掺杂纳米TiO2的珊瑚混凝土耐污强度模型的构建方法和应用与流程

本发明涉及混凝土领域，尤其涉及一种掺杂纳米tio2的珊瑚混凝土的耐污强度模型的构建方法和应用。

背景技术：

1、在海洋工程的建设中，碎石骨料和淡水往往难以获得，就地取材的珊瑚混凝土被广泛应用。珊瑚骨料强度低且空隙率高，因此珊瑚混凝土的强度和耐久性相较于传统混凝土偏低，尤其是在一些排污设施中，由于污废水的侵蚀，随着服役周期的增长，珊瑚混凝土服役性能显著下降，严重影响结构的服役寿命。

2、目前，为了提高珊瑚混凝土的物理性能，通常会在珊瑚混凝土中添加纳米tio2。目前的耐污强度模型基本上是在传统碎石混凝土的基础上建立的，不适用于珊瑚混凝土，存在对珊瑚混凝土适用性差，预测的准确度不足的缺陷。

技术实现思路

1、为了克服以上问题，本发明的目的是提供一种掺杂纳米tio2的珊瑚混凝土的耐污强度模型的构建方法，能够准确预测海洋工程中珊瑚混凝土构件的力学性能和耐久性。

2、为实现上述目的，本发明所设计的珊瑚混凝土的耐污强度模型的构建方法，其特征在于，包括步骤：

3、步骤1、制备珊瑚混凝土试件：

4、首先按照重量份数，称取原料：水泥750-780份、矿渣135~150份、粉煤灰55~70份、纳米tio20~60份、珊瑚骨料300份、珊瑚砂700份、海水250份、减水剂20份；然后将各原料混合均匀得到混凝土浆料；最后将混凝土浆料导入模具中，经脱模和养护后得到珊瑚混凝土试件；

5、步骤2、对各珊瑚混凝土试件进行污水侵蚀试验，测试珊瑚混凝土立方体抗压强度和棱柱体抗折强度；

6、在抗污水侵蚀试验中提取数据集a：珊瑚混凝土试件的成分配比、纳米tio2掺量、腐蚀时间与混凝土立方体抗压强度数据；提取数据集b：珊瑚混凝土试件的成分配比、纳米tio2掺量、腐蚀时间与棱柱体抗折强度；

7、步骤3、基于公式（1）所示的统计数学模型和数据集a获取如公式（2）所示的珊瑚混凝土立方体抗压强度演化模型；基于公式（1）所示的统计数学模型和数据集b获取如公式（3）所示的珊瑚混凝土棱柱体抗折压强度演化模型；

8、（1）

9、其中，为珊瑚混凝土的立方体抗压强度或者棱柱体抗折强度，mpa； w为纳米tio2的质量百分比； d为在污废水环境中的服役时间，d；a、b、c为污废水介质腐蚀参数；e、g、h、i、j为材料物理力学性质参数；

10、（2）

11、公式（2）中，为高性能珊瑚混凝土的立方体抗压强度，mpa； w为纳米tio2的质量百分比； d为在污废水环境中的服役时间，d；

12、（3）

13、公式（3）中，为高性能珊瑚混凝土的棱柱体抗折强度，mpa， w为纳米tio2的质量百分比； d为在污废水环境中的服役时间，d。

14、作为优选方案，所述纳米tio2的粒径为10~20nm。纳米tio2、粉煤灰和矿渣之间存在显著的协同效应。纳米tio2的加入加速了水泥的水化反应，使得水泥水化产物更早生成并与粉煤灰和矿渣中的活性成分反应，生成更多的c-s-h凝胶和钙矾石等有益产物。矿渣和粉煤灰能填补一部分水泥基体中的空隙，更小尺寸的纳米tio2能填补更小的空隙，使基体更加密实。纳米tio2、粉煤灰和矿渣的协同作用可以显著提升混凝土的性能。

15、作为优选方案，所述珊瑚砂细度模数为2.87，ⅱ区级配，为中砂。

16、作为优选方案，所述珊瑚骨料为5~8mm连续级配的粗骨料。

17、作为优选方案，所述水泥为硅酸盐水泥，所述矿渣为s95级矿渣，所述粉煤灰为ⅰ级粉煤灰。

18、作为优选方案，各原料混合方法为：首先将纳米tio2、减水剂、海水搅拌混合制得混合悬浊液，将混合悬浊液分为两份体积相同的混合悬浊液，取一半的混合悬浊液与珊瑚骨料、珊瑚砂搅拌混合均匀后再依次加入水泥、矿渣、粉煤灰和剩余的另一半混合悬浊液，继续搅拌混合均匀得到珊瑚混凝土浆料。由于纳米tio2密度较小，易被气流带动飞散，因此在分散纳米tio2时需要在无风的室内进行。同时，由于其颗粒粒径极细，不同的混凝土搅拌机甚至砂浆搅拌机干拌都无法将其均匀地分散，且观察发现，干拌会导致纳米tio2“粘壁”，导致最终水泥基材料中的纳米tio2掺量减少，无法保证纳米tio2完全发挥作用。因此，本发明中纳米tio2的分散方法为先将该组配合比所需的水和减水剂称好，二者搅拌1分钟，再在无风的室内将纳米tio2边搅拌边掺入到水和高效减水剂的混合液中，全部溶解后，再搅拌3分钟，制成混合悬浊液。

