CN117756477A - 聚合物强化纤维水泥板材的制备及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及聚合物强化纤维水泥板材的制备，其制备过程包括：S1.材料准备：准备所需的胶凝材料，包括普通波特兰水泥；准备改性丙烯酸乳液(MAE)作为聚合物改性剂；准备聚乙烯醇(PVA)纤维作为强化材料；准备集料，包括砂和水；S2.配合比设计：根据所需的性能和应用，确定水泥、聚合物改性剂、纤维和水的准确比例；调整配合比以达到期望的流动性和力学性能；S3.混合材料：将水泥、水、聚合物改性剂和集料混合，确保均匀混合；缓慢加入PVA纤维，同时持续搅拌以防止纤维团聚；S4.浇筑和成型：将混合好的砂浆倒入预先准备好的模具中；确保材料均匀分布，消除空气泡和填充模具的角落。
Description
技术领域
本发明涉及聚合物强化纤维水泥板材的制备及其应用。
背景技术
尽管聚合物强化纤维水泥板材在提高建筑材料性能方面表现出色，但其制备过程也存在一些问题和弊端，这些问题可能影响材料的质量、成本效益、环境影响以及最终的应用效果。以下是对这些问题和弊端的详细阐述：首先添加聚合物和纤维强化材料通常会增加水泥板材的生产成本。高性能的聚合物和纤维材料如聚乙烯醇(PVA)通常价格昂贵，这会显著增加整体材料成本。此外，需要特殊的设备和技术来处理这些材料，这进一步增加了制备成本。这些成本的增加可能会限制其在预算有限的项目中的应用，或者增加建筑成本，影响其市场竞争力。
其次，聚合物强化纤维水泥板材的制备过程比传统水泥板材更加复杂。需要精确控制配合比、混合均匀性、纤维分散度等多个参数，这不仅需要先进的设备和技术，还需要高技能的操作人员。此外，为了实现最佳性能，每批材料都需要严格的质量控制和测试，这会增加生产时间和成本。虽然聚合物强化纤维水泥板材在使用过程中可能有助于节能和降低碳排放，但其生产过程可能会产生额外的环境负担。合成聚合物和纤维的生产通常涉及石化原料，这可能导致化石燃料的消耗和温室气体排放。此外，这些材料在废弃后可能难以降解，造成长期的环境影响。此外，制备高质量的聚合物强化纤维水泥板材需要专业的技术知识和经验。从材料选择、配合比设计到生产控制和性能测试，每一步都需要精确的计算和细致的操作。这对制造商的技术水平和操作人员的培训都提出了较高要求，可能限制了其在技术不发达地区的应用。而且在实际生产中，保证每批聚合物强化纤维水泥板材的性能一致性是一个挑战。原材料的质量波动、制备过程中的微小差异、环境条件的变化等都可能影响最终产品的性能。这不仅增加了生产的复杂性和成本，还可能导致建筑性能的不确定性。
虽然聚合物强化纤维水泥板材在许多方面表现出色，但它也有其应用限制。例如，某些聚合物可能在高温或特定化学环境下性能下降，限制了其在火灾频发或化学腐蚀环境中的应用。此外，过度依赖这种高性能材料可能会忽视其他更经济或更可持续的建筑方法和材料。尽管聚合物强化纤维水泥板材在短期内显示出优异的性能，但其长期性能和耐久性仍存在一定的不确定性。聚合物和纤维材料可能会随着时间的推移而老化、降解或与水泥基体发生相互作用，这可能影响材料的结构完整性和功能性。
发明内容
本发明的目的是提供聚合物强化纤维水泥板材的制备及其应用，从而解决背景技术中所指出的部分弊端和不足。
本发明解决其上述的技术问题所采用以下的技术方案：聚合物强化纤维水泥板材的制备方法，其制备过程包括：
S1.材料准备：准备所需的胶凝材料，包括普通波特兰水泥；准备改性丙烯酸乳液(MAE)作为聚合物改性剂；准备聚乙烯醇(PVA)纤维作为强化材料；准备集料，包括砂和水；
S2.配合比设计：根据所需的性能和应用，确定水泥、聚合物改性剂、纤维和水的准确比例；调整配合比以达到期望的流动性和力学性能；
S3.混合材料：将水泥、水、聚合物改性剂和集料混合，确保均匀混合；缓慢加入PVA纤维，同时持续搅拌以防止纤维团聚；
S4.浇筑和成型：将混合好的砂浆倒入预先准备好的模具中；确保材料均匀分布，消除空气泡和填充模具的角落；
S5.初期养护：在标准条件下，包括避免过快干燥和维持一定湿度，进行初期养护；初凝和终凝时间可通过凝结时间测定方法来监控；
S6.脱模和后期养护：在材料达到足够强度后，从模具中脱模；将板材放置在适宜的条件下继续养护，包括保持一定湿度和温度，以完成水泥的水化反应并发展其最终强度；
S7.性能测试：使用抗折强度试验和抗压强度试验来评估板材的力学性能；根据需要进行其他性能测试，包括耐久性和抗裂性测试；
S8.评估和优化：根据测试结果评估板材的性能；包括有需要，调整配合比或制备过程以优化性能。
进一步地，所述的材料准备包括：使用普通波特兰水泥作为胶凝材料，其质量与性能关系通过质量优化函数f(c)＝a1c2+b1c+c1进行调节，其中f(c)表示水泥的质量与其性能的关系，c为水泥质量，a1，b1，和c1是根据实验数据拟合得到的系数；
