本发明涉及混凝土制备的技术领域，尤其是涉及一种具有超缓凝效果的早强混凝土及其制备工艺。
背景技术：
混凝土指以水泥为主要胶凝材料，与水、砂、石子，必要时掺入化学外加剂和矿物掺合料，按适当比例配合，经过均匀搅拌、密实成型及养护硬化而成的人造石材。
现有的混凝土通常通过集料、胶凝材料以及各种助剂混合搅拌后进行浇筑成型的。在一些大型桥梁工程中，为提高单桩的承载能力，桩的长度和横截面都较大，单桩所需灌注的混凝土方量较大，灌注时间较长，尤其是在炎热的夏季，必须把混凝土的初凝时间大大延长，才能保证一次灌注成功。而一般的混凝土的初凝时间在6-8小时左右，所以一般的混凝土并不能适应该施工工况。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种具有超缓凝效果的早强混凝土及其制备工艺，通过加入有超缓凝剂和早强剂，使得混凝土的初凝时间得到延长，且提高了混凝土的早期强度。
本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种具有超缓凝效果的早强混凝土，包括以下重量份计原料制成：
通过采用上述技术方案，通过加入有超缓凝剂，用以延长混凝土的初凝时间，提高混凝土的流动性，便于工人操作，提高工作效率和质量。通过加入早强剂，用以提高混凝土的早期强度，以满足混凝土早期所需要承受外力的要求，从而提高混凝土的性能。通过加入有活性掺合料，可以节约水泥，降低成本，且可以改善混凝土拌合物的和易性、可泵性，抑制碱集料反应，提高混凝土的强度和耐久性。普通硅酸盐水泥、粗集料、细集料和聚羧酸减水剂皆为混凝土制备中常用的原料。水采用当地常见的水源，例如自来水。
本发明进一步设置为：所述缓凝混凝土中还添加有3-7份重量份的增强剂，所述增强剂包括以下重量百分比计原料：
通过采用上述技术方案，通过加入有增强剂，用以提高混凝土的整体强度和耐久性，赋予混凝土良好的性能。
聚丙烯酸纤维和钢纤维分布在混凝土中，会形成一个均匀的纤维网络体。当混凝土受到冲击或弯曲荷载时，混凝土硬化浆体中的裂纹将不断扩展，当裂纹增大到一定程度时，混凝土可能发生开裂破坏。在此情况下，纤维网络一方面可以阻止裂纹扩展，另一方面纤维也可承担部分拉应力，降低浆体内裂纹尖端的应力强度，减少或延缓水泥浆体的开裂破坏，提高混凝土的断裂韧性和强度。
pvp/石墨烯复合材料采用pvp/石墨烯复合材料高吸附氯离子及其吸附机理中的方法制得，得到的为稳定的pvp化学修饰的石墨烯水溶液。其可以吸附混凝土中游离的氯离子，防止钢纤维和混凝土中钢筋的被腐蚀，从而提高混凝土的抗锈蚀能力，减缓混凝土结构性能的退化和失效。同时，pvp/石墨烯复合材料具有良好的强度和耐磨性，其可以提高混凝土的强度和耐磨性。
十二烷基苯磺酸三乙醇胺酯是阳离子表面活性剂，用以对pvp/石墨烯复合材料、聚丙烯酸纤维和钢纤维进行改性，降低其与混凝土水化产物表面之间的界面张力，提高pvp/石墨烯复合材料、聚丙烯酸纤维和钢纤维与水化产物表面的结合力度，从而提高混凝土的强度。
由于水泥水化后，孔隙溶液中游离的钙离子、镁离子和钠离子等阳离子，使得孔隙表面及c-s-h凝胶表面等带负电，阳离子表面活性剂吸附到水化产物表面后，可以使其ζ电位由负变正，水化产物表面更强的正电性，这使得其能够通过静电作用吸附更多的游离氯离子，从而使物理吸附能力增强，从而提高了混凝土的抗锈蚀能力，减缓混凝土结构性能的退化和失效。且提高了聚丙烯酸纤维、钢纤维和pvp/石墨烯复合材料与水化产物表面的结合力度，从而提高混凝土的强度。
