CN104291749A - 一种混凝土材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种混凝土材料，包括相应比例的如下组分：水泥、细骨料、粗骨料、粉煤灰、硅灰、碳纳米管、纳米二氧化硅、陶粒、聚苯颗粒、钢纤维、纳米高岭土粒子、超细天然沸石粉、石膏、聚合物乳液、二元醇类化合物、改性木质素磺酸盐、片层状硅酸盐矿物材料、聚硅氧烷、草酸、苯丙乳液、晶质水合镁铝硅酸盐矿物、水、强塑剂、含钡的萘系高效减水剂、有机高分子类保塑剂、复合缓凝剂和引气剂。本发明还涉及该混凝土材料的制备方法。本发明的混凝土的材料比之现有的混凝土，各种性能都大大提高。其适用范围广，具有重大的工程实用价值和显著的技术经济意义。

Description

一种混凝土材料及其制备方法

技术领域

本发明属于土木工程中的建筑材料领域，具体涉及一种混凝土材料及其制备方法。

背景技术

要实现人类的可持续发展，建筑节能已经成为社会发展的重要环节，在增进人体健康、提高舒适性的条件下，有效利用能源，合理使用资源，减少温室气体排放，保护人类生存环境，已日益成为各国建筑界的共同行动准则。能源是关于人类前途命运攸关的全球性问题，21世纪全世界的建筑节能事业，肩负着重大的历史使命，必须全面推进建筑节能，从全方位、多学科、综合而又交叉地研究和解决这一系列经济、技术与社会问题。

自1824年波特兰水泥发明以来，水泥混凝土材料至今已有100余年的历史。水泥混凝土已经成为土木工程、水利工程、交通运输等现代工程结构的重要结构材料。水泥混凝土作为土木工程中最为大宗的人造建筑材料，其用量巨大。据统计，目前我国每年混凝土的用量约为109立方，并且随着我国近年来工业化与城市化进程的加快，其用量将持续快速增长。

人类进入21世纪以后，随着科学和工程技术的快速发展，新型的水泥混凝土不断涌现，如智能混凝土、钢纤维混凝土、自密实免振捣混凝土、再生骨料混凝土、活性粉末混凝土以及透光混凝土等相继出现。混凝土能否长期地作为最主要的建筑结构材料，除其本身必须具有高强度、高工作性、高耐久性、高稳定性等优良性能外，另外还在于其能否发展为绿色建筑材料。

绿色高性能混凝土的出现是现代混凝土技术发展的必然结果，是混凝土的主要发展方向，现代混凝土在生产和使用过程中需满足可持续发展的原则。绿色高性能与可持续发展、超复合化、高强高性能化、高功能、智能化等是水泥混凝土发展的主要方向。而高性能水泥混凝土存在的主要问题之一是长期耐久性问题，随着资源、能源问题的日益突出，高性能水泥混凝土的生命过程与资源环境的相互关系也值得深入研究；因此，研究提高高性能水泥混凝土的耐久性能的方法和途径、研究高性能水泥混凝土与环境的相互作用具有重大的现实意义。

提高水泥混凝土各方面的性能是21世纪混凝土材料发展的主导方向，目前也是混凝土材料领域的研究热点。大幅度提升混凝土的力学性能和耐久性，具有显著创新意义和重大工程应用价值。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供种一种混凝土材料及其制备方法。用本发明的方法制备的该混凝土材料能够进一步提高混凝土的各方面的性能，并保证经济性，使其达到适用于各种建筑工程及木土工程的目的。

为实现上述目的，本发明是通过如下技术方案来完成的，一种混凝土材料，其包括如下组分：水泥、细骨料、粗骨料、粉煤灰、硅灰、碳纳米管、纳米二氧化硅、陶粒、聚苯颗粒、钢纤维、纳米高岭土粒子、超细天然沸石粉、石膏、聚合物乳液、二元醇类化合物、改性木质素磺酸盐、片层状硅酸盐矿物材料、聚硅氧烷、草酸、苯丙乳液、晶质水合镁铝硅酸盐矿物、水、强塑剂、含钡的萘系高效减水剂、有机高分子类保塑剂、复合缓凝剂和引气剂；

