CN117831687B - 基于mpt融合感知的再生骨料植生混凝土的设计方法 - Google Patents
基于mpt融合感知的再生骨料植生混凝土的设计方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117831687B CN117831687B CN202410251830.5A CN202410251830A CN117831687B CN 117831687 B CN117831687 B CN 117831687B CN 202410251830 A CN202410251830 A CN 202410251830A CN 117831687 B CN117831687 B CN 117831687B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- concrete
- recycled aggregate
- plant
- solid waste
- water
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000004567 concrete Substances 0.000 title claims abstract description 342
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 65
- 238000013461 design Methods 0.000 title claims abstract description 37
- 230000004927 fusion Effects 0.000 title claims abstract description 18
- 230000008447 perception Effects 0.000 title claims abstract description 18
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 211
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 156
- 239000002910 solid waste Substances 0.000 claims abstract description 152
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 150
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 85
- 239000004575 stone Substances 0.000 claims abstract description 25
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 338
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 124
- 238000011056 performance test Methods 0.000 claims description 48
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 27
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 claims description 26
- 239000004568 cement Substances 0.000 claims description 26
- 230000008635 plant growth Effects 0.000 claims description 22
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims description 21
- 238000002386 leaching Methods 0.000 claims description 17
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 claims description 16
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 13
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims description 12
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 9
- 244000025254 Cannabis sativa Species 0.000 claims description 4
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 4
- 239000011449 brick Substances 0.000 claims description 3
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 3
- 238000012163 sequencing technique Methods 0.000 claims description 3
- 238000012356 Product development Methods 0.000 abstract 1
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000011161 development Methods 0.000 description 5
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 5
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 4
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 2
- 238000009331 sowing Methods 0.000 description 2
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000035784 germination Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000029553 photosynthesis Effects 0.000 description 1
- 238000010672 photosynthesis Methods 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N5/00—Analysing materials by weighing, e.g. weighing small particles separated from a gas or liquid
- G01N5/02—Analysing materials by weighing, e.g. weighing small particles separated from a gas or liquid by absorbing or adsorbing components of a material and determining change of weight of the adsorbent, e.g. determining moisture content
- G01N5/025—Analysing materials by weighing, e.g. weighing small particles separated from a gas or liquid by absorbing or adsorbing components of a material and determining change of weight of the adsorbent, e.g. determining moisture content for determining moisture content
-
- G—PHYSICS
- G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