同时水化反应速率通过：
控制；其中R(c，t)表示反应速率，c(t)是时间t的水泥浓度，k1和T1分别是反应速率常数和特征时间；
改性丙烯酸乳液(MAE)作为聚合物改性剂，通过粘结力强度函数：
S(m)＝a2m3+b2m2+c2m+d2
优化粘结强度，其中，S(m)表示粘结强度，m为乳液用量，a2，b2，c2，和d2是模型参数；
并确保聚合物通过：
分布均匀性，其中U(m，x)代表在位置x的聚合物分布均匀性，L2是板材长度，k2是分布系数；聚乙烯醇(PVA)纤维作为强化材料，其强化效应通过\Ev＝a_3v^2+b_3v+c_3进行量化，其中E(v)表示纤维强化效应，v为纤维体积分数，a_3，b_3，c_3是相关参数；并通过纤维分散指数保证纤维的均匀分散；其中，D(v，y)代表在位置y的纤维分散情况，Y3是板材宽度，k3是分散系数。
进一步地，所述的配合比设计用于聚合物强化纤维水泥板材的制备，涉及配合比与预期性能关系模型：
其中a，b，c，d分别代表水泥、聚合物改性剂、纤维和水的量，\α，β，γ，δ，φ为特定系数；优化目标函数：
用于同时考虑流动性F、力学性能M及其他性能指标，其中P代表预期性能，P0是性能目标，ω1，ω2，ω3，k1，k2为权重和常数；
实时反馈调整模型：
采用反馈机制实现实时优化和精细控制，其中x代表实时监测的配合比或材料性质，x0是期望值，λ，μ，ν为调整参数。
进一步地，所述的混合材料过程包含以下核心要素：自动化配料系统采用高精度称重传感器和计算机控制技术，通过配合比公式控制各组分的质量，其中w，x，y，z分别代表水泥、水、聚合物改性剂和集料的量，σ系列参数根据实验数据确定，用于调节和记录材料的投放量；
利用双轴强制搅拌机和定制搅拌程序进行混合，其中t代表搅拌时间，ξ系列参数控制搅拌速度和阶段，以优化混合效率和材料均匀性；
纤维分散器通过分散指数函数评估PVA纤维的分散效果，其中x代表纤维在混合物中的分布情况，ψ1和ψ2是调节分散效果的参数；智能反馈控制系统实时监测混合物的关键参数，并通过反馈调整模型/>动态调整混合过程，其中x代表监测到的材料属性，x0是期望值，λ，μ，ν是调整混合过程的参数。
进一步地，所述的浇筑和成型采用可编程机械臂或输送系统，其浇筑路径和速度通过函数控制，其中p和q代表路径和速度参数，ωp，ωq，θp，θq为调整浇筑精度的系数；
结合高频振动平台和压实滚轮以函数调节振动频率f和压力r，其中ηf，ηr，αf，αr为振动和压实效果的调整系数；
实时监控系统配备高分辨率摄像头和传感器，通过图像处理函数I(x，y)＝κ1log(1+κ2(x2+y2))分析材料分布情况，其中x，y代表图像的坐标点，κ1，κ2为图像处理的调整参数；
智能反馈控制系统通过反馈调整模型：
动态调整浇筑速度、振动频率或压实力度，其中x代表监测到的材料属性或过程参数，x0是期望值，λ，μ，ν为调整过程的参数。
进一步地，所述的初期养护包括自动化环境控制系统采用环境调节函数：
控制湿度h和温度t，其中δh，δt，γh，γt为调节环境参数的系数；智能湿度维持技术通过微喷雾或湿度控制材料，其释放湿度函数为其中r代表时间或环境条件，θ1和θ2调节湿度释放速率；实时凝结时间监控系统使用表面硬度变化函数S(k)＝κ1ln(k+κ2)监测凝结过程，其中k代表时间或相关物理量，κ1和κ2为硬度变化的调节参数；
智能数据分析与反馈调节模块采用凝结时间预测模型T(t)＝ζ1t2+ζ2ln(t+ζ3)对比实时数据与预设养护曲线，自动调整环境参数或提醒操作人员进行干预，其中t代表时间，ζ1，ζ2，ζ3为基于实验数据调整的参数。
进一步地，所述的脱模和后期养护，包括智能强度监测系统采用实时强度评估函数来监测材料强度，其中t代表时间，ρ1，ρ2，ρ3，ρ4为材料特性和强度发展的调节参数；自动化脱模设备在强度达到预设阈值Tthreshold时启动，脱模动作由函数Dm(p)＝σ1sin(σ2p+σ3)控制，其中\p\代表脱模进程，σ1，σ2，σ3为脱模动作的调节参数；
自动化环境调节养护仓通过环境调节函数
控制湿度h和温度t，δh，δt，γh，γt为调节环境参数的系数；智能养护调度算法采用养护优化模型调整养护条件，其中te代表环境因素，ζ1，ζ2，ζs，ζ4，ζ5，ζ6\为养护过程的调节参数。
进一步地，所述的性能测试，包括自动化力学性能测试设备执行抗折强度和抗压强度测试，其加载速率和材料响应通过函数控制，其中r代表加载速率，m代表材料响应，α1，α2，α3，α4为调节测试精度的参数；结合高分辨率成像与微观结构分析技术，评估材料微观结构与裂纹发展，分析函数为其中i和j代表成像数据，β1，β2，β3，β4为成像分析的调节参数；