上述这些组分的重量份之比为：100∶120～130∶150～180∶30～50∶30～45∶0.03～0.06∶8～12∶20～30∶1～2∶1～1.5∶3～8∶10～15∶5～8∶10～15∶1.5～2∶1.5～2∶0.1～0.2∶0.01～0.02∶0.5～1∶0.8～1.2∶0.5～0.8∶50～80∶0.8～1.2∶0.8～1.2∶0.15～0.2∶0.18～0.25∶0.01～0.02；

其中，细骨料选用天然砂，粗骨料选用片状花岗岩，碳纳米管选用多壁碳纳米管，聚合物乳液采用丙烯酸酯共聚乳液，所述二元醇类化合物为质量比为1∶1的亚烷基二醇和聚氧化烯二醇，所述改性木质素磺酸盐为质量比为1∶1的无碱改性木质素磺酸钙和改性木质素磺酸镁，所述片层状硅酸盐矿物材料为基于层状硅酸盐的触变润滑剂，所述含钡的萘系高效减水剂为使用氢氧化钡中和制备而成的萘磺酸盐甲醛缩合物，所述复合缓凝剂为质量比为1∶1的无碱羟基羧酸类和糖类缓凝剂，所述引气剂为十二烷基硫酸钠。

优选的，所述多壁碳纳米管的管径为25～35nm，长度为12～15μm；天然砂的细度模数在2.5～2.8，天然砂中含有粒径小于0.075mm的泥量小于其质量的1.5％；所述片状花岗岩的粒径为10～15mm，压碎指标小于5％；陶粒为粒径5～9mm的颗粒。

在上述任一方案中优选的是，所述粉煤灰选用优质I级粉煤灰；硅灰中的SiO₂含量为94％～97％；所述纳米二氧化硅的平均粒径为11～13nm，SiO2含量大于99％。

在上述任一方案中优选的是，聚苯颗粒的粒径为1.5～2.5mm；所采用的钢纤维规格为长55～65mm，直径为0.5～0.6mm；所述纳米高岭土粒子的平均粒径为300～350nm，相对密度为2.0～2.3，pH值为7.3；所述超细天然沸石粉的比表面积为1100～1300m²/kg；片层状硅酸盐矿物材料为OPTIBENT触变剂；有机高分子类保塑剂为BK～P3保坍剂。

在上述任一方案中优选的是，所述草酸的理化指标为：外观，白色结晶，草酸含量≥99.5％，硫酸根≤0.10％；灰分≤0.10％；重金属≤0.001％；铁≤0.002％；氯化物≤0.004％；所述苯丙乳液的理化指标为：外观，乳白色略带兰相液体，固体含量49～50％；黏粘度为500～1500mPas；PH值：8.0～9.0；Ca2+稳定性：5％CaCl₂溶液∶苯丙乳液＝1∶5，48h无分层、无絮凝、无沉淀；玻璃化温度22℃；最低成模温度20℃；机械稳定性：2500r/min，0.5h，不破坏、无明显絮凝物；稀释稳定性：48h无分层、无絮凝、无沉淀；挥发性有机物质≤30g/L；游离甲醛g/Kg≤0.08。

在上述任一方案中优选的是，所述羟基羧酸类为柠檬酸、苹果酸、酒石酸、水杨酸中的至少一种；所述糖类为葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、糊精、糖钙中的至少一种。

另外，本发明的目的还提供一种制备根据上述混凝土材料的方法，其包括下列步骤：

1)按所述比例称取上述混凝土材料的组分；

2)将所述比例的纳米高岭土粒子、超细天然沸石粉、石膏、聚合物乳液、二元醇类化合物、改性木质素磺酸盐、片层状硅酸盐矿物材料、聚硅氧烷、草酸、苯丙乳液以及晶质水合镁铝硅酸盐矿物放入搅拌容器中，以500r/min～800r/min的转速搅拌20～40min，边搅拌边加入所述一半比例的水，最终搅拌均匀；

