再生混凝土力学性能劣化机理与控制方法研究

本课题首先统计附着老砂浆与再生粗骨料基本物理指标（如密度、压碎指标、吸水率）之间的关系及其随机分布规律，着重分析再生粗骨料初始缺陷（微裂纹、附着砂浆、粘着粉体）的影响,建立能够反映再生混凝土与原生混凝土细微观结构差异的物理模型。. 通过模型化再生混凝土试件的加载试验，借助数字图像细观力学变形测试技术，重点对比分析再生粗骨料缺陷参数及其分布对再生混凝土内部拉致开裂和剪致开裂过程的影响，揭示再生混凝土力学性能的损伤劣化机理。. 在新、老界面性能分析与测试的基础上，建立再生混凝土理论与数值模型，开展再生混凝土受力开裂的数值模拟和变参数仿真计算，考察界面参数随机性对再生混凝土力学性能下降和离散性的影响，确定再生粗骨料基本物理指标与再生混凝土力学性能之间的关系。最后，分别从材料和结构两个层次提出控制其力学性能劣化的一般原理与有效方法，建立结构再生混凝土力学性能控制体系。

再生混凝土技术是实现废弃混凝土资源化与产业化的重要基础和支撑，但随着再生粗骨料取代率的增加，再生混凝土的力学性能降低并出现较大的离散性。通过本课题的试验研究、理论分析和数值仿真，基本揭示了再生混凝土力学性能的劣化机理，提出了控制的方法和策略。..本课题的研究内容包括：1）提出了模型再生混凝土的新概念。在试验室完成了再生混凝土新老界面过渡区的硬度和模量测试，分析了再生骨料初试缺陷的分布与特点，开展了模型再生混凝土的加载试验，结合理论分析和数值仿真，发现了再生混凝土裂缝发生与扩展的基本特征，揭示了再生混凝土损伤演化、受力破坏和性能劣化机理，并进一步将模型再生混凝土拓宽应用到再生混凝土的氯离子扩散分析以及徐变机理分析等方面。2）完成了系列再生混凝土本构关系的研究。主要包括，单调荷载作用下的再生混凝土受拉本构试验与仿真、骨料咬合剪切-滑移本构试验与仿真；重复荷载作用下再生混凝土受压、弯折S-N曲线；高温作用后再生混凝土残余受压强度、弯折强度与经历温度之间的关系曲线；通过与普通混凝土的对比，这些工作从一个侧面进一步反映了再生混凝土的力学性能劣化规律。3）开发了新型再生混凝土构件，完成了再生混凝土构件的基本性能试验与分析。主要包括，钢纤维增强再生混凝土板及其冲切性能、钢管和GFRP管状约束再生混凝土柱及其受力性能、半预制再生混凝土梁和柱及其受力性能。以上工作从构件层次总结了再生混凝土力学性能提升的基本原理和方法。4）验证了再生混凝土结构的抗震能力。结合2个振动台试验，分析了现浇和预制再生混凝土框架结构的地震反应规律和抗震性能特点。这些工作从结构的层次阐释了再生混凝土力学性能调控的基本思路。..在这个课题的资助下，从材料、构件和结构3个层次，较为系统地揭示了再生混凝土力学性能劣化机理及其调控方法，为再生混凝土应用于结构工程奠定了一定的研究基础，也为再生混凝土结构设计指南和规范的制定提供了科技支撑。超额完成了预期研究目标，发表SCI收录论文24篇，EI收录论文13篇，先后10余次受邀参加国内外学术会议并作大会报告或主题报告。