- G16C—COMPUTATIONAL CHEMISTRY; CHEMOINFORMATICS; COMPUTATIONAL MATERIALS SCIENCE
- G16C60/00—Computational materials science, i.e. ICT specially adapted for investigating the physical or chemical properties of materials or phenomena associated with their design, synthesis, processing, characterisation or utilisation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computing Systems (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Bioinformatics & Computational Biology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于MPT融合感知的再生骨料植生混凝土的设计方法，包括以下步骤：设计未掺加固废材料时的植生混凝土初始配合比；构建掺加固废材料后的再生骨料植生混凝土MPT样本矩阵；测试再生骨料植生混凝土MPT样本矩阵中的元素值；构建再生骨料植生混凝土MPT预测模型；根据再生骨料植生混凝土综合评分模型，得到不同掺量下的再生骨料植生混凝土植生性能的综合评分，将综合评分最高的再生骨料植生混凝土所对应的掺量作为最佳掺量；按照固废材料的最佳掺量将植生混凝土初始配合比中的石料进行部分替换，即可获得再生骨料植生混凝土的配合比。本发明解决了再生骨料植生混凝土的设计方法与应用场景脱节，以及产品开发周期长等问题。
Description
技术领域
本发明属于道路工程材料技术领域，具体涉及一种基于MPT融合感知的再生骨料植生混凝土的设计方法。
背景技术
众所周知，植生混凝土主要由石料、水泥和水组成，所用石料通常为天然骨料，通过限定各原材料的用量以及石料的粒径，在保证一定强度的前提下形成孔隙骨架，为植物生长与填隙土的灌注提供必要空间。植生混凝土是一种绿色环保的建筑材料，主要用于边坡防护、生态停车场和海绵道路等场景，对实现双碳目标具有重要意义。
其中，植生混凝土碳中和目标的实现主要来自于两个方面。一方面，植生混凝土具有植生性能，可为植物提供合适的生长环境，通过植物的光合作用吸收二氧化碳，从而实现整体的碳中和目标；另一方面，通过改用再生骨料，直接消耗部分只能填埋处理的固废材料，降低植生混凝土原料的碳排放。由于植生混凝土对力学性能的要求比一般混凝土要低很多，所以近年来对植生混凝土的研究方向主要集中在采用各种类型的固废材料替代植生混凝土中对碳排放较大的天然骨料上，从而降低原材料的碳足迹，固废材料主要包括再生混凝土骨料、再生红砖骨料和再生微粉人造骨料等。
然而，现有技术的植生混凝土设计方法主要以力学性能和连通孔隙率为其控制指标，一方面，忽视了植生混凝土具有应用场景多样性的特点，过度突出了植生混凝土在边坡应用场景中对力学性能的需求，从而使植生混凝土在生态停车场、海绵道路和屋顶屋面绿化等应用场景中增加了成本；另一方面，忽视了植生性能对植生混凝土的重要意义，一块种不出植物的植生混凝土与普通混凝土毫无区别。此外，缺乏对植生混凝土植生性能的优化方法，现有技术只能靠实际播种植物对植生性能进行评估，从而使植生混凝土的研发周期过长，大量的固废型植生混凝土只能停留在实验室层面，难以发挥其消耗固废材料以吸收二氧化碳的潜能。
现有技术对植生混凝土的设计以及植生性能的优化存在以下主要缺陷：（1）由于植生混凝土最初主要用于土质边坡的防护与生态恢复，所以现有技术的植生混凝土设计方法主要以力学性能和连通孔隙率为控制指标；近年来随着植生混凝土的广泛发展，其应用场景呈现多样化趋势，比如在生态停车场、海绵道路和屋顶屋面绿化等场景的应用需求逐渐上升，但是这些场景更多强调植生混凝土的景观作用以及植物蓄水和吸收二氧化碳的特性，而现有技术的植生混凝土设计方法一方面在力学性能上对这些场景中植生混凝土提出过高的需求，既提高了造价又浪费了过高的力学性能，另一方面植生性能设计与优化的缺失，使得植生混凝土难以满足生态停车场和海绵道路等新场景对植生性能的需求。（2）现有技术的植生混凝土植生性能的测定方法主要是制备植生混凝土板件，在其上播种草种，再通过测量种子的发芽情况和植物根系的发展情况来评估植生混凝土的植生性能，这种方法耗时耗力，且测定结果不够准确。
目前，固废材料的类型多种多样，采用传统方法难以满足固废型植生混凝土的快速开发，因此需要开发一种基于MPT融合感知的再生骨料植生混凝土的设计方法，以实现固废型植生混凝土的组分设计和植生性能的优化。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于MPT融合感知的再生骨料植生混凝土的设计方法，按照先后顺序包括以下步骤：
步骤一：基于体积法计算模型设计未掺加固废材料时的植生混凝土的初始配合比；
步骤二：构建掺加固废材料后的再生骨料植生混凝土的MPT样本矩阵；
步骤三：测试再生骨料植生混凝土MPT样本矩阵中的元素值；
步骤四：构建再生骨料植生混凝土的MPT预测模型；
步骤五：根据再生骨料植生混凝土的综合评分模型，得到不同固废材料掺量下的再生骨料植生混凝土植生性能的综合评分，并进行排序，将综合评分最高的再生骨料植生混凝土所对应的固废材料掺量作为最佳掺量；
步骤六：按照固废材料的最佳掺量将植生混凝土初始配合比中的石料进行部分替换，即可获得再生骨料植生混凝土的配合比。
优选的是，步骤一中，所述植生混凝土包括石料、水泥和水，所述石料为天然骨料，其粒径为15-25mm，所述水泥为硫铝酸盐水泥；体积法计算模型包括 和，式中，
——每立方米植生混凝土中胶结料的用量，kg；胶结料由水泥和水组成；
——每立方米植生混凝土中石料的用量，kg；计算时取堆积状态下一立方米石料的质量；
——胶结料的密度，kg/m3；
——石料的表观密度，kg/m3；
——植生混凝土的设计孔隙率；
——每立方米植生混凝土中水泥的用量，kg；
——每立方米植生混凝土中水与水泥用量的设计比值；
——每立方米植生混凝土中水的用量，kg。
在上述任一方案中优选的是，步骤二中，所述固废材料包括再生混凝土骨料、再生红砖骨料和再生微粉人造骨料中的任一种或几种；所述再生骨料植生混凝土的MPT样本矩阵包括吸水性能矩阵、返水性能矩阵、酸碱度矩阵、力学性能矩阵四个矩阵，涉及固废材料的掺量（Mixing ratios）、植生性能（Properties）、养护龄期（CuringTime）或试验经过的时间三个指标，四个MPT样本矩阵中的元素表示为，其中，
为固废材料的掺量（固废材料的掺量均为体积掺量），根据实际情况设定最小掺量和最大掺量，以为梯度在最小掺量与最大掺量之间设定不同的掺量，即在固废材料掺量的定义域内共设定六个掺量，分别为、、；
为时间所对应的再生骨料植生混凝土的植生性能，包括吸水性能wA、返水性能wR、酸碱度pH、力学性能sT；
为测试酸碱度和力学性能时再生骨料植生混凝土所对应的养护龄期，或测试吸水性能和返水性能时试验经过的时间。
在上述任一方案中优选的是，步骤三中，所述再生骨料植生混凝土MPT样本矩阵中元素值的测试方法，按照先后顺序包括以下步骤：
步骤（1）：根据所设计的植生混凝土的初始配合比和所设定的固废材料的六个掺量分别制备含有不同固废材料掺量的再生骨料植生混凝土；将含有不同固废材料掺量的再生骨料植生混凝土分别填充到立方体模具中，在常温常湿下静置成型后脱模，然后将其放置在一定养护条件下养护至所要求的养护龄期，即制得再生骨料植生混凝土试验样本；
步骤（2）：对再生骨料植生混凝土试验样本进行吸水性能测试试验，将某一养护龄期下含有不同固废材料掺量的再生骨料植生混凝土试验样本放入烘箱中进行烘干至恒重，此时再生骨料植生混凝土试验样本的重量为；将烘干后的再生骨料植生混凝土试验样本按照不同的浸泡时间浸泡于盛有蒸馏水的容器中进行吸水，再生骨料植生混凝土试验样本吸水后的重量为，直至吸水后的重量不再变化时，终止再生骨料植生混凝土试验样本的吸水性能测试试验；
步骤（3）：对再生骨料植生混凝土试验样本进行返水性能测试试验，将再生骨料植生混凝土试验样本吸水性能测试试验的最终状态作为其返水性能测试试验的初始状态，此时再生骨料植生混凝土试验样本的重量为；将再生骨料植生混凝土试验样本按照不同的返水时间放置于一定返水条件下进行返水，再生骨料植生混凝土试验样本返水后的重量为，直至返水后的重量不再变化时，终止再生骨料植生混凝土试验样本的返水性能测试试验；