3)将所述比例的水泥、细骨料、粗骨料、粉煤灰、硅灰、碳纳米管、纳米二氧化硅、陶粒、聚苯颗粒和钢纤维倒入胶砂搅拌锅内，然后将步骤2)中的混合物倒入胶砂搅拌锅中，先以100r/min～200r/min的转速搅拌20～30min，边搅拌边加入所述另一半比例的水，然后在30～40s内将所述比例的强塑剂、含钡的萘系高效减水剂、有机高分子类保塑剂、复合缓凝剂和引气剂倒入搅拌锅，继续以100r/min～200r/min的转速搅拌10～15min，停1～2min，用插刀搅拌锅叶片及锅壁残留的水泥砂浆刮入搅拌锅内，最后再高速搅拌5～10min；

4)将搅拌好的混凝土装入试模；

5)在标准条件养护箱中养护1d后脱模，再放入标准条件养护箱中养护至设定龄期，得最后的混凝土材料。

该混凝土材料中，由于陶粒和钢纤维的加入，提高了混凝土的强度，减少了制品的收缩率，降低了制品养护的要求，聚苯颗粒的使用增强了该混凝土的保温性能。该制备方法省去了多次不同条件的养护过程，并合理地省去了后续切割等多道工序及衍生出来的成本、废弃物等各种问题。

草酸、苯丙乳液渗透到混凝土内部，与其中的化学物质发生化学反应，形成凝胶，收缩混凝土毛孔和裂缝，使混凝土成为一个致密的整体，从而提高其表面硬度，使混凝土形成相对外强内弱的结构体来满足大风对其的磨蚀。其可形成网状结构的弹性膜，具有优异的耐高低温性、憎水性、延伸性，并粘接性较好。

含钡的萘系高效减水剂是在中和过程使用氢氧化钡进行中和反应而制成，该萘系高效减水剂无碱，更重要的是它含有钡离子，钡离子能与骨料中活性的SiO₂反应，生成非膨胀性的产物，避免出现碱～骨料反应的膨胀性产物，对碱～骨料反应产生的膨胀性破坏具有抑制作用。

改性木质素磺酸盐(改性木质素磺酸钙和改性木质素磺酸镁)是通过氧化、酚化、羟甲基化、接枝共聚等化学改性的方法向普通木质素磺酸盐中引入羧基、酰胺基、羟甲基等基团，改进了普通木质素磺酸盐的减水率低(6％～9％)、适宜掺量低(0.1％～0.3％)、引气严重等技术缺陷，可大幅度提高减水性能，达到高效减水剂的减水效果，并具有较小的引气量，适宜掺量可大幅度提高。

超细天然沸石粉活性高，能与水泥水化产物发生二次反应，生成的产物填充孔隙中，优化了孔结构，改善了水泥与骨料间的界面结构，显著提高修补层的抗冲磨、抗空蚀、力学性能、密实性、抗冻性等各项性能。二次水化产物和超细天然沸石粉对钾离子、钠离子和有害介质离子有很强的吸附能力，故对抑制碱～骨料反应和抗化学腐蚀具有较强的改善效果。另外，由于沸石粉内在的格架状结构，内部孔隙具有巨大的内表面能，沸石粉的亲水性较强，在浆体中起到蓄水作用，在水泥后期水化过程中需要较多水的供应，这时被沸石粉吸附的水又能逐渐释放出来，对混凝土起到自养护作用，可以有效降低自干收缩，改善界面结构，提高混凝土抗磨蚀性能、抗裂性能和耐久性能。

石膏可与水泥中的C3A、C4AF发生化学反应，生成水化硫铝酸钙和水化硫铁酸钙及它们的固溶体，早期产生微膨胀，对修补层的体积收缩有补偿作用，从而防止或减少有害裂缝的产生。与此同时，生成的反应产物具有充填、堵塞毛细孔隙作用，提高了修补层的密实性。另外一个显著的技术特点是，若修补砂浆出现表面微细裂纹，在保水或保湿养护下，石膏还可以和超细天然沸石粉、水泥共同作用，生成新的产物，填充微细裂纹，使得微细裂纹自愈合。

