本發(fā)明涉及建筑材料，尤其涉及一種阻銹型高強特種灌漿砂漿及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、在現(xiàn)代建筑工程中，鋼筋混凝土是最常用的結(jié)構(gòu)材料之一。然而，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在實際應(yīng)用中面臨著諸多問題，尤其是鋼筋的腐蝕問題。鋼筋的腐蝕不僅會降低混凝土結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，還可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的早期失效，從而嚴重威脅建筑物的安全和使用壽命。因此，如何有效地防止鋼筋腐蝕，延長鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命，是建筑材料技術(shù)領(lǐng)域中的一個重要研究方向。

2、首先，傳統(tǒng)的鋼筋防腐蝕方法主要包括采用不銹鋼筋、涂覆防腐蝕涂層、在混凝土中摻入阻銹劑等。雖然這些方法在一定程度上能夠延緩鋼筋的腐蝕，但其應(yīng)用也存在明顯的局限性。例如，使用不銹鋼筋雖然能有效防止腐蝕，但成本較高，難以在大規(guī)模工程中廣泛應(yīng)用；涂覆防腐蝕涂層雖然能夠提供一層物理屏障，但涂層容易在施工過程中受損，從而降低防腐效果；而傳統(tǒng)的阻銹劑由于其作用機制多為陽極保護，在高氯離子濃度環(huán)境中容易失效，甚至引發(fā)局部腐蝕。

3、其次，在現(xiàn)代建筑工程中，隨著對建筑結(jié)構(gòu)耐久性要求的提高，對灌漿砂漿的力學(xué)性能也提出了更高的要求。傳統(tǒng)的灌漿砂漿雖然可以滿足一般工程的需求，但其力學(xué)性能、抗裂性、抗沖擊性等方面的表現(xiàn)仍不盡如人意，尤其在惡劣環(huán)境條件下，如海港碼頭、海上風(fēng)電基礎(chǔ)等，傳統(tǒng)灌漿砂漿的表現(xiàn)尤為不足。這些環(huán)境條件下，水分、氯離子、二氧化碳等侵蝕介質(zhì)很容易通過砂漿的孔隙進入到鋼筋表面，加速鋼筋的腐蝕。此外，傳統(tǒng)砂漿在硬化過程中由于收縮應(yīng)力的作用，容易產(chǎn)生微裂紋，這些微裂紋進一步增加了侵蝕介質(zhì)的滲透風(fēng)險，從而降低了砂漿的防腐性能。

4、第三，隨著科技的進步和計算機技術(shù)的發(fā)展，越來越多的建筑材料研發(fā)開始依賴于算法的優(yōu)化和模擬技術(shù)。雖然目前已有一些研究嘗試通過優(yōu)化算法來提高灌漿砂漿的性能，但這些算法多為常規(guī)算法，難以處理復(fù)雜多變的實際施工環(huán)境，且在材料的均勻分散和性能優(yōu)化方面仍有很大的改進空間。尤其是在多種材料的復(fù)合應(yīng)用中，如何通過算法實現(xiàn)材料的最佳配比和分散，是目前技術(shù)中的一個難點。

5、綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)在防止鋼筋腐蝕和提高灌漿砂漿力學(xué)性能方面仍然存在較多的缺陷：傳統(tǒng)的防腐蝕方法無法全面解決鋼筋在惡劣環(huán)境下的腐蝕問題，現(xiàn)有的灌漿砂漿力學(xué)性能無法滿足高強度工程的需求，現(xiàn)有的優(yōu)化算法無法充分優(yōu)化材料的配比和分散效果。因此，如何提供一種阻銹型高強特種灌漿砂漿及其制備方法是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的一個目的是提出一種阻銹型高強特種灌漿砂漿及其制備方法。本發(fā)明通過引入自適應(yīng)分級反應(yīng)控制算法和多層次自適應(yīng)分散算法，詳細描述了如何在砂漿制備過程中實現(xiàn)材料的最佳配比和均勻分散，顯著提高了砂漿的抗腐蝕性和力學(xué)性能，能夠有效應(yīng)對鋼筋腐蝕問題，具備耐久性強、防護性能高和施工效率高的優(yōu)點。

2、根據(jù)本發(fā)明實施例的一種阻銹型高強特種灌漿砂漿及其制備方法，包括如下步驟：

3、s1、將權(quán)利要求1中制備的po52.5普通硅酸鹽水泥、硅灰、粉煤灰微珠粉、礦粉、石英砂進行稱量，采用自適應(yīng)分級反應(yīng)控制算法進行多次實驗，生成多個配料組合并記錄相關(guān)實驗數(shù)據(jù)；

