微生物矿化沉积对再生骨料界面过渡区的影响

骨料-水泥浆体的界面过渡区疏松多孔是导致再生骨料与天然骨料性能差异的重要原因。通过试验研究微生物矿化沉积技术对再生骨料界面过渡区性能的影响。使用水泥净浆包裹不同菌种和不同方式处理的再生骨料,养护后破碎获得骨料-水泥界面过渡区,通过SEM观察界面过渡区的微观形貌变化,利用纳米压痕试验测量界面过渡区的弹性模量和硬度,并结合再生砂浆块的抗压、抗折强度试验结果,分析微生物矿化沉积对再生骨料界面过渡区的改善效果。结果表明:再生骨料经假坚强芽孢杆菌和嗜碱芽孢杆菌处理后所制备的再生砂浆块的抗压、抗折强度及再生骨料界面过渡区的弹性模量和硬度均有明显提升,两菌种矿化生成碳酸钙的能力不同造成了性能提升效果的差异。     

基于多尺度分析的再生混凝土有效氯离子扩散系数预测

将再生混凝土视为由砂浆相、再生骨料相和二者砂浆之间的界面过渡区相(ITZ-2)组成的非均质复合材料，其中砂浆相由细骨料、细骨料-新砂浆界面过渡区(ITZ-1)、硬化水泥浆体三相组成，而再生骨料相由旧骨料、附着砂浆及旧骨料与旧砂浆的界面(ITZ-3)三相组成。基于N层球夹杂理论，考虑微观相的影响，建立了再生混凝土有效氯离子扩散系数预测的五相多尺度模型，通过硬化水泥浆体、砂浆和再生混凝土的稳态扩散系数实测值与模型预测值对比分析，验证其模型的准确性和有效性；最后，进一步讨论了氯离子侵蚀时间、再生骨料体积分数和附着砂浆含量等关键参数对其有效扩散系数的影响。结果表明：有效扩散系数预测值与试验值吻合较好，说明模型对预测再生混凝土的有效氯离子扩散系数具有普适性，为氯盐环境下再生混凝土耐久性评估与寿命预测提供理论依据。     

再生砖骨料混凝土力学性能及破坏机理研究

以8种设计配合比的再生砖骨料次轻混凝土为研究对象,以水灰比、最大骨料尺寸和粗骨料种类为试验参数,开展了混凝土干密度、立方体抗压强度和劈裂抗拉强度试验研究,重点分析了骨料界面特征与再生砖骨料混凝土的破坏机理.结果表明:使用再生粘土砖骨料制备的次轻混凝土28 d抗压强度可达36 MPa,干密度不大于2200 kg/m3,能够减轻自重8％～16％;随着水灰比和取代率的降低,混凝土抗压和劈裂抗拉强度均呈显著增加的趋势;最大骨料尺寸对混凝土抗压和劈裂抗拉强度的影响较小;拟合所得混凝土干密度与力学性能换算公式的相关性较好;砖骨料-砂浆界面过渡区微观结构较为密实,混凝土界面性能得到增强;界面过渡区性能和砖骨料强度是影响再生砖骨料混凝土力学性能的两个关键因素,且砖骨料强度是其中最主要的因素.综合考虑,使用再生粘土砖骨料制备次轻混凝土具有良好的经济性和广阔的工程应用前景.     