19、作为优选方案，所述步骤2中，污水侵蚀试验中的污废水为下水道污泥与有机质溶液至于侵蚀桶中发酵后所得。

20、作为优选方案，所述步骤2中，珊瑚混凝土立方体抗压强度的测试具体是采用加载速率为500n/s的100t电液伺服万能试验机对珊瑚混凝土进行立方体抗压实验；珊瑚混凝土棱柱体抗折强度测试具体是采用加载速率为80n/s的10t电子万能材料试验机对珊瑚混凝土进行四点弯折实验。

21、一种珊瑚混凝土的耐污强度模型的应用，其特征在于，所述珊瑚混凝土的耐污强度模型应用于海洋工程中污废水排放结构构件的力学性能和耐久性能的预测。

22、作为优选方案，设定珊瑚混凝土的耐污强度模型中纳米tio2的质量百分比为3%~4%。

23、本发明的优点在于：本发明珊瑚混凝土的耐污强度模型的构建方法，利用非线性拟合技术获得共同表征珊瑚混凝土的耐污强度的两种模型：珊瑚混凝土立方体抗压强度演化模型和珊瑚混凝土棱柱体抗折压强度演化模型；两种模型具有准确性高，应用性强的特点。另外，利用本发明的珊瑚混凝土的耐污强度模型能够根据不同目标耐污性能的珊瑚混凝土纳米tio2的含量配比设计，以获得最佳的服役性能。

技术特征：

1.一种掺杂纳米tio2的珊瑚混凝土的耐污强度模型的构建方法，其特征在于，包括步骤：

2.根据权利要求1所述掺杂纳米tio2的珊瑚混凝土的耐污强度模型的构建方法，其特征在于，所述纳米tio2的粒径为10~20nm。

3.根据权利要求1所述掺杂纳米tio2的珊瑚混凝土的耐污强度模型的构建方法，其特征在于，所述珊瑚砂细度模数为2.87，ⅱ区级配，为中砂。

4.根据权利要求1所述掺杂纳米tio2的珊瑚混凝土的耐污强度模型的构建方法，其特征在于，所述珊瑚骨料为5~8mm连续级配的粗骨料。

5.根据权利要求1所述掺杂纳米tio2的珊瑚混凝土的耐污强度模型的构建方法，其特征在于，所述水泥为硅酸盐水泥，所述矿渣为s95级矿渣，所述粉煤灰为ⅰ级粉煤灰。

6.根据权利要求1所述掺杂纳米tio2的珊瑚混凝土的耐污强度模型的构建方法，其特征在于，各原料混合方法为：首先将纳米tio2、减水剂、海水搅拌混合制得混合悬浊液，将混合悬浊液分为两份体积相同的混合悬浊液，取一半的混合悬浊液与珊瑚骨料、珊瑚砂搅拌混合均匀后再依次加入水泥、矿渣、粉煤灰和剩余的另一半混合悬浊液，继续搅拌混合均匀得到珊瑚混凝土浆料。

7.根据权利要求1所述掺杂纳米tio2的珊瑚混凝土的耐污强度模型的构建方法，其特征在于，所述步骤2中，抗污水侵蚀试验中的污废水为下水道污泥与有机质溶液至于侵蚀桶中发酵后所得。

8.根据权利要求1所述掺杂纳米tio2的珊瑚混凝土的耐污强度模型的构建方法，其特征在于，所述步骤2中，珊瑚混凝土立方体抗压强度的测试具体是采用加载速率为500n/s的100t电液伺服万能试验机对珊瑚混凝土进行立方体抗压实验；珊瑚混凝土棱柱体抗折强度测试具体是采用加载速率为80n/s的10t电子万能材料试验机对珊瑚混凝土进行四点弯折实验。

9.一种如权利要求1所述的掺杂纳米tio2的珊瑚混凝土的耐污强度模型的应用，其特征在于，所述珊瑚混凝土的耐污强度模型应用于海洋工程中污废水排放结构构件的力学性能和耐久性能的预测。

10.根据权利要求7所述的掺杂纳米tio2的珊瑚混凝土的耐污强度模型的应用，其特征在于，设定珊瑚混凝土的耐污强度模型中纳米tio2的质量百分比为3%~4%。

技术总结本发明涉及混凝土领域，尤其涉及一种掺杂纳米TiO2的珊瑚混凝土的耐污强度模型的构建方法和应用。本发明所设计的珊瑚混凝土的耐污强度模型的构建方法，包括步骤1、制备珊瑚混凝土试件；步骤2、对各珊瑚混凝土试件进行污水侵蚀试验，测试珊瑚混凝土立方体抗压强度和棱柱体抗折强度；步骤3、通过统计数学模型获取珊瑚混凝土的耐污强度模型，包括：珊瑚混凝土立方体抗压强度演化模型和珊瑚混凝土棱柱体抗折压强度演化模型；本发明所设计的珊瑚混凝土的耐污强度模型能够准确预测海洋工程中珊瑚混凝土构件的力学性能和耐久性。技术研发人员：谭天颖,张澳,张家季,杨仕赜受保护的技术使用者：海南优锐聚力科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/9