度。硫铝酸盐水泥的主要水化产物为晶体，其水化过程是溶解-结晶过程，这一过程的速度受温度的控制。在常温(20℃左右)下，其水化过程快，早期强度高。但温度降低，这一过程的速度变慢，强度发展慢，早期强度低。纳米材料在硫铝酸盐水泥的水化过程中起到晶种作用，从而加速了结晶过程；而结晶使得溶液中的离子浓度降低，又加快了溶解过程，从而使低温下硫铝酸盐水泥的水化速度提高，因而提高了硫铝酸盐水泥混凝土的早期强度，且不会造成后期强度的倒缩。
2、本发明的纳米材料颗粒尺寸小，纳米材料颗粒尺寸小于100nm，可填充于水泥水化产物的空隙中，使硫铝酸盐水泥浆体更为密实，强度得到进一步提高。
3、本发明制备的硫铝酸盐水泥混凝土能在较低温度下(≤10℃)施工应用，且1d强度是未掺纳米材料混凝土的2-5倍高，解决了现有技术中硫铝酸盐水泥混凝土在低温下早期强度较低的技术问题。
4、本发明制备方法简单操作简便，易控制，节能降耗，降低生产成本，可以得到大力的推广应用。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的具体实施例提供一种用于低温下(≤10℃)施工的硫铝酸盐水泥混凝土及其制备方法，本发明中提供的技术方案提高了硫铝酸盐水泥混凝土的早期强度，且不会造成后期强度的倒缩。本发明加入的纳米材料颗粒尺寸小于100nm，可填充于水泥水化产物的空隙中，使硫铝酸盐水泥浆体更为密实，强度得到进一步提高。本发明制备方法简单操作简便，易控制，节能降耗，降低生产成本，可以得到大力的推广应用。
首先，本发明提供了一种用于低温下(≤10℃)施工的硫铝酸盐水泥混凝土，硫铝酸盐水泥，75-100份(例如78份、80份、82份、85份、88份、90份、92份、94份、96份、98份、99份)；矿物掺合料，0-25份(例如3份、5份、8份、10份、12份、15份、17份、20份、22份、23份、24份)；水，25-50份(例如28份、30份、32份、35份、38份、40份、42份、44份、46份、48份、49份)；减水剂，0.3-1.5份(例如0.5份、0.7份、0.9份、1份、1.1份、1.2份、0.6份、0.8份、1.3份、1.4份、1.45份)；粗集料，200-350份(例如220份、240份、250份、260份、270份、290份、300份、310份、320份、330份、340份)；细集料，150-240份(例如160份、170份、180份、190份、210份、220份、230份、225份、235份、215份、185份)；纳米材料，0.1-5份(例如0.5份、1份、1.5份、2份、2.5份、3份、3.5份、4份、4.5份、4.6份、4.8份)；其中，硫铝酸盐水泥与矿物掺合料的总量和为100份。
在本发明的具体实施例中，矿物掺合料为市售的粉煤灰、矿渣粉、钢渣粉、石灰石粉、火山灰、硅灰和偏高岭土的中一种，或者多种以任意比例混合而成的粉末。
在本发明的具体实施例中，粗集料为5-25mm连续级配碎石、卵石中的一种，或者多种以任意比例形成的混合物。
在本发明的具体实施例中，细集料是0-5mm连续级配河砂、机制砂中的一种，或者多种以任意比例形成的混合物。
在本发明的具体实施例中，优选，纳米材料是颗粒尺寸小于100nm的纳米水滑石。
在本发明的具体实施例中，减水剂是减水率大于20％的萘系或聚羧酸混凝土减水剂中的一种。
进一步优选，硫铝酸盐水泥为标号52.5或62.5的快硬硫铝酸盐水泥。