再生混凝土界面结构及耐久性综述

随着城市化进程加快,废弃混凝土产量与日俱增,其处理方式以堆放、填埋为主,严重破坏生态环境。推广使用废弃混凝土生产再生骨料并用于制备再生骨料混凝土,已成为研究热点。目前,再生混凝土已应用于城市新建结构中。再生混凝土界面结构具有高孔隙率,水分及侵蚀性离子的扩散作用会加剧界面结构劣化,使界面成为再生混凝土的强度限制相。近年来,众多学者通过改善再生混凝土内界面过渡区结构,以提高再生混凝土的基本力学性能,增强再生混凝土耐久性能,并取得了丰硕成果。相关学者分别从细、微观角度对界面结构展开深入研究,揭示了新、旧骨料砂浆间界面结构对再生混凝土性能的影响机理,并以再生骨料及界面结构的多孔性为切入点进行了诸多改善研究,包括骨料预浸、骨料裹浆、骨料碳化、掺加矿物掺合料、完善再生混凝土制备方法等,均取得了良好的成果,降低了再生骨料性质和界面结构对再生混凝土的消极作用。在我国温差较大、盐渍土丰富的西北地区,再生混凝土结构主要面临抗冻融循环和抗盐侵蚀耐久性问题。目前,相关学者通过一系列试验研究已基本探明再生混凝土的冻融循环和盐侵蚀机理,关于盐侵蚀研究,建立了氯离子迁移模型以用于氯离子迁移评估,并对单一种类离子侵蚀界面结构进行了显微分析。另外,提出降低再生混凝土水灰比、选用高品质再生骨料、掺加适量矿物掺合料和掺加剂,有助于减少界面过渡区生成,增强再生混凝土的耐久性。本文归纳了再生混凝土的研究进展,对再生混凝土的界面结构、力学性能、抗冻融循环、抗盐侵蚀性能等方面进行了综合评述,梳理了再生混凝土力学性能和耐久性的改善方法,分析了再生混凝土研究面临的主要问题并展望其前景,以期为今后我国西北地区废弃混凝土可循环利用及再生混凝土结构耐久性评估奠定理论基础。     

再生混凝土力学性能的研究进展

再生混凝土的应用,不仅能够解决废弃混凝土处理问题;又能降低因资源过度开采所引起的生态环境破坏,因而具有广阔的发展前景。相比于普通混凝土,再生混凝土的抗压强度、弹性模量以及抗疲劳性能较低,主要与再生骨料多方面因素的影响有关。对近年来再生混凝土力学性能相关研究进展进行了综述,再生骨料总吸水率是降低抗压强度的主要原因,疲劳性能则主要与再生骨料取代率和附着砂浆含量有关。在再生混凝土中掺加矿物掺合料能够改善新、旧双界面从而提高抗压强度和劈裂抗拉强度,掌握多个因素的影响和作用对再生骨料和再生混凝土进一步研究和应用具有重要意义。     

再生骨料强化方法研究进展

再生骨料混凝土作为新型环保材料,满足节约资源和能源、减少环境污染以及可持续发展战略的要求,是绿色混凝土的主要研究方向和推广方向.再生骨料表面附着老水泥砂浆,表面粗糙、棱角多,并含有大量孔洞以及二次破碎过程产生的微裂纹,与天然骨料相比,再生骨料存在密度低、吸水率大、压碎指标大、坚固性差、离散性大等不足,且再生骨料与其表面附着砂浆间存在薄弱界面区,使再生骨料混凝土的性能受到影响、工程应用受到限制.因此,提高再生骨料性能是再生骨料混凝土研究中的关键问题之一.传统提高再生骨料混凝土性能的方法主要聚焦在混凝土拌和阶段,通过改善拌和方法、加入矿物掺合料、优化混凝土配合比设计,或通过优化再生骨料级配、降低再生骨料取代率,以弱化再生骨料对再生骨料混凝土性能的不利影响,但本质上并未改善再生骨料的缺陷.而对再生骨料进行强化处理可改善再生骨料的性能.现有再生骨料强化方法主要从再生骨料表面附着砂浆着手,通过物理、化学或生物方法去除老砂浆或增强老砂浆来提高再生骨料的性能,如机械研磨、火山灰质浆液浸泡、纳米材料改性、二氧化碳强化法等.此外,通过骨料重组法对再生骨料成分进行分类、重组,也可在一定程度上提高再生骨料性能,进而达到改善再生骨料混凝土性能的目的.本文总结了国内外已有再生骨料强化方法的研究进展,分别介绍了去除老砂浆、增强老砂浆、骨料重组三类再生骨料强化方法及其作用机理,总结分析了再生骨料强化方法的强化效果,提出进一步研究再生骨料强化的方向.     