明胶作为增稠剂，提高pvp/石墨烯复合材料在钢纤维和聚丙烯纤维上的结合力度，以及钢纤维和聚丙烯纤维与水化产物表面的结合力度，从而提高混凝土的强度。且可作为减水剂，提高混凝土的流动性和粘聚性。
本发明进一步设置为：所述超缓凝剂包括以下重量百分比计原料：
通过采用上述技术方案，蔗糖属于糖蜜类缓凝减水剂，具有较强的固液表面活性，可以吸附在未水化的水泥颗粒表面，形成一层屏蔽膜，阻碍水泥的水化过程，从而产生缓凝效果。三聚磷酸钠是一种磷酸盐缓凝剂，其在水泥水化过程中会与水泥中的钙离子结合而固化，固化后的沉淀会积蓄在未水化的水泥颗粒表面，从而也起到阻碍水泥水化的效果，起到缓凝的作用。
氧化锌会与氢氧根反应生成氢氧化锌，而氢氧化锌会沉淀在水泥颗粒表面，形成一个低溶解度、低渗透率的薄膜，抑制了水泥的进一步水化，从而产生缓凝效果。当胶态的氢氧化锌转变成结晶态的氢氧化锌钙后，缓凝作用结束。
葡萄糖酸钠都是葡萄糖的衍生物，其加入可以在水泥水化的过程中，会吸附在水化过程中产生的氢氧化钙晶核上，从而抑制其继续增长，达到缓凝的效果。木质素磺酸钠减水剂是典型的阴离子表面活性剂，分子量较高而且带有一定的引气效果，可以提高混凝土的流动性，减少水的用量。超缓凝剂由多种不同类型的缓凝剂进行复配，可以起到一定的协同增效的效果，而且扩大了适用范围。
分散剂主要用于提高缓凝剂的分散效果，使得缓凝剂在水泥中分散更均匀，起到的缓凝效果更好。分散剂采用邢台鑫蓝星科技有限公司所生产的润湿分散剂xlx-1361。
本发明进一步设置为：所述早强剂包括以下重量百分比计原料制得：
通过采用上述技术方案，三乙醇胺是一种常用的早强剂，且其具有缓凝效果，常用来与缓凝剂复配使用，以提高混凝土的早期强度。
焙烧镁铝碳酸根水滑石具有较大的比表面积，可以吸附氯离子，且由于焙烧镁铝碳酸根水滑石带有负电荷，从而可以提高其在纤维表面的附着效果，有效的防止了钢纤维被腐蚀，提高了混凝土的防腐效果。且焙烧镁铝碳酸根水滑石具有良好的耐磨性和强度，其与三乙醇胺复配使用，可提高混凝土的强度和耐久性。同时，可将三乙醇胺吸附在其体内，达到缓释的效果，防止由于早强剂的加入，导致混凝土的初凝时间提早，影响混凝土的施工，提高工作效率和质量，进一步延长混凝土的初凝时间。
十二烷基葡糖糖苷是非离子表面活性剂，十二烷基苯磺酸钠是阴离子表面活性剂，用以对焙烧镁铝碳酸根水滑石进行改性，降低焙烧镁铝碳酸根水滑石表面张力，提高三乙醇胺在焙烧镁铝碳酸根水滑石上附着效果和结合力度。
阴离子表面活性剂吸附到水化产物表面后，可以使其ζ电位的负值增大，使得与氯离子之间的静电斥力增强，吸附的氯离子减少。且阴离子表面活性剂会与氯离子产生竞争吸附，进一步使得结合氯离子能力减弱。非离子表面活性剂不会在水化产物表面吸附所以对氯离子吸附能力的影响最弱。主要是其减少了氯离子靠近并接触水化产物表面的机会，减弱了两者之间的静电吸引力，使得水泥浆体吸附氯离子能力略有降低，防止钢纤维被腐蚀，提高了混凝土的强度。
本发明进一步设置为：所述活性掺合料包括以下重量百分比计原料：