步骤（4）：对再生骨料植生混凝土试验样本进行酸碱度测试试验，将不同养护龄期下含有不同固废材料掺量的再生骨料植生混凝土试验样本分别放入盛有蒸馏水的容器中进行浸泡，同时采用电子PH值测定仪测试容器中浸出液的PH值，直至浸出液的PH值不再变化时，终止再生骨料植生混凝土试验样本的酸碱度测试试验；
步骤（5）：对再生骨料植生混凝土试验样本进行力学性能测试试验，将不同养护龄期下含有不同固废材料掺量的再生骨料植生混凝土试验样本分别放置在万能力学试验机上进行抗压强度测试，不同固废材料掺量在不同养护龄期下测试至少三个试验样本，然后取平均值作为该试验样本的最终抗压强度。
在上述任一方案中优选的是，步骤（1）中，所述立方体模具内腔的边长为100mm，所述再生骨料植生混凝土在所述立方体模具中的静置时间为1d，所述再生骨料植生混凝土脱模后的养护温度为20±2℃、养护湿度为95%，所要求的养护龄期为3d、7d、14d和28d。
步骤（2）中，选择养护龄期为28d的再生骨料植生混凝土试验样本进行吸水性能测试试验，所述再生骨料植生混凝土试验样本的烘干温度为120℃、烘干时间为24h，所述容器的深度至少为试验样本高度的两倍；将烘干后的再生骨料植生混凝土试验样本按照不同的浸泡时间浸泡于盛有蒸馏水的容器中进行吸水，即先将试验样本放入蒸馏水中浸泡0.08h，取出称重，再次将该试验样本放入蒸馏水中继续浸泡至总浸泡时间为0.17h，取出称重，以此类推，直至该试验样本在蒸馏水中的总浸泡时间为96h，重量不再变化，在整个吸水性能测试试验过程中，该试验样本经过八次浸泡，总浸泡时间分别为0.08h、0.17h、0.5h、1h、24h、48h、72h和96h；根据公式计算再生骨料植生混凝土试验样本的吸水率，即确定吸水性能矩阵中的元素、为吸水性能测试试验经过的时间。
步骤（3）中，使用吸水性能测试试验终止后的再生骨料植生混凝土试验样本进行返水性能测试试验，所述再生骨料植生混凝土试验样本的返水温度为20±2℃、返水湿度为60%；将再生骨料植生混凝土试验样本按照不同的返水时间放置于一定返水条件下进行返水，即先将试验样本放置于返水条件下返水0.08h，取出称重，再次将该试验样本放置于返水条件下继续返水至总返水时间为0.17h，取出称重，以此类推，直至该试验样本在返水条件下的总返水时间为216h，重量不再变化，在整个返水性能测试试验过程中，该试验样本经过十三次返水，总返水时间分别为0.08h、0.17h、0.5h、1h、24h、48h、72h、96h、120h、144h、168h、192h和216h；根据公式计算再生骨料植生混凝土试验样本的返水率，即确定返水性能矩阵中的元素、为返水性能测试试验经过的时间。
步骤（4）中，所述容器的深度至少为试验样本高度的两倍，且所述容器中蒸馏水的质量至少为试验样本质量的两倍；待浸出液的PH值不再变化时，记录此时浸出液的PH值，即确定酸碱度矩阵中的元素为浸出液的PH值、为再生骨料植生混凝土试验样本的养护龄期。
步骤（5）中，用于力学性能测试的再生骨料植生混凝土试验样本为立方体形状，其边长为100mm，加载速率为2mm/min；待力学性能测试结束后，记录试验样本的抗压强度值，并对相同条件下试验样本的测试数据取平均值，作为该条件下试验样本的抗压强度，即确定力学性能矩阵中的元素为再生骨料植生混凝土试验样本的抗压强度、为再生骨料植生混凝土试验样本的养护龄期。
在上述任一方案中优选的是，步骤四中，所述再生骨料植生混凝土的MPT预测模型包括吸水性能的MPT预测模型、返水性能的MPT预测模型、酸碱性能的MPT预测模型、力学性能的MPT预测模型。
（1）所述吸水性能的MPT预测模型的构建方法为：在所设定的固废材料的六个掺量中，对于吸水性能矩阵中的不同固废材料掺量，存在与其对应的二维矩阵，将二维矩阵中的元素值代入公式中，得到不同固废材料掺量下吸水性能与吸水时间的对应关系，式中，为吸水性能，为吸水性能测试试验经过的时间或吸水时间，为初始吸水系数，为吸水增量系数；
通过拟合得到不同固废材料掺量下的系数和，分别以和为因变量，以为自变量，拟合得到函数关系式和，将函数关系式代回公式中的相应位置，即得到吸水性能的MPT预测模型，式中，为所设定的固废材料掺量定义域内的任意掺量，为吸水性能测试试验中的任意吸水时间，为任意固废材料掺量下的初始吸水系数，为任意固废材料掺量下的吸水增量系数。
（2）所述返水性能的MPT预测模型的构建方法为：在所设定的固废材料的六个掺量中，对于返水性能矩阵中的不同固废材料掺量，存在与其对应的二维矩阵，将二维矩阵中的元素值代入公式中，得到不同固废材料掺量下返水性能与返水时间的对应关系，式中，为返水性能，为返水性能测试试验经过的时间或返水时间，为初始返水系数，为初始含水系数，为残余含水系数；
通过拟合得到不同固废材料掺量下的系数和，分别以系数、和为因变量，以为自变量，拟合得到函数关系式和，将函数关系式代回公式中的相应位置，即得到返水性能的MPT预测模型，式中，为所设定的固废材料掺量定义域内的任意掺量，为返水性能测试试验中的任意返水时间，为任意固废材料掺量下的初始返水系数，为任意固废材料掺量下的初始含水系数，为任意固废材料掺量下的残余含水系数。
（3）所述酸碱性能的MPT预测模型的构建方法为：在所设定的固废材料的六个掺量中，对于酸碱度矩阵中的不同固废材料掺量，存在与其对应的二维矩阵，将二维矩阵中的元素值代入公式中，得到不同固废材料掺量下酸碱度与养护龄期的对应关系，式中，为酸碱度，为养护龄期，均为拟合所得的经验系数；
通过拟合得到不同固废材料掺量下的系数和，分别以系数、和为因变量，以为自变量，拟合得到函数关系式和，将函数关系式代回公式中的相应位置，即得到酸碱性能的MPT预测模型，式中，为所设定的固废材料掺量定义域内的任意掺量，为养护龄期，为任意固废材料掺量下的经验系数。
（4）所述力学性能的MPT预测模型的构建方法为：在所设定的固废材料的六个掺量中，对于力学性能矩阵中的不同固废材料掺量，存在与其对应的二维矩阵，将二维矩阵中的元素值代入公式中，得到不同固废材料掺量下力学性能与养护龄期的对应关系，式中，为力学性能，为养护龄期，均为拟合所得的经验系数；
通过拟合得到不同固废材料掺量下的系数和，分别以系数和为因变量，以为自变量，拟合得到函数关系式和，将函数关系式代回公式中的相应位置，即得到力学性能的MPT预测模型，式中，为所设定的固废材料掺量定义域内的任意掺量，为养护龄期，为任意固废材料掺量下的经验系数。
在上述任一方案中优选的是，步骤五中，在所设定的固废材料掺量定义域内，以g为间隔，取数列m，则该数列为，
。
在上述任一方案中优选的是，步骤五中，所述再生骨料植生混凝土的综合评分模型为，式中，
——数列m中任意掺量下再生骨料植生混凝土植生性能的综合评分；
养护龄期下任意掺量的再生骨料植生混凝土力学性能的代表值；
养护龄期下任意掺量的再生骨料植生混凝土力学性能的代表值；
吸水时间下任意掺量的再生骨料植生混凝土吸水性能的代表值；
返水时间下任意掺量的再生骨料植生混凝土返水性能的代表值；
养护龄期下任意掺量的再生骨料植生混凝土酸碱度的代表值；
A、B、C、D、E——再生骨料植生混凝土的力学性能、吸水性能、返水性能和酸碱性能的权重，根据实际应用场景确定，定义域均为0-1。
在上述任一方案中优选的是，代表值的确定模型为，式中，为3d养护龄期下任意掺量的再生骨料植生混凝土的力学性能，为根据应用场景确定的3d养护龄期下再生骨料植生混凝土力学性能的设计值，为3d养护龄期下数列m中任意掺量的再生骨料植生混凝土力学性能的最大值。
代表值的确定模型为，式中，为28d养护龄期下任意掺量的再生骨料植生混凝土的力学性能，为根据应用场景确定的28d养护龄期下再生骨料植生混凝土力学性能的设计值，为28d养护龄期下数列m中任意掺量的再生骨料植生混凝土力学性能的最大值。
代表值的确定模型为，式中，为96h吸水时间下任意掺量的再生骨料植生混凝土的吸水性能，为96h吸水时间下数列m中任意掺量的再生骨料植生混凝土吸水性能的最小值，为96h吸水时间下数列m中任意掺量的再生骨料植生混凝土吸水性能的最大值。
代表值的确定模型，式中，为216h返水时间下任意掺量的再生骨料植生混凝土的返水性能，为216h返水时间下数列m中任意掺量的再生骨料植生混凝土返水性能的最小值，为216h返水时间下数列m中任意掺量的再生骨料植生混凝土返水性能的最大值。
代表值的确定模型为，式中，为28d养护龄期下任意掺量的再生骨料植生混凝土的酸碱度，6.5为草种长出的环境酸碱度，为28d养护龄期下数列m中任意掺量的再生骨料植生混凝土的酸碱度与环境酸碱度之差的最大值。