物理化学强化对再生混凝土抗氯离子渗透性能的影响

废弃混凝土经简单破碎、一次颗粒整形和二次颗粒整形后分别制得Ⅱ类再生粗骨料、准类再生粗骨Ⅰ料和Ⅰ类再生粗骨料,将三类再生粗骨料在浓度6%的有机硅烷防水剂中进行24h化学浸渍处理,得到三类物理化学强化再生粗骨料。分别研究不同品质物理化学强化再生粗骨料和不同取代率(取代率:0%、25%、50%、75%、100%)取代天然骨料对再生混凝土的抗氯离子渗透性能的影响。结果显示:再生粗骨料混凝土抗氯离子性能为:化学强化二次颗粒整形再生粗骨料混凝土化学强化一次颗粒整形再生粗骨料混凝土化学强化简单破碎再生粗骨料混凝土,且均优于普通混凝土;三类化学强化再生粗骨料混凝土的氯离子迁移系数均随着取代率的增大而减小。     

再生混凝土力学性能的研究

在低温加热-颗粒整形工艺分离废弃混凝土的基础上,分析研究了再生粗骨料的性能以及再生混凝土的力学性能。实验结果表明:在水灰比和砂率相同的基础上,相较于素混凝土,当再生粗骨料代替率为40%时,再生混凝土7d和28d的抗压强度分别提高约6.9%和4.2%;再生混凝土的峰值应力变化与抗压强度变化趋势相同,且两者的提高皆源于弹性应变的提高。     

再生钢纤维增韧超高性能混凝土的力学性能

采用来自于废旧轮胎的两种再生钢纤维制备含粗骨料的超高性能混凝土,并测定其抗压强度、劈裂抗拉强度、断裂能和静弹性模量等力学性能,空白组及普通钢纤维增韧超高性能混凝土作对比性能试验。结果显示,未附着橡胶颗粒的再生钢纤维使超高性能混凝土的抗压强度略微下降,降低幅度为3.91%,其余各类型钢纤维均有利于提高超高性能混凝土的力学性能;而附着橡胶颗粒的再生钢纤维显著提高了超高性能混凝土的断裂能,约为普通钢纤维增韧超高性能混凝土的4倍。此外,再生钢纤维对超高性能混凝土的劈裂抗拉强度和静弹性模量的提高效果均优于普通钢纤维。再生钢纤维,尤其是附着橡胶颗粒的再生钢纤维,可以作为一种增韧材料替代普通钢纤维应用到超高性能混凝土工程结构中。      

全再生细骨料的制备及其对混凝土性能影响的试验研究

传统再生细骨料的需水量大、强度低,较难利用。将废弃混凝土全部破碎成细骨料的全再生细骨料技术能够有效提高再生细骨料的性能。在前期研究的基础上,进行了全再生细骨料的制备及其对混凝土性能影响的研究。研究结果表明,全再生细骨料的制备应包括破碎、筛分和整形工艺;全再生细骨料中小于0.075和0.15mm的细粉对其强度性能有利,不宜去除;考虑到其细粉组成包括石粉,其微粉含量限值可较现有标准有所提高。全再生细骨料相对于传统再生细骨料在性能上有很大改善,胶砂需水量小且强度高,以其配制的C30和C50混凝土性能明显优于传统再生细骨料。全再生细骨料的胶砂需水量等性能仍不如机制砂和河砂,但其胶砂强度却高于机制砂和河砂;以其配制的混凝土抗压强度(特别是高水胶比时)明显高于河砂和机制砂混凝土,但工作性能略低。综合来看,全再生细骨料能够全取代河砂和机制砂用于制备C30和C50混凝土。     

再生混凝土耐久性能研究进展

再生混凝土是目前建筑垃圾处理技术研究及推广的主要方向,并作为一种新型建筑材料,改变了国家以往对建筑垃圾填埋的处理方式,节约了土地资源,减少山砂、石开采,符合国家绿色、低碳、可持续发展战略。再生骨料孔隙率高于天然骨料,能显著影响混凝土的耐久性,再生混凝土自问世以来其耐久性能便备受关注。主要综述了再生混凝土抗碳化性能、抗冻性能、抗氯离子渗透性能及介质侵蚀等耐久性的研究现状,并对现已建立的耐久性相关模型进行了简单介绍。     

再生骨料透水混凝土的透水性和抗压强度

为系统掌握再生骨料透水混凝土的制备和性能变化规律,采用实验手段研究了再生骨料透水混凝土的透水性能和抗压强度。参考一般混凝土试验方法,分析在不同骨料粒径组合下原生骨料透水混凝土透水性能和抗压强度的差异。在此基础上,选择透水性能和抗压强度均较优的骨料粒径组合,在其中加入再生骨料,探究不同再生骨科取代率对再生骨料透水混凝土透水性能和抗压强度的影响以及透水系数与抗压强度间的相关性。结果表明:(1)对于采用的粒径组合(10 mm+20 mm),再生骨料透水混凝土的抗压强度较原生骨料透水混凝土高,当取代率不超过50%时,其抗压强度随取代量的增加而增大,但当取代率超过50%时,其抗压强度则有所下降;(2)再生骨料透水混凝土的透水性能较原生骨料透水混凝土好,透水系数随取代量的增加会有30%~195%的增幅;(3)与原生骨料透水混凝土抗压强度随透水系数增加持续下降变化不同,再生骨料透水混凝土的抗压强度随透水系数的增加会呈先上升后下降的变化。     

