基于响应面法的混杂纤维-复合胶凝材料体系优化设计

为克服大掺量复合胶凝材料体系力学性能差的缺点，采用响应面法对混杂纤维复合胶凝材料体系进行优化，以钢纤维掺量、聚丙烯纤维掺量和脱硫石膏掺量为变量因素，以胶砂28 d抗折强度和抗压强度为评价指标，建立预测模型，并进行胶砂及混凝土试验验证。结果表明：当钢纤维体积掺量为0.4%、聚丙烯纤维体积掺量为0.116%和脱硫石膏质量掺量为8%时，复合材料的工作性能和力学性能均达到最优，28 d抗折强度和抗压强度预测值分别可达7.0和37.4 MPa;抗折强度和抗压强度的预测值和试验值相对误差仅为2.86%和1.32%,抗折强度和抗压强度试验值的标准差分别为0.148 8和1.345 9,该响应面法预测模型预测精度高，具有准确性和科学性。本研究印证了复合胶凝材料体系的优化效果，为复合材料多目标优化问题提供新的解决思路和试验依据。     

基于响应面法的可控低强度材料配合比优化研究

针对混凝土再生细骨料利用率不高的问题,可将再生细骨料用于制备可控低强度材料(CLSM),并利用响应面分析(RSM)为CLSM配合比设计提供一种新的方法。以水固比、聚羧酸减水剂掺量、水泥占胶凝材料比例(灰胶比)为试验因素,以流动度和泌水率的比值(流泌比)和28 d抗压强度为响应值,进行多指标优化。单因素试验表明,水固比和聚羧酸减水剂掺量提高会导致CLSM流动性和泌水率上升,而随着灰胶比提高CLSM流动度和泌水率呈逐渐减小的趋势。双响应面分析结果表明,水固比和灰胶比、减水剂掺量和灰胶比对流泌比交互作用显著,而各参数之间对28 d抗压强度的交互作用一般。最后,通过对两个响应值同时优化得到CLSM的最优配合比,经验证与实际基本一致,实现了对CLSM工作性能和抗压强度的多指标优化。     

基于响应曲面法的粉煤灰泡沫混凝土配合比优化

为了对粉煤灰泡沫混凝土进行配合比优化,首先通过比较不同激发剂组合和掺量对粉煤灰胶砂强度的影响,确定粉煤灰激发剂掺量,然后通过单因素试验,确定泡沫混凝土中粉煤灰、CaSt和H₂O₂的最佳掺量范围,最后基于Box-Benhnken响应曲面法研究粉煤灰、CaSt和H₂O掺量对泡沫混凝土抗压强度、干密度和导热系数的影响,建立响应面模型,探究各因素及交互作用的影响程度,获得最优配合比。结果表明,采用4.5%(质量分数,下同)Na₂SO₄和4.5%Ca(OH)₂的双掺激发组合显著提高了粉煤灰胶砂的性能。粉煤灰与H₂O₂掺量交互作用对抗压强度影响显著,CaSt与H₂O₂掺量交互作用对干密度影响显著,粉煤灰与CaSt掺量交互作用对导热系数影响显著。当水胶比为0.5、粉煤灰掺量为20.7%、CaSt掺量为1.9%、H₂O₂掺量为2.9%时,能够...     

粉煤灰掺量对再生混凝土力学性能和抗冻性的影响研究

研究粉煤灰掺量、再生粗骨料取代率对再生混凝土抗压强度和抗折强度的影响,并对再生混凝土在不同冻融循环次数下的抗压强度和质量损失率进行了研究.结果表明:随着粉煤灰掺量的增加,再生混凝土抗压强度呈先增大后降低的趋势,当粉煤灰掺量为15%,再生粗骨料取代率为30%时,再生混凝土的抗压强度达到最大;粉煤灰掺量对抗折强度提高幅度较小;在冻融循环低于50次时,试块抗压强度下降速度较缓,此后下降速度加快,当冻融循环达到150次时,强度损失最大;再生粗骨料取代率对试块的抗冻性影响高于粉煤灰掺量.建立了考虑再生粗骨料取代率、粉煤灰掺量因素的冻融循环作用下再生混凝土抗压强度指数衰减规律预测模型.     

