再生混凝土强化对其基本力学性能和氯离子扩散性作用机理研究

Recycling of waste concrete is one of the requirements for green construction and sustainable development. The crush of waste concrete　produces recycled aggregates containing old mortar, which affect all kinds of　recycled aggregate properties and hinder its application. The influence of the recycled aggregate　performance on the fundamental concrete　properties has been obtained through theoretical analysis. In this project, we firstly explore the new method of strengthening the new/old mortar and the new/old interface transition zone in recycled concrete using the high concentration of carbon dioxide and nano-materials, and the strengthening effect of recycled concrete will be further examined by physical, mechanical and durability measurement. The mercury intrusion method, nanoindentation, and X-ray fluorescence microanalysis will be used to test the microstructure, microscopic mechanics, and chloride ion diffusion properties of recycled concrete before and after it is strengthened. Furthermore, the theoretical modeling will be used to simulate the internal mechanics and chloride diffusion law. In the end, the micro-mechanism effects of recycled concrete strengthening on its basic mechanical and chloride diffusion properties will be summarized, and intelligent optimization method for mixing concrete design of recycled concrete will be established based on recycled aggregate property.The implementation of this project will provide theoretical support and scientific basis for the popularization and application of high performance recycled concrete.

废混凝土的循环利用是绿色建造和可持续发展的要求之一。废混凝土经破碎后的再生骨料含有老砂浆，老砂浆的存在影响再生混凝土各种性能并阻碍其推广应用。申请者前期研究已经通过理论分析得出了再生骨料性能变化对混凝土基本性能的影响特征。本项目中，首先，采用高浓度二氧化碳和纳米材料等探索综合强化再生混凝土中新/老砂浆和新/老界面过渡区的新方法，并结合物理、力学和耐久性手段综合检验强化效果；然后，通过扫描电镜、压汞法、纳米压痕技术和X射线荧光微分析等进一步测试强化前/后再生混凝土的微观结构、微观力学性能和氯离子扩散性；进而，通过理论建模模拟强化前/后其内在力学和氯离子扩散变化规律；最后，提炼总结再生混凝土强化对其力学性能和氯离子扩散性影响的微观机理，并建立基于骨料性能的再生混凝土配合比设计智能优化方法。本项目实施将为高性能再生混凝土的推广应用提供理论支持和科学依据。

提高废弃混凝土的利用效率，是实现绿色建筑的重要环节，也是经济可持续发展的重要组成部分。由废弃混凝土破碎、筛分、清洗得到的再生粗骨料，存在孔隙率高、吸水率大、压碎指标低等特点，限制了其在再生骨料混凝土（RAC）中的使用，因此研究再生骨料的强化及其性能具有比较大的实际意义。本项目围绕再生混凝土强化及其性能展开了不同角度的研究。以三种不同水胶比的天然混凝土为原生混凝土，破碎得到三种再生骨料。测试了原生混凝土的抗压强度，以及其砂浆相的单轴抗压应力-应变曲线。研究了再生骨料CO2碳化和掺纳米SiO2的水泥浆液浸泡两种强化方式对三种来自不同原生混凝土的再生骨料性能的影响。研究了再生骨料饱和面干处理和附加水两种再生骨料预吸水方式对RAC立方体抗压强度、弹性模量、轴心抗压强度、峰值应变、抗氯离子渗透性能、RAC新砂浆相孔隙结构的影响。在骨料饱和面干状态下，分析了两种骨料强化方法对RAC立方体抗压强度、弹性模量、轴心抗压强度、峰值应变、抗氯离子渗透性能、单轴受压下的裂纹扩展的影响。自主设计了可以测定受荷混凝土氯离扩散系数的试验装置，为RAC在压荷载作用下的抗氯盐侵蚀性能测试提供了新的方法和思路。针对不同应力水平下氯离子在RAC中的传输和扩散特性进行了研究，探究了荷载影响氯离子扩散的细观、微观机理。以均质混凝土、随机骨料混凝土为模拟的研究对象，研究了氯离子在不同因素（饱和扩散、电加速）作用下的扩散过程和规律，并对氯离子引起的钢筋混凝土中钢筋的锈蚀进行了初步模拟。为了精细化模拟混凝土的不同性能，结合宏观实验，对混凝土的多尺度建模方法及应用开展了研究。本项目的研究可以为再生混凝土强化方法和再生混凝土氯离子扩散性能的设计提供实验依据和理论参考。