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.     

再生混凝土骨料改性方法的研究进展

近年来,建筑行业开始在结构混凝土应用中使用建筑废弃物,在实现建筑废弃物资源化利用的同时,还能够降低建设成本,满足建筑行业可持续发展的需求。在建筑废弃物中,最具有应用前景和价值的当属混凝土再生骨料（RCA）。然而,RCA不同于天然骨料（NA）。不同的RCA改性工艺对再生骨料混凝土（RAC）的孔隙度、微裂纹及界面过渡区（ITZ）的性能等有很大的影响,这些性能缺陷也将破坏RAC的力学性能和耐久性。因此,基于物理改性和化学改性两方面,总结了近年来各种改善RCA微观结构方法的原理、优缺点等,分析了RCA增强技术近年来的发展和研究成果,归纳了RCA应用需进一步解决的问题,以期为改性RCA的工程应用提供技术参考。     

纳米材料改性再生骨料混凝土断裂性能

将纳米SiO₂（纳米硅溶胶和纳米SiO₂粉末）与纳米CaCO₃粉末加入再生骨料混凝土（RAC）中,制备得到纳米材料改性RAC.通过三点弯曲梁试验与传统电测法测试其断裂性能.结果表明：适当掺量的纳米SiO₂和纳米CaCO₃粉末能够有效提高RAC的28 d抗压强度与劈裂抗拉强度;分别掺入1.0%纳米硅溶胶、0.5%纳米SiO₂粉末和2.0%纳米CaCO₃粉末对RAC双K断裂参数和断裂能的提升效果最佳;相较普通混凝土,纳米材料改性RAC的断裂面出现更多贯通再生骨料的裂缝;纳米材料能够促进生成致密程度高的水化产物,减少混凝土界面过渡区内部的孔隙数量.     

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。     

再生骨料混凝土破坏机理与改性研究综述

针对再生骨料混凝土破坏机理与破坏性能改性研究做了系统性的归纳和总结。提出了再生骨料混凝土的研究背景、思路、目标、内容和技术路线的改性研究体系。根据再生骨料混凝土受拉破坏和受压破坏的破坏形态和断面特征总结了其破坏的一般规律,依据破坏机理得到再生骨料混凝土力学性能提高的改性研究思路,并提出了相应的改性方法。介绍了再生骨料的强化技术,如纳米材料、纤维材料和矿物添加剂改性再生骨料混凝土的研究,归纳了再生骨料混凝土需进一步解决的问题,即再生骨料加工机制的形成、数值模拟技术的发展、应用体系的形成和有效监测机制的建立。结果表明:界面过渡区是再生骨料混凝土的最薄弱区域,改善再生骨料混凝土的破坏性能最为关键的是强化界面过渡区;相关结论可为改善再生骨料混凝土破坏性能和推广其在工程中的应用提供支持。     

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.     

氧化石墨烯对再生混凝土界面过渡区的影响

利用纳米压痕仪和扫描电镜等设备研究了氧化石墨烯再生混凝土界面过渡区的微观力学性能和微观结构特征。结果表明:加入氧化石墨烯再生混凝土新砂浆和骨料（XJ-G）界面过渡区弹性模量平均增加18.54％,通过纳米压痕理论计算的高密度水化硅酸钙（HD C-S-H）相体积平均增加17.8％,孔隙体积平均降低9.1％;加入氧化石墨烯再生混凝土新旧砂浆 （XJ-JJ）界面过渡区弹性模量平均增加16.25％,HD C-S-H相体积平均增加16.25％,孔隙体积平均降低6.4％;利用扫描电镜观测了加入氧化石墨烯再生混凝土微观结构,其晶体呈片状,晶体排布更趋于无序化,削弱了氢氧化钙（CH）晶体的取向性,微观结构更加密实;根据弹性模量变化定义了界面过渡区的宽度,氧化石墨烯能使XJ-G界面过渡区宽度减少25％,XJ-JJ界面过渡区宽度减少37.5％;氧化石墨烯使界面过渡区弹性模量分布更加稳定,其弹性模量均值基本趋于一致;由再生混凝土微观力学性能与宏观力学性能的联系,得到氧化石墨烯可以增强和改善再生混凝土新旧界面过渡区的力学性能和微观结构,进而提高和改善再生混凝土的宏观力学性能。     

高温后再生混凝土受压强度退化及微观结构性能分析

为研究高温作用后再生混凝土受压强度退化机理及高温作用对再生混凝土微观结构的影响,配制C30全天然骨料混凝土和全再生骨料混凝土,观测了受0、300、400、500℃高温后两种混凝土的表观物理现象并测试其抗压强度,选取典型样本,利用超景深三维显微系统观察四种温度作用后两种混凝土的微观结构形貌,对比分析其骨料和砂浆的界面特征,从微观角度解释界面特征对其宏观受压破坏现象产生的影响。结果表明:当受热温度小于400℃时,再生混凝土强度损失率大于天然混凝土,天然混凝土抗压强度及温度稳定性较好;但当受热温度大于400℃时,再生混凝土强度损失率较小,高温稳定性较好;高温前后再生混凝土薄弱面破坏先后顺序相同。     

再生轻骨料水泥砂浆抗压强度试验研究

为了研究再生轻骨料水泥砂浆的抗压强度,以干表观密度和再生轻骨料取代率作为设计参数,对采用5种不同再生轻骨料取代率(100%、75%、50%、25%、0)的标准立方体水泥砂浆试块进行受压试验。观察了破坏过程和破坏形态,实测了立方体试块的极限抗压强度,得到了立方体抗压强度-干表观密度关系曲线和立方体抗压强度-再生轻骨料取代率关系曲线,分析了设计参数对立方体试块抗压强度的影响规律。结果表明:当再生轻骨料水泥沙浆的再生轻骨料取代率为0时,其抗压强度最高;再生轻骨料取代率为75%时,其抗压强度处于理想状态;再生砂浆试块的破坏形态类似于普通水泥砂浆,均发生在轻骨料和水泥胶凝材料的界面处。     

超声分散处理的纳米再生混凝土基本性能

为了充分发挥纳米材料在提升再生混凝土基本性能方面的作用,分别采用SiO₂,Al₂O₃,CaCO₃和石墨烯(GNP)4种纳米材料与减水剂、水混合,经30 min超声分散后添加适量水泥制成纳米强化浆液,然后将再生骨料浸泡于浆液中30 min,筛分晾干后形成纳米强化再生骨料。对采用此种骨料制备的混凝土进行抗压性能测试和微观结构检测。结果表明:采用超声分散后的纳米浆液能够有效包裹于再生骨料的表面,使其界面过渡区的微观结构得到改善; 纳米强化浆液浸泡粗骨料的方式能有效地提高再生混凝土的抗压强度,其中浸泡于0.2%纳米SiO₂强化浆液、取代率为50%的纳米强化再生混凝土抗压强度最高,分别比未强化的再生混凝土和普通混凝土提高24.3%,33.1%; 纳米材料填充了混凝土内的部分孔隙,提高了再生混凝土的密实度。所得结果可为再生混凝土的性能提升提供技术支持。