4、s2、根據(jù)s1中獲得的實驗數(shù)據(jù)，應(yīng)用優(yōu)化算法評估各配料組合的性能，選擇性能表現(xiàn)最優(yōu)的配料組合，確定最終的最佳配料比例；

5、s3、按確定的最佳配料比例稱量po52.5普通硅酸鹽水泥、硅灰、粉煤灰微珠粉、礦粉和石英砂，并將這些組分混合均勻制備干粉混合料；

6、s4、通過絞龍或提升機將干粉混合料輸送至攪拌倉，輸送至70％時暫停，添加pva纖維、pc-1051型減水劑和消泡劑，繼續(xù)輸送剩余的干粉混合料至攪拌倉；

7、s5、啟動攪拌機和飛刀，使用多層次自適應(yīng)分散算法對pva纖維的分布進行調(diào)控，完成漿體的均勻攪拌；

8、s6、完成攪拌后，對漿體進行檢測，記錄物理性能和化學(xué)特性；

9、s7、根據(jù)檢測結(jié)果，將符合要求的漿體用于灌漿施工，按照規(guī)定步驟進行操作。

10、可選的，所述s1包括以下步驟：

11、s11、將權(quán)利要求1中制備的po52.5普通硅酸鹽水泥、硅灰、粉煤灰微珠粉、礦粉、石英砂進行稱量，分別記錄每種材料的質(zhì)量mi，其中i＝1,2,3,4,5分別對應(yīng)水泥、硅灰、粉煤灰微珠粉、礦粉、石英砂，粒徑di，以及比表面積si，用于反應(yīng)速率ri(t)和優(yōu)化材料配比的計算；

12、s12、應(yīng)用自適應(yīng)分級反應(yīng)控制算法，通過多次實驗確定各材料的水化反應(yīng)速率ri(t)和反應(yīng)程度ei(t)，以生成多個配料組合并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)：

13、

14、其中、ri(t)表示材料mi在時間t時的水化反應(yīng)速率；ai為材料的反應(yīng)活性常數(shù)力；si為材料的比表面積；di為材料的平均粒徑；n為粒徑影響因子；θ(t')為材料在時間t'時的熱力學(xué)反應(yīng)角度；為熱力學(xué)反應(yīng)角度的時間導(dǎo)數(shù)；δ為熱力學(xué)非線性特性指數(shù)；ea為材料的活化能；γ為濕度修正系數(shù)；h為環(huán)境濕度；r為氣體常數(shù)；t為反應(yīng)溫度；m為濕度影響的非線性指數(shù)；

15、s13、將材料mi按粒徑di分為不同的級別gj，以便更精確地計算每個級別的反應(yīng)速率ri,j(t)和反應(yīng)程度ei,j(t)，材料的反應(yīng)速率ri,j(t)由下式計算：

16、

17、其中，ri,j(t)表示第j級別材料mi,j在時間t時的水化反應(yīng)速率；ai,j為第j級別材料的反應(yīng)活性常數(shù)；si,j為第j級別材料的比表面積；di,j為第j級別材料的粒徑；θj(t)為第j級別材料的熱力學(xué)反應(yīng)角度；δj為第j級別材料的熱力學(xué)非線性特性指數(shù)；ea,j為第j級別材料的活化能；mj為濕度影響的非線性指數(shù)；

18、s14、在每個分級階段gj結(jié)束后，基于前一級別的實驗數(shù)據(jù)，調(diào)整下一級別材料的加入比例pi,j(t)和順序si,j(t)，以優(yōu)化后續(xù)反應(yīng)過程，材料的加入比例pi,j(t+1)由以下公式確定：

19、

20、其中、pi,j(t)表示第j級別材料在時間t的加入比例；ei,j(t')表示第j級別材料在時間t'的反應(yīng)程度；表示所有級別材料在時間t的反應(yīng)速率和反應(yīng)程度的累積和；

21、s15、經(jīng)過多輪實驗后，計算各級別材料的全局反應(yīng)效果itotal，整合所有實驗數(shù)據(jù)，評估不同配比對砂漿性能的綜合影響，全局反應(yīng)效果itotal：

22、

23、其中，itotal表示所有材料在整個實驗過程中的綜合反應(yīng)表現(xiàn)；σi,j材料在第j級別上的抗壓強度貢獻度；

24、s16、通過優(yōu)化目標函數(shù)，確定最終的最佳材料配比poptimal：

25、

26、其中，poptimal表示最終確定的最佳材料配比。

27、可選的，所述s2包括以下步驟：

28、s21、根據(jù)權(quán)利要求3中的實驗數(shù)據(jù)，提取每種配料組合的水化反應(yīng)速率ri(t)、反應(yīng)程度ei(t)以及抗壓強度σi，將這些數(shù)據(jù)作為輸入，準備進行進一步的優(yōu)化分析；