通过采用上述技术方案，粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、超细硅微粉和锂渣可在碱激发剂的作用下形成碱矿渣硬化浆体，其是由水化生成的c-s-h凝胶及未水化的矿渣构成的较致密匀质网络体，属于化学结合网络。其可以与纤维网络体在浆体中相互交融，通过交互作用从而起到优势互补的效果。由互穿网络理论可知，水泥浆体网络及纤维网络的交联结点对材料的性能有很大的影响。当水泥浆体网络结点增多，即水化产物c-s-h凝胶较多时，水泥浆体的宏观性能能够得到较大的改善；当纤维网络结点增多，即纤维间距减小，纤维对水泥基材料的阻裂与增韧效果更明显。水泥浆体网络及纤维网络的相互作用越强，材料的性能越优异。
锂渣可提高混凝土的早期强度，粉煤灰可延长混凝土的初凝时间。超缓凝剂中的三聚磷酸钠可作为碱激发剂，促进粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、超细硅微粉和锂渣形成碱矿渣硬化浆体。
本发明进一步设置为：所述混凝土外涂覆有一层涂层材料，所述涂层材料包括以下重量百分比计原料制得：
通过采用上述技术方案，水性环氧树脂是一种常用的成膜剂和粘胶剂，其可以在水性环氧固化剂的作用下，在混凝土层表面交联固化形成一层保护膜，用以阻挡氯离子侵入混凝土内部，提高混凝土的防腐效果。同时，提高混凝土的抗冲击性和强度。
乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷是一种硅烷偶联剂，用以对水性环氧树脂进行改性，提高水性环氧树脂与混凝土层之间的结合力度，从而提高水性环氧树脂在混凝土层表面的附着力，使得涂层表面受冲击后不易脱落，提高涂层材料对混凝土层的保护效果和保护寿命。
磷酸二氢钠和磷酸氢二钠中的磷酸根可以与混凝土游离出来的钙离子发生反应，生成沉淀积与混凝土的孔隙中，用以堵塞减小混凝土表面的孔隙，减少外界氯离子渗透到混凝土内部，从而提高混凝土的防腐效果。同时，用以稳定涂层材料中的ph值，提高涂层材料的使用寿命。
吐温-80是一种非表面活性剂，用以降低各原料之间的表面张力，形成均一稳定的乳液，提高涂层材料成膜的膜强度和致密度，从而提高涂层材料成膜后膜的防腐效果。
一种具有超缓凝效果的早强混凝土的制备工艺，包括以下工艺步骤：
1)按比例将普通硅酸盐水泥、粗集料、细集料、活性掺合料、聚羧酸减水剂、超缓凝剂、增强剂和水混合均匀后，再加入早强剂搅拌均匀，制得混凝土拌合物；
2)将步骤1)中制得的混凝土拌合物浇筑到铺设有钢筋的地面上，待其固化后形成混凝土层；
3)：待步骤2)中的混凝土层初凝后，将涂层材料涂覆在混凝土的表面，待混凝土层干燥后，制得一种具有超缓凝效果的早强混凝土。
通过采用上述技术方案，步骤1)中先加入增强剂搅拌均匀后，再加入早强剂，由于增强剂带有正负电荷，而早强剂带有负电荷，一起加入至混凝土拌合物中进行拌合时，两者会先发生反应而团聚在一起，从而影响增强剂和早强剂在混凝土拌合物中的分散效果和结合力度，影响混凝土的增强效果。而先加入增强剂搅拌均匀后，再加入早强剂，使得增强剂可以先附着在水化产物表面，使得水化产物表面带有正电荷，从而提高早强剂在水化产物表面的附着力度，以及提高早强剂在混凝土中的分散效果，提高混凝土的强度。
本发明进一步设置为：所述步骤3)中的涂层材料涂覆在混凝土层表面时包括以下步骤：
步骤1：将涂层材料中的各组分按比例搅拌均匀，制得涂层材料；
步骤2：先将混凝土层表面的杂质清理干净，并用抛丸机打磨初凝后的混凝土层表面，使混凝土层表面变得粗糙，然后将涂层材料均匀涂覆在混凝土层表面，涂层材料的涂覆层的厚度为2-3mm；
