多因素耦合作用下再生混凝土耐久性能及其改性机理

The big difference in micro and meso structure between recycled concrete and ordinary concrete causes the difference of degradation mechanism under composite environment between recycled concrete and ordinary concrete.This project designs three types of loading system in which repeated loading alternates with durability performance testing under corrosion, freezing and thawing compound environment. After a comparative analysis of test method for simple and efficient recycled concrete durability degradation degree and pore structure changes, a simple and efficient method for laboratory simulation of load coupled with composite environment is determined. the change of cement hydration products and the microstructure are studied by using the X-ray diffraction and electron microscopy with energy spectrum analysis, and the mechanical properties change of interfacial transition zone in recycled concrete is explored by using the micro hardness tester. After analyzing freeze-thaw damage evolution process of recycled concrete under corrosion, freezing and thawing compound environment, a mechanical damage evolution equation including mechanical damage and corrosion, freezing and thawing damage is put forward, and a relationship between macroscopic failure and hydration product composition, micro and meso structure of recycled concrete is established.This project will provide a theoretical basis for design of high performance recycled concrete under complex environment and life prediction of recycled concrete structure.

再生混凝土与普通混凝土由于细微观结构存在显著差别，导致荷载与环境因素耦合作用下两者的耐久性能退化机理不同。本项目设计了三种重复荷载与腐蚀、冻融循环交替进行的加载制度，比较分析再生混凝土耐久性能退化程度与孔结构变化规律，确定实验室模拟多因素耦合的简单高效的试验方法；采用X射线衍射和电子显微镜配合能谱分析再生混凝土中水泥水化产物和微观结构的变化，采用显微硬度仪分析界面过渡区力学性能的变化，探明多因素耦合作用下再生混凝土耐久性能以及纳米SiO2和聚合物对其微观结构的变化规律；分析多因素耦合作用下再生混凝土腐蚀、冻融损伤演化过程，提出包含应力损伤和腐蚀、冻融损伤的力学损伤演化方程，建立再生混凝土材料宏观破坏与其水化产物组成、细微观结构之间关系，阐明多因素耦合作用下再生混凝土的耐久性能及其改性机理。本项目研究将为复杂环境下高性能再生混凝土设计及再生混凝土结构寿命预测提供理论依据。

目前对再生混凝土力学性能或单一环境因素作用下再生混凝土耐久性能研究很多，对荷载与复杂环境因素耦合作用下再生混凝土耐久性能研究较少。再生混凝土耐久性能研究还不够系统深入，已经成为阻碍再生混凝土在工程中应用的主要问题之一。再生混凝土与普通混凝土由于细微观结构存在显著差别，导致荷载与环境因素耦合作用下两者的耐久性能退化机理不同。为此，本研究首先确定了多因素耦合作用下再生混凝土耐久性能试验的实验室模拟方法，然后在此基础上研究再生混凝土耐久性能及改性机理。通过对比分析三种间歇载荷模式和持续载荷模式分别对荷载与环境因素耦合作用下再生混凝土耐久性能退化程度与孔结构变化规律的影响，结果表明使用间歇载荷模式来模拟混凝土在载荷和环境因素共同作用下的耐久性能是可行的，且P2方案（重复荷载交替2次）与持续载荷模式最为接近。对不同粉煤灰掺量(10%、20%、30%)、混合掺加粉煤灰和硅粉代替水泥质量(粉煤灰15%+硅粉5%、粉煤灰10%+硅粉10%、粉煤灰5%+硅粉15%)、对不同纳米SiO2溶液浓度(0.5%、1.0%、1.5%)浸泡处理再生骨料、对不同聚乙烯醇溶液浓度(0.5%、1.0%、1.5%)浸泡处理再生骨料等配制的再生混凝土，以及采用聚丙烯纤维和玻璃纤维进行同种纤维不同尺寸混杂以及二种不同纤维混杂制备纤维再生混凝土，进行荷载和腐蚀冻融耦合作用下试验研究，从而得出不同改性方法对多因素耦合作用下再生混凝土耐久性能影响。试验研究了多因素耦合作用下不同再生粗骨料性能（初始损伤、老砂浆包裹率、老砂浆包裹率）对再生混凝土耐久性能的影响规律，分析多因素耦合作用下再生混凝土腐蚀、冻融损伤演化过程，提出包含应力损伤和腐蚀、冻融损伤的力学损伤演化方程，建立再生混凝土材料宏观破坏与其水化产物组成、细微观结构之间关系，阐明多因素耦合作用下再生混凝土的耐久性能及其改性机理。本项目研究将为复杂环境下高性能再生混凝土设计及再生混凝土结构寿命预测提供理论依据，对推动再生混凝土在工程中的应用具有重要的实践意义。