基于RSM-BBD的高原地区桥墩混凝土性能试验研究

针对高原地区桥墩混凝土服役环境的特点，探究矿物掺合料对桥墩混凝土性能的影响效果。采用Box-Behnken Design响应面法(RSM-BBD)设计了15组试验，详细研究了粉煤灰、矿渣和硅灰掺量对混凝土强度和冻融性能的影响规律。以28 d抗压强度、200次冻融循环后混凝土质量损失率和相对动弹性模量为响应值构建响应面模型，旨在揭示响应参数和目标响应值的相关关系及多目标响应值条件下桥墩混凝土的合理配合比。结果表明，与基准组混凝土相比，适量的矿物掺合料有利于提高混凝土强度，增强混凝土的耐低温冻融性能。混凝土的强度和抗冻融性能主要受单因素的影响，其中矿渣和硅灰能提高混凝土的抗压强度，粉煤灰和硅灰则可以提高混凝土的抗冻融性能。各因素的交互作用对混凝土各性能有不同程度的影响，其中矿渣和硅灰掺量的交互作用对28 d抗压强度影响显著，粉煤灰与硅灰掺量的交互作用对质量损失率影响显著，粉煤灰与矿渣掺量的交互作用对相对动弹性模量影响显著。基于目标响应值和响应优化，本试验条件下矿物掺合料的合理配合比为粉煤灰、矿渣和硅灰掺量分别为20%、15%和10%(质量分数)。     

利用城市建筑垃圾再生骨料制备道路用快硬高早强再生混凝土的研究

研究了城市建筑垃圾再生骨料在道路用快硬高早强再生混凝土生产中的应用。通过配合比正交设计试验,并掺入自配的快速修补矿物掺合料(CUFG),对影响再生骨料快硬高早强混凝土性能因素进行分析,提出再生骨料快硬高早强混凝土配合比的推荐设计参数,根据参数进行配合比设计及试配,并对其抗折强度与胶水比、RA掺量与CUFG掺量之间的线性关系以及抗折强度、劈拉强度和弹性模量与立方体抗压强度之间的相关关系进行分析。     

纤维增强水泥基材料强度和微结构的影响因素研究

为了研究沙漠砂和PVA纤维的工程应用,采用单因素试验方案,探索了纤维长度、纤维掺量、粉煤灰掺量和砂类别等因素对纤维增强水泥基材料力学性能的影响,分析了抗压强度和劈裂抗拉强度、抗折强度之间的相关性,并利用扫描电镜和压汞仪探究材料内部结构.结果 表明,随着纤维长度的变短和纤维掺量的增加,材料的抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度均呈现增大的趋势且三者之间线性相关.随着粉煤灰掺量的增加,材料的抗压强度不断降低,劈裂抗拉强度和抗折强度先增大后降低,粉煤灰的掺入改善了纤维-水泥基体界面.与石英砂对比,使用沙漠砂制备的材料劈裂抗拉强度和抗折强度相对提高,沙漠砂由于较小的粒径造成了材料中大孔隙和中孔隙累积体积占比的增大.     

高速公路钢纤维混凝土的性能研究

结合高速公路的实际需要,研究了钢纤维掺量对混凝土性能的影响.在此基础上,研究了粉煤灰掺量对混凝土性能的影响.研究结果表明:钢纤维对于混凝土抗压强度、抗拉强度、抗折强度、磨损量存在一个最佳掺量,其最佳掺量分别是1.5％、2.0％、2.0％、2.5％.当钢纤维掺量为2.0％时,粉煤灰对于混凝土抗拉强度、抗折强度、磨损量存在一个最佳掺量,其最佳掺量分别是15％、10％、15％,但粉煤灰掺量对混凝土抗压强度影响不大.     

