一种基于响应面法的钢渣多孔混凝土配合比确定方法技术

本发明专利技术公开了一种基于响应面法的钢渣多孔混凝土配合比确定方法，包括步骤：选择钢渣多孔混凝土原材料中的外加剂掺量和钢渣骨料级配为主变量，选择理想浆料厚度、实际浆料厚度和骨料空隙含量为响应量；采用Box

【技术实现步骤摘要】
一种基于响应面法的钢渣多孔混凝土配合比确定方法


[0001]本专利技术属于混凝土
，具体涉及一种基于响应面法的钢渣多孔混凝土配合比确定方法。

技术介绍

[0002]多孔混凝土是由一系列相连的孔隙和混凝土实体部分骨架构成的透水透气性的结构混凝土。其主要作用为：让道路、广场等透水，扩大城市的海绵体；防滑、不积水、易融雪，增加车辆行驶的安全性；降低城市热岛效应，对环境有降温，降噪作用等。
[0003]在可持续发展的时代潮流下，我国钢铁企业固废利用仍存在不少现实难题。有数据显示，我国钢渣产生量达1.21亿吨，钢渣综合利用率仅为30％左右。从上世纪90年代初到2018年末，我国钢渣尾渣累计堆存量超过18亿吨，占地20多万亩。可见，我国钢渣的无害化处理和资源化利用程度较低。
[0004]钢渣问题虽然严峻，但其本身可作为多孔混凝土的骨料使用，在运用得当的情况下可以实现变废为宝、促进协调发展可持续。而现如今钢渣多孔混凝土尚未有完善的配合比设计方法，单纯靠人工设计，工作量大，且难以获得较好的配合比。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于响应面法的钢渣多孔混凝土配合比确定方法，能够获得优化的配合比，满足多孔混凝土的一般需求，适用范围广，且方法简单，操作方便，可以大大减少计算不同条件下适用的钢渣多孔混凝土配合比的经济和时间成本。
[0006]本专利技术提供了如下的技术方案：
[0007]一种基于响应面法的钢渣多孔混凝土配合比确定方法，包括以下步骤：
[0008]选择钢渣多孔混凝土原材料中的外加剂掺量和钢渣骨料级配为主变量，选择理想浆料厚度、实际浆料厚度和骨料空隙含量为响应量；
[0009]采用Box
‑
Behnken方法进行理想浆料厚度和实际浆料厚度的响应面设计，采用单纯质心设计法进行骨料空隙含量的响应面设计；
[0010]基于理想浆料厚度和实际浆料厚度的响应面设计建立其多目标优化响应面模型，基于骨料空隙含量的响应面设计建立其响应面模型；
[0011]根据理想浆料厚度和实际浆料厚度多目标优化响应面模型确定最优外加剂掺量，根据骨料空隙含量响应面模型确定不同粒径钢渣骨料的最优掺量，即获得钢渣多孔混凝土配合比。
[0012]进一步的，所述钢渣多孔混凝土的原材料包括水泥、河砂、钢渣骨料和外加剂，所述外加剂包括减水剂、增稠剂、缓凝剂。
[0013]进一步的，所述水泥为硅酸盐水泥，以原材料制备浆料时的水灰比为0.27～0.43。
[0014]进一步的，所述河砂的粒径为0.15～2.36mm，所述钢渣骨料的粒径为2.36～
12.5mm。
[0015]进一步的，建立响应面模型时，设计多组不同外加剂掺量组合和钢渣骨料级配，在不同外加剂掺量组合、不同钢渣骨料级配下，对各响应量进行测试，获得响应量测试结果；根据响应量测试结果，基于理想浆料厚度和实际浆料厚度的响应面设计建立其多目标优化响应面模型，基于骨料空隙含量的响应面设计建立其响应面模型。
[0016]进一步的，设计不同外加剂掺量组合时，所述减水剂的体积掺量限定为水泥体积的0.1％～0.2％，所述增稠剂的体积掺量限定为水泥体积的0.005％～0.011％，所述缓凝剂的体积掺量限定为水泥体积的0.025％～0.075％。
[0017]进一步的，所述理想浆料厚度的具体测试步骤如下：
[0018]制备新鲜的浆料并倒入指定容器中；
[0019]将塑料棒浸入浆料中，在15秒内旋转20次，模拟实际混合过程；
[0020]在2秒内将塑料棒从浆料中取出，并将塑料棒垂直固定2分钟，直到没有浆料掉落；
[0021]测量塑料棒的浸没长度，记录塑料棒的增重；
[0022]根据塑料棒的几何形状和浆料密度，计算理想浆料厚度，计算公式如下：
[0023][0024]式中：IPT表示理想浆料厚度，d为塑料棒直径，h是塑料棒在烧杯中浸入浆料的长度，ρ
p
是新鲜浆料的密度，M是浆料涂覆在塑料棒表面导致的增重。
[0025]进一步的，所述实际浆料厚度的测试步骤如下：
[0026]将水泥、河砂和外加剂混合获得混合料，称量100g钢渣骨料与所述混合料充分拌合，获得浆料；
[0027]将浆料铺散在孔径为1.18mm的筛子上，静置3分钟，获得表面覆有混合料的钢渣骨料，并筛除多余混合料；
[0028]称量覆有混合料的钢渣骨料的重量，计算与100g钢渣骨料相比的增重并记录；
[0029]计算实际浆料厚度，计算公式如下：
[0030][0031]式中：ACT表示实际浆料厚度，V
past
