再生骨料-沥青胶浆多重界面微纳特性与化学调控机制研究

The contradiction between the shortage of natural aggregates and the accumulation of construction demolition wastes (CDW) has become a serious issue in the field of Construction Engineering in China. It is an important way to promote the efficient utilization of CDW by using recycled concrete aggregates (RCA) made from CDW to prepare hot mix asphalt. However, the weak multiple interface between RCA and asphalt mortar causes the attenuation and variation of the performances of hot mix asphalt. It is necessary to treat RCA using chemical modification methods. At present, the surface micro-nano scale characteristics, two-phase interface interaction and chemical control mechanism of RCA and asphalt mortar are not illustrated clearly. Therefore, the micro-nano characteristics will be tested and characterized accurately including pore characteristics, nanomechanical parameters, representative functional groups and binding energy of chemical elements. Then the functional requirements of chemical reagent for surface modification of RCA and its interface with asphalt mortar will be proposed in this study. The effects of control parameters of silicon reagent such as concentrations, covalent bond properties, interaction time and temperature on micro-nano properties and two-phase adhesion ability will be studied to reveal the regulation mechanism of two-phase interface interaction, establish the relationship model between micro-nano characteristics parameters and two-phase adhesion ability, and provide theoretical basis for the quality control of RCA for hot mix asphalt.

天然砂石的日趋匮乏与建筑垃圾的日益累积逐渐成为我国建设工程领域的主要矛盾之一，而将建筑垃圾加工得到的再生骨料用于制备沥青混凝土是促进建筑垃圾高效利用、降低天然砂石依赖性的重要途径。然而，由于新引入的再生骨料-沥青胶浆多重界面薄弱区域极易造成沥青混合料性能的衰减与变异，通常需要采用化学改性方法对薄弱区域进行强化处理。但目前对再生骨料与沥青胶浆界面微-纳尺度特征、两相交互作用及化学调控机制等研究尚不明晰。本项目拟对再生骨料表面及其与沥青胶浆界面孔隙特征、纳米力学常数、代表官能团及化学元素结合能等微纳特性进行准确表征，进而提出再生骨料-沥青胶浆界面化学改性试剂应满足的功能要求；研究不同改性试剂浓度、共价键参数、处理时长和反应温度等调控参数对微纳特性、两相粘附能力的影响；揭示两相界面交互作用及化学调控机制，建立微纳特性参数与两相粘附能力的关系模型，为实现沥青混凝土用再生骨料的品质调控提供理论基础。

将建筑固废再生骨料全部或部分替代天然骨料用于不同等级道路沥青路面将极大缓解建筑固废日益累积与天然砂石日趋匮乏这一制约建筑业高质量发展的主要矛盾。但新引入的再生骨料-沥青胶浆多重界面薄弱区域特别容易造成再生骨料沥青混合料承载能力的衰减与变异，需要通过化学方法对薄弱区域进行改性、强化处理。.本项目通过先进微观测试手段对再生骨料表面物化特性、再生骨料-沥青胶浆界面过渡区的微观力学、表观形貌、元素组成等表面特性进行了分析、表征，再生骨料表面附着砂浆粗糙多孔并带有微裂缝，微观力学强度低，多分布低强度物质，导致再生骨料表观相对密度偏小，吸水率上升及界面区域薄弱，基于此提出再生骨料-沥青胶浆界面过渡区化学调控试剂必须同时具备活化附着砂浆强度物质、填充附着砂浆微孔裂纹、键合再生骨料-沥青胶浆两相物质的功能。.通过研究试剂浓度、反应温度及处理时长等水解反应条件对硅试剂正硅酸乙酯（TEOS）处理再生粗骨料基本物理性能及表界面特性的影响，揭示了硅试剂调控处理再生骨料的反应机理和强化效果，提出了再生骨料-沥青胶浆过渡区活化、键合与灌浆的微观界面构筑方法。硅试剂能够显著改善再生粗骨料的各项物理性质，处理后再生粗骨料表面平均孔径减小、孔径分布曲线峰值整体左移，表面 Ca/Si 比呈现下降趋势。.硅试剂调控参数对再生骨料-沥青胶浆表界面特性及粘附能力的影响规律表明，TEOS浓度和反应温度两个因素影响显著，处理时长影响不显著，不同指标来说各个因素的影响效果不同。因此，采用TEOS溶液对再生骨料进行调控处理时，为了在有限的条件下得到好的调控效果，保证再生骨料吸水率和压碎值达到要求，需要控制的主要调控参数是TEOS的浓度，可以通过将TEOS浓度提高一档或者将反应温度提高一档的方式，来达到与长处理时长相近的处理效果。达到Ⅱ类骨料质量要求的建议调控参数为：处理时长为6小时，反应温度在20℃~40℃、浓度在1:9~1:6范围内或反应温度在40℃~60℃、浓度在1:12~1:6范围内。