一种绿色高强地聚合物透水混凝土配合比设计方法与流程

本发明涉及透水混凝土，尤其是涉及一种绿色高强地聚合物透水混凝土配合比设计方法。

背景技术：

1、透水混凝土是一种生态环保型的混凝土，具有透水、蓄水、降噪以及净水等诸多优势，已广泛应用于人行道、停车场以及各种轻型道路中。目前常用的透水混凝土胶凝材料为普通硅酸盐水泥，但由于其制备的透水混凝土强度相对较低，极大的制约了透水混凝土的应用与发展。利用工业固废制备的地聚合物与水泥相比具有较好的力学性能和抗侵蚀性能，材料来源广泛且绿色环保。其中，工业固废赤泥中存在着部分游离的碱性物质，这些物质可以作为碱激发剂可以激发矿渣的强度，并且赤泥内部也含有大量的硅，铝等氧化物，因此利用赤泥矿渣地聚合物作为胶凝材料替代水泥制备透水混凝土可以改善透水混凝土的综合性能。

2、在混凝土的制作过程中，配合比设计方法是最重要、最核心的内容，它直接影响混凝土的性能和质量。但由于目前对于地聚合物的水化及硬化作用机理尚未有统一的认识，也缺乏与之相匹配的化学外加剂，因此无法通过添加外加剂使得浆体工作性能达到一致，进而无法直接控制设计孔隙率和水胶比，因此传统混凝土的配合比设计方法无法适用于地聚合物透水混凝土。此外，基于工业固废的地聚合物组分较多，不同工业固废制备的地聚合物透水混凝土配合比方法也存在一定的差异性，这样即使现有的透水混凝土配合比设计存在合理的方法，在应用到赤泥矿渣地聚合物方面也未必完全合适。而现有技术对赤泥矿渣地聚合物透水混凝土的研究中是直接采用固定的设计孔隙率和水胶比，并且假定设计孔隙率与水胶比之间不存在交互影响作用，这与实际情况完全不符合，在科学研究方法上略显粗糙，不规范。且现有技术侧重于净水方面，对重金属的吸附性能进行了主要研究，但在配合比设计过程中并未充分考虑设计孔隙率和水胶比等因素之间的相互影响，没有给出全面合理的透水混凝土配合比设计方法。致使赤泥矿渣地聚合物透水混凝土配合比设计的理论方法远远落后于工程实践，进而限制其推广应用，无法满足新型高强地聚合物透水混凝土在不同场景下的应用需求。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种绿色高强地聚合物透水混凝土配合比设计方法。

2、为了实现上述目的，本发明提供的一种绿色高强地聚合物透水混凝土配合比设计方法，所述方法包括如下步骤：选定粗骨料粒径、水胶比和设计孔隙率的初选范围，并在所述初选范围内选定多个水胶比和设计孔隙率，进而组合形成多组设定配合比；计算每组所述设定配合比下单位体积地聚合物透水混凝土中各组分质量，进而制备出多个地聚合物透水混凝土试块；对所述地聚合物透水混凝土试块进行透水性与抗压强度测试，得到性能测试数据集；利用所述性能测试数据集构建所述地聚合物透水混凝土试块的透水性与抗压强度的回归模型；基于所述各组分质量和所述性能测试数据集，利用麻雀搜索算法与bp神经网络构建抗压强度预测模型，进而结合所述回归模型确定最优设计孔隙率；在最优设计孔隙率下调整所述粗骨料粒径和所述水胶比，并重新制作所述地聚合物透水混凝土试块进行性能测试以获取最优粗骨料粒径和最优水胶比，进而确定最优配合比。

