再生混凝土耐久性的深入研究

与天然骨料相比,再生混凝土骨料—浆体结构更为复杂,界面数量更多,因而再生骨料混凝土较天然骨料混凝土的而言,具有更为突出的干缩率、抗冻融性、抗渗透性、抗碳化性、抗盐酸侵蚀性和耐磨性等。     

再生混凝土耐久性与界面结构性质研究

与天然集料相比,再生混凝土集料与浆体结构更为复杂,界面数量更多,因而再生集料混凝土较天然集料混凝土而言,具有更为突出的抗冻融性、干缩率、抗渗透性、抗碳化性、抗盐酸侵蚀性和耐磨性等耐久度问题。从已经比较成熟的普通混凝土界面形成机理、结构特征着手,通过了解再生混凝土界面的复杂性,从而探求其作用机理及改善措施。降低水灰比、掺加活性掺合料、选择合适集料、改善搅拌工艺等是改善界面黏结性能的有效手段。     

粉煤灰再生混凝土力学性能的试验研究

研究了再生粗骨料取代率和粉煤灰取代率对再生混凝土工作性能和力学性能的影响,并初步探讨了其影响机理。研究结果表明:再生粗骨料取代天然骨料为60%时,粉煤灰再生混凝土的抗压、抗折强度比基准粉煤灰混凝土低,但其强度降低值较小。粉煤灰的掺入,改善了再生混凝土的和易性,改善了水泥石与骨料的界面,显著提高了再生混凝土的抗折强度。再生粗骨料取代天然骨料为60%时,粉煤灰再生混凝土的3d抗折强度可达3.9MPa,28d抗折强度可达5.19MPa,粉煤灰再生混凝土可应用于水泥混凝土路面的快速修补工程中。     

粉煤灰对再生混凝土抗硫酸盐侵蚀及界面过渡区微观特性的影响

为了探究硫酸盐侵蚀作用下粉煤灰再生混凝土性能的变化,测试了材料配比对混凝土抗压耐蚀系数和质量损失率的影响,得到合理的材料组成,并通过SEM观察再生混凝土中老骨料-新浆体、老浆体-新浆体和老骨料-老浆体三种界面过渡区的微观形貌,解释了粉煤灰对再生混凝土抗硫酸盐侵蚀的改善机理。结果显示,增大水胶比和再生骨料替代率都会削弱混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能,而粉煤灰的掺入能明显提高混凝土的抗硫酸盐侵蚀能力。最终确定的水胶比为0.55,再生骨料替代率和粉煤灰掺量分别为50%和30%。老骨料-新浆体界面和老骨料-老浆体界面是粉煤灰再生混凝土中的双重薄弱面,在制备时需重点处理。     

再生混凝土多次搅拌工艺综述

不同于天然骨料,再生骨料表面附着有硬化水泥砂浆,黏附的水泥砂浆使再生骨料具有更高的孔隙率、吸水率以及更低的强度。从而对再生骨料混凝土的性能产生不利的影响。为了改善再生混凝土的性能,国内外学者从混凝土搅拌工艺入手,研究不同的搅拌工艺对再生混凝土性能的影响。本文主要介绍了目前使用较多的两种再生混凝土搅拌工艺,即二次搅拌工艺和三次搅拌工艺。与传统搅拌工艺相比,采用二次搅拌工艺可以显著的改善再生混凝土的界面过渡区,提高再生混凝土的强度,同时还可增强再生混凝土的抗渗透性以及抗冻性等多方面的性能;在二次搅拌的基础上,三次搅拌工艺增加颗粒细度更小的矿物掺合料搅拌阶段,能进一步填充骨料的孔隙和缝隙及界面过渡区,使得制备的再生混凝土在强度和耐久性方更佳。     

再生骨料强化对混凝土耐久性的影响

采用铝酸盐水泥对再生粗骨料进行改性,强化再生粗骨料的物理性能,将其用于配制C50再生混凝土。通过对C50再生混凝土的抗氯离子渗透、抗冻性和抗渗性等耐久性进行系统试验研究,结果表明:改性再生粗骨料配制的混凝土耐久性优于未改性再生粗骨料配制的混凝土,且与天然骨料配制的混凝土性能相当,完全用改性再生粗骨料配制的混凝土耐久性满足工程使用要求。     

再生混凝土抗冻耐久性试验研究

为了探讨再生骨料混凝土(RAC)的抗冻融耐久性能,选用三套配合比设计方案,即普通法、预湿水法和增浆法,通过冻融前后质量、动弹性模量和强度的对比研究,并与天然骨料混凝土(NAC)作对比。结果发现,加入引气剂后再生混凝土能达到甚至超过天然混凝土的抗冻性能,其中增浆法配制的再生混凝土的抗冻融性能最好;降低水灰比会提高抗冻性能;对于再生混凝土抗冻性能用质量损失和相对动弹性模量下降已经不能很好地衡量其抗冻性,引入强度损失这一指标更为合适。     

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.     