基于Design-expert的铁尾矿活性粉末混凝土配合比优化试验研究

针对铁尾矿活性粉末混凝土(RPC)原料控制因素繁多、配合比设计复杂的情况,为了制备达到RPC160级的混凝土,基于力学性能进行了配合比设计及优化研究.选取水胶比、胶集比、石英砂量、铁尾矿粒级、粉煤灰粉磨时间、硅灰掺量、钢纤维掺量等影响因素,并利用铁尾矿取代石英砂和粉煤灰取代硅灰,设置7因素4水平的正交试验,得到了RPC的抗压、抗折强度;运用软件Design-expert分析了强度试验结果,建立了响应曲面,拟合出响应曲面方程,并根据拟合方程优化了RPC的配合比.结果表明:以铁尾矿替代石英砂,粉煤灰取代硅灰可制备得到RPC160级混凝土;对抗压强度影响最大的两个因素是水胶比和铁尾矿粒级,对抗折强度影响最大的两个因素是钢纤维掺量和粉煤灰粉磨时间;提出了铁尾矿RPC抗压和抗折强度经验计算公式,根据设计强度指标优化了配比,给出了抗压强度≥170 MPa、抗折强度≥29 MPa的RPC各试验条件参数的范围,并通过验证试验证明了Design-expert软件优化结果的可靠性.     

VAE乳胶粉改性水泥砂浆的配合比优化及抗冻性研究

以折压比、抗拉强度和黏结强度为评价指标，通过正交试验确定了醋酸乙烯-乙烯共聚乳胶粉(VAE乳胶粉)改性水泥砂浆配合比的较优方案。以较优方案为基础，研究了VAE乳胶粉掺量对砂浆力学性能和抗冻性的影响。结果表明，VAE乳胶粉改性水泥砂浆配合比的较优方案灰砂比为0.375,VAE乳胶粉掺量为10%(质量分数),水灰比为0.38。VAE乳胶粉可以显著提高砂浆的抗折、抗拉、黏结强度和韧性，随着VAE乳胶粉掺量(8%～12%)增大，砂浆的抗折、黏结强度和折压比均不断增大，抗拉强度不断减小，但仍显著大于普通砂浆；随着VAE乳胶粉掺量增大，砂浆的吸水率、质量损失率和强度损失率均不断减小；随着VAE乳胶粉掺量增大，抗压强度呈先增大后减小的趋势，当VAE乳胶粉掺量为12%时，砂浆的抗压强度开始低于普通砂浆。综合考虑砂浆的强度和韧性，VAE乳胶粉的较优掺量为8%～10%。     

水泥基自流平砂浆的配制

采用不同水泥种类,通过改变自流平砂浆的各组成材料掺量,研究其对砂浆流动度、抗折强度和抗压强度影响规律,从而得出适宜的掺量范围及基本配合比。综合分析各影响因素,再通过正交试验,优化配合比,根据正交试验,得到结果:乳胶粉、纤维素醚和减水剂掺量分别确定为胶凝材料质量的1.000%、0.075%和0.200%,由此最优配合比制备的自流平砂浆各方面性能较好。     

基于响应面法的机制砂混凝土抗压强度影响因素研究

通过采用响应面法,建立Box-Behnken试验模型,分析研究石粉、粉煤灰和硅灰掺量对机制砂混凝土抗压强度的影响。采用多元回归分析方法,以石粉、粉煤灰和硅灰含量为因素,抗压强度为响应值建立机制砂混凝土抗压强度的预测模型,并采用响应面和等高线进行交互作用分析。研究表明：对于单因素来说,粉煤灰对机制砂混凝土抗压强度影响最大,硅灰影响次之,石粉影响最小;此外,两两因素之间的交互作用均是显著的。     