此外，本发明的具体实施例还提供一种硫铝酸盐水泥混凝土的制备方法，其特征在于所述制备方法包括如下步骤：
1)将硫铝酸盐水泥、矿物掺合料、粗集料、细集料、纳米材料按上述配比称量好后放入混凝土搅拌机中搅拌均匀，搅拌时间为1-3min，得混凝土干料；
2)按配比称量水和减水剂；将称量后的减水剂倒入到水中搅拌均匀，搅拌时间为0.5-1.5min；
3)再继续搅拌步骤1)中的混凝土干料，并在搅拌的过程中将步骤2)中搅拌均匀的水和减水剂整体倒入至搅拌器中，搅拌2-4min后，得用于低温下(≤10℃)施工的硫铝酸盐水泥混凝土。
实施例1
本发明的具体实施例还提供一种硫铝酸盐水泥混凝土的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
1)将硫铝酸盐水泥100份、粗集料300份、细集料220份、纳米材料3份按上述配比称量好后放入混凝土搅拌机中搅拌均匀，搅拌时间为2min，得混凝土干料；
2)按配比称量水30份和减水剂1份；将称量后的减水剂倒入到水中搅拌均匀，搅拌时间为1min；
3)再继续搅拌步骤1)中的混凝土干料，并在搅拌的过程中将步骤2)中搅拌均匀的水和减水剂整体倒入至搅拌器中，搅拌3min后，得用于低温下(≤10℃)施工的硫铝酸盐水泥混凝土。
对比例1
本对比例提供一种硫铝酸盐水泥混凝土的制备方法，本对比例未掺入纳米材料，其他方法步骤均与实施例1相同，在此不作赘述。
实施例2
本发明的具体实施例还提供一种硫铝酸盐水泥混凝土的制备方法，制备方法包括如下步骤：
1)将硫铝酸盐水泥75份、矿物掺合料25份、粗集料350份、细集料240份、纳米材料0.1份按上述配比称量好后放入混凝土搅拌机中搅拌均匀，搅拌时间为1.5min，得混凝土干料；
2)按配比称量水28份和减水剂1.2份；将称量后的减水剂倒入到水中搅拌均匀，搅拌时间为1min；
3)再继续搅拌步骤1)中的混凝土干料，并在搅拌的过程中将步骤2)中搅拌均匀的水和减水剂整体倒入至搅拌器中，搅拌3min后，得用于低温下(≤10℃)施工的硫铝酸盐水泥混凝土。
对比例2
本对比例提供一种硫铝酸盐水泥混凝土的制备方法，本对比例未掺入纳米材料，其他方法步骤均与实施例2相同，在此不作赘述。
实施例3
本发明的具体实施例还提供一种硫铝酸盐水泥混凝土的制备方法，制备方法包括如下步骤：
1)将硫铝酸盐水泥80份、矿物掺合料20份、粗集料200份、细集料150份、纳米材料5份按上述配比称量好后放入混凝土搅拌机中搅拌均匀，搅拌时间为3min，得混凝土干料；
2)按配比称量水50份和减水剂0.3份；将称量后的减水剂倒入到水中搅拌均匀，搅拌时间为1.5min；
3)再继续搅拌步骤1)中的混凝土干料，并在搅拌的过程中将步骤2)中搅拌均匀的水和减水剂整体倒入至搅拌器中，搅拌4min后，得用于低温下(≤10℃)施工的硫铝酸盐水泥混凝土。
对比例3
本对比例提供一种硫铝酸盐水泥混凝土的制备方法，本对比例未掺入纳米材料，其他方法步骤均与实施例3相同，在此不作赘述。
实施例4
本发明的具体实施例还提供一种硫铝酸盐水泥混凝土的制备方法，制备方法包括如下步骤：
1)将硫铝酸盐水泥90份、矿物掺合料10份、粗集料280份、细集料160份、纳米材料3份按上述配比称量好后放入混凝土搅拌机中搅拌均匀，搅拌时间为2min，得混凝土干料；
2)按配比称量水40份和减水剂0.5份；将称量后的减水剂倒入到水中搅拌均匀，搅拌时间为1min；
