再生混凝土细微观结构和破坏机理研究

再生骨料相当于天然骨料表面附着了一层老砂浆,老砂浆力学性能相对天然骨料较差,造成了再生混凝土内界面过渡区的数量、分布和性能的不同,从而影响了再生混凝土的力学性能.首先通过试验方法研究了再生混凝土中老砂浆的含量和分布;利用扫描电镜考察了新老界面过渡区形貌的异同,分析了老砂浆对界面过渡区的影响;采用有限元软件ANSYS对再生混凝土细观结构的受力特征和破坏机理进行了初步分析.最后利用不同强度等级的废旧混凝土加工成再生粗骨料,制备成再生混凝土,测试其抗压强度和劈裂抗拉强度,验证了再生混凝土受力的破坏机理.     

再生集料混凝土的微观结构特征

研究了两种不同类型的再生混凝土集料(RC集料)和一种花岗岩集料配制的混凝土的微观结构特征，尤其是集料和水泥浆体之间的界面过渡区的某些结构细节。结果表明，界面过渡区的微观结构特征与集料的密实程度有关，过于密实(天然集料)和过于疏松(低标号混凝土)的集料可引起界面区的多孔性或聚集粗大颗粒的水化产物，而适中密实程度的集料可形成较为密实的界面区。     

老混凝土中骨料-水泥界面过渡区(ITZ)(Ⅰ)——元素与化合物在ITZ的富集现象

利用扫描电子显微镜（SEM）、电子探针（EPXM）和电子能谱（EDXA）对骨料颗粒和水泥浆体界面过渡区（ITZ）进行了研究，研究的重点是老混凝土中骨料－水泥界面过渡区的微观结构特征和成份分布，结果表明，老混凝土由于在成熟度高，其ITZ中水化物十分丰富，密实度高。ITZ内部和外部的水化产物组成存在一定的差别，表现在Ca,K和Fe等元素富集于ITZ，而Si元素在此区域的含量相对较低，对于特定的元素或物质在ITZ中的富集现象的研究，有助于提高对混凝土材料稳定性的认识。     

再生细骨料及其混凝土的微观结构特征

采用扫描电镜、能谱分析、X射线衍射、显微硬度和氮吸附等微观测试方法研究了再生细骨料及其混凝土的微观结构特征.研究结果表明:再生细骨料是一种组成复杂的、具有一定水化活性的和高渗透性的人造骨料,其主要矿物相为SiO2、CaCO3以及少量的C2S.再生细骨料混凝土内部水泥石孔隙较多,结构密实性较差,同时其与再生细骨料间存在较为明显的界面过渡区,该界面过渡区宽度较大,且界面过渡区两侧的骨料和水泥石的显微硬度均较低.再生细骨料的多孔结构,以及再生细骨料混凝土内部水泥石和界面过渡区微观结构缺陷是导致其大孔增多的主要原因,大孔的增多会对混凝土抗渗性产生不利影响.     

水泥基材料界面过渡区（ITZ）结构属性与界面干扰的试验研究

总结与归纳了国内外近20年以来有关水泥混凝土界面过渡区(ITZ)的最新研究成果,并进一步阐述了ITZ形成机制与生成特点,提出了在水泥水化反应的早期微生成物具有大晶体优先(PBC)、大界面着床(CAI)与晶体外扩(CE)等三大属性。为了达到改善水泥基复合材料性能的目的,针对ITZ微环境,提出了表面能干扰和键能控制两大机理。首次提出了氢键能与反氢键能概念来阐述对水分子的干扰机理,通过抑制CH与AFt晶体优先生长与晶体着床属性,来削弱其生长发育,在空间和时间上使之有更多的C-S-H凝胶物质生成。研究试验中采用烷烃类非极性基团因子,并借助硅氧键Si-O,对集料表面进行修饰,形成低表面势能,使之产生干扰效应,从而实现阻滞或消除ITZ微环境的形成。通过对水泥砂浆试件的实验结果表明:干扰砂浆与普通砂浆相比,28d抗压强度提高了67%,28d抗折强度(替代法)提高了11%,干扰砂浆试件的吸水率降低了75%左右。根据干扰实验研究成果,对于水泥基材料的几个相关问题与概念提出了新的认识。     