钢纤维对再生混凝土抗冲击性能的影响

为研究不同再生骨料取代率、钢纤维掺量和纤维类型对再生混凝土(RAC)抗冲击性能的影响,采用自由落锤冲击试验装置,对其进行抗冲击试验.利用两参数Weibull分布函数模型对试件抗冲击初裂次数和破坏冲击次数的概率分布规律,进行了拟合检验和失效概率预测分析;并以抗冲击延性比、抗裂性能定量评价了钢纤维再生混凝土(SFRAC)的...     

碱激发海砂再生骨料混凝土的制备及其拉伸强度的确定

水泥生产过程中排放大量的二氧化碳,严重污染环境;天然砂石资源日益紧缺;工业废料(如矿渣、粉煤灰)的大量排放以及大批老旧建筑物拆除产生的建筑垃圾均给生态环境带来了巨大的压力.鉴于此,利用矿粉和粉煤灰,通过碱激发技术激发其胶凝活性,完全替代水泥,同时将建筑垃圾破碎成骨料完全替代普通石子,并用海水和海砂拌和,通过确定合理配合比,制备一种新型碱激发海砂再生骨料混凝土.同时,考虑到该新型混凝土未来在海洋工程中的应用,对其抗拉性能的合理评估尤为关键.但由于材料的不均匀性和内部多缺陷等特征,采用传统方法无法得到其真实拉伸强度.因此,利用基于边界效应的非线性断裂理论,通过引入反映材料非均匀性与非连续性的参数,建立了极限荷载与真实拉伸强度之间的线性方程.利用该方程,只需试验中测得极限荷载,即可方便地确定混凝土真实无尺寸效应的拉伸强度和断裂韧度,进而结合正态分布分析确定了两断裂参数的均值以及具有95％保证率的上下限取值.此外,与普通混凝土不同,碱激发海砂再生骨料混凝土断裂面内80％以上的再生粗骨料被拉断.因此,该新型混凝土抗拉性能主要取决于碱激发浆体与再生粗骨料的拉伸强度.     

循环载荷下再生混凝土损伤声发射特性

在地震多发地,混凝土结构常常承受循环荷载作用,为了研究循环加卸载作用下再生混凝土的受压损伤特性,对不同再生粗骨料取代率的混凝土试件进行单轴抗压试验.基于声发射技术,对受压损伤全过程进行了动态分析.研究表明:循环荷载作用下,再生混凝土声发射振铃计数存在Kaiser效应,该效应反映了材料损伤程度,同时揭示了不同掺量再生混凝土的损伤机制;随着应力水平的增加,Felicity比逐渐减小,以Felicity比小于1作为混凝土损伤严重的标志;将每次循环声发射振铃图进行分形计算,循环荷载作用下再生混凝土声发射振铃分形维数随着循环次数的增加而增加,证明了声发射应用于损伤预测的可行性;应用响应比理论对声发射累计事件的研究得出:再生混凝土加卸载声发射数响应比Y随着试件承受的应力水平的增高而减小,且将Y减小至1左右时作为再生混凝土破坏前兆特征,为工程损伤预测及安全评估提供参考.     

供氧剂浓度和浸泡位置对MICP再生骨料性能的影响

优化矿化方式是提高微生物矿化沉积(MICP)修复再生骨料效果的有效途径.本研究通过改变供氧剂浓度和再生骨料在培养液中的浸泡位置,分析不同矿化方式对再生骨料物理性能的影响,并通过微观分析进一步验证试验结果.结果表明:当过氧化钙浓度为15 g/L,浸泡位置为培养液中部时,MICP再生骨料吸水率降幅为40.4％,压碎指标降幅为19.7％,孔隙率显著降低且孔径分布最佳,同时产生大量碳酸钙晶体填充骨料裂缝,矿化沉积效果最优.