聚合物乳液加入修补砂浆中显著提高抗渗性和密实性，特别是提高与基底混凝土的粘接力，确保后浇修补薄层与基底混凝土整体一致性。另外，聚合物乳液砂浆中聚合物膜弹性模量较小，它使水泥砂浆内部的应力状态得到改善，韧性得到提高，可以承受变形而使水泥石应力减少，产生裂缝的可能性也减少，同时聚合物纤维越过微裂缝，起到桥架作用，限制微裂缝的扩展。即使修补基面潮湿，仍然可以施工，并保证有良好的粘结性能。因此，聚合物乳液能大大提高修补层与基底的粘结力和抗裂性能。

二元醇类化合物加入抗磨蚀修补材料中，降低了水泥石毛细孔中水的表面张力，从而使得修补材料宏观收缩值降低，早期可减少干缩和自干收缩80％以上，28d龄期可减少干缩和自干收缩40％以上，大幅度提高修补材料体积稳定性，降低抗磨蚀修补砂浆开裂的风险。

强塑剂可分散水泥颗粒，达到润滑效果，在较低用水量状况下产生高流动性，本发明采用有机高分子类保塑剂，其分子链上含有保水、缓凝、分散等多个不同特性的官能团，对水泥、粉煤灰、人工砂等原材料适应性好，能够确保碾压混凝土在施工(尤其是气温在35℃以上的高温季节)过程中具有较小的VC值损失。

片层状硅酸盐矿物材料(基于层状硅酸盐的触变润滑剂)能够形成一种称为卡屋式的结构，这种机构能够在系统内提高基础黏度，但在外部有剪切力时这种机构会很容易地被破坏，确保碾压混凝土具有合适的黏度、屈服点和稳定性，从而具有最佳的和易性；另外，片层状硅酸盐矿物材料可显著提高混凝土拌合物的保水效果，对降低VC值损失有利，并可减少混凝土的泌水现象。

聚硅氧烷的使用可以起到破灭混凝土材料中的大气泡的作用，从而减少这些大气泡对混凝土施工性能、力学性能和耐久性能的不利影响。

本发明的有益效果是：

1.本发明的混凝土的材料比之现有的混凝土，各种性能都大大提高。

2.将碳纳米管和纳米二氧化硅与其他材料复合应用于混凝土材料中，将大幅度提升混凝土的力学性能和耐久性，可用于大型跨海大桥、超高层建筑等对混凝土材料要求较高的工程中，适用范围广，具有重大的工程实用价值和显著的技术经济意义。

2.本发明的混凝土材料及其制备方法施工简单，工程成本增加小，对环境不会造成污染。所以，使用本发明，生产成本低廉、制造工艺简单易于控制、能有条件投资生产的地域会更广。

3.本发明有积极的社会效益和显著的经济效益。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。

实施例1

一种混凝土材料，包括如下组分：水泥、细骨料、粗骨料、粉煤灰、硅灰、碳纳米管、纳米二氧化硅、陶粒、聚苯颗粒、钢纤维、纳米高岭土粒子、超细天然沸石粉、石膏、聚合物乳液、二元醇类化合物、改性木质素磺酸盐、片层状硅酸盐矿物材料、聚硅氧烷、草酸、苯丙乳液、晶质水合镁铝硅酸盐矿物、水、强塑剂、含钡的萘系高效减水剂、有机高分子类保塑剂、复合缓凝剂和引气剂；

上述这些组分的重量份之比为：100∶120∶180∶30∶45∶0.03∶12∶20∶2∶1∶8∶10∶8∶10∶2∶1.5∶0.2∶0.01∶1∶0.8∶0.8∶50∶1.2∶0.8∶0.2∶0.18∶0.02；