正交试验法在再生轻骨料混凝土配合比设计中的应用

利用碎砖为主的建筑垃圾与陶粒制备再生轻骨料混凝土,采用正交试验的方法对再生轻骨料混凝土的配合比进行研究,研究了水胶比,粉煤灰掺量、砂率,再生骨料掺量对混凝土抗压强度,强质比,坍落扩展度的影响规律及显著性。通过对试验结果分析,结果表明水胶比对混凝土的28d强度影响最大,其次粉煤灰掺量,再生骨料取代率,砂率的影响较小。对于扩展度的影响因素从大到小排序依次是:粉煤灰的掺量、水胶比、砂率、再生骨料的取代率。当粉煤灰的掺量30%左右,再生轻骨料混凝土的扩展度最高,和易性较好,混凝土的28d强度最高。碎砖颗粒的掺量40%的时候,使得混凝土的强度达到最高。     

钢渣微粉生态型超高性能混凝土力学性能影响因素分析

为促进钢铁企业废渣的无害化处理与资源化利用,将钢渣制成微粉替代石英粉制备生态型超高性能混凝土(UHPC)是其再利用的有效途径之一。针对配制钢渣微粉UHPC的原材料因素影响问题,采用正交试验法对不同配合比下钢渣微粉UHPC的抗压、抗折、劈裂抗拉等强度指标及弹性模量进行测试,以分析硅灰、钢渣微粉、河砂和钢纤维四种原材料掺量对其各项性能指标的影响效果。结果表明：钢纤维体积掺量对钢渣微粉UHPC的各项力学性能影响最为显著,河砂、钢渣微粉掺量影响程度较大,硅灰掺量影响程度较小;立方体抗压强度、抗折强度、静力受压弹性模量指标下的显著性影响顺序为钢纤维>河砂>钢渣微粉>硅灰,轴心抗压强度、劈裂抗拉强度指标下的显著性影响顺序为钢纤维>钢渣微粉>河砂>硅灰;经正交试验得出最佳配合比方案,按该方案制备的钢渣微粉UHPC具有良好的工作性能与力学性能。     

钢渣水泥抹面砂浆性能研究

本文研究了钢渣、矿渣、石膏和粉煤灰对钢渣水泥抹面砂浆性能的影响。结果表明:钢渣水泥复合材料抗压强度和抗折强度随着钢渣掺量的增加而呈减小的趋势;矿渣(20%)复配改性钢渣水泥复合材料,28d最佳抗压强度和抗折强度(49.2MPa和6.8MPa)分别较未掺矿渣的提高了3.3%和16.2%;当脱硫石膏掺量在3%时,可提高钢渣-水泥-矿渣力学性能;当增塑剂掺量控制在0.4%,水泥抹灰砂浆施工性能较好,砂率在1:4时,钢渣水泥抹灰砂浆28d抗压强度可达到13.5MPa(满足M10等级要求),当砂率为1:5时,钢渣水泥抹灰砂浆28d抗压强度可达到7.5MPa(满足M5等级要求)。     

材料组成对砂浆基本需水率及堆积密实度影响

以石粉掺量、粉煤灰掺量、砂级配、体积砂率为自变量，设计四因素四水平正交试验，对砂浆基本需水率、堆积密实度进行了测试。使用极差分析、方差分析法对测试结果进行分析，确定了各因素对砂浆基本需水率、堆积密实度影响程度的大小排序为粉煤灰掺量>砂级配>体积砂率>石粉掺量。采用层次分析法进行了配合比优化，得出了考虑基本需水率、堆积密实度两指标下的最佳配比，即石粉掺量10%+粉煤灰掺量60%+细度模数3.4+体积砂率42%。     

高韧性水泥基复合材料抗压强度正交试验研究

利用正交试验设计原理,对9组不同配合比的高韧性水泥基复合材料进行了抗压试验,研究了粉煤灰掺量、水胶比、砂胶比和减水剂掺量这四种因素对高韧性水泥基复合材料抗压强度的影响,并定量分析了各个因素影响的显著性.试验结果表明:各因素对抗压强度影响的主次顺序为水胶比＞粉煤灰掺量＞减水剂掺量＞砂胶比,其中水胶比对强度的影响远大于其他因素,而砂胶比的影响并不明显;抗压强度随水胶比的增大而减小,随砂胶比的增大而缓慢增加;当粉煤灰掺量或减水剂掺量增大时,抗压强度先增大后减小,粉煤灰和减水剂存在最佳掺量.     