本发明基于MPT融合感知的再生骨料植生混凝土的设计方法，解决了目前植生混凝土植生性能的评估周期漫长，植生混凝土的设计方法与应用场景脱节，缺乏植生混凝土植生性能的优化方法，再生骨料植生混凝土产品的开发周期长等诸多问题。
本发明基于MPT融合感知的再生骨料植生混凝土的设计方法，具有如下有益效果：
（1）本发明通过合理安排试验的先后顺序，仅制备少量的试验样本即可实现多个植生性能关键指标的联合测定，通过构建MPT预测模型，以材料的力学性能、吸水性能、返水性能和浸出液PH值等关键的植生性能指标为桥梁，能够快速地分析出所掺加的固废材料对再生骨料植生混凝土植生性能的影响，减少了试验材料的浪费，节省了各类型再生骨料植生混凝土产品植生性能的验证时间，促进了各种固废材料在植生混凝土中的应用。
（2）本发明基于Mesh-Ranking方法并结合MPT方程，在研究范围内实现了再生骨料植生混凝土植生性能的融合感知，在感知的过程中，可基于不同的应用场景予以各植生性能指标不同的权重参数，使得评价结果得以满足各应用场景的评价需求，更加贴合工程实际需要，同时通过综合评价方程推选出最佳掺量范围，减少了试验调试次数，实现了快速精确的优化，从而提高了再生骨料植生混凝土产品的开发速度。
附图说明
图1为按照本发明基于MPT融合感知的再生骨料植生混凝土的设计方法的一优选实施例的流程图；
图2为图1所示实施例中边坡场景下不同掺量的再生骨料植生混凝土的综合评分图；
图3为图1所示实施例中屋顶绿化场景下不同掺量的再生骨料植生混凝土的综合评分图。
具体实施方式
为了更进一步了解本发明的发明内容，下面将结合具体实施例详细阐述本发明。
本实施例基于边坡和屋顶绿化两种应用场景，来确定两种应用场景下固废材料在再生骨料植生混凝土中的最佳配合比，涉及的原材料包括粒径为15-25mm的天然骨料、粒径为15-25mm的再生混凝土骨料、P.O 42.5硫铝酸盐水泥和水，其中天然骨料和P.O 42.5硫铝酸盐水泥来源于北京市政路桥建材集团有限公司，再生混凝土骨料来源于北京老旧小区拆迁工程产生的建筑废弃物，并经过加工处理获得。本实施例涉及的固废材料掺量均为体积掺量。
如图1所示，按照本发明基于MPT融合感知的再生骨料植生混凝土的设计方法的一优选实施例，按照先后顺序包括以下步骤：
步骤一：基于体积法计算模型设计未掺加固废材料时的植生混凝土的初始配合比；
步骤二：构建掺加固废材料后的再生骨料植生混凝土的MPT样本矩阵；
步骤三：测试再生骨料植生混凝土MPT样本矩阵中的元素值；
步骤四：构建再生骨料植生混凝土的MPT预测模型；
步骤五：根据再生骨料植生混凝土的综合评分模型，得到不同固废材料掺量下的再生骨料植生混凝土植生性能的综合评分，并进行排序，将综合评分最高的再生骨料植生混凝土所对应的固废材料掺量作为最佳掺量；
步骤六：按照固废材料的最佳掺量将植生混凝土初始配合比中的石料进行部分替换，即可获得再生骨料植生混凝土的配合比。
步骤一中，所述植生混凝土包括石料（天然骨料）、水泥（P.O 42.5硫铝酸盐水泥）和水；体积法计算模型包括和，式中：
——每立方米植生混凝土中胶结料的用量，kg；胶结料由水泥和水组成；
——每立方米植生混凝土中石料的用量，kg；计算时取堆积状态下一立方米石料的质量；
——胶结料的密度，kg/m3；
——石料的表观密度，kg/m3；
——植生混凝土的设计孔隙率；
——每立方米植生混凝土中水泥的用量，kg；
——每立方米植生混凝土中水与水泥用量的设计比值；
——每立方米植生混凝土中水的用量，kg。
本实施例中，植生混凝土的设计孔隙率为0.25，每立方米植生混凝土中水与水泥用量的设计比值为0.28，胶结料的密度为2327kg/m3，石料的表观密度为3000kg/m3，每立方米植生混凝土中石料的用量为堆积状态下一立方米石料的质量1600kg，将这些参数代入体积法计算模型中，即可获得未掺加固废材料时植生混凝土的初始配合比，如表1所示。
步骤二中，所述固废材料为再生混凝土骨料；所述再生骨料植生混凝土的MPT样本矩阵包括吸水性能矩阵、返水性能矩阵、酸碱度矩阵、力学性能矩阵四个矩阵，涉及固废材料的掺量（Mixing ratios）、植生性能（Properties）、养护龄期（CuringTime）或试验经过的时间三个指标，四个MPT样本矩阵中的元素表示为，其中：
为固废材料的掺量，本实施例设定最小掺量为10%、最大掺量为100%，以18%为梯度在最小掺量与最大掺量之间设定六个试验掺量，分别为10%、28%、46%、64%、82%和100%，则每个试验掺量所对应的再生骨料植生混凝土的试验配合比如表2所示，由此可构建再生骨料植生混凝土的MPT样本矩阵。
为时间所对应的再生骨料植生混凝土的植生性能，包括吸水性能wA、返水性能wR、酸碱度pH、力学性能sT。
为测试酸碱度和力学性能时再生骨料植生混凝土所对应的养护龄期，或测试吸水性能和返水性能时试验经过的时间。
步骤三中，所述再生骨料植生混凝土MPT样本矩阵中元素值的测试方法，按照先后顺序包括以下步骤：
步骤（1）：根据所设计的植生混凝土的初始配合比和所设定的固废材料的六个掺量分别制备含有不同固废材料掺量的再生骨料植生混凝土；将含有不同固废材料掺量的再生骨料植生混凝土分别填充到立方体模具中，在常温常湿下静置成型后脱模，然后将其放置在一定养护条件下养护至所要求的养护龄期，即制得再生骨料植生混凝土试验样本；
步骤（2）：对再生骨料植生混凝土试验样本进行吸水性能测试试验，将某一养护龄期下含有不同固废材料掺量的再生骨料植生混凝土试验样本放入烘箱中进行烘干至恒重，此时再生骨料植生混凝土试验样本的重量为；将烘干后的再生骨料植生混凝土试验样本按照不同的浸泡时间浸泡于盛有蒸馏水的容器中进行吸水，再生骨料植生混凝土试验样本吸水后的重量为，直至吸水后的重量不再变化时，终止再生骨料植生混凝土试验样本的吸水性能测试试验；
步骤（3）：对再生骨料植生混凝土试验样本进行返水性能测试试验，将再生骨料植生混凝土试验样本吸水性能测试试验的最终状态作为其返水性能测试试验的初始状态，此时再生骨料植生混凝土试验样本的重量为；将再生骨料植生混凝土试验样本按照不同的返水时间放置于一定返水条件下进行返水，再生骨料植生混凝土试验样本返水后的重量为，直至返水后的重量不再变化时，终止再生骨料植生混凝土试验样本的返水性能测试试验；
步骤（4）：对再生骨料植生混凝土试验样本进行酸碱度测试试验，将不同养护龄期下含有不同固废材料掺量的再生骨料植生混凝土试验样本分别放入盛有蒸馏水的容器中进行浸泡，同时采用电子PH值测定仪测试容器中浸出液的PH值，直至浸出液的PH值不再变化时，终止再生骨料植生混凝土试验样本的酸碱度测试试验；
步骤（5）：对再生骨料植生混凝土试验样本进行力学性能测试试验，将不同养护龄期下含有不同固废材料掺量的再生骨料植生混凝土试验样本分别放置在万能力学试验机上进行抗压强度测试，不同固废材料掺量在不同养护龄期下测试至少三个试验样本，然后取平均值作为该试验样本的最终抗压强度。
步骤（1）中，所述立方体模具内腔的边长为100mm，所述再生骨料植生混凝土在所述立方体模具中的静置时间为1d，所述再生骨料植生混凝土脱模后的养护温度为20±2℃、养护湿度为95%，所要求的养护龄期为3d、7d、14d和28d。
步骤（2）中，选择养护龄期为28d的再生骨料植生混凝土试验样本进行吸水性能测试试验，所述再生骨料植生混凝土试验样本的烘干温度为120℃、烘干时间为24h，所述容器的深度至少为试验样本高度的两倍；将烘干后的再生骨料植生混凝土试验样本按照不同的浸泡时间浸泡于盛有蒸馏水的容器中进行吸水，即先将试验样本放入蒸馏水中浸泡0.08h，取出称重，再次将该试验样本放入蒸馏水中继续浸泡至总浸泡时间为0.17h，取出称重，以此类推，直至该试验样本在蒸馏水中的总浸泡时间为96h，重量不再变化，在整个吸水性能测试试验过程中，该试验样本经过八次浸泡，总浸泡时间分别为0.08h、0.17h、0.5h、1h、24h、48h、72h和96h；根据公式计算再生骨料植生混凝土试验样本的吸水率，即确定吸水性能矩阵中的元素为吸水性能测试试验经过的时间。
步骤（3）中，使用吸水性能测试试验终止后的再生骨料植生混凝土试验样本进行返水性能测试试验，所述再生骨料植生混凝土试验样本的返水温度为20±2℃、返水湿度为60%；将再生骨料植生混凝土试验样本按照不同的返水时间放置于一定返水条件下进行返水，即先将试验样本放置于返水条件下返水0.08h，取出称重，再次将该试验样本放置于返水条件下继续返水至总返水时间为0.17h，取出称重，以此类推，直至该试验样本在返水条件下的总返水时间为216h，重量不再变化，在整个返水性能测试试验过程中，该试验样本经过十三次返水，总返水时间分别为0.08h、0.17h、0.5h、1h、24h、48h、72h、96h、120h、144h、168h、192h和216h；根据公式计算再生骨料植生混凝土试验样本的返水率，即确定返水性能矩阵中的元素为返水性能测试试验经过的时间。