其中，细骨料选用天然砂，粗骨料选用片状花岗岩，碳纳米管选用多壁碳纳米管，聚合物乳液采用丙烯酸酯共聚乳液，所述二元醇类化合物为质量比为1∶1的亚烷基二醇和聚氧化烯二醇，所述改性木质素磺酸盐为质量比为1∶1的无碱改性木质素磺酸钙和改性木质素磺酸镁，所述片层状硅酸盐矿物材料为基于层状硅酸盐的触变润滑剂，所述含钡的萘系高效减水剂为使用氢氧化钡中和制备而成的萘磺酸盐甲醛缩合物，所述复合缓凝剂为质量比为1∶1的无碱羟基羧酸类和糖类缓凝剂，所述引气剂为十二烷基硫酸钠。

所述多壁碳纳米管的管径为25～35nm，长度为12～15μm；天然砂的细度模数在2.5～2.8，天然砂中含有粒径小于0.075mm的泥量小于其质量的1.5％；所述片状花岗岩的粒径为10～15mm，压碎指标小于5％；陶粒为粒径5～9mm的颗粒。

所述粉煤灰选用优质I级粉煤灰；硅灰中的SiO₂含量为94％～97％；所述纳米二氧化硅的平均粒径为11～13nm，SiO2含量大于99％。

聚苯颗粒的粒径为1.5～2.5mm；所采用的钢纤维规格为长55～65mm，直径为0.5～0.6mm；所述纳米高岭土粒子的平均粒径为300～350nm，相对密度为2.0～2.3，pH值为7.3；所述超细天然沸石粉的比表面积为1100～1300m²/kg；片层状硅酸盐矿物材料为OPTIBENT触变剂；有机高分子类保塑剂为BK～P3保坍剂。

所述草酸的理化指标为：外观，白色结晶，草酸含量≥99.5％，硫酸根≤0.10％；灰分≤0.10％；重金属≤0.001％；铁≤0.002％；氯化物≤0.004％；所述苯丙乳液的理化指标为：外观，乳白色略带兰相液体，固体含量49～50％；黏粘度为500～1500mPas；PH值：8.0～9.0；Ca2+稳定性：5％CaCl₂溶液∶苯丙乳液＝1∶5，48h无分层、无絮凝、无沉淀；玻璃化温度22℃；最低成模温度20℃；机械稳定性：2500r/min，0.5h，不破坏、无明显絮凝物；稀释稳定性：48h无分层、无絮凝、无沉淀；挥发性有机物质≤30g/L；游离甲醛g/Kg≤0.08。

所述羟基羧酸类为柠檬酸、苹果酸、酒石酸、水杨酸中的至少一种；所述糖类为葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、糊精、糖钙中的至少一种。

实施例2

该混凝土材料中所用的各种组分与实施例1完全相同，这些组分的重量份之比为：100∶130∶150∶50∶30∶0.06∶8∶30∶1∶1.5∶3∶15∶5∶15∶1.5∶2∶0.1∶0.02∶0.5∶1.2∶0.5∶80∶0.8∶1.2∶0.15∶0.25∶0.01。

实施例3

该混凝土材料中所用的各种组分与实施例1完全相同，这些组分的重量份之比为：100∶1205∶160∶40∶40∶0.035∶10∶25∶1.5∶1.3∶5∶12∶6∶13∶1.8∶1.7∶0.15∶0.015∶0.7∶1.0∶0.6∶70∶1.0∶1.0∶0.18∶0.20∶0.015。

制备上述实施例中的混凝土材料的方法包括下列步骤：

1)按所述比例称取上述混凝土材料的组分；

2)将所述比例的纳米高岭土粒子、超细天然沸石粉、石膏、聚合物乳液、二元醇类化合物、改性木质素磺酸盐、片层状硅酸盐矿物材料、聚硅氧烷、草酸、苯丙乳液以及晶质水合镁铝硅酸盐矿物放入搅拌容器中，以500r/min～800r/min的转速搅拌20～40min，边搅拌边加入所述一半比例的水，最终搅拌均匀；

