荷载与环境因素耦合作用下高性能循环再生结构砼的力学行为与耐久性研究

Growing concern with the preservation of non-renewable natural resources and environmental protection has led to the development of studies on the using concrete waste as recycled aggregates in concrete production. In view of the importance of the long-term mechanical behavior and durability of structural recycled aggregate concrete (RAC) under simultaneous action of bending load, carbonation and freezing-thawing or chloride penetration, these characteristics will be researched for high durable RAC with repeatedly recycled concrete aggregates. The aims of this project are to determine the maximal and optimizing replacement levels of natural coarse and fine aggregates with recycled coarse and fine aggregates, to understand the deterioration processes and to establish the deterioration model of structural RAC, to put up the performance-based durability design method. This research work should benefit to the development of theory system of durability and enable more effective durability design for structural RAC.

将废弃砼循环再生作为骨料制备高性能结构砼既可解决其堆置与环境污染问题，又可弥补天然骨料日益短缺的不足。然而，在荷载与多种环境侵蚀因素耦合作用下再生结构砼的力学行为与耐久性研究成果十分欠缺，直接影响到再生砼骨料在结构砼中的应用。因此，对其进行深入系统研究非常必要，这与我国可持续发展的基本国策和建设节约型社会是相一致的。本项目采用理论与试验研究相结合，研究弯曲荷载与碳化、冻融循环和氯离子侵蚀耦合作用下，不同来源循环再生骨料制备的高性能结构砼力学行为与耐久性，建立高性能循环再生结构砼的应力应变本构关系，确定再生粗细骨料在单掺与双掺条件下的最大与最优取代水平，提出高性能循环再生结构砼力学破坏机制、耐久性失效机理与退化模型，建立基于性能的高性能循环再生结构砼耐久性设计理论，这对于完善和发展再生砼结构理论体系和工程应用具有重要的作用。

本项目针对废弃混凝土在结构混凝土中的多次循环再生利用进行了研究，系统探讨了循环再生骨料的制备、性能经时变化规律，循环再生高性能混凝土的力学性能、考虑弯曲荷载与环境因素耦合的抗碳化耐久性、抗氯离子渗透耐久性及抗冻耐久性规律与失效机理，及其与弯曲应力水平、循环再生粗细骨料取代率和取代方式、循环再生骨料吸水率之间的关系。本研究所取得的具体研究成果有：（1）基于环境相似理论，采用控制室内加速碳化时间与控制应力类型及大小等方法，成功制备出对应不同服役年限的废弃混凝土循环再生骨料，解决了循环再生骨料来源的工程代表性问题，提出了两级破碎比控制辅以高温烘干的高品质循环再生骨料制备工艺；（2）探明了在弯曲荷载与环境因素耦合作用下，循环再生高性能混凝土强度性能、收缩徐变性能、抗碳化性能、抗氯离子渗透性能和抗冻性能的经时变化规律及其机理，建立了以上性能与循环再生粗细骨料取代率及取代方式、循环再生骨料品质特征参数-吸水率之间的关系，耐久性预测模型，发现废弃混凝土循环再生制备结构混凝土是可行的，但存在最大循环次数与最优取代区间，且随考核指标的变化而变化；（3）提出了弯曲荷载与环境因素耦合下，循环再生混凝土基于强度性能、基于耐久性能与基于整体性能的设计方法；（4）研发出满足相关要求的再生混凝土保温砌块、彩色再生透水混凝土、再生混凝土路面砖等产品。.本项目研究共发表论文32篇，其中SCI论文1篇，EI论文10篇，参加国际会议4次，与瑞士联邦理工学院联合开展了高性能再生混凝土的研究；授权国家发明专利3项，授权实用新型专利2项，受理发明专利6项。