一种低温快固保温型复合涂层喷涂参数确定方法、介质及系统与流程

本发明属于新材料，具体而言，涉及一种用于隧道衬砌等地下结构的低温快固保温型复合涂层喷涂参数确定方法、介质及系统。

背景技术：

1、受严寒、冰冻、积雪等冬季低温环境以及侵蚀性地层环境影响,隧道衬砌混凝土以及地铁、矿井、地下工厂和仓库、管线电缆线等地下设施与构筑物结构，在长期服役过程中普遍存在混凝土劣化、强度丧失等病害,严重危及上述结构的稳定性与寿命以及行车的安全性。为了应对这些挑战,近年来超高性能混凝土(uhpc)、钢加固法修复技术、注浆加固围岩和喷射混凝土套拱加固衬砌等技术在隧道衬砌等地下结构广泛应用，与此同时复合修复涂层技术也成为关注的焦点。这种复合涂层通常由底涂层和防护层组成。底涂层具有良好的粘结性和低温固化性能,能够牢固地附着在上述衬砌表面;防护层具备出色的耐候性和抗拉强度,能够保护底层结构免受恶劣环境的侵蚀。

2、这种复合涂层具有一定的特点:首先是快固性,即各层涂层强度和各层之间的界面粘结需要在在较短的时间内形成,这样可以适应隧道等地下工程的维修窗口期短的特点，缩短施工周期,提高工作效率;其次是耐久性,通过多层复合设计,复合涂层具有较强的耐候性、抗拉等特性,使结构服役寿命大幅提高。由于上述优点,这种复合涂层在寒区隧道工程中得到了应用,成为重要的隧道等地下工程防护修复技术。

3、尽管复合涂层在实际应用中取得了一定的成功,但在施工过程中仍然存在一些亟待解决的关键技术问题。首先是涂层低温性能，如固化时间长或低温固化不良涂层强度不足；第二是各层之间的界面粘结性,如果喷涂时间间隔与凝胶时间及固化时间不匹配,会造成层间粘结力不足,影响整体结构的稳定性；第三是保温性能的问题,如果保温层的厚度、热阻值设计不当,无法有效阻隔外界低温,导致内部结构受冻；最后是防护性的问题,如果防护层的厚度、抗拉强度等指标设计不合理,无法充分保护底层结构,容易造成早期损坏。这些问题的存在,不仅影响了复合涂层的使用寿命,还可能威胁到隧道等结构的安全性。而上述问题的主要取决于低温快固保温型复合涂层各层的最佳厚度与相邻层之间的最佳喷涂等待时长。

4、因此,如何精确确定低温快固保温型复合涂层各层的最佳厚度,以及相邻层之间的最佳喷涂等待时长,是一个亟需解决的关键技术问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种低温快固保温型复合涂层喷涂参数确定方法、介质及系统，能够解决现有技术存在的对低温快固保温型复合涂层各层的最佳厚度,以及相邻层之间的最佳喷涂等待时长的判断往往基于人工经验，缺乏精确分析，导致低温快固保温型复合涂层效果下降的技术问题。

2、本发明是这样实现的：

3、本发明的第一方面提供一种低温快固保温型复合涂层喷涂参数确定方法，用于确定应用于地下结构的低温快固保温型复合涂层的喷涂参数，所述复合涂层包括底涂层，保温层以及防护层，所述喷涂参数包括每一层的厚度以及相邻两层之间的喷涂等待时长；

4、其中，所述方法包括以下步骤：

5、s10、获取所述底涂层、保温层和防护层的物理力学参数、化学参数，以及相邻两层之间的化学反应参数；

6、s20、建立博弈模型，包括目标函数为所述底涂层效果最优的上层模型，以及目标函数为所述保温层效果最优的中层模型，以及目标函数为所述防护层效果最优的下层模型；

7、s30、分别确定所述上层模型、中层模型以及下层模型的约束条件；

8、s40、采用多目标优化算法，以pareto最优为调节因子，求解所述博弈模型，得到最优解；

9、s50、根据所述最优解，计算所述底涂层、保温层和防护层的厚度，作为最优厚度；

10、s60、基于所述最优厚度，根据所述物理力学参数、化学参数以及化学反应参数，采用反应动力学模型建立化学模型,用于预测相邻两层之间的化学反应过程；

11、s70、求解所述化学模型，得到相邻两层之间的喷涂等待时长；

12、s80、将所述最优厚度以及相邻两层之间的喷涂等待时长输出给设计与施工人员。

13、在上述技术方案的基础上，本发明的一种低温快固保温型复合涂层喷涂参数确定方法还可以做如下改进:

14、其中，所述物理力学参数包括密度、低温固化时间、热导率、热容、粘结力；所述化学参数包括化学成分、分子量、反应活性；所述相邻两层之间的化学反应参数包括反应速率常数、反应级数、活化指数。

