[01777497]高性能再生混凝土试验研究

本研究首先从再生骨料入手，研究其对再生混凝土性能的影响，然后将粉煤灰等工业废渣应用于再生混凝土中，充分利用粉体的优化组合和活性激发技术以及界面强化效应，并结合当今的研究热点“高性能混凝土”技术，使再生混凝土向高强高性能化和实用化的方向发展。主要研究内容如下：（1）再生骨料性能研究①与采用同一台颚式破碎机生产的天然粗骨料（碎石）相比，再生粗骨料的密度小，吸水率和含泥量大，表面粗糙，粒形更接近于球形，级配符合5mm～20mm连续级配的要求；与天然细骨料（河砂）相比，再生细骨料的密度小，含泥量大，级配符合要求；②在原材料一定的情况下，将原材料相同而配合比不同的原生混凝土进行人工破碎后所得到的不同再生骨料性质之间差异很小，这对于减小其质量波动是非常有意义的。1d龄期再生骨料中含有大量未水化的水泥可以继续水化，同时对粉煤灰产生激发作用，对再生混凝土的强度影响显著。而28d后龄期再生骨料中水泥水化已经基本完成，因此对再生混凝土强度贡献甚微。（2）高性能再生混凝土物理力学性能及耐久性研究①通过将粉煤灰、矿渣及硅灰等矿物掺合料应用于再生混凝土中，充分利用粉体的优化组合以及界面强化效应，配制出强度等级C60、坍落度大于180mm、90d干缩小于400με且抗早期开裂性能良好的高性能再生混凝土；直流电量法与RCM法均表明高性能再生混凝土具有良好的耐久性，在极端严重的环境作用下其使用年限级别可达100年以上。②随着再生骨料掺量的增加，高性能再生混凝土的坍落度和表观密度降低，坍落度经时损失增大，但其抗压强度并非随再生骨料掺量的增加而降低，而是存在一个最佳比例，其原因是再生骨料对混凝土既有正效应，又有负效应；高性能再生混凝土的弹性模量随再生骨料掺量的增加而降低，其具有高强度低弹模的特性。（3）高性能再生混凝土配合比设计方法研究采用“基于自由水灰比的配合比设计方法”以及“预吸水法”对高性能再生混凝土进行配合比设计，结果表明“基于自由水灰比的配合比设计方法”可以解决高性能再生混凝土初始坍落度小的问题，同时对混凝土的强度影响较小，建议采用。（4）高性能再生混凝土的界面过渡区研究再生混凝土具有新老界面的特征。由新拌水泥砂浆与原生水泥砂浆粘结形成的新界面可以参照新老混凝土粘结界面的微结构用一个过渡环来进行描述，该过渡环分为扩散层、强效应层和弱效应层；新界面的作用力来源与老界面也不同，新界面的界面作用力远大于老界面。（5）高性能再生混凝土本构关系研究高性能再生混凝土单轴受压破坏时主斜裂缝倾角为66°～78°，棱柱体强度和立方体强度之比为0.82～0.92，峰值应变明显增大；随着其强度的提高，应力应变曲线的上升段趋近于直线，下降段更为陡峭，曲线下的面积减小，表明其比例极限升高，脆性增加。高性能再生混凝土应力应变全曲线与高强混凝土相似，可采用现行的规范进行设计，建议采用分段式对其进行拟和。（6）高性能再生混凝土的环境与经济评价生命周期评价（LCA）结果表明不掺粉煤灰的再生混凝土可以有效的减少油耗、CO、CxHy以及废弃物的排放，但并不能有效的减少混凝土的煤耗、CO2、NOx以及SO2排放量。而通过掺入粉煤灰可使再生混凝土的各项污染指标均得到有效的降低。通过现金流量模型得出采用高性能再生混凝土作为道路修补材料，可节约成本30％左右。随着世界建筑业的高速发展，混凝土作为最大宗的人造材料对自然资源的占用及对环境造成的负面影响引发了可持续发展问题的讨论。再生混凝土技术是将废弃混凝土经过破碎、清洗、分级后，按一定的比例混合形成再生骨料，部分或全部代替天然骨料配制新混凝土的技术，它的出现很好的解决了废弃建筑材料的运输、堆放和处理问题，同时还具有巨大的社会和经济效益，符合人类的可持续发展，因而具有广阔的应用前景。但是大量研究表明，再生混凝土的强度低，耐磨性差、体积稳定性差、耐久性不高。因此有学者提出再生混凝土不宜用于一般工业厂房与民用建筑中；一般情况下，再生骨料可以用于地基加固、低等级道路和城市人行横道的级配垫层、预制混凝土空心砌块等部位；再生混凝土设计强度不宜高于C20。这极大的限制了再生混凝土的应用。粉煤灰、矿渣和硅灰等矿物掺合料均为工业废渣，其在混凝土中的应用已不仅仅是取代水泥、节约能源以及减少环境污染的问题，而是成为对混凝土改性的重要组分。矿物掺合料的掺入可以减少水化热、降低渗透性和孔隙率，减小干燥收缩，抑制碱骨料反应，这些对于水泥基复合材料的耐久性而言是非常重要的。我市粉煤灰资源丰富，该课题研究借鉴高性能混凝土技术，将粉煤灰等矿物掺合料运用于再生混凝土中，通过粉煤灰对再生混凝土进行改性，使之向高强高性能化方向发展，对再生混凝土的实用化起到了促进作用，同时还进一步扩大了粉煤灰的应用领域；此外从环保角度出发，由于高性能再生混凝土中大量使用工业废渣，从而导致其绿色度较高。综上所述，高性能再生混凝土具有重要的研究意义。