一种调控蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物抗压强度的方法

1.本发明属于土木建筑工程技术领域，具体涉及一种调控蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物抗压强度的方法。


背景技术：

2.甘蔗在糖厂制备蔗糖粗糖的过程中，甘蔗渣被用作燃料在糖厂中进行热电联产效应，由于糖厂的锅炉的热效率仅有60％～70％从而导致产生大量的无法充分燃烧的蔗渣灰烬，而糖厂无法有效地将其利用只能堆积在土地上，这不仅导致了土地管理成本的上升还导致了空气和水的污染，所以如何有效且大量综合利用蔗渣灰成为需要解决的一大问题。
3.经过测试发现这些像蔗渣灰难以被利用的硅铝质废弃物通常包含了大量的晶体，据文献报导整个地质聚合物反应中sio2/al2o3、na2o/al2o3和h2o/na2o等氧化物比值对地质聚合物的强度有重要影响，但文献中没有考虑到晶体这种反应活性较低的物质对地质聚合物反应的氧化物比值的影响，因此，基于无定形相氧化物比值的sio2/al2o3、na2o/al2o3、h2o/na2o对蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物的配合比设计对抗压强度数值的准确性的影响是蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物应用与推广的关键。
4.sio2/al2o3、na2o/al2o3、h2o/na2o和蔗渣灰掺量是决定蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物的抗压强度的主要原因，蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物抗压强度的提升主要通过对体系中sio2/al2o3、na2o/al2o3、h2o/na2o进行有效的调节来实现，由于目前大多数文献中没有考虑到反应活性低的晶体对其配合比设计中氧化物比值的影响，这将会导致蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物中的sio2/al2o3、na2o/al2o3、h2o/na2o这些氧化物比值计算与实际参与反应中的sio2/al2o3、na2o/al2o3、h2o/na2o不同，最终导致强度的不确定性，且未建立基于无定形相氧化物比值与抗压强度之间的关系，因此需要一种基于无定形相氧化物比值调控蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物抗压强度的方法。