再生粗骨料特性及对混凝土性能的影响研究

研究了再生粗骨料的物理力学特性,以再生粗骨料部分或全部取代天然粗骨料、以活性掺合料部分取代水泥,制成再生混凝土,对再生混凝土的物理力学性能和耐久性能进行了研究.结果表明,随着再生粗骨料掺量的增加,混凝土的抗气渗性能、抗氯离子渗透性能、收缩性能均有下降趋势.掺加活性掺合料,可以改善再生混凝土的抗气渗性能.     

矿物掺和料和再生骨料对再生混凝土工作性的影响

本试验利用废弃混凝土制作再生骨料混凝土,并分析了再生骨料的种类、取代率、粉煤灰、矿粉等矿物掺和料的掺量诸因素对再生混凝土工作性的影响.结果表明:颗粒整形再生粗骨料混凝土的用水量接近于天然骨料混凝土;颗粒整形再生细骨料混凝土的用水量高于天然骨料混凝土的用水量;粉煤灰、普通矿粉、超细矿粉、硅灰等矿物掺和料能明显改善混凝土的坍落度、和易性.     

再生粗集料混凝土界面微观结构的发展规律

分别制作相同配合比的再生粗集料混凝土和普通混凝土试件.在养护龄期为3,7,14,28d时,将再生粗集料混凝土试件切割,取样,然后对其内部不同界面微观结构进行扫描电镜观测;同时对再生粗集料混凝土和普通混凝土试件进行了抗压强度试验,观察了加载后再生粗集料混凝土试件内部裂纹的分布情况.结果表明:随着龄期的增长,再生粗集料混凝土各个界面过渡区都有不同程度的发展;天然粗集料新砂浆界面过渡区发展相对缓慢;再生粗集料中老砂浆新砂浆界面发展较快,老砂浆与新砂浆结合较好;再生粗集料中天然粗集料老砂浆界面为混凝土浇筑前已存在的界面,并且存在着一定数量的微裂缝.再生粗集料混凝土3d抗压强度略高于普通混凝土,7,14,28d抗压强度则与普通混凝土基本相当.荷载作用下,再生粗集料混凝土内部裂纹主要分布在天然粗集料新砂浆界面以及天然粗集料老砂浆界面处.     

废瓷砖再生骨料与水泥石的界面特征

以废瓷砖再生骨料(CRA)100%替代原生碎石骨料(NCA),制备了废瓷砖再生骨料混凝土(CRAC),测试了其工作性及力学强度.采用化学结合水法、扫描电子显微镜(SEM)及比表面积测试法(BET)等,研究了废瓷砖再生骨料-水泥石界面黏结强度、水化程度及显微结构,探讨其界面特征,并将其与原生碎石骨料(NCA)-水泥石界面相比较.结果表明:与原生碎石骨料相比,废瓷砖再生骨料具有表观密度较小、压碎指标较高及吸水率较大等特点;在相同配合比条件下,废瓷砖再生骨料混凝土具有更好的工作性和力学强度;在相同水灰比、相同龄期条件下,废瓷砖再生骨料-水泥石界面黏结强度较高,其界面区生成的水化产物较多、孔隙率更低、显微结构更加致密.     

废混凝土骨料和废砖骨料再生混凝土的模型化研究

为了更加清晰方便地观察并研究再生混凝土裂缝开展规律,利用模型混凝土的概念,将普通混凝土、废混凝土骨料混凝土和废砖骨料混凝土平面化,制得模型再生混凝土试件。在试件受压破坏的过程中,利用数字图像相关技术在模型混凝土前后两个表面制作不同尺度的散斑,分别用一般工业相机和显微镜相机采集图像,并分析得到全局应变场和界面过渡区附近的局部应变场,用以揭示再生混凝土裂缝开展过程和损伤演化机制。研究结果显示,废砖骨料模型再生混凝土的弹性模量最小,但是抗压强度反而比废混凝土骨料模型再生混凝土的高。废混凝土骨料模型再生混凝土全局应变场能表征应变集中位于旧砂浆区域,但不能区分新、旧界面过渡区,而局部应变场更加细致地显示裂缝首先在旧界面过渡区开展,然后新界面过渡区才有裂缝开展。对废砖骨料模型再生混凝土的分析发现,砖骨料和新砂浆之间的界面过渡区首先出现了应变集中,但是裂缝并未沿界面过渡区开展,而是贯穿了砖骨料,然后位于界面过渡区的应变集中由于应力重分布而削弱。     

基于格构模型再生混凝土单轴受压数值模拟

根据再生粗集料的特点,建立了再生混凝土随机集料模型,进而基于格构模型理论定义了5种格构单元：粗集料单元、新砂浆单元、新界面单元、老砂浆单元和老界面单元.在对比分析的基础上,为不同单元确定了不同的力学参数.采用杆系结构有限元方法,以Fortran语言编程计算了再生混凝土的单轴受压应力-应变曲线.与试验曲线对比发现,在参数选择适当的前提下,所建模型可用于模拟计算再生混凝土单轴受压时的应力-应变曲线.     