步骤（4）中，所述容器的深度至少为试验样本高度的两倍，且所述容器中蒸馏水的质量至少为试验样本质量的两倍；待浸出液的PH值不再变化时，记录此时浸出液的PH值，即确定酸碱度矩阵中的元素为浸出液的PH值、为再生骨料植生混凝土试验样本的养护龄期。
步骤（5）中，用于力学性能测试的再生骨料植生混凝土试验样本为立方体形状，其边长为100mm，加载速率为2mm/min；待力学性能测试结束后，记录试验样本的抗压强度值，并对相同条件下试验样本的测试数据取平均值，作为该条件下试验样本的抗压强度，即确定力学性能矩阵中的元素为再生骨料植生混凝土试验样本的抗压强度、为再生骨料植生混凝土试验样本的养护龄期。
本实施例按照上述方法测试各试验掺量下再生骨料植生混凝土MPT样本矩阵中的元素值，最后得到各试验掺量下吸水性能矩阵、返水性能矩阵、酸碱度矩阵和力学性能矩阵中的元素值如表3-6所示。
步骤四中，所述再生骨料植生混凝土的MPT预测模型包括吸水性能的MPT预测模型、返水性能的MPT预测模型、酸碱性能的MPT预测模型、力学性能的MPT预测模型。
（1）所述吸水性能的MPT预测模型的构建方法为：在所设定的固废材料的六个掺量中，对于吸水性能矩阵中的不同固废材料掺量，存在与其对应的二维矩阵，将二维矩阵中的元素值代入公式中，得到不同固废材料掺量下吸水性能与吸水时间的对应关系，式中，为吸水性能，为吸水性能测试试验经过的时间或吸水时间，为初始吸水系数，为吸水增量系数。
通过拟合得到不同固废材料掺量下的系数和，分别以和为因变量，以为自变量，拟合得到函数关系式和，将函数关系式代回公式中的相应位置，即得到吸水性能的MPT预测模型，式中，为所设定的固废材料掺量定义域内的任意掺量，为吸水性能测试试验中的任意吸水时间，为任意固废材料掺量下的初始吸水系数，为任意固废材料掺量下的吸水增量系数。
基于表3的吸水性能矩阵的元素值，当i=1时，M1=10%，对应的二维矩阵如下：
代入公式拟合得到系数，同理各掺量下吸水性能拟合得到的系数如表7所示。
分别以各系数为应变量，以各掺量为自变量，拟合得到如下函数关系式：
将函数关系式代回公式中的相应位置，即得到如下吸水性能的MPT预测模型：
（2）所述返水性能的MPT预测模型的构建方法为：在所设定的固废材料的六个掺量中，对于返水性能矩阵中的不同固废材料掺量，存在与其对应的二维矩阵，将二维矩阵中的元素值代入公式中，得到不同固废材料掺量下返水性能与返水时间的对应关系，式中，为返水性能，为返水性能测试试验经过的时间或返水时间，为初始返水系数，为初始含水系数，为残余含水系数。
通过拟合得到不同固废材料掺量下的系数和，分别以系数、和为因变量，以为自变量，拟合得到函数关系式和，将函数关系式代回公式中的相应位置，即得到返水性能的MPT预测模型，式中，为所设定的固废材料掺量定义域内的任意掺量，为返水性能测试试验中的任意返水时间，为任意固废材料掺量下的初始返水系数，为任意固废材料掺量下的初始含水系数，为任意固废材料掺量下的残余含水系数。
基于表4的返水性能矩阵的元素值，当i=1时，M1=10%，对应的二维矩阵如下：
代入公式拟合得到系数，同理各掺量下返水性能拟合得到的系数如表8所示。
分别以各系数为应变量，以各掺量为自变量，拟合得到如下函数关系式：
将函数关系式代回公式中的相应位置，即得到如下返水性能的MPT预测模型：
（3）所述酸碱性能的MPT预测模型的构建方法为：在所设定的固废材料的六个掺量中，对于酸碱度矩阵中的不同固废材料掺量，存在与其对应的二维矩阵，将二维矩阵中的元素值代入公式中，得到不同固废材料掺量下酸碱度与养护龄期的对应关系，式中，为酸碱度，为养护龄期，均为拟合所得的经验系数。
通过拟合得到不同固废材料掺量下的系数和，分别以系数、和为因变量，以为自变量，拟合得到函数关系式和，将函数关系式代回公式中的相应位置，即得到酸碱性能的MPT预测模型，式中，为所设定的固废材料掺量定义域内的任意掺量，为养护龄期，为任意固废材料掺量下的经验系数。
基于表5的酸碱度矩阵的元素值，当i=1时，M1=10%，对应的二维矩阵如下：
代入公式拟合得到系数，同理各掺量下酸碱度性能拟合得到的系数如表9所示。
分别以各系数为应变量，以各掺量为自变量，拟合得到如下函数关系式：
将函数关系式代回公式中的相应位置，即得到如下酸碱度性能的MPT预测模型：
（4）所述力学性能的MPT预测模型的构建方法为：在所设定的固废材料的六个掺量中，对于力学性能矩阵中的不同固废材料掺量，存在与其对应的二维矩阵，将二维矩阵中的元素值代入公式中，得到不同固废材料掺量下力学性能与养护龄期的对应关系，式中，为力学性能，为养护龄期均为拟合所得的经验系数。
通过拟合得到不同固废材料掺量下的系数和，分别以系数和为因变量，以为自变量，拟合得到函数关系式和，将函数关系式代回公式中的相应位置，即得到力学性能的MPT预测模型，式中，为所设定的固废材料掺量定义域内的任意掺量，为养护龄期，为任意固废材料掺量下的经验系数。
基于表6的力学性能矩阵的元素值，当i=1时，M1=10%，对应的二维矩阵如下：
代入公式拟合得到系数，同理各掺量下力学性能拟合得到的系数如表10所示。
分别以各系数为应变量，以各掺量为自变量，拟合得到如下函数关系式：
将函数关系式代回公式中的相应位置，即得到如下力学性能的MPT预测模型：
步骤五中，在所设定的固废材料掺量定义域内，以g为间隔，取数列m，则该数列为
。再生骨料植生混凝土的综合评分模型为，式中：
——数列m中任意掺量下再生骨料植生混凝土植生性能的综合评分；
——3d养护龄期下任意掺量的再生骨料植生混凝土力学性能的代表值；
——28d养护龄期下任意掺量的再生骨料植生混凝土力学性能的代表值；
——96h吸水时间下任意掺量的再生骨料植生混凝土吸水性能的代表值；
——216h返水时间下任意掺量的再生骨料植生混凝土返水性能的代表值；
——28d养护龄期下任意掺量的再生骨料植生混凝土酸碱度的代表值；
A、B、C、D、E——再生骨料植生混凝土的力学性能、吸水性能、返水性能和酸碱性能的权重，根据实际应用场景确定，定义域均为0-1。
代表值的确定模型为，式中，为3d养护龄期下任意掺量的再生骨料植生混凝土的力学性能，为根据应用场景确定的3d养护龄期下再生骨料植生混凝土力学性能的设计值，为3d养护龄期下数列m中任意掺量的再生骨料植生混凝土力学性能的最大值。
代表值的确定模型为，式中，为28d养护龄期下任意掺量的再生骨料植生混凝土的力学性能，为根据应用场景确定的28d养护龄期下再生骨料植生混凝土力学性能的设计值，为28d养护龄期下数列m中任意掺量的再生骨料植生混凝土力学性能的最大值。
代表值的确定模型为，式中，为96h吸水时间下任意掺量的再生骨料植生混凝土的吸水性能，为96h吸水时间下数列m中任意掺量的再生骨料植生混凝土吸水性能的最小值，为96h吸水时间下数列m中任意掺量的再生骨料植生混凝土吸水性能的最大值。
代表值的确定模型，式中，为216h返水时间下任意掺量的再生骨料植生混凝土的返水性能，为216h返水时间下数列m中任意掺量的再生骨料植生混凝土返水性能的最小值，为216h返水时间下数列m中任意掺量的再生骨料植生混凝土返水性能的最大值。
代表值的确定模型为，式中，为28d养护龄期下任意掺量的再生骨料植生混凝土的酸碱度，6.5为草种长出的环境酸碱度，为28d养护龄期下数列m中任意掺量的再生骨料植生混凝土的酸碱度与环境酸碱度之差的最大值。
本实施例中，对于对强度要求较高的边坡场景，再生骨料植生混凝土的力学性能（3d）、力学性能（28d）、吸水性能（96h）、返水性能（216h）和酸碱性能（28d）的权重分别为0.5、0.8、0.6、0.6和0.6，3d和28d养护龄期下再生骨料植生混凝土的设计强度分别为2.5MPa和7MPa，计算得到边坡场景下不同掺量的再生骨料植生混凝土各植生性能的代表值，如表11所示。进一步计算得到边坡场景下不同掺量的再生骨料植生混凝土的综合评分，如图2所示，从图中可以确定，边坡场景下固废材料在再生骨料植生混凝土中的最佳掺量为10%。
本实施例中，对于对强度要求较低的屋顶绿化场景，再生骨料植生混凝土的力学性能（3d）、力学性能（28d）、吸水性能（96h）、返水性能（216h）和酸碱性能（28d）的权重分别为0.3、0.3、0.7、0.7和0.7，3d和28d养护龄期下再生骨料植生混凝土的设计强度分别为2.5MPa和3MPa，计算得到屋顶绿化场景下不同掺量的再生骨料植生混凝土各植生性能的代表值，如表12所示。进一步计算得到屋顶绿化场景下不同掺量的再生骨料植生混凝土的综合评分，如图3所示，从图中可以确定，屋顶绿化场景下固废材料在再生骨料植生混凝土中的最佳掺量为100%。