Modification of ITZ Structure and Properties of Regenerated Concrete

By means of reducing the ratio of water to cement （ w/c ）, incorporating a proper amount of fly ash and superplasticizer , and processing the surface of recycled aggregate （ RA ）, this paper aims at improving the interfacial transition zone （ITZ） submicro- structure of the regenerated concrete （ RC ）. The experimental resuits of mercury intrusion pressure （MIP） show that RA pretreated by PVA polymer solution and lyophobic active agent can jam its surface pore and hole, thus the porosity of RA is decreased. When reducing w/c ratio, incorporating 20% of fly ash （ FA ） and 2.5% of superplasticizer （ to cement ） in the RC , the width of ITZ is effectively narrowed, the structure of ITZ is combined much more compact and the compressive strength of RC is enhanced. Under the same conditions, using RA pretreated by 1% PVA polymer solution, the fluidity of fresh RC can be enhanced and the compressive strength of hardened RC can also be enhanced lightly. Whereas using RA pretreated by lyophobic active agent, the fluidity of fresh RC can be enhanced , but it impairs the adhesion of fresh cement paste and the surface of old concrete, and hinders the strength development of RC. In the ITZ structure of ordinary concrete （prepared with natural coarse and fine aggregate ）, there are much Ca （ OH）2, in plank-and sheet-like, distributing with priority tropism, whereas in the RC structure, Ca（ OH）2 with a coarse size is not found in ITZ ; the main reason is that the surface of coarse aggregate does not have a layer of water film.     

再生粗骨料混凝土耐久性试验研究

为验证掺加结晶型界面改性剂(IZM)改善再生粗骨料混凝土耐久性,对再生粗骨料混凝土进行收缩性、抗渗性、抗碳化性和抗化学侵蚀性等耐久性试验。结果表明:再生粗骨料混凝土的收缩较普通混凝土大,掺入IZM可使再生粗骨料混凝土的后期收缩降低;再生粗骨料混凝土的抗渗性能与普通混凝土相差不多,掺入IZM后再生粗骨料混凝土的抗渗性能变化不大,同时掺减水剂和IZM后再生粗骨料混凝土的抗渗标号是普通混凝土或再生粗骨料混凝土抗渗标号的2倍;再生粗骨料混凝土的抗碳化性较普通混凝土差,掺入IZM对再生粗骨料混凝土的抗碳化性能影响不大;在不同化学介质中浸泡28 d后,再生粗骨料混凝土的抗化学侵蚀性能较普通混凝土差,而掺入IZM对再生粗骨料混凝土的抗化学侵蚀性能有所提高。     

老混凝土中骨料-水泥界面过渡区(ITZ)(Ⅱ)——元素在界面区的分布特征

利用电子探针（EPXM）对骨科颗粒和水泥浆体界面过渡区（ITZ）进行了研究，研究的重点是化学元素在ITZ附近的分布情况，试验结果表明：Ca、K和Fe有不同程度地集中于界面过渡区的趋势，而Si的浓度在界面处相对比较低，但随着远离界面其浓度逐渐升高。Mg、Al等元素在ITZ的局部出现，且有不连续分布的特点。通过对老混凝土中ITZ元素分布的分析，可以部分地了解混凝土内部所发生的离子和物质迁移，骨科和水泥浆体之间发生的化学反应，从而为评估混凝土的化学稳定性乃至其耐久性提供依据。     

高性能再生骨料混凝土的物理力学性能及耐久性

针对再生骨料混凝土的路用性能,研究了再生骨料的掺量对高性能再生骨料混凝土物理力学性能的影响,并采用混凝土抗氯离子渗透性的电评价标准试验方法对高性能再生骨料混凝土的抗氯离子渗透性能进行了评价.研究结果表明,虽然再生骨料属于低品质骨料,但高性能再生骨料混凝土的力学性能及耐久性并未随着再生骨料掺量的增加而急剧劣化,再生骨料对混凝土性能既有正效应也有负效应;通过采用优质粉煤灰和高效减水剂双掺技术,可以制备出高强高性能再生骨料混凝土.     

