针对高原地区桥墩混凝土服役环境的特点，探究矿物掺合料对桥墩混凝土性能的影响效果。采用Box-Behnken Design响应面法(RSM-BBD)设计了15组试验，详细研究了粉煤灰、矿渣和硅灰掺量对混凝土强度和冻融性能的影响规律。以28 d抗压强度、200次冻融循环后混凝土质量损失率和相对动弹性模量为响应值构建响应面模型，旨在揭示响应参数和目标响应值的相关关系及多目标响应值条件下桥墩混凝土的合理配合比。结果表明，与基准组混凝土相比，适量的矿物掺合料有利于提高混凝土强度，增强混凝土的耐低温冻融性能。混凝土的强度和抗冻融性能主要受单因素的影响，其中矿渣和硅灰能提高混凝土的抗压强度，粉煤灰和硅灰则可以提高混凝土的抗冻融性能。各因素的交互作用对混凝土各性能有不同程度的影响，其中矿渣和硅灰掺量的交互作用对28 d抗压强度影响显著，粉煤灰与硅灰掺量的交互作用对质量损失率影响显著，粉煤灰与矿渣掺量的交互作用对相对动弹性模量影响显著。基于目标响应值和响应优化，本试验条件下矿物掺合料的合理配合比为粉煤灰、矿渣和硅灰掺量分别为20%、15%和10%(质量分数)。

软土承载力低，工程特性较差，无法直接作为地基进行工程建设，此外我国工业废渣产量巨大，且利用率较低，为推动高质量发展要求，本文采用粉煤灰作为前驱体，电石渣、硫酸钠作为激发剂，研究软土的固化机理与微观结构发展。结果表明，最优配合比为粉煤灰掺量17.3%(质量分数，下同)、电石渣掺量7.3%、硫酸钠掺量5.0%。最优配合比下固化土7和28 d无侧限抗压强度分别为2 474.0和3 134.0 kPa，与预测强度相比误差较小，响应面法优化配比具备有效性和科学性。固化土7和28 d水稳系数分别为0.73和0.85，固化土具有较好的抗水侵蚀能力。28 d固化土水化产物主要为水化硅酸钙(C-S-H)和钙矾石(AFt)，二者填充、包裹固化土内部孔隙，固化土微观结构逐渐密实，力学性能得到提高。

以电子玻璃为密封材料的航天电连接器在航空航天领域中得到了广泛应用。本文以电子玻璃密封航天电连接器的气密性为优化目标, 对电连接器的封接工艺进行优化。以电连接器的漏率为响应目标函数, 运用Box-Behnken试验与响应面分析, 对封接工艺条件进行评价。建立二次多项式回归方程模型, 对回归方程进行方差分析与系统性检验, 并对封接温度、保温时间和氮气流量等工艺参数进行优化。结果表明, 最佳封接工艺条件为升温速率10 ℃/min、封接温度944 ℃、保温时间32 min、氮气流量1 408 L/h、降温速率10 ℃/min, 该条件下航天电连接器的平均漏率为4.07×10-10 Pa·m3·s-1, 与回归模型预测值相符。玻璃与金属封接的机理为玻璃与金属的化学键合与物理啮合, 以及玻璃与金属氧化物的良好润湿。

为实现工业副产品磷石膏的资源化利用, 本文基于响应面法中的中心复合试验法, 选择硫铝酸盐水泥(SAC)和蛋白类缓凝剂(SC)掺量作为配比变量, 对半水磷石膏复合胶凝材料(HPCM)进行性能优化, 制备高性能HPCM。通过数据处理, 得到变量与1 d抗压强度、绝干抗压强度、初凝时间和终凝时间的响应面曲线, 建立相应的响应面模型。结果表明, SAC和SC掺量最优值分别为20.48%(质量分数)和0.12%(质量分数), 测得HPCM的绝干抗压强度为23.1 MPa, 初凝时间为38 min, HPCM力学性能、工作性能等皆良好。基于水化进程及水化产物组成进行分析, 主要是矿物相改变造成的新水化产物的生成改善了体系微观结构组成, 从而优化了性能。