智能数据分析与性能预测模型采用机器学习算法处理测试数据并建立性能预测模型，预测函数为其中k和l代表测试和历史数据，γ1，γ2，γ3，γ4为性能预测的调节参数；综合性能评估系统集成所有测试结果并提供全面的性能分析，评估函数为/>其中n和o代表不同性能测试结果，δ1，δ2，δ3，δ4为综合评估的调节参数。
聚合物强化纤维水泥板材的应用，包括包括建筑结构强化、耐久性外墙覆盖、防水防潮地面、声音隔离、抗冲击装饰板、特殊环境应用，和智能建筑集成；建筑结构强化考虑抗折强度其中l代表长度，d代表密度，ξ1，ξ2，ξ3，ξ4为材料特性参数；耐久性外墙覆盖采用耐久性评估函数/>其中t代表时间，ω1，ω2，ω3，ω4为环境影响参数；
防水防潮地面的性能通过防水性能函数表示，其中m和n代表材料和环境湿度，φ1，φ2，φ3，φ4为材料防水特性参数；声音隔离功能通过声隔离系数/>评估，其中f代表频率，ψ1，ψ2，ψ3，ψ4为声隔离效果参数；
抗冲击装饰板的抗冲击能力用抗冲击函数Ic(v)＝θ1v2+θ2cos(θ3v)表示，其中v代表冲击速度，θ1，θ2，θ2为材料抗冲击参数；特殊环境应用通过耐化学腐蚀函数 表示，其中c代表化学物质浓度，λ1，λ2，λ2，λ4为耐腐蚀参数；智能建筑集成通过集成度量函数/>评估，其中s代表传感器数量，t代表技术集成时间，κ1，κ2，κ3，κ4为集成效率参数。
本发明的聚合物强化纤维水泥板材的制备及其应用有益效果：
1.提高强度与耐久性：通过添加聚合物改性剂和PVA纤维，显著提高了水泥板材的抗折和抗压强度。这使得板材更加坚固，能够承受更大的荷载和更严酷的环境条件，从而延长了建筑结构的使用寿命。
2.优化流动性与工作性：精确的配合比设计和先进的混合技术确保了砂浆具有良好的流动性和工作性，便于浇筑和成型，同时保证了材料的均匀性和质量一致性。
3.改善耐久性与防水性能：聚合物改性剂提高了板材的密实度和连通性，从而提高了其耐久性和防水性能。这使得材料能够抵抗长期的水和环境侵蚀，特别适合于外墙覆盖和防水防潮地面。
4.提升声音隔离效果：聚合物强化纤维水泥板材因其密度和结构特性具有良好的声音隔离性，适用于需要降噪的环境，如住宅、办公室和学校。
5.增强抗冲击和抗裂性能：PVA纤维的引入显著提高了板材的抗冲击性能和抗裂性，使其在受到冲击或温度变化时更加稳定，减少了裂缝的产生。
附图说明
图1为本发明聚合物强化纤维水泥板材的制备及其应用流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做一个详细的说明。
聚合物强化纤维水泥板材的制备方法涉及一系列精确的制备步骤，旨在通过特定的材料和配合比设计，制造出具有优异性能的建筑材料。
在S1阶段，材料准备是关键的第一步。首先，需要准备胶凝材料，通常选择普通波特兰水泥，这是因为其广泛可用、成本效益高且具有良好的力学性能。接着，引入改性丙烯酸乳液(MAE)，作为聚合物改性剂，用于提高水泥砂浆的韧性和粘结力。聚乙烯醇(PVA)纤维作为强化材料加入，它不仅提高了混凝土的抗裂和抗拉性能，还增加了其耐久性。此外，集料的准备也不容忽视，常用的集料包括砂和水，它们在水泥基材料中起到填充和调整流动性的作用。
S2阶段是配合比设计，这一步骤对于实现最终产品的预期性能至关重要。在这个阶段，需要根据水泥板材的应用目的和性能要求，精确确定水泥、聚合物改性剂、纤维和水的比例。这涉及到考虑材料的工作性、硬化性能以及最终的物理和力学性能。调整这些材料的配比不仅影响材料的流动性，还直接影响到板材的强度、韧性和耐久性。因此，这个阶段需要综合考虑各种因素，如材料的相容性、环境影响和成本效益，以实现最佳的性能平衡。通过这些精心设计的步骤，聚合物强化纤维水泥板材能够满足现代建筑的高标准要求，如高强度、耐久性和环境适应性。
在S3阶段，混合材料的过程是聚合物强化纤维水泥板材制备中至关重要的一步。首先，水泥、水、聚合物改性剂和集料按照预定的配合比被仔细混合在一起。这个过程通常利用混合机来完成，以确保各组分能均匀混合，形成一致的砂浆。均匀的混合对于确保最终产品的质量和性能至关重要。随后，PVA纤维被缓慢且逐渐地加入到混合物中。在添加纤维的同时，需要持续搅拌以防止纤维发生团聚，这一点至关重要，因为纤维团聚会导致材料性能不均匀。持续的搅拌确保了纤维在砂浆中的均匀分布，从而在整个板材中提供均一的强化效果。
接着，在S4阶段，浇筑和成型开始。将混合好的砂浆仔细地倒入预先准备好的模具中。这一步需要特别注意，确保砂浆能够均匀地分布在模具的每一个角落，避免在成型过程中出现空隙或者未充分填充的情况。在倒入砂浆的同时，应采取措施消除空气泡，这通常通过振动表或轻敲模具的方式来实现。消除空气泡是确保水泥板材质量和结构完整性的关键步骤。这个阶段完成后，水泥砂浆会在模具中逐渐硬化，形成所需形状和尺寸的板材。整个过程中，精确的操作和细致的注意是确保产品质量和性能的关键。通过S3和S4阶段的精心处理，聚合物强化纤维水泥板材的基本形态和结构将被成功塑造。