Modificatin of ITZ Structure and Properties of Regenerated Concrete

1Introduction Increasingattentionispaidtotheinvestigationand applicationofregeneratedconcrete(RC)forthesustain abledevelopmentofsociety[13].TheRCispreparedwith demolitionwasteconcreteoroldconcreteastherecycled aggregate(RA).RAcontainsacertainamountofhard enedcementmortar,someofwhichhaveaformofinde pendentlumps,andothersadhereontothesurfaceofnat uralaggregate.SinceRAhasagreaterporosityanda higherwaterabsorptioncapacitythannaturalaggregate,whichhasagreaterinfluenceontheperformanceofRC;conse…     

混凝土界面过渡区不均匀特性研究

在新拌混凝土制备过程中,因混凝土内部的微泌水效应和宏观泌水作用会对处于不同位置的骨料周围区域内产生水分的不均匀分布,进而影响界面过渡区的均匀性。利用显微硬度测试技术研究了混凝土界面过渡区的不均匀特性。结果表明,单骨料上、下以及侧面等不同界面处显微硬度值存在较大差别,其中上界面显微硬度值最大。表层骨料周围界面过渡区宽度略大于内部骨料界面过渡区;硅灰的掺加能明显改善混凝土界面过渡区的不均匀性。     

钢筋保护层混凝土细观界面过渡区优化及耐久性

针对传统混凝土结构及构件钢筋保护层混凝土寿命较低,耐久性不良的现状,通过对普通混凝土细观层次上(50～100 μm)的浆-骨界面过渡区进行优化或改善,以耐久性设计为主要目标,设计制备出内部细观界面大幅度优化的高致密保护层混凝土(High-dense concrete cover,简称HDC),并针对其抗渗性、抗钢筋锈蚀、抗酸性气体腐蚀以及抗冻性等耐久性能展开系统的试验研究.结果表明,所制备的HDC抗渗性优良,评价结果为渗透性"非常低";HDC抗钢筋锈蚀性能相比普通混凝土保护层得到大幅度增强;在CO2、SO2加速侵蚀条件下,HDC 90 d中性化深度不足1mm;而HDC冻融后外观形貌、质量损失以及相对动弹性模量等表征抗冻性能的关键指标均明显优于普通混凝土.同时SEM微观试验结果表明,HDC浆-骨界面过渡区尺寸得到有效降低,增加了混凝土微结构密实度.说明HDC特殊的制备技术及其材料本征特性能有效提升了材料的综合性能,从而延长结构的服役寿命.     

废弃陶瓷再生混凝土及界面研究

将废弃陶瓷破碎筛分制成再生骨料以不同比例(50%、80%、100%)代替相应天然骨料配制混凝土.在对废弃陶瓷再生骨料混凝土和天然骨料混凝土的力学性能进行对比研究的基础上,进一步对再生骨料与水泥石的粘结性能进行了对比研究.研究表明:混凝土中虽然随着再生骨料代替量的增加,力学性能有所下降但下降幅度大都没超过15%,且表现出较好的界面粘结性能,因此,废弃陶瓷再生骨料完全可以代替天然骨料用于混凝土的配制.     

轻骨料性能对界面区微观结构的影响

目的研究不同吸水率轻骨料制备的混凝土中骨料-水泥石界面区的微观形貌、水化产物的钙硅质量比、水泥石的显微硬度以及孔结构等性能参数．方法采用扫描电镜（SEM）、X射线能谱分析（EDXA）、显微硬度以及孔结构等试验手段,并与普通骨料混凝土进行对比分析．结果轻骨料-水泥石界面区各项性能均优于普通骨料,轻骨料吸水率越大、表面越粗糙,界面区水泥石结构越致密,孔结构呈细化趋势,低、中、高吸水率轻骨料-水泥石界面区显微硬度较普通骨料分别提高15．8％、79．6％和96．3％,界面增强层厚度为40～60μm,并且,中、高吸水率陶粒混凝土中,距骨料-水泥石界面-10～0μm范围内具有一个明显的内增强层．结论轻骨料性能对界面区水泥石微观结构具有显著影响,中、高吸水率轻骨料可使界面区结构得以改善．     

改善再生混凝土工作性能的研究

采取对再生集料表面处理，或在再生混凝土体系中加入高效减水剂和磨细粉煤灰等措施，极大地改善了再生混凝土的工作性能。实验结果表明：再生集料表面经聚合物溶液和MS高效防水剂处理后，能明显提高再生混凝土拌合物的流动性．但粘聚性与保水性要比表面没有处理的集料所配制的混凝土稍差。在再生混凝土配料中加入高效减水剂和磨细粉煤灰．可显著提高新拌再生混凝土的流动性，即使全部采用再生集料，再生混凝土的坍落度仍然可迭到158mm，且粘聚性和保水性都好于由天然碎石配制的混凝土。