步骤3：待混凝土层和涂层材料都干燥固化后，将混凝土层表面打磨平整。
通过采用上述技术方案，用抛丸机打磨初凝后的混凝土层表面，使混凝土层表面变得粗糙，增大混凝土层与水性环氧树脂之间的接触面积，从而提高水性环氧树脂在混凝土层表面的附着力，使得涂层表面受冲击后不易脱落，提高涂层材料对混凝土层的保护效果和保护寿命。
综上所述，本发明的有益技术效果为：
1、通过加入有超缓凝剂，用以延长混凝土的初凝时间，提高混凝土的流动性，便于工人操作，提高工作效率和质量；
2、通过加入早强剂，用以提高混凝土的早期强度，以满足混凝土早期所需要承受外力的要求，从而提高混凝土的性能；
3、通过加入有活性掺合料，可以节约水泥，降低成本，且可以改善混凝土拌合物的和易性、可泵性，抑制碱集料反应，提高混凝土的强度和耐久性；
4、通过加入有增强剂，用以提高混凝土的整体强度和耐久性，赋予混凝土良好的性能；
5、通过在混凝土层表面涂覆有一层涂层材料，用以在混凝土层外形成一层保护膜，用以阻挡外界的氯离子侵入到混凝土内部，从而提高混凝土的防腐效果，同时，提高混凝土的抗冲击性和强度。
具体实施方式
本发明公开了一种具有超缓凝效果的早强混凝土的制备工艺，其包括以下工艺步骤：
1)按重量份计，将190份的普通硅酸盐水泥、1200份的粗集料、620份的细集料、250份的活性掺合料、8份的聚羧酸减水剂、8份的超缓凝剂、3份的增强剂和190份的水混合均匀后，再加入6份早强剂搅拌均匀，制得混凝土拌合物；
其中，活性掺合料包括以下重量百分比计原料：
其中，超缓凝剂包括以下重量百分比计原料：
其中，增强剂包括以下制备步骤：按重量百分比计，先将10％的十二烷基苯磺酸三乙醇胺酯、8％的明胶、18％的pvp/石墨烯复合材料和20％的去离子水混合均匀后，再加入22％的聚丙烯酸纤维和22％的钢纤维搅拌均匀，制得增强剂；
其中，早强剂包括以下制备步骤：按重量百分比计，先将25％的三乙醇胺、5％的十二烷基葡糖糖苷、4％的十二烷基苯磺酸钠和31％的去离子水混合均匀后，再加入35％的焙烧镁铝碳酸根水滑石搅拌均匀，制得早强剂；
2)将步骤1)中制得的混凝土拌合物浇筑到铺设有钢筋的地面上，待其固化后形成混凝土层；
3)：待步骤2)中的混凝土层初凝后，进行以下步骤：
步骤1：将涂层材料中的各组分按比例搅拌均匀，制得涂层材料；
其中，涂层材料包括以下重量百分比计原料制得：
步骤2：先将混凝土层表面的杂质清理干净，并用抛丸机打磨初凝后的混凝土层表面，使混凝土层表面变得粗糙，然后将涂层材料均匀涂覆在混凝土层表面，涂层材料的涂覆层的厚度为2mm；
步骤3：待混凝土层和涂层材料都干燥固化后，将混凝土层表面打磨平整，制得一种具有超缓凝效果的早强混凝土。
实施例2-5与实施例1的区别在于，具有超缓凝效果的早强混凝土包括以下重量份计原料制成：
实施例6-9与实施例1的区别在于，增强剂包括以下重量百分比计原料：
实施例10-13与实施例1的区别在于，超缓凝剂包括以下重量百分比计原料：
实施例14-17与实施例1的区别在于，早强剂包括以下重量百分比计原料制得：
实施例18-21与实施例1的区别在于，活性掺合料包括以下重量百分比计原料：
实施例22-25与实施例1的区别在于，涂层材料包括以下重量百分比计原料制得：
对比例：
对比例1与实施例1的区别在于，具有超缓凝效果的早强混凝土中不包括超缓凝剂；
对比例2与实施例1的区别在于，具有超缓凝效果的早强混凝土中不包括早强剂；