在S5阶段，初期养护是确保聚合物强化纤维水泥板材最终性能的关键步骤。该过程在标准条件下进行，目的是避免材料过快干燥，维持一定湿度，从而确保水泥充分水化，发展其结构和力学性能。过快的干燥会导致材料表面出现裂缝，影响整体的结构完整性。在这个阶段，初凝和终凝时间是重要的监控参数，它们指示了水泥砂浆从开始硬化到完全硬化的过程。这些时间可以通过凝结时间测定方法来监控，确保水泥砂浆在适当的时间内达到预期的硬化状态。初期养护通常需要几天到一周时间，具体取决于水泥的类型和环境条件。
S6阶段涉及脱模和后期养护。一旦材料在初期养护阶段达到足够的强度，就可以从模具中脱模。脱模是一个需要谨慎操作的过程，以避免对新形成的板材造成损害。一旦成功脱模，板材将被放置在适宜的条件下继续养护，这通常包括保持一定的湿度和温度。这个后期养护阶段至关重要，因为水泥的水化反应仍在继续进行，板材的强度和耐久性还在发展。维持适宜的湿度和温度有助于优化水化过程，提高最终产品的质量。这一阶段通常需要更长时间，可能持续几周甚至几个月，具体时间取决于预期的应用和性能要求。通过这些精心设计的养护步骤，聚合物强化纤维水泥板材能够发展出所需的力学和耐久性能，满足各种结构和建筑应用的需求。
实施例1：某家建材公司，工程师们正准备制备新一批聚合物强化纤维水泥板材，以应用于一座即将修建的高耐久性住宅。这个过程涉及精确的材料准备和控制，以确保产品的高性能。
首先，在材料准备阶段，工程师选择使用普通波特兰水泥作为胶凝材料。为了调节其质量与性能的关系，本实施例采用了一个质量优化函数f(c)＝a1c2+b1c+c1。设定通过前期实验，本实施例得到了系数a1＝0.05，b1＝1.2，和c1＝2。对于一个具体的水泥批次，如果水泥质量c为100公斤，那么性能评分f(c)可以计算为：
f(100)＝0.05*1002+1.2*100+2＝620
这个分数帮助本实施例评估并调整水泥的使用。
同时，为了控制水化反应速率，本实施例使用了公式设定反应速率常数k1＝0.8，特征时间T1＝48小时，当水泥浓度\ct为0.5kg/L时，在24小时后的反应速率可以计算为R(0.5，24)＝0.8*0.5*e-24/48≈0.24kg/L·hr。
接下来，本实施例加入改性丙烯酸乳液(MAE)作为聚合物改性剂。通过粘结力强度函数\Sm＝a_2m^3+b_2m^2+c_2m+d_2，设定得到的系数为a2＝0.01，b2＝0.1，c2＝0.5，d2＝1，当乳液用量m为5kg时，粘结强度为S(5)＝0.01*53+0.1*52+0.5*5+1＝7.75。此外，为了确保聚合物的均匀分布，本实施例采用了分布函数：
其中L2是板材长度，取为2米，k2取为0.02，那么在板材中间点x＝1米处的聚合物分布均匀性可以计算为
聚乙烯醇(PVA)纤维作为强化材料，其强化效应通过E(v)＝a3v2+b3v+c3进行量化，系数设定为a3＝0.1，b3＝1，c3＝5。如果纤维体积分数v为0.03，则强化效应E(0.03)＝0.1*0.032+1*0.03+5＝5.1009。同时，为了保证纤维的均匀分散，本实施例计算了纤维分散指数设定k3＝0.2，Y3＝0.5米，那么在距离板材起始边0.25米处的纤维分散情况为D(0.03，0.25)＝0.2*0.03*e-0.25/0.5≈0.004。
通过这些精确的计算和控制，工程师们确保了材料的适宜性和最终产品的性能。这些实际数据的代入和计算结果的应用进一步证明了步骤的可行性，展现了聚合物强化纤维水泥板材制备过程的科学性和精确性。
实施例2：某家建筑材料研发公司，工程师团队正致力于开发一种新型的聚合物强化纤维水泥板材，旨在提供更优越的建筑材料解决方案。本实施例决定采用一系列创新技术来精确控制材料的配合比，以确保板材具有卓越的性能。
首先，团队决定采用配合比与预期性能关系模型 设定通过前期实验，本实施例确定了系数α＝1.5，β＝0.8，γ＝0.07，δ＝2.0，φ＝0.5。为了实例化这个模型，如果水泥a为50kg，改性丙烯酸乳液b为5kg，PVA纤维c的体积分数为0.03，水(d)为30L，那么预期性能评分P可以计算出来，为了简化，设定sin(0.03)≈0.03，则
P(50，5，0.03，30)＝1.5*500.8+0.07*log(5)+2*0.03+0.5*300.5
接着，为了实现最佳的材料特性，团队采用了优化目标函数
来同时考虑流动性、力学性能及其他性能指标。设定权重和常数为ω1＝0.5，ω2＝0.3，ω3＝0.2，k1＝1，k2＝1，并且设定性能目标P0为上一步计算得到的预期性能评分。
最后，为了实时调整配合比以应对材料性质的变化或环境条件的波动，团队引入了实时反馈调整模型：
通过嵌入传感器监测实时的材料性质，并设置期望值x0，模型可以动态调整配合比。设定调整参数为λ＝0.1，μ＝0.05，ν＝0.5。
