基于分形理论的高性能废玻璃粉混凝土及其本构关系研究

The use of recycled waste glasses in Portland cement and concrete is one of the major ways of waste glass treatment. Developed country and regions have researched on waste glass concrete for a long time, and some research results are obtained that can be used in the actual, however research on waste glass concrete don't gain broad attention and high recognition in China. This project is based on preliminary studies, adopt nummerical simulation technology study mechanism of waste glass concrete ASR expansion and fractal condition base on fractal theory and strain concentration theory pioneering;study the relationship between waste glass powder fractal characteristics and activity，and waste glass powder activated technology and mechanism; High performance concrete admixture for high-activity waste glass powder, then study the workability ,strength, deformation and durability properties of concrete base on fractal theory and put forward the prepare theory and method for this kind of concrete which on the premise of no harm of ASR expansion ;at the same time study the constitutive relation of concrete and numerical simulation technology in the study. I hope the research results of this project to lay the theoretical foundation for the industrialization of waste glass concrete in China and apply to actual engineering, so promote the progress of waste glass concrete technology greater extent at home, to change the status quo of low utilization of waste glass.

废玻璃用于生产水泥混凝土是其资源化最主要技术之一，发达国家和地区早已开展废玻璃混凝土研究，并取得了可用于实际的研究成果，而我国该方面的研究尚未受到广泛关注与重视。本项目以前期研究为基础，开创性地基于分形理论和应力集中理论，采用数值仿真技术，研究废玻璃混凝土碱骨料反应（ASR）膨胀危害机理与分形条件；研究废玻璃粉分形特征与活性的关系，高活性废玻璃粉制备技术及其机理；以无ASR膨胀危害为前提，以高活性废玻璃粉作掺合料配制高性能混凝土，基于分形理论研究该混凝土的和易性、强度、变形和耐久性等性能，提出该种混凝土配合比设计理论与方法；同时研究该混凝土的本构关系及其数值仿真技术。希望本项目的研究成果为我国废玻璃混凝土产业化地应用于实际工程奠定理论基础，从较大程度上推动我国废玻璃混凝土技术的进步，改变我国废玻璃利用率较低的现状。

大量废玻璃弃之不用，既占用土地，又污染环境，并造成资源和能源的浪费，将其应用于生产水泥混凝土是最有效的资源化利用手段之一，可获得良好的环境效益和经济效益。本课题采用试验测试、理论分析与数值模拟相结合的方法，运用分形理论对高活性废玻璃粉制备技术，废玻璃粉活性特征及机理，废玻璃粉混凝土的工作性能、力学性能及耐久性能等开展了系统研究，并在此基础上拓展了γ-射线辐照对活性污泥脱水性能和理化性能的影响研究，得出了一些具有参考价值的结论：废玻璃瓶经15~20min研磨即可制得后期活性不低于Ⅱ粉煤灰的废玻璃粉，比表面积341m2/kg以上的废玻璃粉28d活性指数达到70%以上；2.5%的硫酸钠溶液可有效激发废玻璃粉活性，7d活性可提高31.6%；粒径<75μm的废玻璃粉取代10%~15%水泥可有效改善水泥胶砂的流动性；废玻璃粉混凝土（胶砂）的抗压强度与废玻璃粉掺量成负相关性，适宜掺量在10%~20%之间，废玻璃粉的掺入对混凝土弹性模量、泊松比、本构关系、动力率相关性的影响不大；粒径<900μm或粒度分布分形维数D>大于2.3可有效防止混凝土碱骨料反应膨胀危害；粒径<150μm的废玻璃粉可有效改善混凝土抗硫酸盐侵蚀性能，取代率为20%具有最佳改善效果；废玻璃粉对混凝土干缩特性不具有明显影响，而对混凝土抗冻性能与抗碳化能力具有负面影响；形貌规整均一、片间交叉支撑结构的镁铝水滑石在温度35°C、PH值为8、焙烧温度为450°C的条件下氯离子吸附能力显著提升；1-4 kGy的γ-射线可有效改善污泥的脱水性能。这些研究成果为废玻璃粉用作混凝土掺合料奠定了坚实的理论基础。