基于再生骨料品质和取代率的再生混凝土配合比设计方法研究

摘要

再生骨料和再生混凝土作为一种绿色的建筑材料，可推动建筑业的持续发展，是建材行业的重要发展趋势。因建筑垃圾的来源广泛、成分复杂、多种组分有效分离困难，导致采用传统骨料生产工艺制备的再生骨料品质低且波动性大，利用其制备的再生混凝土性能低下且稳定性差，严重制约了再生骨料和再生混凝土及其制品的推广与应用。为了提升再生骨料和再生混凝土的质量，拓宽其应用领域，亟待解决再生骨料品质控制技术和再生混凝土配合比设计方法等基础科学问题。 本文在国家自然科学基金项目（51378270）的资助下，以试验研究为基础，运用数值分析与理论分析相结合的方法，系统研究了再生骨料性能提升与质量控制技术、再生骨料品质和取代率对再生混凝土性能的影响规律，并建立了全系列再生混凝土（再生粗骨料混凝土、再生细骨料混凝土和双掺再生骨料混凝土）的配合比设计方法。具体研究内容包括：通过对废弃混凝土原料所制备的简单破碎再生骨料分别进行物理强化、化学强化和复合强化处理，系统研究多种强化技术对再生骨料性能的影响规律，并根据不同强化技术对再生混凝土性能的影响效果，优选出再生骨料的强化技术；以不同强化处理后的再生骨料为研究对象，重点研究再生骨料的品质和取代率对再生混凝土性能的影响规律；以普通混凝土的配合比设计方法为参考，考虑再生骨料的不同使用状态，确定适用于再生混凝土的用水量原则和胶水比原则，提出了再生混凝土的简易配合比设计方法；基于理论分析和试验研究结果，建立了考虑多种影响因素在内的再生混凝土用水量公式和强度公式，进而提出了再生混凝土配合比高精度设计方法。 （1）对比研究了再生骨料的物理强化技术、化学强化技术和复合强化技术。相比简单破碎再生骨料，物理强化主要体现在改善骨料粒形、优化颗粒级配和减小表面残余砂浆附着量；化学强化主要降低了再生粗骨料的吸水率和再生细骨料的再生胶砂需水量比，对其他性能指标的改善效果较小；而复合强化结合两个强化技术的优势，显著提升了再生骨料的品质，对再生骨料性能的改善效果最为显著。将不同强化技术处理后的再生骨料100%取代天然骨料后制备再生混凝土，对比研究其综合性能后，择优选出适用于再生混凝土的骨料强化技术为物理强化。 （2）在不同的胶凝材料用量条件下，系统探究了再生骨料的品质和取代率对再生混凝土工作性能、力学性能和耐久性能的影响，揭示了再生混凝土性能的劣化规律。与普通混凝土相比，再生骨料的掺加对再生混凝土的性能产生不利影响，主要表现在再生混凝土的拌合物用水量增加、强度降低和耐久性能（抗氯离子渗透、碳化、抗冻和收缩）变差，但其3d、7d强度增长幅度较大。同时，再生混凝土的性能变化规律与再生骨料的品质优劣、再生骨料的取代率密切相关，当再生骨料的品质越高且取代率较小时，再生混凝土的性能接近于普通混凝土，反之则与普通混凝土性能的差距较大。 （3）针对再生粗骨料在使用时的自然环境状态、饱和面干状态和绝干状态，引入再生粗骨料混凝土的外加用水量、有效用水量、绝对用水量以及相对应的实际胶水比、有效胶水比、绝对胶水比等多个新概念；全面分析了再生骨料的不同使用状态对再生混凝土性能的影响规律，基于再生混凝土的用水量与再生骨料取代率之间以及强度与胶水比之间较好的线性关系，提出了适用于再生粗骨料混凝土配合比设计的有效用水量原则和绝对胶水比原则，并参照普通混凝土配合比设计方法，建立了再生粗骨料混凝土的简易配合比设计方法；基于适用于再生细骨料混凝土配合比设计的绝对用水量原则和绝对胶水比原则，建立了再生细骨料混凝土的简易配合比设计方法。 （4）将普通混凝土视为基相、再生骨料视为负增强相，基于复合材料理论，通过引入再生混凝土绝对用水量影响系数和再生骨料强度影响因子，提出了再生混凝土的强度公式；通过系统分析再生骨料的品质与取代率对再生混凝土工作性和力学性能的影响规律，分别建立了再生混凝土绝对用水量影响系数、再生骨料强度影响因子和再生粗骨料吸水率/再生胶砂需水量比之间的函数表达式；基于所建立的适用范围广的再生混凝土绝对用水量公式和强度公式，最终提出了精度高的全系列再生混凝土配合比设计方法。 本文以再生骨料品质控制技术和再生混凝土配合比设计方法为核心研究内容，探索了再生骨料的不同强化技术，研究了各种因素对再生混凝土性能的影响规律，首次分别提出了基于用水量原则、胶水比原则的再生混凝土简易配合比设计方法和基于绝对用水量公式、强度公式的再生混凝土精确配合比设计方法，对于推广再生混凝土和确保工程质量具有双重意义。

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