表示浆料涂覆的体积，S
agg
表示100g钢渣骨料的比表面积，m是钢渣骨料的增重；ρ
p
是浆料的密度，根据外加剂剂量的不同变化，S
A
为100g钢渣骨料的单位比表面积。
[0032]进一步的，所述骨料空隙含量的测试步骤如下：
[0033]将钢渣骨料放入温度为(105
±
5)℃的烘箱中烘干至恒重，并在干燥器中冷却至室温；
[0034]称取干燥后的钢渣骨料100g，缓慢倒入干燥的刻度量筒中，轻轻摇动量筒至钢渣骨料表面保持不变，记录体积V1；
[0035]在另一个干燥量筒倒入适量水，记录体积V2；
[0036]将称取的钢渣骨料缓慢倒入装有体积V2水的量筒中，轻轻摇动量筒以去除气泡，放置2分钟后，记录体积V3；
[0037]计算钢渣骨料的堆积密度与表观密度，计算公式分别为：
[0038][0039][0040]式中：D
bulk
和D
app
分别表示钢渣骨料的堆积密度和表观密度；
[0041]计算骨料空隙含量，计算公式为：
[0042][0043]式中：TVC表示骨料空隙含量。
[0044]进一步的，通过lack of fit检验方法验证理想浆料厚度和实际浆料厚度多目标优化响应面模型以及骨料空隙含量响应面模型的有效性。
[0045]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0046](1)本专利技术提供的确定方法，充分考虑了理想浆料厚度、实际浆料厚度和骨料空隙含量等因素的影响，通过理想浆料厚度和实际浆料厚度多目标优化响应面模型确定最优外加剂掺量，通过骨料空隙含量响应面模型确定不同粒径钢渣骨料的最优掺量，最终获得的优化后的配合比与目标需求之间误差小、满足多孔混凝土的一般需求；
[0047](2)本专利技术提供的配合比确定方法，步骤简单，操作方便，可以大大减少计算不同条件下适用的钢渣多孔混凝土配合比的经济和时间成本，适用范围广，有助于提升实际应用中的工程效益和工程效率；
[0048](3)本专利技术实现了钢渣的变废为宝，有利于解决目前钢渣的无害化处理和资源化利用程度较低的问题，符合绿色、可持续发展的要本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于响应面法的钢渣多孔混凝土配合比确定方法，其特征在于，包括以下步骤：选择钢渣多孔混凝土原材料中的外加剂掺量和钢渣骨料级配为主变量，选择理想浆料厚度、实际浆料厚度和骨料空隙含量为响应量；采用Box
‑
Behnken方法进行理想浆料厚度和实际浆料厚度的响应面设计，采用单纯质心设计法进行骨料空隙含量的响应面设计；基于理想浆料厚度和实际浆料厚度的响应面设计建立其多目标优化响应面模型，基于骨料空隙含量的响应面设计建立其响应面模型；根据理想浆料厚度和实际浆料厚度多目标优化响应面模型确定最优外加剂掺量，根据骨料空隙含量响应面模型确定不同粒径钢渣骨料的最优掺量，即获得钢渣多孔混凝土配合比。2.根据权利要求1所述的基于响应面法的钢渣多孔混凝土配合比确定方法，其特征在于，所述钢渣多孔混凝土的原材料包括水泥、河砂、钢渣骨料和外加剂，所述外加剂包括减水剂、增稠剂、缓凝剂。3.根据权利要求2所述的基于响应面法的钢渣多孔混凝土配合比确定方法，其特征在于，所述水泥为硅酸盐水泥，以原材料制备浆料时的水灰比为0.27～0.43。4.根据权利要求2所述的基于响应面法的钢渣多孔混凝土配合比确定方法，其特征在于，所述河砂的粒径为0.15～2.36mm，所述钢渣骨料的粒径为2.36～12.5mm。5.根据权利要求2所述的基于响应面法的钢渣多孔混凝土配合比确定方法，其特征在于，建立响应面模型时，设计多组不同外加剂掺量组合和钢渣骨料级配，在不同外加剂掺量组合、不同钢渣骨料级配下，对各响应量进行测试，获得响应量测试结果；根据响应量测试结果，基于理想浆料厚度和实际浆料厚度的响应面设计建立其多目标优化响应面模型，基于骨料空隙含量的响应面设计建立其响应面模型。6.根据权利要求5所述的基于响应面法的钢渣多孔混凝土配合比确定方法，其特征在于，设计不同外加剂掺量组合时，所述减水剂的体积掺量限定为水泥体积的0.1％～0.2％，所述增稠剂的体积掺量限定为水泥体积的0.005％～0.011％，所述缓凝剂的体积掺量限定为水泥体积的0.025％～0.075％。7.根据权利要求1所述的基于响应面法的钢渣多孔混凝土配合比确定方法，其特征在于，所述理想浆料厚度的具体测试步骤如下：制备新鲜的浆料并倒入指定容器中；将塑料棒浸入浆料中，在15秒内旋转20次，模拟实际混合过程；在2秒内将塑料棒从浆料中...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈徐东，郑俊林，陈璋，尚楷，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：