氧化石墨烯对再生混凝土微观结构的强化机理及性能相关性研究

The study of nano-materials used to reinforce recycled concrete,is becoming interdisciplinary research direction and focus in field of materials, energy and structure. Two-dimensional material graphene oxide can improve the microstructure of recycled concrete, bond recycled aggregate matrix at interface, form interlock mechanism with recycled aggregate at defect aggregatesites, and play a condensation nuclei action with its template effectin the old and new mortar binding region to improvethe bonding surface strength by means of bonding, bridging and filling. The research group proposed a graphene oxide recycled concrete (GORC) compositematerial to confirm the recycled concrete mechanism and evolution law of member properties by researching GORC microstructure characterization, material properties, durability and mechanical properties.In thestudy, accurately characterize the microstructure of complex molecules, quantitative analysis of the failure mechanism is the core issue of research,studiedand summedwith the relationship between the ratio and the performance data is critical to the study.The innovation is to propose GORC microscopic crystal morphology, revealing the material properties and the deterioration law, present GORC computational analysis methods to lay the theoretical foundation for GORC development. The research having great significance of the construction waste recycling and solid waste management.

纳米材料应用于强化再生混凝土形成复合材料的研究，正逐渐成为材料、节能和结构等领域交叉研究的方向和热点。二维纳米材料氧化石墨烯可改善再生混凝土的微观结构，可与再生骨料基体进行界面键合，在再生骨料缺陷部位与其形成互锁机制，在新老砂浆结合区其模板效应可起到类凝结核作用，粘接、桥联、填充使结合面强度得以提高。本课题组提出了氧化石墨烯再生混凝土（GORC）复合材料，通过研究GORC微观结构表征、材料性能、耐久性以及力学性能，明确氧化石墨烯对再生混凝土的强化机理以及其构件性能的演变规律。在研究中，准确表征复合分子微观结构、定量分析其破坏机理是研究的核心问题，研究归纳各性能数据与配合比之间的关系是研究的关键。创新点是提出GORC微观晶体形态，揭示GORC的材料特性及劣化规律，提出GORC的计算分析方法，为GORC的研制奠定理论基础。本研究成果对于建筑垃圾再生利用和固体废弃物治理具有重要的意义。

由于再生粗骨料的初始缺陷、多界面过渡区等原因，再生混凝土在使用过程中存在力学性能差、耐久性差等问题。本项目采用氧化石墨烯对再生混凝土进行强化，研究了其对再生混凝土微观结构、力学特性、宏观性能产生的影响，围绕强化效果、强化机理等科学问题进行了探讨。.采用X射线、FTIR、SEM等手段对氧化石墨烯的类型与属性进行了表征，研究了氧化石墨烯对水泥水化行为的调控，结果表明其在不同龄期都起到了调控水化产物形态的作用，促进了水化硅酸钙等产物的集聚和凝结，使晶体形貌均匀、排布更为合理。.基于纳米压痕技术及统计纳米压痕理论，对氧化石墨烯再生混凝土多界面过渡区的宽度、水化产物组分、弹性模量、硬度进行了系统分析。研究结果表明，氧化石墨烯提高了高强水化产物在界面过渡区的体积分数，并且这种提高作用在新-旧砂浆界面更为明显。区别于氧化石墨烯对其它水泥基材料的强化，提出了针对于再生混凝土的氧化石墨烯强化理论。.系统研究了氧化石墨烯对再生混凝土的力学性能、材料性能以及抗冻融、抗离子侵蚀等耐久性能的强化作用，揭示了不同掺入量、含氧量氧化石墨烯对再生混凝土抗压强度、抗折强度和劈裂抗拉强度等力学性能的影响规律；分析了氧化石墨烯对再生混凝土微观孔隙结构、体积稳定性的影响；提出了氧化石墨烯再生混凝土冻融循环、氯离子侵蚀作用下的劣化规律，并建立了相应的理论模型。.分析研究了氧化石墨烯再生混凝土梁的抗弯性能、柱的抗震性能，阐明了氧化石墨烯含氧量、掺入量、再生骨料取代率等因素对于再生混凝土构件力学性能的影响，为氧化石墨烯再生混凝土的设计应用提供了依据。.项目从微观、细观到宏观阐述了氧化石墨烯对再生混凝土材料相关性能的影响，实现了材料微观性能与宏观性能的相互印证，为氧化石墨烯再生混凝土材料的应用提供了理论基础。