一种基于单纯型质心法的地聚物复合材料配合比设计方法与流程

本发明涉及地聚物复合材料，尤其是涉及一种基于单纯型质心法的地聚物复合材料配合比设计方法。

背景技术：

1、近年来，随着人口增长和城市化的推进，水泥已成为仅次于水的第二大人类消耗品。然而，水泥的生产和使用会排放大量的二氧化碳，据统计，生产一吨水泥大约会排放0.8吨二氧化碳，水泥行业是二氧化碳密集度最大工业种类之一，水泥熟料生产相关的二氧化碳排放量就相当于全球化石燃料碳排放的4％。为降低温室效应和能源消耗，寻找一种可以替代水泥的新型胶结料已成为一个紧迫问题。

2、地聚物复合材料是一种新型的环保建筑材料，它是由alo4和sio4四面体结构单元组成的三维立体网状结构的无机聚合物。这种材料可以利用矿物废物和建筑垃圾作为原料，具有优良的机械性能和耐酸碱、耐火、耐高温的性能，有取代普通波特兰水泥的可能。地聚物复合材料在建筑材料、道路材料、固核固废材料、密封材料、和耐高温材料等方面均有应用。

3、地聚物胶凝材料相比传统水泥材料有其组成的复杂性，大多数研究人员通常使用单因素法来研究地质聚合物，不能对每个影响因素进行全面分析，因此需要一种有效的试验设计方法，在减少试验组数量的基础上可以建立混料配方与材料性能的规律和数量关系。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于单纯型质心法的地聚物复合材料配合比设计方法。通过采用单纯型质心法对不同的性能需求进行配比设计，减少实验量，节约成本；同时考虑不同材料之间相互影响作用，充分利用固体废弃物。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、本发明提供一种基于单纯型质心法的地聚物复合材料配合比设计方法，包括以下步骤：

4、s1：配置激发剂，明确变量和响应量，基于材料特性，对变量的范围进行初步设定；

5、s2：基于单纯型质心法确定实验设计点，按照配比进行材料的制备和养护，获得响应量；

6、s3：建立多种响应量-变量的数量关系多项式，并汇总为响应-变量矩阵；

7、s4：基于响应目标值或目标范围，根据s3中的响应-变量矩阵计算并确定最优配比范围。

8、进一步地，s1中，所述激发剂为碱性溶液或酸性溶液。

9、进一步地，s1中，所述变量为粉煤灰、矿渣和偏高岭土的掺量。

10、进一步地，s1中，所述响应量为流动度、凝结时间、抗压强度和抗弯拉强度。

11、进一步地，s2中，所述材料的制备过程为：将激发剂、水和地聚物搅拌均匀，获得地聚物胶浆，再将地聚物胶浆分两层倒入模具中，用土工膜覆盖，常温下静置后脱模。

12、进一步地，s2中，所述材料的养护过程为：将制备好后的材料放入具有预设温度和湿度的养护箱中养护至指定龄期。

13、进一步地，s3中，所述数量关系多项式为：

14、

15、其中，y为响应量；x1，x2，x3为任意三个不同的变量；β0、βi(1≤i≤3)、βij(1≤i＜j≤3)分别为常系数、线性系数、相互作用系数。

16、进一步地，偏高岭土、粉煤灰和矿渣的设定范围分别为30％-100％、0-30％、30％-100％。

17、进一步地，碱性溶液的配置过程为：将预设质量的硅酸钠溶液和固体氢氧化钠搅拌均匀，置于带有橡胶塞的玻璃容器中，密封后置于室温下放置24小时。

18、进一步地，s4中，为满足施工要求，将响应量中流动度的下限设为200mm，初凝时间为3-8小时，终凝时间为4-9小时，抗压强度和抗弯拉强度的下限设为80mpa和8mpa。

19、与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

20、1、本发明针对不同的性能需求进行配比设计，减少实验量，节约成本；同时可以考虑不同材料之间相互影响作用，充分利用固体废弃物。

21、2、本发明中采用单纯型质心法，其为一种相对简单直观的优化方法，原理和操作相对容易理解，不需要复杂的数学模型和算法，更易于实施和操作。相比于响应面法的试验设计，单纯型质心法需要的试验数量较少，在试验资源有限的情况下，单纯型质心法更具有优势，能够更快地进行初步的优化探索。

22、3、本发明中的单纯型质心法直接操作于可行解空间内，通过移动质心来进行搜索，因此其优化过程相对直接，没有建立复杂的响应面模型。这种直接性有助于在简单的情况下快速找到可行解，特别是在解空间维度较低的情况下。对于一些复杂情况下的噪声和非线性关系，单纯型质心法更容易处理，不容易陷入局部最优解。

技术特征：

1.一种基于单纯型质心法的地聚物复合材料配合比设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于单纯型质心法的地聚物复合材料配合比设计方法，其特征在于，s1中，所述激发剂为碱性溶液或酸性溶液。

3.根据权利要求1所述的一种基于单纯型质心法的地聚物复合材料配合比设计方法，其特征在于，s1中，所述变量为粉煤灰、矿渣和偏高岭土的掺量。

4.根据权利要求1所述的一种基于单纯型质心法的地聚物复合材料配合比设计方法，其特征在于，s1中，所述响应量为流动度、凝结时间、抗压强度和抗弯拉强度。

5.根据权利要求1所述的一种基于单纯型质心法的地聚物复合材料配合比设计方法，其特征在于，s2中，所述材料的制备过程为：将激发剂、水和地聚物搅拌均匀，获得地聚物胶浆，再将地聚物胶浆分两层倒入模具中，用土工膜覆盖，常温下静置后脱模。

6.根据权利要求1所述的一种基于单纯型质心法的地聚物复合材料配合比设计方法，其特征在于，s2中，所述材料的养护过程为：将制备好后的材料放入具有预设温度和湿度的养护箱中养护至指定龄期。

7.根据权利要求1所述的一种基于单纯型质心法的地聚物复合材料配合比设计方法，其特征在于，s3中，所述数量关系多项式为：

8.根据权利要求3所述的一种基于单纯型质心法的地聚物复合材料配合比设计方法，其特征在于，偏高岭土、粉煤灰和矿渣的设定范围分别为30％-100％、0-30％、30％-100％。

9.根据权利要求2所述的一种基于单纯型质心法的地聚物复合材料配合比设计方法，其特征在于，碱性溶液的配置过程为：将预设质量的硅酸钠溶液和固体氢氧化钠搅拌均匀，置于带有橡胶塞的玻璃容器中，密封后置于室温下放置24小时。

10.根据权利要求1所述的一种基于单纯型质心法的地聚物复合材料配合比设计方法，其特征在于，s4中，为满足施工要求，将响应量中流动度的下限设为200mm，初凝时间为3-8小时，终凝时间为4-9小时，抗压强度和抗弯拉强度的下限设为80mpa和8mpa。

技术总结本发明涉及一种基于单纯型质心法的地聚物复合材料配合比设计方法。在单纯型质心法理论框架下，按照配比进行材料的制备、养护，通过实验获得响应指标，建立多种响应量‑变量的数量关系多项式，并汇总为响应‑变量矩阵，最终基于响应目标值或目标范围，根据响应‑变量矩阵计算并确定最优配比范围。与现有技术相比，本发明可针对不同的性能需求进行配比设计，减少实验量，节约成本；同时可以考虑不同材料之间相互影响作用，充分利用固体废弃物。采用单纯型质心法，原理和操作相对容易理解，更易于实施和操作；在试验资源有限的情况下，单纯型质心法能够更快地进行初步的优化探索。技术研发人员：李辉,王果,单飞,张伟,娄新凤,杜红静受保护的技术使用者：同路达（上海）交通科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/9