29、s22、應(yīng)用加權(quán)優(yōu)化算法對各配料組合進行初步評估，綜合性能指標ci(t)通過以下公式計算：

30、

31、其中，ci(t)為配料組合i在時間t時的綜合性能指標；α、β、為優(yōu)化算法的加權(quán)系數(shù)；ri(t)為材料mi在時間t時的水化反應(yīng)速率；ei(t)為材料mi的反應(yīng)程度；σi為材料mi的抗壓強度；

32、s23、在初步評估之后，采用自適應(yīng)遺傳算法對配料組合進行進一步優(yōu)化，定義適應(yīng)度函數(shù)f(ci)來評估每個組合的適應(yīng)度，適應(yīng)度函數(shù)基于綜合性能指標ci(t)進行計算：

33、

34、其中，f(ci)為配料組合i的適應(yīng)度值；max(ci(t))為所有配料組合中最高的綜合性能指標；

35、s24、在自適應(yīng)遺傳算法中，使用交叉和變異操作生成新的配料組合pnew(t)；每一輪中，交叉操作通過以下公式進行：

36、pnew(t)＝λ·pparent1(t)+(1-λ)·pparent2(t)；

37、其中，pnew(t)為新生成的配料組合在時間t時的配比；pparent1(t)和pparent2(t為選擇的父代配料組合；λ為交叉比例因子，控制新組合與父代的相似度，值在0到1之間之間；

38、s25、變異操作根據(jù)以下公式調(diào)整新生成組合的個別參數(shù)：

39、pmutated(t)＝pnew(t)+∈·n(0,1)；

40、其中，pmutated(t)為變異后的配料組合在時間t時的配比；∈為變異強度；n(0,1)為服從正態(tài)分布的隨機變量；

41、s26、經(jīng)過多輪交叉和變異操作后，計算每一輪生成的新配料組合的綜合性能指標cnew(t)，并重新計算適應(yīng)度值f)cnew)，最終選擇適應(yīng)度最高的配料組合作為優(yōu)化后的最佳配料比例；

42、s27、將最終優(yōu)化出的配料比例poptimal應(yīng)用于下一步的實驗或?qū)嶋H生產(chǎn)中。

43、可選的，所述s3包括以下步驟：

44、s31、根據(jù)權(quán)利要求4中確定的最佳配料比例poptimal，稱量po52.5普通硅酸鹽水泥m1、硅灰m2、粉煤灰微珠粉m3、礦粉m4和石英砂m5，每種材料的質(zhì)量根據(jù)權(quán)利要求4中確定的最佳配比進行稱量；

45、s32、稱量完畢后，將po52.5普通硅酸鹽水泥m1首先加入干粉混合機，接著依次加入硅灰m2、粉煤灰微珠粉m3、礦粉m4和石英砂m5；加入的順序依據(jù)材料的物理特性；

46、s33、在混合過程中，控制混合機的轉(zhuǎn)速和時間，使所有材料充分混合均勻，形成均質(zhì)的干粉混合料，混合機的轉(zhuǎn)速v和混合時間tm由優(yōu)化算法計算的結(jié)果確定，以避免材料的分層和聚集；

47、s34、混合完成后，檢測混合物的均勻性，使用粒度分析儀和比表面積測定儀分別檢測混合物的粒度分布和比表面積；

48、s35、根據(jù)檢測結(jié)果，如發(fā)現(xiàn)混合物的均勻性不符合預(yù)期標準，調(diào)整混合機的轉(zhuǎn)速和時間，并重新進行混合，直到混合物的均勻性達到要求，每次調(diào)整后都需重新檢測；

49、s36、將最終的干粉混合料進行封裝，并做好標識，標明材料配比、混合時間和混合機參數(shù)等信息，以便于后續(xù)的施工和質(zhì)量控制。

50、可選的，所述s4包括以下步驟：

51、s41、使用絞龍或提升機，將權(quán)利要求5中制備的干粉混合料逐步輸送至攪拌倉，在輸送過程中，控制輸送速率和輸送量，使干粉混合料均勻進入攪拌倉，避免在攪拌倉內(nèi)形成局部堆積或不均勻分布；

52、s42、當干粉混合料輸送至攪拌倉總量的70％時，暫停輸送；

53、s43、暫停輸送后，依次加入pva纖維、pc-1051型減水劑和消泡劑；添加劑的加入順序經(jīng)過實驗優(yōu)化，保證在后續(xù)攪拌過程中能夠均勻分散，pva纖維的加入特別注意分布均勻性，以保證漿體的抗裂性和韌性；