步骤六中，基于以上确定的边坡和屋顶绿化场景下固废材料在再生骨料植生混凝土中的最佳掺量，得到两种场景下再生骨料植生混凝土的最佳配合比，具体如表13所示。
本实施例基于MPT融合感知的再生骨料植生混凝土的设计方法，通过合理安排试验的先后顺序，仅制备少量的试验样本即可实现多个植生性能关键指标的联合测定，通过构建MPT预测模型，以材料的力学性能、吸水性能、返水性能和浸出液PH值等关键的植生性能指标为桥梁，能够快速分析出所掺加的固废材料对再生骨料植生混凝土植生性能的影响，节省了各类型再生骨料植生混凝土产品植生性能的验证时间。
特别说明：本发明的技术方案中涉及了诸多参数，需要综合考虑各个参数之间的协同作用，才能获得本发明的有益效果和显著进步。而且技术方案中各个参数的取值范围都是经过大量试验才获得的，针对每一个参数以及各个参数的相互组合，发明人都记录了大量试验数据，限于篇幅，在此不公开具体试验数据。
本领域技术人员不难理解，本发明的基于MPT融合感知的再生骨料植生混凝土的设计方法包括上述本发明说明书的发明内容和具体实施方式部分以及附图所示出的各部分的任意组合，限于篇幅并为使说明书简明而没有将这些组合构成的各方案一一描述。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于MPT融合感知的再生骨料植生混凝土的设计方法，按照先后顺序包括以下步骤：
步骤一：基于体积法计算模型设计未掺加固废材料时的植生混凝土的初始配合比；
步骤二：构建掺加固废材料后的再生骨料植生混凝土的MPT样本矩阵；
步骤三：测试再生骨料植生混凝土MPT样本矩阵中的元素值；
步骤四：构建再生骨料植生混凝土的MPT预测模型；
步骤五：根据再生骨料植生混凝土的综合评分模型，得到不同固废材料掺量下的再生骨料植生混凝土植生性能的综合评分，并进行排序，将综合评分最高的再生骨料植生混凝土所对应的固废材料掺量作为最佳掺量；
步骤六：按照固废材料的最佳掺量将植生混凝土初始配合比中的石料进行部分替换，即可获得再生骨料植生混凝土的配合比；
步骤一中，所述植生混凝土包括石料、水泥和水，所述石料为天然骨料，其粒径为15-25mm，所述水泥为硫铝酸盐水泥；体积法计算模型包括和，式中，
——每立方米植生混凝土中胶结料的用量，kg；
——每立方米植生混凝土中石料的用量，kg；
——胶结料的密度，kg/m3；
——石料的表观密度，kg/m3；
——植生混凝土的设计孔隙率；
——每立方米植生混凝土中水泥的用量，kg；
——每立方米植生混凝土中水与水泥用量的设计比值；
——每立方米植生混凝土中水的用量，kg；
步骤二中，所述固废材料包括再生混凝土骨料、再生红砖骨料和再生微粉人造骨料中的任一种或几种；所述再生骨料植生混凝土的MPT样本矩阵包括吸水性能矩阵、返水性能矩阵、酸碱度矩阵、力学性能矩阵四个矩阵，涉及固废材料的掺量、植生性能、养护龄期或试验经过的时间三个指标，四个MPT样本矩阵中的元素表示为，其中，
为固废材料的掺量，根据实际情况设定最小掺量和最大掺量，以为梯度在最小掺量与最大掺量之间设定不同的掺量，即在固废材料掺量的定义域内共设定六个掺量，分别为 ；
为时间所对应的再生骨料植生混凝土的植生性能，包括吸水性能wA、返水性能wR、酸碱度pH、力学性能sT；
为测试酸碱度和力学性能时再生骨料植生混凝土所对应的养护龄期，或测试吸水性能和返水性能时试验经过的时间；
步骤四中，所述再生骨料植生混凝土的MPT预测模型包括吸水性能的MPT预测模型、返水性能的MPT预测模型、酸碱性能的MPT预测模型、力学性能的MPT预测模型；
（1）所述吸水性能的MPT预测模型的构建方法为：在所设定的固废材料的六个掺量中，对于吸水性能矩阵中的不同固废材料掺量，存在与其对应的二维矩阵，将二维矩阵中的元素值代入公式中，得到不同固废材料掺量下吸水性能与吸水时间的对应关系，式中， 为吸水性能， 为吸水性能测试试验经过的时间或吸水时间， 为初始吸水系数， 为吸水增量系数；
通过拟合得到不同固废材料掺量下的系数和，分别以和为因变量，以为自变量，拟合得到函数关系式和，将函数关系式代回公式中的相应位置，即得到吸水性能的MPT预测模型，式中，为所设定的固废材料掺量定义域内的任意掺量，为吸水性能测试试验中的任意吸水时间， 为任意固废材料掺量下的初始吸水系数， 为任意固废材料掺量下的吸水增量系数；
（2）所述返水性能的MPT预测模型的构建方法为：在所设定的固废材料的六个掺量中，对于返水性能矩阵中的不同固废材料掺量，存在与其对应的二维矩阵，将二维矩阵中的元素值代入公式中，得到不同固废材料掺量下返水性能与返水时间的对应关系，式中， 为返水性能， 为返水性能测试试验经过的时间或返水时间， 为初始返水系数， 为初始含水系数， 为残余含水系数；
通过拟合得到不同固废材料掺量下的系数和，分别以系数、和为因变量，以为自变量，拟合得到函数关系式和，将函数关系式代回公式中的相应位置，即得到返水性能的MPT预测模型，式中，为所设定的固废材料掺量定义域内的任意掺量，为返水性能测试试验中的任意返水时间，为任意固废材料掺量下的初始返水系数， 为任意固废材料掺量下的初始含水系数， 为任意固废材料掺量下的残余含水系数；
（3）所述酸碱性能的MPT预测模型的构建方法为：在所设定的固废材料的六个掺量中，对于酸碱度矩阵中的不同固废材料掺量，存在与其对应的二维矩阵，将二维矩阵中的元素值代入公式中，得到不同固废材料掺量下酸碱度与养护龄期的对应关系，式中， 为酸碱度， 为养护龄期，均为拟合所得的经验系数；
通过拟合得到不同固废材料掺量下的系数和，分别以系数 和为因变量，以为自变量，拟合得到函数关系式和，将函数关系式代回公式中的相应位置，即得到酸碱性能的MPT预测模型，式中，为所设定的固废材料掺量定义域内的任意掺量，为养护龄期，为任意固废材料掺量下的经验系数；
（4）所述力学性能的MPT预测模型的构建方法为：在所设定的固废材料的六个掺量中，对于力学性能矩阵中的不同固废材料掺量，存在与其对应的二维矩阵，将二维矩阵中的元素值代入公式中，得到不同固废材料掺量下力学性能与养护龄期的对应关系，式中， 为力学性能， 为养护龄期， 、均为拟合所得的经验系数；
通过拟合得到不同固废材料掺量下的系数和，分别以系数和为因变量，以为自变量，拟合得到函数关系式和，将函数关系式代回公式中的相应位置，即得到力学性能的MPT预测模型，式中，为所设定的固废材料掺量定义域内的任意掺量，为养护龄期， 为任意固废材料掺量下的经验系数；
步骤五中，所述再生骨料植生混凝土的综合评分模型为，式中，
——数列m中任意掺量下再生骨料植生混凝土植生性能的综合评分；
——3d养护龄期下任意掺量的再生骨料植生混凝土力学性能的代表值；
——28d养护龄期下任意掺量的再生骨料植生混凝土力学性能的代表值；
——96h吸水时间下任意掺量的再生骨料植生混凝土吸水性能的代表值；
——216h返水时间下任意掺量的再生骨料植生混凝土返水性能的代表值；
——28d养护龄期下任意掺量的再生骨料植生混凝土酸碱度的代表值；
——再生骨料植生混凝土的力学性能、吸水性能、返水性能和酸碱性能的权重，根据实际应用场景确定，定义域均为0-1。
2.根据权利要求1所述的基于MPT融合感知的再生骨料植生混凝土的设计方法，其特征在于：步骤三中，所述再生骨料植生混凝土MPT样本矩阵中元素值的测试方法，按照先后顺序包括以下步骤，
步骤（1）：根据所设计的植生混凝土的初始配合比和所设定的固废材料的六个掺量分别制备含有不同固废材料掺量的再生骨料植生混凝土；将含有不同固废材料掺量的再生骨料植生混凝土分别填充到立方体模具中，在常温常湿下静置成型后脱模，然后将其放置在一定养护条件下养护至所要求的养护龄期，即制得再生骨料植生混凝土试验样本；
步骤（2）：对再生骨料植生混凝土试验样本进行吸水性能测试试验，将某一养护龄期下含有不同固废材料掺量的再生骨料植生混凝土试验样本放入烘箱中进行烘干至恒重，此时再生骨料植生混凝土试验样本的重量为；将烘干后的再生骨料植生混凝土试验样本按照不同的浸泡时间浸泡于盛有蒸馏水的容器中进行吸水，再生骨料植生混凝土试验样本吸水后的重量为，直至吸水后的重量不再变化时，终止再生骨料植生混凝土试验样本的吸水性能测试试验；
步骤（3）：对再生骨料植生混凝土试验样本进行返水性能测试试验，将再生骨料植生混凝土试验样本吸水性能测试试验的最终状态作为其返水性能测试试验的初始状态，此时再生骨料植生混凝土试验样本的重量为；将再生骨料植生混凝土试验样本按照不同的返水时间放置于一定返水条件下进行返水，再生骨料植生混凝土试验样本返水后的重量为，直至返水后的重量不再变化时，终止再生骨料植生混凝土试验样本的返水性能测试试验；