氧化石墨烯沙漠砂水泥基复合材料力学性能研究

通过正交试验,分析了氧化石墨烯(GO)掺量、沙漠砂替代率、水灰比和胶砂比对GO-沙漠砂水泥基复合材料28 d的抗压强度、抗折强度和稠度值的影响趋势.在正交试验基础上,进一步揭示沙漠砂替代率和GO掺量对复合材料7d、28 d抗压强度和抗折强度的影响规律.试验研究表明:随着GO掺量的增加,水泥基复合材料抗折和抗压强度先提高后降低,且对于抗压强度增强效果略超过抗折强度.当GO掺量为0.03wt％时,GO-沙漠砂砂浆试块抗压强度和抗折强度达到最大值;随着沙漠砂替代率增加,GO-沙漠砂砂浆试块抗折和抗压强度呈现先增大后减小趋势,沙漠砂替代率为50％时,氧化石墨烯沙漠砂砂浆试块抗压强度和抗折强度均达到最大值;但沙漠砂替代率为100％时,掺量为0.03wt％的GO-全沙漠沙水泥基材料强度提升最高,且28 d抗压、抗折强度可达标准砂试块强度.通过SEM对GO增强沙漠砂水泥基复合材料微观结构进行表征,发现GO能够优化水泥水化产物的微观结构形态,并且与沙漠砂活性材料产生正相关作用,从而形成更加致密均匀的结构改善沙漠砂水泥基复合材料的宏观性能.     

基于PCA的PVA/钢HFRCC配合比优化和综合评估

将钢纤维、国产PVA纤维和日本可乐丽PVA纤维按照适宜比例进行配制,可以更好地发挥出混杂纤维增强水泥基材料(HFRCC)的力学性能,有利于控制成本,具有广泛的应用前景。本文通过因素优选法和主成分分析法(PCA)分析钢纤维掺量、国产PVA纤维对日产PVA纤维替代率(体积分数,下同)对HFRCC抗拉强度、抗压强度、抗弯强度的影响。通过对HFRCC主成分分析,建立综合性能评价的数学模型,并对其进行多目标优化。结果表明：运用因素优选法得到HFRCC极限强度对应的配合比,与基体强度指标相比,HFRCC的抗拉强度最大提升幅度为61.04%,抗压强度最大提升幅度为31.30%,抗弯强度的最大提升幅度为78.57%;当钢纤维掺量为0.2%～0.4%、国产PVA纤维对日产PVA纤维体积替代率为50%～100%时,成本最大降幅为88.25%,HFRCC强度指标可达最佳;各因素对HFRCC性能影响的权重占比依次为：国产PVA纤维掺量、日产PVA纤维掺量和抗弯强度共占46.28%,钢纤维掺量、抗压强度和抗弯强度共占25.58%,钢纤维掺量和抗拉强度共占22.25%。结合变量相关性分析,基于HFRCC性能优化时...     

钢纤维喷射砂浆力学性能与流动度多因素正交试验分析

为探究基体因素对钢纤维喷射砂浆力学性能和流动度的影响,基于正交试验方法对砂浆试件进行了力学性能和流动度测试。结果表明：砂胶比(A)对劈裂抗拉强度的影响较大,对7 d抗压强度有一定的影响,对后期抗折强度影响特别显著;钢纤维掺量(B)对劈裂抗拉强度、前期抗折强度和前中期抗压强度的影响分别为特别显著、显著和不显著;速凝剂掺量(C)对7 d前抗压强度、中后期劈裂抗拉强度影响显著;粉煤灰掺量(D)仅对后期抗压强度的影响显著;前述四种因素掺量对流动度的影响均不显著。由层次分析法得到对抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度和流动度改善效果最佳的配合比分别为A₁B₃C₃D₁、A₃B₃C₁D₂、A₃B₃C₃D₁、A₂B₁C₁D₃,由功效系数法得到综合最佳配合比为A...