通过这一系列精心设计的步骤和计算，聚合物强化纤维水泥板材的制备过程得到了极大的优化。
实施例3：某家专业生产建筑材料的公司，研发团队正忙于制备一批新型的聚合物强化纤维水泥板材。为了提高生产效率和材料质量，本实施例决定采用一系列先进的技术和自动化系统来优化混合材料过程。首先，团队使用自动化配料系统来精确控制各组分的质量。系统采用高精度称重传感器和计算机控制技术，基于配合比公式 来调节和记录水泥、水、聚合物改性剂和集料的投放量。设定经过实验确定的参数为σ1＝0.5，σ2＝1，σ3＝0.1，σ4＝0.5，σ5＝0.05，σ6＝1.5，σ7＝0.1，σ8＝0.2，当水泥w为100kg，水x为50L，聚合物改性剂y为10kg，集料z为200kg时，配合比计算结果为C(100，50，10，200)。
接着，为了确保混合效率和材料均匀性，本实施例使用双轴强制搅拌机进行混合，并设计了一个定制搅拌程序设定搅拌参数为ξ1＝0.8，ξ2＝1，ξ3＝0.5，ξ4＝2π，搅拌时间t为30分钟，搅拌速度和阶段的调节结果可以计算为D(30)。
为了保证PVA纤维的均匀分散，本实施例使用纤维分散器，并采用分散指数函数 来评估分散效果。设定ψ1＝1，ψ2＝0.01，纤维在混合物中的分布情况x为0.5，那么分散效果可以计算为F(0.5)。
最后，为了确保混合物的质量符合预期标准，本实施例部署了智能反馈控制系统实时监测关键参数，并通过反馈调整模型：
动态调整混合过程。设定调整参数为λ＝0.1，μ＝0.05，ν＝0.5，监测到的材料属性x为0.8，期望值x0为1.0，则调整动作可以计算为A(0.8)。
通过这些精心设计的步骤和实际数据的代入，团队能够证明混合材料过程的可行性，确保聚合物强化纤维水泥板材的制备符合高标准的质量要求。
实施例4：某家创新建材公司，研发团队正在制备一批聚合物强化纤维水泥板材，目标是开发出一种更坚固、更耐用的建筑材料。为了提高浇筑和成型的精确度和效率，本实施例引入了一系列高科技设备和智能控制系统。
首先，团队采用了可编程机械臂和输送系统来执行浇筑任务。为了精确控制浇筑路径p和速度q，本实施例设计了函数设定经实验确定的系数为ωp＝0.2，ωq＝0.1，θp＝1.5，θq＝1，当设定浇筑路径为2米，速度为0.5米/秒时，浇筑精度控制结果为G(2，0.5)。
接着，为了确保浇筑后的砂浆密实且分布均匀，本实施例使用了高频振动平台和压实滚轮。振动频率f和压力r的调节由函数控制。设定ηf＝0.8，ηr＝0.5，αf＝π，αr＝2，振动频率为50Hz，压力为100N时，振动和压实效果的调节结果为y(50，100)。
为了进一步提高浇筑质量，团队部署了实时监控系统，包括高分辨率摄像头和传感器。这些设备通过图像处理函数I(x，y)＝κ1log(1+κ2(x2+y2))实时分析材料的分布情况。设定图像处理的调整参数为κ1＝2，κ2＝0.01，在监测点3，4的图像分析结果为I(3，4)。
最后，为了实现浇筑过程的动态优化，团队引入了智能反馈控制系统。通过反馈调整模型：
系统能够根据实时监测数据动态调整浇筑速度、振动频率或压实力度。设定调整参数为λ＝0.05，μ＝0.02，ν＝0.1，期望值x0为预设的材料分布均匀性标准，监测到的材料属性x为实际测量值。根据实时数据，调整动作可以计算为A(x)。
通过这一系列精心设计的步骤和计算实例，研发团队能够验证这些先进技术在聚合物强化纤维水泥板材制备过程中的应用可行性。
实施例5：某家领先的建筑材料制造公司，研发团队正在进行一项聚合物强化纤维水泥板材的制备项目。本实施例意识到，为了确保产品的最终性能，初期养护阶段至关重要。因此，团队决定引入一系列自动化和智能化技术来优化这一过程。
首先，团队部署了自动化环境控制系统来精确调控养护室内的湿度和温度。系统基于环境调节函数进行操作。通过实验确定，调节系数为δh＝0.8，δt＝0.9，γh＝1.2，γt＝1.1。设定在特定时间，湿度h为60％，温度t为20℃，那么环境控制结果为E(60，20)。
接着，为了维持养护室内的恒定湿度，团队采用了智能湿度维持技术，包括微喷雾系统和湿度控制材料。这些系统的工作原理基于释放湿度函数设定调节参数为γ1＝100，γ2＝0.05，在养护的第10小时，湿度释放效果可以计算为H(10)。
此外，为了实时监控水泥板材的凝结过程，团队引入了实时凝结时间监控系统，该系统利用表面硬度变化函数S(k)＝κ1ln(k+κ2)。设定调节参数为κ1＝2，κ2＝5，在养护的第5小时，硬度变化监测结果为S(5)。
最后，智能数据分析与反馈调节模块是整个系统的核心。它采用凝结时间预测模型T(t)＝ζ1t2+ζ2ln(t+ζ3)来对比实时数据与预设养护曲线，并自动调整环境参数或提示操作人员进行干预。设定调节参数为ζ1＝0.1，ζ2＝0.2，ζ3＝1，在养护的第10小时，凝结时间预测结果为T(10)。