15、其中，所述上层模型的目标函数为底涂层效果最优，约束条件包括底涂层的厚度约束、低温固化时间约束、粘结力约束；

16、所述中层模型的目标函数为保温层效果最优，约束条件包括保温层的厚度约束、低温固化时间约束、热阻值约束；

17、所述下层模型的目标函数为防护层效果最优，约束条件包括防护层的厚度约束、拉伸性能约束、耐候性约束。

18、其中，采用的多目标优化算法为非支配排序遗传算法。

19、其中，所述反应动力学模型采用阿伦尼乌斯方程，用于预测反应速率常数随温度的变化规律。

20、其中，所述s10中获取物理力学参数、化学参数和化学反应参数的步骤包括:

21、步骤1,采用红外光谱仪测定底涂层、保温层和防护层的化学成分;

22、步骤2,采用x射线衍射仪和凝胶渗透色谱仪测定这些层的结构形貌和分子量;

23、步骤3,采用差示扫描量热仪测定这些层的热容和热导率;

24、步骤4,采用高温高压反应装置测定这些层之间的化学反应动力学参数。

25、进一步的，求解博弈模型的步骤，具体包括：

26、步骤1,采用nsga-ii算法对博弈模型进行求解;

27、步骤2,根据目标函数和约束条件,生成初始种群;

28、步骤3,对种群进行非支配排序并计算拥挤度;

29、步骤4,采用二元锦标赛选择、模拟二进制交叉和多项式变异操作产生新种群;

30、步骤5,重复步骤2-4,直至满足终止条件。

31、进一步的，建立化学模型的步骤包括:

32、步骤1,采用阿伦尼乌斯方程描述相邻层间化学反应速率常数与温度的关系;

33、步骤2,建立反应动力学方程、浓度方程和热量方程,描述化学反应过程;

34、步骤3,将以上方程联立成一个完整的化学反应动力学模型；

35、求解化学模型的步骤包括:

36、步骤1,根据粘结力要求,求解反应动力学方程得到达到粘结力阈值所需的时间t1;

37、步骤2,根据界面温度要求,求解热量方程得到达到温度阈值所需的时间t2;

38、步骤3,取t1和t2的最大值作为相邻层间的最佳喷涂等待时长。

39、本发明的第二方面提供一种计算机可读存储介质，其中，所述计算机可读存储介质中存储有程序指令，所述程序指令运行时，用于执行上述的一种低温快固保温型复合涂层喷涂参数确定方法。

40、本发明的第三方面提供一种低温快固保温型复合涂层喷涂参数确定系统，其中，包含上述的计算机可读存储介质。

41、与现有技术相比较，本发明提供的一种低温快固保温型复合涂层喷涂参数确定方法、介质及系统的有益效果是：

42、1.实现了复合涂层各层性能的最优平衡。通过建立博弈模型,以底涂层效果最优、保温层效果最优和防护层效果最优为不同目标函数,采用多目标优化算法求解,得到了各层厚度的pareto最优解集。从中选择一组最优解,确保了各层性能指标都达到了理想水平,避免了某些层性能过剩而其他层性能不足的问题。

43、2.准确预测了相邻层之间的化学反应过程。本方法基于反应动力学模型建立了相邻两层间的化学模型,能够预测化学反应速率、浓度变化、热量释放等过程,从而精准计算出满足粘结力、界面温度要求的最佳喷涂等待时长。这为确保复合涂层施工质量提供了有效的参考依据。

44、3.提高了复合涂层的使用寿命和安全性。通过优化各层厚度和喷涂参数,本方法确保了底涂层的良好粘结力、保温层的优异隔热性、防护层的出色耐候性等关键性能。这不仅提升了整个复合涂层的使用寿命,也大幅增强了隧道及地下工程结构的安全性,有效防范了低温、冰冻等恶劣环境对地下工程的危害。

45、4.缩短了施工周期,提高了工作效率。本方法可以精准确定相邻两层间的最佳喷涂等待时长,避免了盲目试错、反复返工的问题,大幅缩短了施工周期,提高了施工效率,且降低了整体施工成本。

46、总之,本发明提出的低温快固保温型复合涂层喷涂参数确定方法,充分考虑了各层性能目标的相互制约关系,采用多目标优化和反应动力学模型相结合的方式,得到了各层最优厚度和相邻层最佳喷涂时长。这不仅确保了复合涂层整体性能的最优发挥,提高了使用寿命和安全性,而且缩短了施工周期,提升了工作效率。

47、综上所述，本发明的方案解决了现有技术存在的对低温快固保温型复合涂层各层的最佳厚度,以及相邻层之间的最佳喷涂等待时长的判断往往基于人工经验，缺乏精确分析，导致低温快固保温型复合涂层效果下降的技术问题。