步骤（4）：对再生骨料植生混凝土试验样本进行酸碱度测试试验，将不同养护龄期下含有不同固废材料掺量的再生骨料植生混凝土试验样本分别放入盛有蒸馏水的容器中进行浸泡，同时采用电子PH值测定仪测试容器中浸出液的PH值，直至浸出液的PH值不再变化时，终止再生骨料植生混凝土试验样本的酸碱度测试试验；
步骤（5）：对再生骨料植生混凝土试验样本进行力学性能测试试验，将不同养护龄期下含有不同固废材料掺量的再生骨料植生混凝土试验样本分别放置在万能力学试验机上进行抗压强度测试，不同固废材料掺量在不同养护龄期下测试至少三个试验样本，然后取平均值作为该试验样本的最终抗压强度。
3.根据权利要求2所述的基于MPT融合感知的再生骨料植生混凝土的设计方法，其特征在于：步骤（1）中，所述立方体模具内腔的边长为100mm，所述再生骨料植生混凝土在所述立方体模具中的静置时间为1d，所述再生骨料植生混凝土脱模后的养护温度为20±2℃、养护湿度为95%，所要求的养护龄期为3d、7d、14d和28d；
步骤（2）中，选择养护龄期为28d的再生骨料植生混凝土试验样本进行吸水性能测试试验，所述再生骨料植生混凝土试验样本的烘干温度为120℃、烘干时间为24h，所述容器的深度至少为试验样本高度的两倍；将烘干后的再生骨料植生混凝土试验样本按照不同的浸泡时间浸泡于盛有蒸馏水的容器中进行吸水，即先将试验样本放入蒸馏水中浸泡0.08h，取出称重，再次将该试验样本放入蒸馏水中继续浸泡至总浸泡时间为0.17h，取出称重，以此类推，直至该试验样本在蒸馏水中的总浸泡时间为96h，重量不再变化，在整个吸水性能测试试验过程中，该试验样本经过八次浸泡，总浸泡时间分别为0.08h、0.17h、0.5h、1h、24h、48h、72h和96h；根据公式计算再生骨料植生混凝土试验样本的吸水率，即确定吸水性能矩阵中的元素为吸水性能测试试验经过的时间；
步骤（3）中，使用吸水性能测试试验终止后的再生骨料植生混凝土试验样本进行返水性能测试试验，所述再生骨料植生混凝土试验样本的返水温度为20±2℃、返水湿度为60%；将再生骨料植生混凝土试验样本按照不同的返水时间放置于一定返水条件下进行返水，即先将试验样本放置于返水条件下返水0.08h，取出称重，再次将该试验样本放置于返水条件下继续返水至总返水时间为0.17h，取出称重，以此类推，直至该试验样本在返水条件下的总返水时间为216h，重量不再变化，在整个返水性能测试试验过程中，该试验样本经过十三次返水，总返水时间分别为0.08h、0.17h、0.5h、1h、24h、48h、72h、96h、120h、144h、168h、192h和216h；根据公式计算再生骨料植生混凝土试验样本的返水率，即确定返水性能矩阵中的元素为返水性能测试试验经过的时间；
步骤（4）中，所述容器的深度至少为试验样本高度的两倍，且所述容器中蒸馏水的质量至少为试验样本质量的两倍；待浸出液的PH值不再变化时，记录此时浸出液的PH值，即确定酸碱度矩阵中的元素为浸出液的PH值、为再生骨料植生混凝土试验样本的养护龄期；
步骤（5）中，用于力学性能测试的再生骨料植生混凝土试验样本为立方体形状，其边长为100mm，加载速率为2mm/min；待力学性能测试结束后，记录试验样本的抗压强度值，并对相同条件下试验样本的测试数据取平均值，作为该条件下试验样本的抗压强度，即确定力学性能矩阵中的元素为再生骨料植生混凝土试验样本的抗压强度、为再生骨料植生混凝土试验样本的养护龄期。
4.根据权利要求3所述的基于MPT融合感知的再生骨料植生混凝土的设计方法，其特征在于：步骤五中，在所设定的固废材料掺量定义域内，以g为间隔，取数列m，则该数列为。
5.根据权利要求4所述的基于MPT融合感知的再生骨料植生混凝土的设计方法，其特征在于：代表值的确定模型为，式中，为3d养护龄期下任意掺量的再生骨料植生混凝土的力学性能， 为根据应用场景确定的3d养护龄期下再生骨料植生混凝土力学性能的设计值，为3d养护龄期下数列m中任意掺量的再生骨料植生混凝土力学性能的最大值；
代表值的确定模型为，式中，为28d养护龄期下任意掺量的再生骨料植生混凝土的力学性能， 为根据应用场景确定的28d养护龄期下再生骨料植生混凝土力学性能的设计值，为28d养护龄期下数列m中任意掺量的再生骨料植生混凝土力学性能的最大值；
代表值的确定模型为，式中， 为96h吸水时间下任意掺量的再生骨料植生混凝土的吸水性能，为96h吸水时间下数列m中任意掺量的再生骨料植生混凝土吸水性能的最小值， 为96h吸水时间下数列m中任意掺量的再生骨料植生混凝土吸水性能的最大值；
代表值的确定模型，式中， 为216h返水时间下任意掺量的再生骨料植生混凝土的返水性能，为216h返水时间下数列m中任意掺量的再生骨料植生混凝土返水性能的最小值， 为216h返水时间下数列m中任意掺量的再生骨料植生混凝土返水性能的最大值；
代表值的确定模型为，式中，为28d养护龄期下任意掺量的再生骨料植生混凝土的酸碱度，6.5为草种长出的环境酸碱度， 为28d养护龄期下数列m中任意掺量的再生骨料植生混凝土的酸碱度与环境酸碱度之差的最大值。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410251830.5A CN117831687B (zh) | 2024-03-06 | 2024-03-06 | 基于mpt融合感知的再生骨料植生混凝土的设计方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410251830.5A CN117831687B (zh) | 2024-03-06 | 2024-03-06 | 基于mpt融合感知的再生骨料植生混凝土的设计方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117831687A CN117831687A (zh) | 2024-04-05 |
| CN117831687B true CN117831687B (zh) | 2024-05-28 |
Family
ID=90515655
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410251830.5A Active CN117831687B (zh) | 2024-03-06 | 2024-03-06 | 基于mpt融合感知的再生骨料植生混凝土的设计方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117831687B (zh) |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107337782A (zh) * | 2016-12-29 | 2017-11-10 | 江苏苏博特新材料股份有限公司 | 一种适用于低温施工的水泥基材料分散剂及其制备方法 |
| CN108229005A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-06-29 | 上海建工集团股份有限公司 | 一种强度等级c50以上的再生混凝土及其制备方法 |
| CN109580362A (zh) * | 2019-01-26 | 2019-04-05 | 长沙理工大学 | 一种评价沥青混合料劈裂疲劳性能的方法 |
| CN111599419A (zh) * | 2020-07-24 | 2020-08-28 | 上海建工一建集团有限公司 | 一种快速预测单掺粉煤灰轻骨料混凝土实际强度的方法 |
| CN112687358A (zh) * | 2020-12-25 | 2021-04-20 | 武汉理工大学 | 一种将钢纤维纳入uhpfrc的颗粒堆积模型的设计方法 |
| CN115392129A (zh) * | 2022-09-09 | 2022-11-25 | 河北工业大学 | 一种再生骨料混凝土配合比多目标优化方法 |
| CN115662545A (zh) * | 2022-10-27 | 2023-01-31 | 杭州京杭运河二通道建设投资有限公司 | 一种多孔植生生态混凝土的配合比设计方法 |
| CN115964957A (zh) * | 2023-02-01 | 2023-04-14 | 广东工业大学 | 一种再生骨料混凝土配合比优化方法、存储介质及设备 |
| CN116246737A (zh) * | 2022-12-28 | 2023-06-09 | 中铁大桥局集团有限公司 | 一种粗骨料超高性能混凝土强度预测方法及相关设备 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109543350B (zh) * | 2018-12-20 | 2023-03-24 | 哈尔滨工业大学（深圳） | 基于细观模型重构的透水混凝土性能预测方法及系统 |