实施例6：某家专注于创新建材的公司，研究团队正致力于生产一批性能卓越的聚合物强化纤维水泥板材。为了确保产品在脱模和后期养护阶段达到最佳品质，本实施例引入了一系列高科技系统和精确的控制方法。
首先，为了准确地知道何时可以进行脱模操作，团队采用了智能强度监测系统。这个系统利用实时强度评估函数来监测材料强度。通过前期的实验数据，团队确定了参数ρ1＝100，ρ2＝0.05，ρ3＝0.8，ρ4＝1.2。当时间t为48小时时，材料强度的评估结果可以通过Sm(48)获得。
一旦材料强度达到预设的安全阈值Tthreshold，自动化脱模设备便会启动。该设备的脱模动作由函数Dm(p)＝σ1sin(σ2p+σ3)控制。设定脱模动作的调节参数为σ1＝0.8，σ2＝π，σ3＝0，当脱模进程p为0.5时，脱模动作的效果可以通过Dm(0.5)来评估。
接下来，为了优化后期养护过程，团队设置了自动化环境调节养护仓。这个仓库的环境条件由函数控制。设定调节环境参数的系数为δh＝0.5，δt＝0.6，γh＝1，γt＝1。在湿度h为75％和温度t为20℃的条件下，环境调节的结果为Ec(75，20)。
最后，为了确保养护条件始终处于最佳状态，团队引入了智能养护调度算法。这个算法基于养护优化模型来调整养护条件。设定调节参数为ζ1＝0.1，ζ2＝2，ζ3＝0.05，ζ4＝10，ζ5＝0.2，ζ6＝0.01。当时间t为10天，湿度h为75％，环境因素te为一定值时，养护条件的优化结果为Co(10，75，te)。
实施例7：某家先进的建材研发公司，科学家们正在进行一项关于聚合物强化纤维水泥板材的制备及其应用的研究。为了确保新开发的板材满足严格的建筑行业标准，团队实施了一套全面的性能测试流程，利用最新的自动化和分析技术。
首先，团队设置了自动化力学性能测试设备来执行抗折强度和抗压强度测试。本实施例使用函数来精确控制加载速率r和材料响应m。设定调节参数为α1＝2，α2＝1.5，α3＝0.5，α4＝1，在加载速率为10N/s，材料响应为5mm时，测试控制结果可以通过\L10，5\计算得出。
接下来，为了深入了解材料的微观结构及其对裂纹发展的影响，团队结合了高分辨率成像与微观结构分析技术。本实施例通过分析函数来评估成像数据。设定成像分析的调节参数为β1＝1，β2＝0.1，β3＝0.05，β4＝π，在某个特定的成像点(i＝2，j＝3)，微观结构分析结果为M(2，3)。
为了进一步提升测试的准确性和预测能力，团队采用了智能数据分析与性能预测模型。本实施例使用机器学习算法处理测试数据，并建立性能预测模型 设定性能预测的调节参数为γ1＝0.8，γ2＝1，γ3＝0.1，γ4＝2，设定在某次测试中k为15N/mm2，历史数据l为30次，性能预测结果为P(15，30)。
最后，为了全面评估板材的综合性能，团队设置了综合性能评估系统。该系统集成了所有测试结果，并通过评估函数提供全面的性能分析。设定综合评估的调节参数为δ1＝1，δ2＝0.8，δ3＝0.5，δ4＝0.1，对于某组特定的测试结果n＝40MPa和o＝5000h，综合性能评估结果为E(40，5000)。
实施例8：某团队正在探索聚合物强化纤维水泥板材的多样化应用，旨在通过这一高性能材料提升建筑结构的质量和功能。本实施例细致地考察了板材在各种应用场景中的表现，并开发了一系列计算模型来评估其性能。
首先，为了增强建筑结构，团队关注了板材的抗折强度，使用函数来模拟。设定材料特性参数为ξ1＝2.5，ξ2＝1.2，ξ3＝1.8，ξ4＝1.5，对于长度1为6米，密度d为2400kg/m3的板材，抗折强度的计算结果为Fb(6，2400)。
对于耐久性外墙覆盖的评估，本实施例采用耐久性评估函数设定环境影响参数为ω1＝100，ω2＝0.03，ω3＝50，ω4＝0.75，在外墙覆盖使用10年后的耐久性评估为Du(10)。
防水防潮地面是另一个关键应用，团队通过防水性能函数 来评估。设定材料防水特性参数为φ1＝1.2，φ2＝1.1，φ3＝0.8，φ4＝10，对于材料湿度m为15％，环境湿度n为60％的条件，防水性能为Wp(15，60)。
声音隔离是提升居住和工作环境的重要因素，团队使用声隔离系数 来评估。设定声隔离效果参数为ψ1＝0.9，ψ2＝1.3，ψ3＝0.7，ψ4＝0.05，在频率f为500Hz时，声隔离系数为Si(500)。
抗冲击装饰板的能力通过抗冲击函数来量化。设定材料抗冲击参数为θ1＝0.5，θ2＝0.8，θ3＝π，在冲击速度v为3m/s时，抗冲击能力为Ic(3)。
特殊环境应用，尤其是在化学侵蚀环境中，通过耐化学腐蚀函数 来评估。设定耐腐蚀参数为λ1＝1.5，λ2＝1.1，λ3＝0.6，λ4＝5，在化学物质浓度c为0.2mol/L时，耐化学腐蚀性能为Cc(0.2)。
