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基于界面参数的再生骨料混凝土性能劣化机理及工程应用

张鸿儒  
【摘要】:废混凝土循环利用是建设行业可持续发展的重要路经;但相比普通混凝土结构,再生骨料混凝土结构性能水平更低、耐久性更差,其根本原因在于:再生骨料混凝土存在更多更复杂的界面薄弱环节,这也是再生骨料混凝土与普通混凝土在细微观尺度上的本质差异。现阶段对再生骨料混凝土中各类界面过渡区性能的定量研究较少,且尚未能提出可反映再生骨料混凝土内多类骨料界面的综合性能参数,亦无法建立再生混凝土骨料界面参数与其宏观性能的关系;再生骨料混凝土性能提升需探索更多有效的改性技术,与此同时再生骨料混凝土的工程应用尚待进一步推广,其应用的可行性尚需更多第一手工程原位监测数据。因此,本研究拟从不同空间尺度出发,探索“骨料界面性能一宏观材料性能一结构构件性能”的性能传递逻辑关系;研究再生骨料混凝土各类骨料界面几何及力学性能特征,确立反映界面综合性能且具有物理意义的骨料界面参数;基于界面参数,探索再生骨料混凝土材料与构件性能时变劣化规律,揭示荷载与环境耦合作用下、普通与再生骨料混凝土结构构件时变劣化差异及其机理。本文的主要研究内容包括:1)对三种不同取代率下再生骨料混凝土在不同龄期的力学性能及耐久性能进行试验研究,并采用纳米压痕测试技术,对再生骨料混凝土内不同种类界面过渡区性能进行定量化测试;通过揭示再生骨料混凝土界面过渡区性能特征,并与普通混凝土对比,探索再生骨料混凝土宏观材料性能时变规律的本质原因,分析其材料性能劣于普通混凝土的机理;2)通过梁成对锚固加载及氯盐溶液干湿循环的方法,实现对沿海浪溅区钢筋混凝土梁构件服役环境的模拟,在三种取代率的梁构件上施加荷载与环境耦合作用;通过监测长期耦合损伤作用下不同取代率的梁构件表面裂缝、内部裂缝的开展形态,对再生骨料混凝土梁的耐久性能进行讨论;通过抗弯性能测试,对长期耦合损伤再生骨料混凝土梁的力学性能进行分析,揭示荷载与环境耦合作用下再生骨料混凝土梁构件性能退化规律;3)提出再生骨料混凝土“综合界面过渡区参数”有效性评价的三条基本标准,基于此探索可综合反映再生骨料混凝土中多类界面过渡区几何与力学性能的界面过渡区参数,并通过界面过渡区参数与再生骨料混凝土宏观材料性能与结构构件性能的相关性分析,对所设计的不同形式的综合界面过渡区参数的有效性进行对比;基于界面过渡区参数的设计、评价与选择,定量揭示再生骨料混凝土材料与结构构件性能劣化规律的内在机理;4)采用两种含纳米材料的复合强化浆液对再生粗骨料进行表面处理、进而对再生骨料混凝土材料进行改性,并通过SEM、纳米压痕等细微观测试手段,从界面改善、老砂浆强化的角度对这纳米浆液改性再生骨料混凝土材料力学及耐久性能的机理进行阐释;5)将再生骨料混凝土在三个实际工程进行应用,三个应用案例中再生骨料混凝土的应用水平不断提高;通过材料性能的试验研究及实体应用构件的长期应变监测结果,并与普通骨料混凝土对比分析,从材料强度及结构构件抗裂性能的角度证实再生骨料混凝土应用于不同类型构件的可行性。本项目的研究工作可弥补再生骨料混凝土材料及构件在性能劣化模型构建及机理解释方面的不足,且对完善混凝土理论研究体系具有重要意义;此外,对再生骨料混凝土纳米复合改性技术的探索有利于推动其高等级利用;对再生骨料混凝土的工程应用及长期原位监测,则可为后期再生骨料混凝土应用推广提供第一手监测数据及有益的工程经验。


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