基于RSM的煤基充填胶凝材料强度演化规律及配比优化研究

摘要

为探究脱硫石膏质量分数、粉煤灰质量分数和水胶比对胶凝材料性能影响，优化充填料浆胶凝材料配比，提高固废综合利用率，本研究基于响应面法开展胶凝材料净浆试块制备试验，通过极差分析探究不同龄期强度的影响因素排序及最优配比，结合总功效系数分析综合考虑多个龄期强度进行配比优化，构建以强度为响应值的回归模型，揭示单因素及交互作用对强度的影响规律.研究结果表明，影响早中后期强度的主要因素分别为脱硫石膏质量分数、粉煤灰质量分数及水胶比；水胶比是综合三个龄期强度的主要影响因素，胶凝材料优化配比为脱硫石膏质量分数15%、粉煤灰质量分数50%、水胶比（质量比）0.32.各龄期多元非线性二次响应面回归模型拟合效果显著，根据各龄期回归模型与主观权重得到的总目标函数有最大值48.3 MPa和最小值21.2 MPa；早中后期强度均对脱硫石膏质量分数和粉煤灰质量分数的交互作用最为敏感；粉煤灰–水泥–脱硫石膏基胶凝材料的主要水化产物为C–S–H凝胶、Ca（OH）₂和钙矾石，粉煤灰质量分数过高会导致部分粉煤灰未参与水化反应，造成强度下降.

关键词

粉煤灰 / 胶凝材料 / 响应面法 / 力学性能 / 多元非线性回归

基金资助

青年科学基金资助项目（52404110）; 深部金属矿山安全开采教育部重点实验室开放基金资助项目（DM2023B01）; 国家环境保护矿冶资源利用与污染控制重点实验室开放基金资助项目（HB202303）; 国家自然科学基金委员会重点资助项目（52034001）; 镍钴共伴生资源开发与综合利用全国重点实验室开放基金（GZSYS-KY-2024-064）