技术实现要素：

5.针对以上问题，本发明提出一种调控蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物抗压强度的方法。通过测定蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物在不同养护龄期下的抗压强度，获得基于无定形相氧化物比值与抗压强度之间的关系，该方法设计并验证了基于无定形相氧化物比值设计的配合比与所对应的不同龄期的抗压强度的准确性，建立了基于无定形相氧化物比值设计的配合比与抗压强度的关系，提出基于无定形相氧化物比值的蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物的配合比设计方法，实现通过无定形相氧化物比值的配合比设计调控蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物的抗压强度的目的。
6.为了实现上述目标，一种调控蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物抗压强度的方法，具体包括以下步骤：
7.(1)测定出蔗渣灰与偏高岭土中的化学组成；
8.(2)定量分析蔗渣灰与偏高岭土中的晶体组成及含量；
9.(3)基于前驱体蔗渣灰与偏高岭土的无定形相氧化物和激发剂化学组成设计具有不同sio2/al2o3、na2o/al2o3、h2o/na2o摩尔比的蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物配合比，根据配合比使用naoh、去离子水和水玻璃制备碱性激发剂，将配置好的碱性激发剂、蔗渣灰及偏高岭土按照gb/t17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(iso法)》制备蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物砂浆；
10.(4)进行蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物砂浆抗压强度试验，测试基于前驱体蔗渣灰与偏高岭土的无定形相氧化物和激发剂化学组成设计的具有不同sio2/al2o3、na2o/al2o3、h2o/na2o摩尔比的蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物砂浆在不同龄期的抗压强度；
11.(5)建立基于前驱体的无定形相氧化物和激发剂化学组成设计的具有不同sio2/al2o3、na2o/al2o3、h2o/na2o摩尔比的蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物与抗压强度之间的关系；
12.(6)分析蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物中基于前驱体蔗渣灰与偏高岭土的无定形相氧化物和激发剂化学组成设计的不同sio2/al2o3、na2o/al2o3、h2o/na2o摩尔比的配合比与抗压强度之间的关系，建立基于前驱体蔗渣灰与偏高岭土的无定形相氧化物和激发剂化学组成设计并制备具有不同sio2/al2o3、na2o/al2o3、h2o/na2o摩尔比的蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物的抗压强度预测模型，确定基于前驱体蔗渣灰与偏高岭土的无定形相氧化物和激发剂化学组成设计的不同sio2/al2o3、na2o/al2o3、h2o/na2o摩尔比的蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物配合比与抗压强度的关系。
13.步骤(6)所述的基于前驱体蔗渣灰与偏高岭土的无定形相氧化物和激发剂化学组成设计并制备具有不同sio2/al2o3、na2o/al2o3、h2o/na2o摩尔比的蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物的抗压强度预测模型，确定基于无定形相氧化物比值的蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物配合比设计与抗压强度的关系，具体步骤包括：
14.(1)选取体系中基于无定形相氧化物比值设计的sio2/al2o3、na2o/al2o3、h2o/na2o、蔗渣灰的掺量和养护龄期作为自变量，分别记为r
s/a
、r
n/a
、r
h/n
、r
ba
和t，抗压强度作为因变量，记为y；
15.(2)结合(1)中所选取的自变量与因变量，建立以下含未知参数a～k的抗压强度预测模型：
[0016][0017]
(3)基于最小二乘法原理，将自变量因素及不同龄期抗压强度值代入抗压强度预测模型，求解未知参数，具体步骤包括：
[0018]
①
将所建立的预测模型展开整理得到：
[0019]
[0020]
②
令
[0021][0022][0023][0024]
得到：
[0025]
y＝a*z1+b*z2+c*z3+d*z4+e*z5+f*z6+g*z7+h*z8+i*z9+j*z
10
+k*z
11
[0026]
③
基于抗压强度数据组数m列出相应的正规方程：
[0027][0028]
④
将体系的sio2/al2o3、na2o/al2o3、h2o/na2o、蔗渣灰的掺量和不同龄期抗压强度值代入正规方程
③
中，求解未知参数a～k。
[0029]
(4)将步骤(3)中计算得到的a～k代入到所建立的预测模型中，得到抗压强度预测模型；
[0030]
(5)根据步骤(4)中得到的预测模型，计算得到抗压强度预测值；
[0031]
(6)对比分析步骤(5)中抗压强度预测值与实测值，并进行拟合回归，回归系数≧0.90。
[0032]
蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物的预测抗压强度还可以通过将所需要的基于无定形氧化物设计的sio2/al2o3、na2o/al2o3、h2o/na2o摩尔比、蔗渣灰的掺量和预计的养护天数输入到模型之中，预测出蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物在不同养护天数下的抗压强度数值，这有助于在需要得到特定抗压强度数值的前提下对蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物进行配合比设计。
[0033]
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0034]
明确基于前驱体的无定形相氧化物和激发剂化学组成设计的具有不同sio2/al2o3、na2o/al2o3、h2o/na2o摩尔比的蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物配合比与抗压强度之间的关系，建立基于前驱体的无定形相氧化物和激发剂化学组成设计并制备的具有不同sio2/al2o3、na2o/al2o3、h2o/na2o摩尔比的蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物的抗压强度预测模型，达到了基于无定形相氧化物比值调控蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物的抗压强度的目的。