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。     

模型再生混凝土氯离子非线性扩散细观仿真

考虑再生混凝土Cl-结合的非线性,对再生混凝土的二维Cl-扩散性进行仿真模拟分析,研究了再生混凝土的Cl-扩散特性.通过变化再生粗骨料取代率、老界面Cl-扩散系数、浸泡时间和老砂浆厚度等相关参数,对再生混凝土的Cl-单向扩散性能进行了对比分析.结果表明：再生混凝土内部Cl-浓度（质量浓度,下同）非均匀分布,Cl-非线性结合对其扩散影响显著,再生混凝土Cl-浓度沿着扩散深度呈波浪式下降,再生粗骨料取代率、浸泡时间和老砂浆厚度等因素的变化对Cl-浓度的影响随着扩散深度的增加而逐渐变大,且在界面过渡区的影响较为明显.     

掺合料裹骨料工艺对再生骨料混凝土性能的影响

采用一种掺合料裹骨料搅拌工艺,在水泥裹骨料工艺基础上,进一步改善再生骨料-水泥石界面过渡区,提高再生混凝土性能,研究了搅拌工艺、新拌混凝土坍落度、掺合料品种对再生混凝土强度和抗氯离子渗透性的影响.结果表明,采用掺合料裹骨料工艺,可在水泥裹骨料工艺基础上进一步大幅度提高早龄期强度和抗氯离子渗透性能,对后期强度和抗氯离子渗透性也有提高,但幅度较小;提高新拌混凝土坍落度有助于提高强度,但对抗氯离子渗透性能略有影响,采用掺合料裹骨料工艺可减小坍落度对再生混凝土性能的影响;采用矿渣掺合料更有助于提高再生混凝土强度和抗氯离子渗透性能.     

Effect and mechanism of surface-coating pozzalanics materials around aggregate on properties and ITZ microstructure of recycled aggregate concrete

A novel triple mixing method (TM) was developed to realize surface-coating of aggregate with pozzalanics materials for further improving microstructure of interfacial transition zone (ITZ) and properties of recycled aggregate concrete (RAC). Effects of mixing method and coating by various admixtures on compressive strength and chloride ions penetration resistance of RAC were investigated. Through preparing the new–old–new concrete sandwich specimen and SEM observation of the old concrete surface after fracture, effect of surface-coating of the recycled aggregate (RA) in RAC with various admixtures on ITZ microstructure was also studied. The results showed that properties of RAC can be further enhanced by using TM, as compared to that of using the double-mixing method (DM). Through SEM observation, it is revealed that the coated pozzalanic particles can consume CH accumulated in the pores and on the surface of the attached mortar to form new hydration products, which can not only in situ strengthen the RA, but further improve the microstructure of the ITZ, thus the strength and durability of the RAC was further enhanced.     

基于真实细观模型的再生混凝土破坏数值研究

在细观层次上视再生混凝土为非均匀六相复合材料,综合数字图像处理技术、几何矢量转换技术与有限元网格自动生成方法,提出了再生混凝土的细观有限元分析方法.根据再生混凝土各相材料的力学特性,利用自动动态增量非线性分析软件对单轴拉伸、单轴压缩作用下再生混凝土试件的细观损伤过程及宏观力学性能进行了模拟分析.在验证了所建立再生混凝土真实细观模型合理性的基础上,通过变参数分析,讨论不同天然骨料、界面过渡区和新老硬化砂浆的力学性能对再生混凝土宏观力学性能的影响.结果表明:真实骨料细观模型能更真实地模拟再生混凝土在荷载作用下的损伤破坏过程,其模拟结果与试验结果吻合较好;天然骨料力学特性对再生混凝土的破坏过程和破损路径有较大影响,天然骨料弹性模量越大,应力集中现象越明显;再生混凝土强度随新砂浆强度增大而增大,老砂浆力学性能对再生混凝土宏观力学性能的影响弱于新砂浆;再生混凝土的界面过渡区处存在拉应力和剪应力集中现象.