最后，智能建筑集成的效率通过集成度量函数\I_ns，t＝κ_1s^{κ_2}+κ_3e^{-κ_4t}来评估。设定集成效率参数为κ1＝1，κ2＝0.9，κ3＝0.8，κ4＝0.02，在安装了50个传感器s，并运行了2年t后，智能集成效率为In(50，2)。
通过这些实际数据的代入和计算结果的应用，研发团队能够验证聚合物强化纤维水泥板材在多种应用场景中的性能表现。这些方法不仅确保了产品的高性能和适用性，还提供了深入的理解和准确的预测，使得聚合物强化纤维水泥板材能够满足更广泛的建筑和工程需求。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (9)
1.聚合物强化纤维水泥板材的制备方法，其制备过程包括：
S1.材料准备：准备所需的胶凝材料，包括普通波特兰水泥；准备改性丙烯酸乳液(MAE)作为聚合物改性剂；准备聚乙烯醇(PVA)纤维作为强化材料；准备集料，包括砂和水；
S2.配合比设计：根据所需的性能和应用，确定水泥、聚合物改性剂、纤维和水的准确比例；调整配合比以达到期望的流动性和力学性能；
S3.混合材料：将水泥、水、聚合物改性剂和集料混合，确保均匀混合；缓慢加入PVA纤维，同时持续搅拌以防止纤维团聚；
S4.浇筑和成型：将混合好的砂浆倒入预先准备好的模具中；确保材料均匀分布，消除空气泡和填充模具的角落；
S5.初期养护：在标准条件下，包括避免过快干燥和维持一定湿度，进行初期养护；初凝和终凝时间可通过凝结时间测定方法来监控；
S6.脱模和后期养护：在材料达到足够强度后，从模具中脱模；将板材放置在适宜的条件下继续养护，包括保持一定湿度和温度，以完成水泥的水化反应并发展其最终强度；
S7.性能测试：使用抗折强度试验和抗压强度试验来评估板材的力学性能；根据需要进行其他性能测试，包括耐久性和抗裂性测试；
S8.评估和优化：根据测试结果评估板材的性能；包括有需要，调整配合比或制备过程以优化性能。
2.根据权利要求1所述的聚合物强化纤维水泥板材的制备方法，其特征在于所述的材料准备包括：使用普通波特兰水泥作为胶凝材料，其质量与性能关系通过质量优化函数f(c)＝a1c2+b1c+c1进行调节，其中f(c)表示水泥的质量与其性能的关系，c为水泥质量，a1，b1，和c1是根据实验数据拟合得到的系数；
同时水化反应速率通过：
控制；其中R(c，t)表示反应速率，c(t)是时间t的水泥浓度，k1和T1分别是反应速率常数和特征时间；
改性丙烯酸乳液(MAE)作为聚合物改性剂，通过粘结力强度函数：
S(m)＝a2m3+b2m2+c2m+d2
优化粘结强度，其中，S(m)表示粘结强度，m为乳液用量，a2，b2，c2，和d2是模型参数；
并确保聚合物通过：
分布均匀性，其中U(m，x)代表在位置x的聚合物分布均匀性，L2是板材长度，k2是分布系数；聚乙烯醇(PVA)纤维作为强化材料，其强化效应通过\Ev＝a_3v^2+b_3v+c_3进行量化，其中E(v)表示纤维强化效应，v为纤维体积分数，a_3，b_3，c_3是相关参数；并通过纤维分散指数保证纤维的均匀分散；其中，D(v，y)代表在位置y的纤维分散情况，Y3是板材宽度，k3是分散系数。
3.根据权利要求1所述的聚合物强化纤维水泥板材的制备方法，其特征在于所述的配合比设计用于聚合物强化纤维水泥板材的制备，涉及配合比与预期性能关系模型：
其中a，b，c，d分别代表水泥、聚合物改性剂、纤维和水的量，\α，β，γ，δ，φ为特定系数；优化目标函数：
用于同时考虑流动性F、力学性能M及其他性能指标，其中P代表预期性能，P0是性能目标，ω1，ω2，ω3，k1，k2为权重和常数；
实时反馈调整模型：
采用反馈机制实现实时优化和精细控制，其中x代表实时监测的配合比或材料性质，x0是期望值，λ，μ，ν为调整参数。
4.根据权利要求1所述的聚合物强化纤维水泥板材的制备方法，其特征在于所述的混合材料过程包含以下核心要素：自动化配料系统采用高精度称重传感器和计算机控制技术，通过配合比公式控制各组分的质量，其中w，x，y，z分别代表水泥、水、聚合物改性剂和集料的量，σ系列参数根据实验数据确定，用于调节和记录材料的投放量；
利用双轴强制搅拌机和定制搅拌程序进行混合，其中t代表搅拌时间，ξ系列参数控制搅拌速度和阶段，以优化混合效率和材料均匀性；
纤维分散器通过分散指数函数评估PVA纤维的分散效果，其中x代表纤维在混合物中的分布情况，ψ1和ψ2是调节分散效果的参数；智能反馈控制系统实时监测混合物的关键参数，并通过反馈调整模型/>动态调整混合过程，其中x代表监测到的材料属性，x0是期望值，λ，μ，ν是调整混合过程的参数。
5.根据权利要求1所述的聚合物强化纤维水泥板材的制备方法，其特征在于所述的浇筑和成型采用可编程机械臂或输送系统，其浇筑路径和速度通过函数控制，其中p和q代表路径和速度参数，ωp，ωq，θp，θq为调整浇筑精度的系数；
结合高频振动平台和压实滚轮以函数调节振动频率f和压力r，其中ηf，ηr，αf，αr为振动和压实效果的调整系数；