对比例3与实施例1的区别在于，具有超缓凝效果的早强混凝土中不包括增强剂；
对比例4与实施例1的区别在于，具有超缓凝效果的早强混凝土的制备工艺中不包括步骤3)；
对比例5与实施例1的区别在于，具有超缓凝效果的早强混凝土的制备工艺中的步骤1)：按比例将普通硅酸盐水泥、粗集料、细集料、活性掺合料、聚羧酸减水剂、超缓凝剂、增强剂、早强剂和水混合均匀后，制得混凝土拌合物；
对比例6与实施例1的区别在于，早强剂中不包括焙烧镁铝碳酸根水滑石；
对比例7与实施例1的区别在于，增强剂中不包括pvp/石墨烯复合材料。
试验样品：选取实施例1-5中制得的混凝土作为试验样品1-5，选取对比例1-7中的制得的混凝土作为对照样品1-7。
1)耐腐蚀检测：将试验样品1-5和对照样品1-7按照gb/t50080-2002《普通混凝土拌和物性能试验方法》制作标准试块，并进行养护28天，然后将试验样品1-5和对照样品1-5制得的标准试块放入盐雾箱中，进行中性盐雾试验。试验温度选取为35℃。ph值调在中性范围(6.5-7.2)，盐雾的沉降率在1-3ml/80cm2·h之间，沉降量在1-2ml/80cm2·h之间。盐雾试验时间为72h。盐雾试验结束后测试混凝土中的钢筋的腐蚀程度。
测试结果如下表。(其中腐蚀程度由轻到重分为1-10级)
2)强度测试：将试验样品1-5和对照样品1-7按照gb/t50080-2002《普通混凝土拌和物性能试验方法》制作标准试块，采用tye-3000电脑全自动混凝土压力机，取0.5mpa/s的加载速度，测量标准试块养护7d、14d、28d，以及28天后进行腐蚀试验后的抗压强度，并记录。
由上表可知：
1、实施例1-5与对比例1比较可知，加入有超缓凝剂，可以延长混凝土的初凝时间，且在一定程度上可避免钢筋和钢纤维被腐蚀，同时，可提高混凝土的强度；说明，超缓凝剂中的三聚磷酸钠可作为碱激发剂，促进粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、超细硅微粉和锂渣形成碱矿渣硬化浆体，使得碱矿渣硬化浆体与纤维网络体在浆体中相互交融，通过交互作用从而起到优势互补的效果，提高混凝土的强度；
2、实施例1-5与对比例2比较可知，加入有早强剂，可以提高混凝土的早期强度，且在一定程度上可避免钢筋和钢纤维被腐蚀，同时，可提高混凝土的早期强度和初凝时间；
3、实施例1-5与对比例3比较可知，加入有增强剂，可以提高混凝土的整体强度和耐久性，赋予混凝土良好的性能；
4、实施例1-5与对比例4比较可知，通过在混凝土层表面涂覆有一层涂层材料，可以在混凝土层外形成一层保护膜，从而阻挡外界的氯离子侵入到混凝土内部，提高混凝土的防腐效果，同时，提高混凝土的抗冲击性和强度；
5、通过实施例1-5与对比例5比较可知，步骤1)中先加入增强剂搅拌均匀后，再加入早强剂，使得增强剂可以先附着在水化产物表面，从而使得水化产物表面带有正电荷，从而提高了早强剂在水化产物表面的附着力度，以及提高了早强剂在混凝土中的分散效果，使得混凝土的强度提高；
6、通过实施例1-5与对比例2和对比例6比较可知，加入有焙烧镁铝碳酸根水滑石可提高混凝土的强度和防腐效果，且可在一定程度上延长混凝土的初凝时间；
7、通过实施例1-5与对比例3和对比例7比较可知，加入有pvp/石墨烯复合材料可提高混凝土的防腐效果和强度。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。