54、s44、在添加完pva纖維、pc-1051型減水劑和消泡劑后，重新啟動絞龍或提升機，將剩余的30％干粉混合料繼續(xù)輸送至攪拌倉；

55、s45、全部干粉混合料輸送完畢后，啟動攪拌倉內(nèi)的攪拌裝置，使得所有組分充分混合，形成均質(zhì)的漿體；

56、s46、攪拌完成后，立即對漿體進行檢測，檢測項目包括漿體的流動性、黏度和均勻度，根據(jù)檢測結(jié)果，若發(fā)現(xiàn)不符合要求，則需調(diào)整攪拌參數(shù)并重新進行攪拌，直到漿體達到預(yù)期標準。

57、可選的，所述s5包括以下步驟：

58、s51、啟動攪拌機和飛刀，對權(quán)利要求6中制備的材料進行初步混合，此時，攪拌機的初始轉(zhuǎn)速vs(0)和飛刀的初始切割頻率fc(0)設(shè)定為基礎(chǔ)值vbase和fbase；s52、在初級攪拌階段，應(yīng)用多層次自適應(yīng)分散算法，實時監(jiān)控漿體的黏度η(t和pva纖維的分布密度ρpva(t)，攪拌速度vs(t)和切割頻率fc(t)依據(jù)以下公式進行動態(tài)調(diào)整：

59、

60、

61、其中，η(t)表示時間t時的漿體黏度；ρpva(t)表示時間t時pva纖維的分布密度；ψ和θ為調(diào)節(jié)系數(shù)；

62、s53、在中期攪拌階段，多層次自適應(yīng)分散算法根據(jù)漿體黏度的增加和纖維分布的均勻性，逐步提升攪拌速度vs(t)和切割頻率fc(t)，以進一步優(yōu)化pva纖維的分散：

63、

64、其中，vopt和fopt為中期階段的最優(yōu)攪拌速度和切割頻率；ψ和θ為調(diào)節(jié)系數(shù)；ηmax和ρpva,max分別為漿體的最大允許黏度和最大允許纖維分布密度；

65、s54、在攪拌的后期階段，多層次自適應(yīng)分散算法調(diào)整攪拌速度和切割頻率至最終優(yōu)化狀態(tài)，攪拌速度和切割頻率的調(diào)整公式為：

66、

67、其中，vfinal和ffinal為后期階段的最終攪拌速度和切割頻率；ψ和θ為調(diào)節(jié)系數(shù)；ηtarget和ρpva,target分別為最終設(shè)定的漿體黏度和纖維分布密度目標值；

68、s55、在攪拌完成后，立即對漿體進行檢測，重點檢測pva纖維的分布均勻性以及漿體的整體黏度和流動性，若檢測結(jié)果不符合標準，則根據(jù)反饋調(diào)整攪拌參數(shù)并重復(fù)攪拌，直至達到預(yù)期標準。

69、本發(fā)明的有益效果是：

70、(1)本發(fā)明提出了一種阻銹型高強特種灌漿砂漿及其制備方法，通過采用自適應(yīng)分級反應(yīng)控制算法，精確調(diào)控每種原材料在砂漿中的水化反應(yīng)速率和反應(yīng)程度，生成多個配料組合并評估其性能，從而確定最佳配料比例。這一方法有效提高了砂漿的力學(xué)性能和抗腐蝕能力，確保了最終產(chǎn)品的高強度和耐久性。

71、(2)本發(fā)明引入了多層次自適應(yīng)分散算法，在砂漿攪拌過程中動態(tài)調(diào)整攪拌速度和切割頻率，確保pva纖維在漿體中的均勻分布。通過對漿體的黏度和纖維分布密度進行實時監(jiān)控和調(diào)控，避免了纖維聚集和材料分層，顯著提升了砂漿的均勻性和施工性能，使得砂漿在實際應(yīng)用中具有優(yōu)異的抗裂性和長久的防護效果。

72、(3)本發(fā)明通過優(yōu)化砂漿的配料比例和攪拌工藝，顯著提高了灌漿砂漿在惡劣環(huán)境條件下的抗腐蝕性能和力學(xué)強度。特別是在高氯離子濃度環(huán)境中，該砂漿通過內(nèi)在阻銹機制有效防止了鋼筋腐蝕，并且在保證高強度的同時，延長了建筑結(jié)構(gòu)的使用壽命，為現(xiàn)代建筑工程提供了一種更加可靠和耐用的材料選擇。

73、(4)本發(fā)明采用了智能化的優(yōu)化和控制算法，不僅提升了砂漿的整體性能，還簡化了傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝，減少了材料浪費和施工成本。通過自適應(yīng)算法的應(yīng)用，本發(fā)明實現(xiàn)了從配料到攪拌再到最終施工的全流程優(yōu)化，有效保證了產(chǎn)品的一致性和穩(wěn)定性，為建筑工程提供了高性價比的解決方案。