3)再继续搅拌步骤1)中的混凝土干料，并在搅拌的过程中将步骤2)中搅拌均匀的水和减水剂整体倒入至搅拌器中，搅拌3min后，得用于低温下(≤10℃)施工的硫铝酸盐水泥混凝土。
对比例4
本对比例提供一种硫铝酸盐水泥混凝土的制备方法，本对比例未掺入纳米材料，其他方法步骤均与实施例4相同，在此不作赘述。
实施例5
本发明的具体实施例还提供一种硫铝酸盐水泥混凝土的制备方法，制备方法包括如下步骤：
1)将硫铝酸盐水泥82份、矿物掺合料18份、粗集料300份、细集料180份、纳米材料0.1份按上述配比称量好后放入混凝土搅拌机中搅拌均匀，搅拌时间为3min，得混凝土干料；
2)按配比称量水25份和减水剂1.5份；将称量后的减水剂倒入到水中搅拌均匀，搅拌时间为1min；
3)再继续搅拌步骤1)中的混凝土干料，并在搅拌的过程中将步骤2)中搅拌均匀的水和减水剂整体倒入至搅拌器中，搅拌3min后，得用于低温下(≤10℃)施工的硫铝酸盐水泥混凝土。
对比例5
本对比例提供一种硫铝酸盐水泥混凝土的制备方法，本对比例未掺入纳米材料，其他方法步骤均与实施例5相同，在此不作赘述。
实施例6
本发明的具体实施例还提供一种硫铝酸盐水泥混凝土的制备方法，其特征在于所述制备方法包括如下步骤：
1)将硫铝酸盐水泥95份、矿物掺合料5份、粗集料320份、细集料190份、纳米材料2份按上述配比称量好后放入混凝土搅拌机中搅拌均匀，搅拌时间为2min，得混凝土干料；
2)按配比称量水43份和减水剂0.4份；将称量后的减水剂倒入到水中搅拌均匀，搅拌时间为1min；
3)再继续搅拌步骤1)中的混凝土干料，并在搅拌的过程中将步骤2)中搅拌均匀的水和减水剂整体倒入至搅拌器中，搅拌3min后，得用于低温下(≤10℃)施工的硫铝酸盐水泥混凝土。
对比例6
本对比例提供一种硫铝酸盐水泥混凝土的制备方法，本对比例未掺入纳米材料，其他方法步骤均与实施例6相同，在此不作赘述。
按照按《普通混凝土力学性能试验方法标准》(gb/t50081-2002)的标准测定对上述实施例1-6得到的硫铝酸盐水泥混凝土及其不掺纳米材料对比例1-6进行性能检测，相关性能指标检验结果见表1。
表1各实施例强度检验结果/mpa
综上所述，本发明具有如下有益技术效果：
1、本发明的技术方案中增加了纳米材料，纳米材料可加快低温下硫铝酸盐水泥的水化速度，提高混凝土的早期强度。硫铝酸盐水泥的主要水化产物为晶体，其水化过程是溶解-结晶过程，这一过程的速度受温度的控制。在常温(20℃左右)下，其水化过程快，早期强度高。但温度降低，这一过程的速度变慢，强度发展慢，早期强度低。纳米材料在硫铝酸盐水泥的水化过程中起到晶种作用，从而加速了结晶过程；而结晶使得溶液中的离子浓度降低，又加快了溶解过程，从而使低温下硫铝酸盐水泥的水化速度提高，因而提高了硫铝酸盐水泥混凝土的早期强度，且不会造成后期强度的倒缩。
2、本发明的纳米材料颗粒尺寸小，纳米材料颗粒尺寸小于100nm，可填充于水泥水化产物的空隙中，使硫铝酸盐水泥浆体更为密实，强度得到进一步提高。
3、本发明制备的硫铝酸盐水泥混凝土能在较低温度下(≤10℃)施工应用，且1d强度是未掺纳米材料混凝土的2-5倍高，解决了现有技术中硫铝酸盐水泥混凝土早期强度较低的技术问题。
4、本发明制备方法简单操作简便，易控制，节能降耗，降低生产成本，可以得到大力的推广应用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均在本发明待批权利要求保护范围之内。