基于地聚合反应的废弃混凝土完全再生利用机理
批准号:
42072297
项目类别:
面上项目
资助金额:
60.0 万元
负责人:
朱志铎
依托单位:
学科分类:
工程地质学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
朱志铎
中文摘要
废弃混凝土的再生利用已成为我国工程建设及环保领域的重大需求,基于地聚合反应可以实现废弃混凝土的完全再生利用,但目前对地聚合物再生混凝土的作用机理仍缺乏清楚的认识,存在地聚合物组分配比难以确定、再生混凝土力学及耐久性的性能不足等技术难题,这极大地阻碍了废弃混凝土完全再生利用的工程实现。项目采用宏观物理力学试验、微观特征试验与分子动力学模拟相结合的方法,重点研究废弃混凝土粉体地聚合反应特征和微观机制、废弃混凝土粉体活化改性及其协同胶凝强化作用、地聚合物再生混凝土界面过渡区特征与界面作用机理及地聚合物再生混凝土耐久性变化的本质,为突破废弃混凝土完全再生利用的技术瓶颈、实现工程上废弃混凝土完全再生利用提供科学支撑。项目研究目标明确,方法独特,创新显著,其研究成果对揭示基于地聚合反应的废弃混凝土完全再生利用机理具有重要的科学意义,对实现废弃混凝土完全再生利用、节约资源和保护环境具有重要的实际价值。
英文摘要
Recycling of waste concrete has become a major demand in the sectors of engineering construction and environmental protection. Waste concrete can be completely recycled on the basis of geopolymerization. However, the mechanisms for the geopolymerization of waste concrete has not been clear yet. Accordingly, the components of geopolymer are difficult to decide, and the mechanical properties and durability are often not satisfactory. This has obviously hindered the realization of complete recycling and utilization of waste concrete in actual cases. This project will jointly employ physical and mechanical tests, microscopic characteristics tests, and molecular dynamics simulation to investigate the key issues for complete recycling of waste concrete. They include the reaction characteristics and micro-mechanism of the geopolymerization of powder of waste concrete, activated modification and coordinated reinforcement of cementation of powder of waste concrete, the characteristics of interfacial transition and the reaction mechanism for interfaces of geopolymer-based recycling concrete, and the essential reasons for the changes of durability of geopolymer-based recycling concrete. Solving these problems can provide scientific supports for breaking through technical bottlenecks in complete recycling of waste concrete and for applying the recycled concrete in actual engineering cases. This project has specific aims and involves new ideas and novel methods. The outcomes of this project have significant scientific meanings for the deep insight of the mechanisms for geopolymer-based complete recycling of waste concrete, and have great practical values for making full use of waste concrete, saving resources, and protecting environment.
为了揭示基于地聚合反应的废弃混凝土再生机理,实现工程上废弃混凝土完全再生利用,研究首先探讨了碱激发剂的种类、浓度以及养护条件对地聚合物强度的影响,系统分析了其微观结构及物相组成变化,确定了最佳制备条件,即NaOH溶液浓度为14 mol/L、水玻璃与NaOH溶液质量比为1.5、液固比为0.4。为增强地聚合物的力学性能,利用粉煤灰、矿渣及纳米材料(如纳米Al2O3、纳米SiO2)进行活化改性,研究结果表明,添加改性材料显著改善了地聚合物的凝结时间和抗压强度,在RCFP-GGBS体系中,纳米SiO2和Al2O3的最佳掺量分别为1.2%和1.6%,而在RCFP-GGBS-FA体系中,纳米SiO2和Al2O3的最佳掺量分别为1.2%和0.8%。建立了再生混凝土的多重界面结构模型,利用纳米压痕试验和BSE-EDS技术,定量分析了不同界面过渡区宽度及硬度变化,识别出“最薄弱区域”;基于反应力场的分子动力学模拟,研究了三类界面处的键合方式和结构、界面扩散特性和界面力学性能,揭示了地聚合物再生混凝土界面过渡区形成和界面作用机制。研究了地聚合物再生混凝土在硫酸盐侵蚀和碳化等劣化环境下的耐久性,结果表明,地聚合物再生混凝土在Na2SO4侵蚀过程的动弹性模量在17.22 GPa~21.83 GPa之间,在碳化过程中抗压强度主要在38.78MPa~44.17MPa之间。这些研究结果将为推进废弃混凝土的资源化利用提供科学依据,具有重要的理论与实际应用意义。
粉土的固化机理及固化粉土工程性质研究
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批准号:40872173
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项目类别:面上项目
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资助金额:37.0万元
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批准年份:2008
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负责人:朱志铎
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依托单位:
国内基金
海外基金