3、可选地，所述计算每组所述设定配合比下单位体积地聚合物透水混凝土中各组分质量，进而制备出多个地聚合物透水混凝土试块包括如下步骤：

4、计算每组所述设定配合比下单位体积地聚合物透水混凝土的粗骨料用量；

5、根据所述设计孔隙率计算胶凝材料浆体体积，进而确定每组所述设定配合比下单位体积地聚合物透水混凝土中胶凝材料浆体的各组分质量；

6、依据所述粗骨料用量和所述各组分质量制备出多个所述地聚合物透水混凝土试块。

7、可选地，所述胶凝材料浆体体积为蒸馏水、碱激发剂和胶凝材料浆体的总体积。

8、可选地，所述胶凝材料浆体包括赤泥、矿渣、蒸馏水和水玻璃，且赤泥和矿渣的质量比例为3：7，水玻璃中二氧化硅的质量占所述胶凝材料浆体质量的5％。

9、可选地，所述碱激发剂为水玻璃、氢氧化钠和蒸馏水的混合溶液。

10、可选地，所述依据所述粗骨料用量和所述各组分质量制备出多个所述地聚合物透水混凝土试块包括如下步骤：

11、根据所述粗骨料用量和所述各组分质量，用水泥裹实法将粗骨料、赤泥、矿渣、蒸馏水和水玻璃混合并充分搅拌，得到地聚合物透水混凝土浆料；

12、根据不同配合比下单个所述地聚合物透水混凝土试块所需的所述地聚合物透水混凝土浆料的质量，称取相应质量的所述地聚合物透水混凝土浆料进行装模，进而制备出多个所述地聚合物透水混凝土试块。

13、进一步的，控制装模过程中地聚合物透水混凝土浆料的质量，使得制备的地聚合物透水混凝土试块的强度离散性较低，为获取准确可靠的性能测试数据集提供基础。

14、可选地，所述胶凝材料浆体体积满足如下关系：

15、

16、其中，vp为所述胶凝材料浆体体积，α为粗骨料用量修正系数，为粗骨料紧密堆积密度，ρg为粗骨料表观密度，rvoid为所述设计孔隙率，mr、mk、mw和mj分别为单位体积地聚合物透水混凝土中胶凝材料浆体中赤泥、矿渣、蒸馏水和水玻璃的质量，ρr为、ρk为、ρw和ρj分别为赤泥、矿渣、蒸馏水和水玻璃的表观密度。

17、进一步的，在计算胶凝材料浆体体积时没有考虑氢氧化钠，其目的在于简化计算，提高计算效率。

18、可选地，所述回归模型满足如下关系：

19、

20、其中，str为所述地聚合物透水混凝土试块的抗压强度，t为所述地聚合物透水混凝土试块的透水性，d、b和c为系数。

21、可选地，所述基于所述各组分质量和所述性能测试数据集，利用麻雀搜索算法与bp神经网络构建抗压强度预测模型，进而结合所述回归模型确定最优设计孔隙率包括如下步骤：

22、将所述各组分质量、所述性能测试数据集和bp神经网络的初始权重和初始阈值作为麻雀搜索算法的输入对bp神经网络的权重和阈值进行寻优，并利用寻优的结果和所述性能测试数据集对bp神经网络进行训练，得到所述抗压强度预测模型；

23、利用所述抗压强度预测模型对所述地聚合物透水混凝土试块的抗压强度进行寻优，并根据寻优的结果利用所述回归模型计算透水性，进而得到最优设计孔隙率。

24、进一步的，利用麻雀搜索算法优秀的全局搜索能力对bp神经网络的权重和阈值进行寻优，以解决bp神经网络容易陷入局部极小值、输出结果存在随机性和收敛速度慢等问题，进而提高抗压强度预测模型的准确性和可靠性。

25、可选地，所述在最优设计孔隙率下调整所述粗骨料粒径和所述水胶比，并重新制作所述地聚合物透水混凝土试块进行性能测试以获取最优粗骨料粒径和最优水胶比，进而确定最优配合比包括如下步骤：

26、在保持所述最优设计孔隙率不变的情况下设计粗骨料粒径梯度及其对应的水胶比梯度，进而得到多组验证配合比；

27、计算每组所述验证配合比单位体积地聚合物透水混凝土中各组分的含量，进而重新制备出多个所述地聚合物透水混凝土试块；

28、对重新制作的所述地聚合物透水混凝土试块进行透水性与抗压强度测试，并挑选出综合性能最佳的重新制备的所述地聚合物透水混凝土试块所对应的粗骨料粒径和水胶比作为最优粗骨料粒径和最优水胶比；

29、将所述最优水胶比、所述最优设计孔隙率和所述最优粗骨料粒径确定为最优配合比。

30、进一步的，在设计梯度粗骨料粒径的同时对应的梯度水胶比，使得在同一设计孔隙率下，不同粗骨料粒径的地聚合物透水混凝土均达到最优的拌合状态，为获取准确可靠的最优粗骨料粒径和最优水胶比提供基础。