基于骨料表面改性的再生混凝土多重界面调控及多尺度力学行为
批准号:
52108206
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
吕凯
依托单位:
学科分类:
工程材料
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
吕凯
中文摘要
再生骨料由于表面附着砂浆的存在,其性能与天然骨料存在显著差异。并且,由再生骨料制备的再生混凝土内部存在多重薄弱界面(ITZ)结构,宏观力学性能和耐久性能都弱于普通混凝土,限制了再生骨料的大规模应用。针对这一难题,本项目拟通过浆体预包裹法对再生骨料进行表面改性,在包裹浆体中引入粉煤灰、硅灰及纳米SiO2等多尺度火山灰活性组分,优化浆体组分配比,填充和修补附着砂浆及老ITZ中多尺度孔隙及裂纹等初始损伤,强化新ITZ微结构,实现多重ITZ协同调控,阐明包裹浆体法对多重ITZ微结构的调控机理;通过对比改性前后再生骨料的基本性能,验证浆体预包裹法的可行性;结合强度测试、X-CT和SEM等技术,获得考虑多重ITZ改性的再生混凝土多尺度力学行为,阐明微裂纹在多重ITZ间的扩展模式;重构再生混凝土三维结构,建立再生混凝土力学本构模型,为再生骨料的大规模、高效化推广应用提供理论基础和技术支撑。
英文摘要
The root cause of the inferior properties of recycled concrete aggregates (RCA) compared to the natural aggregates lies in the presence of attached mortar on the aggregate surface. Also, the attached mortar results in the formation of multiple interfacial transition zones (ITZ) in recycled aggregate concrete, which leads to the weaker mechanical and durability properties of recycled aggregate concrete. Given that, the project intends to coat the RCA with the pozzolana slurry. In which, the fly ash, silica fume and nano SiO2 will also be introduced and the mix proportion is carefully designed to make sure that the multiscale pores and cracks in the attached mortar and old ITZ could be filled and repaired. The efficiency will be evaluated by the comparison of basic physical and mechanical properties of RCA before and after surface modification. Further, the active agents in the slurry could also play a role in the formation of new ITZs and the microstructure of ITZs before and after modification will also be quantitatively determined and compared to reveal the mechanisms. Then, the multiscale mechanical behavior of the recycled aggregate concrete will be quantitatively characterized by macro mechanical performance test, X-CT and SEM. And the 3D microstructure of recycled aggregate will be reconstructed based on the real particle shape and ITZ microstructure obtained from previous examinations. Overall considering the modification of the microstructure and the improvement of mechanical properties of recycled aggregate concrete, the feasibility of the adopted method will be evaluated. The achievements of this project will lay a solid foundation for the wide application of the RCA.
目前建筑行业发展迅速,但是随着建筑行业的发展,各种不可再生资源被过度开采,资源储量岌岌可危;同时,拆除重建过程中产生了大量的建筑垃圾。秉承可持续发展理念,需要尽量节约天然骨料,使用再生骨料。但是再生粗骨料由于其表面微裂缝多、附着老砂浆,导致其性能劣于天然骨料。因此本文选取不同的材料对再生骨料进行表面改性处理,提高再生骨料的性能,并将其用于再生混凝土。.本项目采用不同浓度的水玻璃、纳米二氧化硅以及巴氏芽孢杆菌、豆粉、表面裹浆等方式对再生骨料进行表面改性,对比不同材料的骨料改性效果,从微观上解释改性机理。并将改性过后的骨料制备再生混凝土,测定再生混凝土的抗压性能、劈裂抗拉性能、抗渗性、抗冻性、氯离子渗透系数,对比研究改性效果。.试验结果表明纳米二氧化硅、水玻璃、巴氏芽孢杆菌和豆粉都对再生粗骨料有相对较好的改性效果,可以使再生骨料的压碎值降低、吸水率降低、表观密度增大,再生混凝土抗压强度提高、劈裂抗拉强度提高、抗冻性能提升、氯离子扩散系数降低、抗渗性能提升;其中使用 15%水玻璃与 2%纳米二氧化硅复合改性的效果最好,其压碎值降低到 12.6%,吸水率降低到 5%;将复合溶液改性后的再生骨料制备再生混凝土与使用未改性再生骨料制备的再生混凝土相比,3d、7d、 28d 抗压强度分别提高了 25.3%、20.3%、15.6%,28d 劈裂抗拉强度提高了 11.3%,混凝土的抗冻、抗渗、抗氯离子侵蚀能力都有所提升。通过骨料表面改性的方式,可以更加直接地去改善再生混凝土地界面过渡区地相关性能。.本项目的研究结果对再生骨料改性及其高效利用提供了参考。
高地温引水隧洞衬砌混凝土全生命周期多尺度结构与性能演变规律研究
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批准号:52478249
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项目类别:面上项目
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资助金额:48.00万元
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批准年份:2024
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负责人:吕凯
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依托单位:
国内基金
海外基金