附图说明
[0035]
图1为调控蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物的抗压强度的实测值与预测值对比图。
具体实施方式
[0036]
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步详细描述。
[0037]
实施例1
[0038]
本实施例为本发明所述的调控蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物抗压强度的方法的一个实例，包括基于无定形氧化物设计并制备的蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物的抗压强度测试，包括以下步骤：
[0039]
步骤一：验证基于前驱体蔗渣灰-偏高岭土的无定形相氧化物和激发剂化学组成设计的具有不同sio2/al2o3、na2o/al2o3、h2o/na2o摩尔比的配合比对蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物抗压强度的影响，具体步骤包括：
[0040]
(1)测定蔗渣灰与偏高岭土的化学组成，如表1所示。
[0041]
(2)定量分析出的前驱体偏高岭土与蔗渣灰中的晶体含量分别为12.42％和14.61％，其具体晶体及其占比如表2所示。
[0042]
(3)表3所示为偏高岭土和蔗渣灰扣除晶体氧化物组成后的无定形相的氧化物组成。
[0043]
(4)根据表4所示的砂浆配合比，称取相应质量的氢氧化钠和水，混合、搅拌、溶解再倒入水玻璃搅拌后配制出所需的碱性激发剂溶液，并在室温下静置1d，使其温度保持在20℃左右；
[0044]
(5)根据表4所示的砂浆配合比，首先将前驱体蔗渣灰与偏高岭土均匀混合；
[0045]
(6)参照gb/t17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(iso法)》，均匀混合粉状前驱体、碱性激发剂和砂，制备出基于前驱体的无定形相氧化物和激发剂化学组成设计的具有不同sio2/al2o3、na2o/al2o3、h2o/na2o摩尔比的蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物。
[0046]
表1蔗渣灰(scba)和偏高岭土(mk)的化学组成
[0047][0048]
表2前驱体中的晶体占比(％)
[0049]
[0050]
表3扣除反应活性低的晶体后的蔗渣灰(scba)、偏高岭土(mk)化学组成(％)
[0051][0052][0053]
表4砂浆配合比
[0054][0055]
(表4中，a表示从水玻璃中蒸发出的水量)
[0056]
步骤二：进行蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物的抗压强度试验，测定不同养护龄期下的蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物的抗压强度：
[0057]
表5不同养护龄期下不同配合比的砂浆抗压强度
[0058][0059][0060]
步骤三：分析基于前驱体的无定形相氧化物和激发剂化学组成设计的不同sio2/al2o3、na2o/al2o3、h2o/na2o摩尔比的配合比与蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物抗压强度之间的关系，从而提出建立基于前驱体的无定形相氧化物和激发剂化学组成设计的不同sio2/al2o3、na2o/al2o3、h2o/na2o摩尔比的配合比对蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物抗压强度预测模型。
[0061]
实施例2
[0062]
本实施例为建立不同氧化物摩尔比的配合比对蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物的抗压强度影响的预测模型和验证不同蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物的配合比对其抗压强度的调控方法，具体步骤包括：
[0063]
(1)选取体系中基于无定形相氧化物比值设计的sio2/al2o3、na2o/al2o3、h2o/na2o、蔗渣灰的掺量和养护龄期作为自变量，分别记为r
s/a
、r
n/a
、r
h/n
、r
ba
和t，抗压强度作为因变量，记为y；
[0064]
(2)结合(1)中所选取的自变量与因变量，建立以下含未知参数a～k的抗压强度预测模型：
[0065][0066]
(3)基于最小二乘法原理，将自变量因素及不同龄期抗压强度值代入抗压强度预测模型，求解未知参数，具体步骤包括：
[0067]
①
将所建立的预测模型展开整理得到：
[0068][0069]
②
令
[0070][0071][0072][0073]
得到：
[0074]
y＝a*z1+b*z2+c*z3+d*z4+e*z5+f*z6+g*z7+h*z8+i*z9+j*z
10
+k*z
11
[0075]
③
基于52组抗压强度数据列出相应的正规方程：
[0076][0077]
④
将表5数据代入
③
中正规方程，求解未知参数a～k，得到：
[0078]
a＝1.270566,b＝-2.06848,c＝17.80643,d＝-0.76487,e＝-2.9066,f＝-47.66471,g＝0.29933,h＝-0.67982,i＝0.99681,j＝0.0431,k＝134.50593
[0079]
(4)将(3)中计算得到的a～k代入到所建立的预测模型中，得到：
[0080][0081]
该模型建立了基于无定形相氧化物比值设计的sio2/al2o3、na2o/al2o3、h2o/na2o和不同掺量的蔗渣灰和养护龄期与蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物的抗压强度之间的关系，从而实现通过无定形相氧化物比值的设计调控蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物抗压强度的途径。
[0082]
(5)根据(4)中得到的预测模型，计算得到抗压强度预测值，见表6
[0083]
表6不同配合比下的抗压强度
[0084][0085]
(0天的预测抗压强度与实际抗压强度均为0mpa)
[0086]
对比分析(5)中抗压强度预测值与实测值，见图1，线性拟合得到的r2＝0.91，说明预测值与实测值的吻合程度较高，该模型的准确度较高，所建立的蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物的无定形相氧化物比值与抗压强度的联系准确度较高，实现通过无定形相氧化物比值调控蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物的抗压强度的目的，具有重要意义。
[0087]
上述仅对本发明较佳的具体实施方式进行了描述，并非因此而限制了本发明的保护范围，所属领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡是利用本发明的技术方案及其发明构思加以修改或变换，均在本发明的保护范围内。