实时监控系统配备高分辨率摄像头和传感器，通过图像处理函数I(x，y)＝κ1log(1+κ2(x2+y2))分析材料分布情况，其中x，y代表图像的坐标点，κ1，κ2为图像处理的调整参数；
智能反馈控制系统通过反馈调整模型：
动态调整浇筑速度、振动频率或压实力度，其中x代表监测到的材料属性或过程参数，x0是期望值，λ，μ，ν为调整过程的参数。
6.根据权利要求1所述的聚合物强化纤维水泥板材的制备方法，其特征在于所述的初期养护包括自动化环境控制系统采用环境调节函数：
控制湿度h和温度t，其中δh，δt，γh，γt为调节环境参数的系数；智能湿度维持技术通过微喷雾或湿度控制材料，其释放湿度函数为其中r代表时间或环境条件，θ1和θ2调节湿度释放速率；实时凝结时间监控系统使用表面硬度变化函数S(k)＝κ1ln(k+κ2)监测凝结过程，其中k代表时间或相关物理量，κ1和κ2为硬度变化的调节参数；
智能数据分析与反馈调节模块采用凝结时间预测模型T(t)＝ζ1t2+ζ2ln(t+ζ3)对比实时数据与预设养护曲线，自动调整环境参数或提醒操作人员进行干预，其中t代表时间，ζ1，ζ2，ζ3为基于实验数据调整的参数。
7.根据权利要求1所述的聚合物强化纤维水泥板材的制备方法，其特征在于所述的脱模和后期养护，包括智能强度监测系统采用实时强度评估函数来监测材料强度，其中t代表时间，ρ1，ρ2，ρ3，ρ4为材料特性和强度发展的调节参数；自动化脱模设备在强度达到预设阈值Tthreshold时启动，脱模动作由函数Dm(p)＝σ1sin(σ2p+σ3)控制，其中\p\代表脱模进程，σ1，σ2，σ3为脱模动作的调节参数；
自动化环境调节养护仓通过环境调节函数
控制湿度h和温度t，δh，δt，γh，γt为调节环境参数的系数；智能养护调度算法采用养护优化模型调整养护条件，其中te代表环境因素，ζ1，ζ2，ζ3，ζ4，ζ5，ζ6\为养护过程的调节参数。
8.根据权利要求1所述的聚合物强化纤维水泥板材的制备方法，其特征在于所述的性能测试，包括自动化力学性能测试设备执行抗折强度和抗压强度测试，其加载速率和材料响应通过函数控制，其中r代表加载速率，m代表材料响应，α1，α2，α3，α4为调节测试精度的参数；结合高分辨率成像与微观结构分析技术，评估材料微观结构与裂纹发展，分析函数为/>其中i和j代表成像数据，β1，β2，β3，β4为成像分析的调节参数；
智能数据分析与性能预测模型采用机器学习算法处理测试数据并建立性能预测模型，预测函数为其中k和l代表测试和历史数据，γ1，γ2，γ3，γ4为性能预测的调节参数；综合性能评估系统集成所有测试结果并提供全面的性能分析，评估函数为/>其中n和o代表不同性能测试结果，δ1，δ2，δ3，δ4为综合评估的调节参数。
9.聚合物强化纤维水泥板材的应用，包括包括建筑结构强化、耐久性外墙覆盖、防水防潮地面、声音隔离、抗冲击装饰板、特殊环境应用，和智能建筑集成；建筑结构强化考虑抗折强度其中l代表长度，d代表密度，ξ1，ξ2，ξ3，ξ4为材料特性参数；耐久性外墙覆盖采用耐久性评估函数/>其中t代表时间，ω1，ω2，ω3，ω4为环境影响参数；
防水防潮地面的性能通过防水性能函数表示，其中m和n代表材料和环境湿度，φ1，φ2，φ3，φ4为材料防水特性参数；声音隔离功能通过声隔离系数/>评估，其中f代表频率，ψ1，ψ2，ψ3，ψ4为声隔离效果参数；
抗冲击装饰板的抗冲击能力用抗冲击函数Ic(v)＝θ1v2+θ2cos(θ3v)表示，其中v代表冲击速度，θ1，θ2，θ3为材料抗冲击参数；特殊环境应用通过耐化学腐蚀函数 表示，其中c代表化学物质浓度，λ1，λ2，λ3，λ4为耐腐蚀参数；智能建筑集成通过集成度量函数/>评估，其中s代表传感器数量，t代表技术集成时间，κ1，κ2，κ3，κ4为集成效率参数。
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| CN202311787347.0A Pending CN117756477A (zh) | 2023-12-22 | 2023-12-22 | 聚合物强化纤维水泥板材的制备及其应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117756477A (zh) |
-
2023
- 2023-12-22 CN CN202311787347.0A patent/CN117756477A/zh active Pending
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| PB01 | Publication | ||
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