3)将所述比例的水泥、细骨料、粗骨料、粉煤灰、硅灰、碳纳米管、纳米二氧化硅、陶粒、聚苯颗粒和钢纤维倒入胶砂搅拌锅内，然后将步骤2)中的混合物倒入胶砂搅拌锅中，先以100r/min～200r/min的转速搅拌20～30min，边搅拌边加入所述另一半比例的水，然后在30～40s内将所述比例的强塑剂、含钡的萘系高效减水剂、有机高分子类保塑剂、复合缓凝剂和引气剂倒入搅拌锅，继续以100r/min～200r/min的转速搅拌10～15min，停1～2min，用插刀搅拌锅叶片及锅壁残留的水泥砂浆刮入搅拌锅内，最后再高速搅拌5～10min；

4)将搅拌好的混凝土装入试模；

5)在标准条件养护箱中养护1d后脱模，再放入标准条件养护箱中养护至设定龄期，得最后的混凝土材料。

多次试验表面，步骤3)和4)分开混合搅拌，可保证各组分充分发挥相互作用，提高混凝土性能，各项性能比现有的混凝土材料提高10％以上。

上述实施例中的所述晶质水合镁铝硅酸盐矿物的主要化学成分为SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、MgO和CaO，并伴生有少量的石英、长石、白云石和方解石。其还可通过下述方法进行改性，以进一步帮助提高混凝土的性能：

a.经过超声波物理提纯，除去较粗杂质；

b.在浓度为15％的NaCl溶液中进行盐活化处理，75℃水浴加热，浸泡7小时后反复洗涤过滤至无氯离子，而后在90～100℃烘干；

c.用十六烷基三甲基溴化铵(HDTMAB)按照阳离子交换量约为50mmol/100g的比例来对样品进行有机改性处理；

d.将样品按照固液比1∶30的比例在1mmol/L的Ca(OH)₂溶液中进行碱活化处理，75℃水浴加热，浸泡3小时后反复洗涤过滤至弱碱性，而后在80℃烘干。

使用经过改性后的晶质水合镁铝硅酸盐矿物可提高混凝土的稳定性和水稳定性，改善其耐久性和早期损害。

本发明的混凝土材料的水胶比满足混凝土材料的施工设计要求。

根据《水工混凝土试验规程》的相关规定，对本发明的混凝土性能进行检测，检测结果如下

由上表可见，本发明的混凝土材料的各项性能指标均比现有的混凝土材料有非常明显的提高。由此表明，本发明的混凝土材料及其制备方法中的各种组分和参数均是最佳选择，可实现本发明方法的最优效果。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种混凝土材料，其特征在于该混凝土材料包括如下组分：水泥、细骨料、粗骨料、粉煤灰、硅灰、碳纳米管、纳米二氧化硅、陶粒、聚苯颗粒、钢纤维、纳米高岭土粒子、超细天然沸石粉、石膏、聚合物乳液、二元醇类化合物、改性木质素磺酸盐、片层状硅酸盐矿物材料、聚硅氧烷、草酸、苯丙乳液、晶质水合镁铝硅酸盐矿物、水、强塑剂、含钡的萘系高效减水剂、有机高分子类保塑剂、复合缓凝剂和引气剂；

上述这些组分的重量份之比为：100∶120～130∶150～180∶30～50∶30～45∶0.03～0.06∶8～12∶20～30∶1～2∶1～1.5∶3～8∶10～15∶5～8∶10～15∶1.5～2∶1.5～2∶0.1～0.2∶0.01～0.02∶0.5～1∶0.8～1.2∶0.5～0.8∶50～80∶0.8～1.2∶0.8～1.2∶0.15～0.2∶0.18～0.25∶0.01～0.02；

其中，细骨料选用天然砂，粗骨料选用片状花岗岩，碳纳米管选用多壁碳纳米管，聚合物乳液采用丙烯酸酯共聚乳液，所述二元醇类化合物为质量比为1∶1的亚烷基二醇和聚氧化烯二醇，所述改性木质素磺酸盐为质量比为1∶1的无碱改性木质素磺酸钙和改性木质素磺酸镁，所述片层状硅酸盐矿物材料为基于层状硅酸盐的触变润滑剂，所述含钡的萘系高效减水剂为使用氢氧化钡中和制备而成的萘磺酸盐甲醛缩合物，所述复合缓凝剂为质量比为1∶1的无碱羟基羧酸类和糖类缓凝剂，所述引气剂为十二烷基硫酸钠。