-
2024
- 2024-03-06 CN CN202410251830.5A patent/CN117831687B/zh active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107337782A (zh) * | 2016-12-29 | 2017-11-10 | 江苏苏博特新材料股份有限公司 | 一种适用于低温施工的水泥基材料分散剂及其制备方法 |
| CN108229005A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-06-29 | 上海建工集团股份有限公司 | 一种强度等级c50以上的再生混凝土及其制备方法 |
| CN109580362A (zh) * | 2019-01-26 | 2019-04-05 | 长沙理工大学 | 一种评价沥青混合料劈裂疲劳性能的方法 |
| CN111599419A (zh) * | 2020-07-24 | 2020-08-28 | 上海建工一建集团有限公司 | 一种快速预测单掺粉煤灰轻骨料混凝土实际强度的方法 |
| CN112687358A (zh) * | 2020-12-25 | 2021-04-20 | 武汉理工大学 | 一种将钢纤维纳入uhpfrc的颗粒堆积模型的设计方法 |
| CN115392129A (zh) * | 2022-09-09 | 2022-11-25 | 河北工业大学 | 一种再生骨料混凝土配合比多目标优化方法 |
| CN115662545A (zh) * | 2022-10-27 | 2023-01-31 | 杭州京杭运河二通道建设投资有限公司 | 一种多孔植生生态混凝土的配合比设计方法 |
| CN116246737A (zh) * | 2022-12-28 | 2023-06-09 | 中铁大桥局集团有限公司 | 一种粗骨料超高性能混凝土强度预测方法及相关设备 |
| CN115964957A (zh) * | 2023-02-01 | 2023-04-14 | 广东工业大学 | 一种再生骨料混凝土配合比优化方法、存储介质及设备 |
Non-Patent Citations (6)
| Title |
|---|
| 低碱再生骨料植生混凝土吸返水特性表征模型研究;金珊珊;硅酸盐通报;20230531;第42卷(第5期);全文 * |
| 再生骨料水泥混凝土的级配优化试验研究;李九苏;肖汉宁;龚建清;;建筑材料学报;20080215(第01期);全文 * |
| 再生骨料生态混凝土预测模型抗压强度试验研究;孙嘉卿;丛干文;刘君实;张思雨;全洪珠;;建筑结构学报;20200904(第S1期);全文 * |
| 基于最佳包裹厚度的透水混凝土配合比设计;蒋启芳;工程科技Ⅰ辑;20210615;全文 * |
| 浅析植生型再生混凝土在绿色生态城市建设中的应用;赵延春;金耀华;仝小芳;;四川水泥;20161115(第11期);全文 * |
| 稻草纤维微粒水泥板抗震性能的研究;周孝红;陈国平;石建军;;混凝土与水泥制品;20160920(第09期);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117831687A (zh) | 2024-04-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Anosike et al. | Sandcrete blocks and quality management in Nigeria Building Industry | |
| CN103526664B (zh) | 一种适用于重载交通路面的沥青混合料配合比的确定方法 | |
| CN106294973A (zh) | 一种多孔混凝土的配合比设计方法 | |
| CN107814500A (zh) | 一种生态混凝土胶凝材料及中性生态混凝土 | |
| CN109323944B (zh) | 一种土石混合料的回弹模量确定方法 | |
| CN117831687B (zh) | 基于mpt融合感知的再生骨料植生混凝土的设计方法 | |
| CN106007605A (zh) | 无水短养护软岩相似模型材料及其制备方法 | |
| CN108491566A (zh) | 一种大孔隙高分子聚合物混合料的配合比设计方法 | |
| CN102503270B (zh) | 沥青道路基层冷再生混合料配合比设计方法 | |
| Jury et al. | One-step preparation procedure, mechanical properties and environmental performances of miscanthus-based concrete blocks | |
| Dahiru et al. | Characteristics of concrete produced with periwinkle and palm kernel shells as aggregates | |
| Muhwezi et al. | Effect of sand on the properties of compressed soil-cement stabilized blocks | |
| Garg et al. | Effect of varying cement proportions on properties of compressed stabilized earth blocks (CSEB)-a sustainable low-cost housing material | |
| Raza et al. | Optimizing porous asphalt mix design for permeability and air voids using response surface methodology and artificial neural networks | |
| Shahid et al. | The incorporation of spent coffee grounds as an additive in cement ventilation blocks | |
| Ameh et al. | Prospect of Lateritic Sand and Periwinkle Shell as Aggregates in Concrete. | |
| Mužíková et al. | Water Absorption Capacity Coefficient and Mass Moisture of Rammed Earth Material | |
| CN105891043A (zh) | 一种水基高分子改性乳化沥青混合料二次击实时机确定方法 | |
| Šekler et al. | Miscanthus x giganteus as a building material-lightweight concrete | |
| Skripkiūnas et al. | Variation of characteristics of vibropressed concrete pavement blocks | |
| KR101318715B1 (ko) | 결합재로 불포화 폴리에스터 수지를 사용한 다공성 폴리머 식생블록 | |
| Ayangade et al. | The effects of different curing methods on the compressive strength of terracrete | |
| Wright | Building from the Ground Up: Understanding and Predicting the Strength of Cob, an Earthen Construction Material | |
| CN109608121B (zh) | 一种加入咖啡渣的植生型无砂大孔混凝土的制作方法 | |
| CN117800680A (zh) | 一种基于氮磷改性生物炭的植生混凝土、制备方法及应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |