本發(fā)明屬于混凝土測試，具體涉及一種地聚物砂漿配比參數(shù)優(yōu)化方法、模型構(gòu)建方法及其系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、地聚物是一類在常溫或高溫環(huán)境下通過堿激發(fā)活性鋁硅酸鹽原材料而獲得的新型綠色膠凝材料，其反應(yīng)產(chǎn)物多為水化硅鋁酸鈣凝膠(c-a-s-h)或類沸石的鋁硅酸鹽核(m-a-s-(h)，m＝na、k等)，與硅酸鹽水泥反應(yīng)產(chǎn)物存在較大差異。獨特的三維網(wǎng)絡(luò)狀產(chǎn)物結(jié)構(gòu)使地聚物具有良好的力學強度及耐氯鹽和硫酸鹽侵蝕性能等。地聚物作為極具潛力替代傳統(tǒng)水泥的新型膠凝材料之一，以其消納固廢、節(jié)能減排的顯著特征獲得國內(nèi)外研究者與工業(yè)界持續(xù)關(guān)注。

2、砂漿配比參數(shù)優(yōu)化設(shè)計的過程目前與其說是一門科學，不如說是一門藝術(shù)。砂漿配比參數(shù)設(shè)計不是簡單地計算每個組分的量。優(yōu)異的砂漿配比參數(shù)不僅應(yīng)滿足澆注工藝的和易性要求，而且應(yīng)滿足工程應(yīng)用的力學性能、耐久性、經(jīng)濟性甚至生態(tài)性要求。但是，在優(yōu)化具體參數(shù)以滿足上述表現(xiàn)時，總是存在各種問題，例如：通過增加水膠比，并用圓形光滑的天然鵝卵石代替粗糙的碎石，可以獲得高流動性砂漿。而對于高強度混凝土，需要降低水膠比，并使用粗碎的碎石骨料。因此，如何通過對砂漿配比參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計，并在可加工性、力學性能、耐久性、生態(tài)甚至經(jīng)濟性之間取得平衡是一項艱巨而耗時的任務(wù)。

3、對于傳統(tǒng)的地聚物砂漿配比參數(shù)優(yōu)化設(shè)計，人們常采用試差法或單因素變量法來滿足多種性能要求。但這樣的優(yōu)化設(shè)計方式并不能對地聚物砂漿的性能演變規(guī)律進行有效預測，且僅了解單一原料在地聚物砂漿中作用機理，對于各原料摻入后交互作用對地聚物砂漿性能演變的影響尚不明確，通常是通過小量正交試驗等調(diào)整配方，未能根據(jù)實際工程需要調(diào)整配比參數(shù)時無法實現(xiàn)對地聚物砂漿性能準確預測，配方調(diào)整周期較長。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種地聚物砂漿配比參數(shù)優(yōu)化方法、模型構(gòu)建方法及其系統(tǒng)。

2、為達到上述目的，本發(fā)明是采用下述技術(shù)方案實現(xiàn)的：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種地聚物砂漿配比參數(shù)優(yōu)化方法，包括如下方法步驟：

4、構(gòu)建地聚物砂漿抗壓強度與高爐礦渣粉質(zhì)量分數(shù)、煤系高嶺土粉質(zhì)量分數(shù)、激發(fā)劑質(zhì)量分數(shù)三個組分元素質(zhì)量分數(shù)之間相交互影響的地聚物砂漿三元交互模型；

5、根據(jù)實際性能需求以預先確定地聚物砂漿的抗壓強度；

6、將預先確定的抗壓強度和選取固定的任一組分元素質(zhì)量分數(shù)分別輸入地聚物砂漿三元交互模型，在模型計算出另兩個組分元素質(zhì)量分數(shù)的質(zhì)量分數(shù)取值范圍內(nèi)，再次選取固定一個組分元素質(zhì)量分數(shù)并輸入地聚物砂漿三元交互模型以計算確定最后一個組分元素質(zhì)量分數(shù)，從而獲得預先確定地聚物砂漿抗壓強度所對應(yīng)地聚物砂漿中高爐礦渣粉、煤系高嶺土粉、激發(fā)劑的配比參數(shù)。

7、進一步的，地聚物砂漿三元交互模型的構(gòu)建方法步驟如下：

8、獲取一定數(shù)量高爐礦渣粉質(zhì)量分數(shù)、煤系高嶺土粉質(zhì)量分數(shù)、激發(fā)劑質(zhì)量分數(shù)之間不同配比的地聚物砂漿及所對應(yīng)地聚物砂漿抗壓強度的實驗真實數(shù)據(jù)樣本；

9、將實驗真實數(shù)據(jù)樣本輸入三元交互模型并反復進行數(shù)據(jù)歸一化計算以獲得最終的地聚物砂漿三元交互模型。

10、進一步的，所述三元交互模型采用數(shù)學公式表示為：

11、y＝β1x1+β2x2+β3x3+β12x1x2+β13x1x3+β23x2x3

12、式中，y為響應(yīng)值，表示由不同配比參數(shù)制備而成的地聚物砂漿性能指標；xi分別表示混合料的三種組分元素高爐礦渣粉、煤系高嶺土粉、激發(fā)劑的質(zhì)量分數(shù)，xi≥0(i＝1，2，3)且x1+x2+x3＝1；βi是分量xi的相應(yīng)作用系數(shù)；其中，βi＝y(tǒng)i，βij＝4yij-2(yi+yj)。

13、進一步的，所述地聚物砂漿三元交互模型采用數(shù)學公式表示為：

14、c3d＝-6.23x1-11.82x2-12.84x3+0.36x1x2+0.33x1x3+0.16x2x3

15、式中，c3d表示抗壓強度；x1表示高爐礦渣粉質(zhì)量分數(shù)，x2表示煤系高嶺土粉質(zhì)量分數(shù)，x3表示激發(fā)劑質(zhì)量分數(shù)，且x1+x2+x3＝1。

16、進一步的，所述高爐礦渣粉質(zhì)量分數(shù)為48～58％、煤系高嶺土粉質(zhì)量分數(shù)為32～42％和激發(fā)劑質(zhì)量分數(shù)為10～20％。

17、第二方面，本發(fā)明提供了一種地聚物砂漿配比參數(shù)優(yōu)化模型的構(gòu)建方法，包括如下方法步驟：

18、獲取一定數(shù)量高爐礦渣粉質(zhì)量分數(shù)、煤系高嶺土粉質(zhì)量分數(shù)、激發(fā)劑質(zhì)量分數(shù)之間不同配比的地聚物砂漿及所對應(yīng)抗壓強度的實驗真實數(shù)據(jù)樣本；

19、將實驗真實數(shù)據(jù)樣本輸入三元交互模型并反復進行數(shù)據(jù)歸一化計算以獲得最終的地聚物砂漿三元交互模型。

20、進一步的，所述三元交互模型采用數(shù)學公式表示為：

21、y＝β1x1+β2x2+β3x3+β12x1x2+β13x1x3+β23x2x3

22、式中，y為響應(yīng)值，表示由不同配比參數(shù)制備而成的地聚物砂漿性能指標；xi分別表示混合料的三種組分元素高爐礦渣粉、煤系高嶺土粉、激發(fā)劑的質(zhì)量分數(shù)，xi≥0(i＝1，2，3)且x1+x2+x3＝1；βi是分量xi的相應(yīng)作用系數(shù)；其中，βi＝y(tǒng)i，βij＝4yij-2(yi+yj)。

23、進一步的，所述地聚物砂漿三元交互模型采用數(shù)學公式表示為：

24、c3d＝-6.23x1-11.82x2-12.84x3+0.36x1x2+0.33x1x3+0.16x2x3

25、式中，c3d表示抗壓強度；x1表示高爐礦渣粉質(zhì)量分數(shù)，x2表示煤系高嶺土粉質(zhì)量分數(shù)，x3表示激發(fā)劑質(zhì)量分數(shù)，且x1+x2+x3＝1。

26、進一步的，所述高爐礦渣粉質(zhì)量分數(shù)為48～58％，所述煤系高嶺土粉質(zhì)量分數(shù)為32～42％和所述激發(fā)劑質(zhì)量分數(shù)為10～20％。

27、第三方面，本發(fā)明提供了一種地聚物砂漿配比參數(shù)優(yōu)化系統(tǒng)，包括如下模塊：

28、交互模型構(gòu)建模塊，用于構(gòu)建地聚物砂漿抗壓強度與高爐礦渣粉質(zhì)量分數(shù)、煤系高嶺土粉質(zhì)量分數(shù)、激發(fā)劑質(zhì)量分數(shù)三個組分元素質(zhì)量分數(shù)之間相交互影響的地聚物砂漿三元交互模型；

29、性能參數(shù)輸入處理模塊，用于根據(jù)實際性能需求以預先確定地聚物砂漿的抗壓強度；

30、還用于將預先確定的抗壓強度和選取固定的任一組分元素質(zhì)量分數(shù)分別輸入地聚物砂漿三元交互模型，在模型計算出另兩個組分元素質(zhì)量分數(shù)的質(zhì)量分數(shù)取值范圍內(nèi)，再次選取固定一個組分元素質(zhì)量分數(shù)并輸入地聚物砂漿三元交互模型以計算確定最后一個組分元素質(zhì)量分數(shù)，從而獲得預先確定地聚物砂漿抗壓強度所對應(yīng)地聚物砂漿中高爐礦渣粉、煤系高嶺土粉、激發(fā)劑的配比參數(shù)。

31、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所達到的有益效果：

32、本發(fā)明提供的地聚物砂漿配比參數(shù)優(yōu)化方法、模型構(gòu)建方法及系統(tǒng)，均采用地聚物砂漿三元交互模型以獲得高爐礦渣粉、煤系高嶺土粉、激發(fā)劑之間優(yōu)選配方配比參數(shù)，以及應(yīng)用于獲取制備高性能地聚物砂漿，實現(xiàn)了對地聚物砂漿性能的有效預測，明確了各原料組分交互作用對地聚物砂漿性能演變的影響；

33、可有效消納固體廢棄物(煤系高嶺土粉及高爐礦渣粉)并根據(jù)實際工程需要，及時完成地聚物砂漿配比參數(shù)調(diào)整并實現(xiàn)性能有效預測，實際施工難度明顯降低。且所用設(shè)計技術(shù)過程中無污染排放，資源得到最大化利用。