2.根据权利要求1所述的混凝土材料，其特征在于所述多壁碳纳米管的管径为25～35nm，长度为12～15μm；天然砂的细度模数在2.5～2.8，天然砂中含有粒径小于0.075mm的泥量小于其质量的1.5％；所述片状花岗岩的粒径为10～15mm，压碎指标小于5％；陶粒为粒径5～9mm的颗粒。

3.根据权利要求1或2所述的混凝土材料，其特征在于所述粉煤灰选用优质I级粉煤灰；硅灰中的SiO₂含量为94％～97％；所述纳米二氧化硅的平均粒径为11～13nm，SiO2含量大于99％。

4.根据权利要求3所述的混凝土材料，其特征在于聚苯颗粒的粒径为1.5～2.5mm；所采用的钢纤维规格为长55～65mm，直径为0.5～0.6mm；所述纳米高岭土粒子的平均粒径为300～350nm，相对密度为2.0～2.3，pH值为7.3；所述超细天然沸石粉的比表面积为1100～1300m²/kg；片层状硅酸盐矿物材料为OPTIBENT触变剂；有机高分子类保塑剂为BK～P3保坍剂。

5.根据权利要求4所述的混凝土材料，其特征在于所述草酸的理化指标为：外观，白色结晶，草酸含量≥99.5％，硫酸根≤0.10％；灰分≤0.10％；重金属≤0.001％；铁≤0.002％；氯化物≤0.004％；所述苯丙乳液的理化指标为：外观，乳白色略带兰相液体，固体含量49～50％；黏粘度为500～1500mPas；PH值：8.0～9.0；Ca2+稳定性：5％CaCl₂溶液∶苯丙乳液＝1∶5，48h无分层、无絮凝、无沉淀；玻璃化温度22℃；最低成模温度20℃；机械稳定性：2500r/min，0.5h，不破坏、无明显絮凝物；稀释稳定性：48h无分层、无絮凝、无沉淀；挥发性有机物质≤30g/L；游离甲醛g/Kg≤0.08。

6.根据权利要求4或5所述的混凝土材料，其特征在于所述羟基羧酸类为柠檬酸、苹果酸、酒石酸、水杨酸中的至少一种；所述糖类为葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、糊精、糖钙中的至少一种。

7.一种制备根据上述权利要求所述的混凝土材料的方法，其特征在于包括下列步骤：

1)按所述比例称取上述混凝土材料的组分；

2)将所述比例的纳米高岭土粒子、超细天然沸石粉、石膏、聚合物乳液、二元醇类化合物、改性木质素磺酸盐、片层状硅酸盐矿物材料、聚硅氧烷、草酸、苯丙乳液以及晶质水合镁铝硅酸盐矿物放入搅拌容器中，以500r/min～800r/min的转速搅拌20～40min，边搅拌边加入所述一半比例的水，最终搅拌均匀；

3)将所述比例的水泥、细骨料、粗骨料、粉煤灰、硅灰、碳纳米管、纳米二氧化硅、陶粒、聚苯颗粒和钢纤维倒入胶砂搅拌锅内，然后将步骤2)中的混合物倒入胶砂搅拌锅中，先以100r/min～200r/min的转速搅拌20～30min，边搅拌边加入所述另一半比例的水，然后在30～40s内将所述比例的强塑剂、含钡的萘系高效减水剂、有机高分子类保塑剂、复合缓凝剂和引气剂倒入搅拌锅，继续以100r/min～200r/min的转速搅拌10～15min，停1～2min，用插刀搅拌锅叶片及锅壁残留的水泥砂浆刮入搅拌锅内，最后再高速搅拌5～10min；

4)将搅拌好的混凝土装入试模；

5)在标准条件养护箱中养护1d后脱模，再放入标准条件养护箱中养护至设定龄期，得最后的混凝土材料。