制备以钢纤维(SF)、塑钢纤维(MPPF)为骨料的高性能道面混杂纤维再生混凝土(HFRAC), 研究改善再生混凝土(RAC)强度及耐磨性能, 采用响应面法(RSM)中Box-Behnken试验设计方法, 以SF体积掺量、MPPF体积掺量和砂率为因素, 以HFRAC抗折强度、抗压强度和磨损量为评价指标, 建立各评价指标的预测模型, 分析各因素对评价指标的影响, 并构建基于NSGA-Ⅱ耦合熵权TOPSIS法的HFRAC配合比优选模型, 确定综合性能最优时的配合比方案。结果表明: 在试验范围内各评价指标的响应面模型拟合效果良好, 预测精度高; 各评价指标不仅受单因素影响, 而且受因素间交互作用影响, SF体积掺量与MPPF体积掺量交互作用对抗折强度、抗压强度影响极显著, 对磨损量影响显著, MPPF体积掺量与砂率交互作用对抗折强度影响显著; 当SF体积掺量为1.39%、MPPF体积掺量为0.97%、砂率为36.10%时, HFRAC综合性能最优。该方法能够实现HFRAC性能的综合改善, 可为HFRAC在道路工程中的推广应用提供一定理论依据和技术支撑。

磷石膏(PG)是磷酸湿法工艺中产生的固体废渣, 大量堆存造成环境污染。PG经球磨和煅烧处理得到的无水磷石膏(APG)再经表面疏水改性后可用作高分子材料的填料, 在材料中起到增韧、增强作用, 提高材料的综合力学性能, 成为PG资源化利用的一种有效途径。以APG为主要原料, 以活化指数为响应值, 通过单因素试验和响应面法对APG疏水改性工艺条件进行优化。结果表明, 响应曲面建立的数学模型拟合度较高, NaOH浓度、KH570添加量和反应时间3个因素对活化指数均有显著影响, 其中KH570添加量是影响改性效果的主要因素。APG最优疏水改性条件为: NaOH浓度2.6 mol/L, KH570添加量3.10 g, 反应时间149 min。最优条件下改性APG的活化指数为0.968 9, 接触角为84.51°。

工艺参数是决定铝合金激光焊接质量的关键因素。因此，在保证焊缝形貌质量优良的前提下，提出一种响应面与粒子群（RSM-PSO）的组合算法，探究2 mm厚6061铝合金薄板激光焊接最优工艺参数。基于Design-Expert 10.0软件进行光纤激光焊接试验设计，以焊缝塌陷和薄板弯曲变形为响应，建立了焊接参数多元线性回归模型，分析了各工艺参数对焊接质量的影响，并采用粒子群智能算法进行优化。结果表明：本研究试验条件下，扫描速度和离焦量的交互作用对焊缝塌陷影响比较大，激光功率与扫描速度对薄板变形量的影响比较大。优化后的最佳工艺参数组合为激光功率2629 W、扫描速度6.85 mm/s、离焦量-0.18 mm。此参数下，6061铝合金薄板塌陷深度仅为85.66 μm，弯曲变形也处于较低水平，为1.2 mm，表明该算法所寻参数可有效提高焊接质量。

赤泥中含有一定量的钠离子, 这对赤泥应用性能影响很大。本研究通过制备吸附剂来分离钠离子, 应用Design-Expert软件响应面法中的Box-Behnken程序, 对吸附剂的制备工艺条件进行优化研究。通过单因素试验, 以钠离子去除率为评价指标, 确定了煅烧温度、煅烧时间和Al掺量三因素的适宜范围。在此基础上, 利用Box-Behnken中心组合试验, 以钠离子去除率为响应值进行响应面分析, 对制备工艺条件进行优化。结果表明, 最佳制备条件为煅烧温度400 ℃, 煅烧时间5 h, Al掺量40%。在此条件下, 钠离子去除率为95.30%, 这为赤泥中钠离子的分离提供了一种方法。