再生混凝土多重界面结构与性能损伤机理及强化技术研究

There frequently exist lots of hardened cement pastes attached on recycled aggregate with low strength, high water absorption, weak bonding, and bringing forth multiple interface structures amongst recycled concrete, which lead to severe degradation of mechanical properties and durability. Here, we firstly combine Core sampling in situ and three-dimensional imaging location techniques, to acquire full length image of old concrete core cylinder under coordinate setting, and construct full-way tracing three-dimensional feature database. Secondly, we combine interface direct shearing and micro-hardness technique, to explore new/old interface mechanical strength and hardness of old concrete core out-packaged ring-like mortar; employ core layer-cutting, micro-crack probing and element tracer technique, to investigate visual change of interface structure degradation of the corresponding recycled concrete, and discover invasion routes, interface damage and durability degradation mechanism. We further investigate the influence law of doped ultrafine powder (nano-SiO2, silica fume, and ultrafine mineral powder), chemical soaking, pre-carbonized treatment, and steamcuring cast technique on interface microstructure feature, micro-hardness, interface mechanical strength, and durability of modified recycled concrete, and verify the feasibility and availability of this model. The study will enrich fundamental theory of recycled concrete, and guide its producing & application.

再生骨料表面常含大量强度低、吸水率高且与骨料结合较弱的硬化水泥石，导致再生砼中存在多重界面结构，造成了力学性能和耐久性明显劣化。本项目首先借鉴岩芯原位取样及三维成像定位技术，获取坐标定位下旧砼芯样全身图像，建立全程跟踪的三维特征形貌数据库。接着结合界面直剪及微硬度技术研究外裹砂浆层的旧砼芯样新/旧界面力学强度及硬度；结合芯样切片、微裂缝观测及元素示踪技术，研究再生砼在多种环境因素（碳化、冻融、侵蚀性介质和干湿交替）作用下界面结构劣化直观变化；揭示不同侵蚀性介质的侵入过程、界面破坏及耐久性能劣化机理，建立多重界面结构模型。进一步研究掺超细粉体（纳米SiO2、硅灰、超细矿粉）、化学浸渍、预碳化处理、蒸养成型制度对改性再生砼界面细/微观结构特征、微观硬度、界面力学性能及耐久性能的影响规律，验证该模型的可行性及有效性。该项研究丰富了再生砼基础理论，并可指导再生砼的生产与应用。

由废弃混凝土制备的再生粗骨料表面附着大量强度低、吸水率高且与骨料结合较弱的硬化水泥石，导致再生混凝土中存在多重界面结构，造成了再生骨料混凝土的力学性能和耐久性明显劣化。目前，针对再生混凝土中界面过渡区性能的研究仅限于对不同界面过渡区的定性分析，尚未建立界面过渡区微观性能与宏观性能的关系，因而有必要建立科学合理的再生混凝土微观结构性能研究方法，探索其性能劣化机理，并找出相应的改善途径。.本项目从宏观性能和微观尺度出发，采用试验研究和微观结构理论分析相结合的研究方法，利用物理强化技术制备不同品质的再生粗骨料，确立再生粗骨料内部缺陷与吸水率、压碎指标和表观密度等主要性能的表征方法；结合再生粗骨料及再生混凝土性能特点，采用废混凝土原位取样技术，建立了再生混凝土多重界面结构重构模型，实现了再生混凝土中的老界面、骨料新界面、砂浆新界面的准确分辨及定位；基于再生混凝土多重界面结构重构模型及微观测试技术，提出再生混凝土多重界面结构微观研究方法，研究了不同强度等级再生混凝土多重界面破坏形态、结构特征、显微结构及界面力学性能，实现再生混凝土内部不同界面过渡区宽度及性能的定量分析；结合芯样切片、微裂缝观测及SEM测试技术，系统研究环境作用对再生混凝土多重界面结构微观结构特征、显微硬度及界面过渡区宽度的变化规律，揭示了再生混凝土界面破坏及耐久性能劣化机理；研究再生粗骨料预处理工艺对再生混凝土界面结构特征、微观硬度、界面力学性能及耐久性能的影响规律，进一步完善了再生混凝土基础研究理论，有利于再生混凝土的生产与应用，对于推进资源全面节约和循环利用发展战略具有重要意义。.基于本项目的研究成果及相关工作，已出版学术专著2部，发表标注资助学术论文29篇，其中SCI收录9篇、EI收录5篇；申报发明专利2项，授权实用新型专利1项、软件著作权3项；成功举办国内学术交流会1次，参加国际与国内学术会议8次；指导博士后2名、培养博士研究生2名，硕士研究生5名；研究成果还获得2018年国家科技进步奖二等奖及2019年山东省科学进步奖一等奖等9个奖项；本项目超额完成了计划书中的各项任务。