多因素耦合作用下再生混凝土微结构损伤累积与性能退化机理

This project was focused on the microstructure formation ,damage evolution and performance degradation of recycled aggregate concrete (RAC) under salt attack coupled with wetting-drying cycles and environment load.Influenced by the interaction between hydration reaction of cementitious materials and erosion reaction,the mechanisms of microstructure formation and evolution will be studied systematically .The in-situ non-destructive X-ray CT designed on our own will be adopted to research the process and mechanism of microstructure damage cumulation under multi coupling factors.The quantitative characterization of damage cumulation will be achieved using geometric probability theory and statistical physics.Then,the microstructure cumulative damage model of RAC under multi coupling factors will be established.The influence of the microstructure characteristic parameters including the structure of the new and old interfacial transition zones (ITZ) on the transmission performance of RAC will be taken into consideration. Based on the interaction mechanism of microstructure damage cumulation and transmission performance, the transmission model based on the microstructure damage cumulation under multi coupling factors will be established.Finally,the mechanism of performance degradation under multi coupling factors will be studied.This study will provide important scientific basis for service life design of the RAC structure and enrich the theory of the durability of RAC.

本项目围绕多因素（盐类侵蚀-干湿循环-荷载）耦合作用下再生混凝土的微结构形成、损伤演变与性能退化这一核心问题，系统研究再生混凝土中胶凝物质水化与侵蚀反应交互作用时微结构形成与演变机制；应用自主设计的X-CT无损原位追踪测试技术，研究再生混凝土微结构损伤累积的演变过程及规律，应用几何概率理论和统计物理学原理和方法，定量表征再生混凝土微结构损伤累积时变行为，从而建立多因素耦合作用下再生混凝土微结构损伤累积模型；研究微结构损伤特征参数包括新旧界面过渡区(ITZ)组成与结构对再生混凝土传输性能的影响规律，探明再生混凝土微结构损伤累积与传输性能的交互作用机制，建立多因素耦合作用下基于微结构损伤累积的传输模型。揭示再生混凝土在多因素耦合作用下的性能退化机理，为实现再生混凝土结构可预期寿命设计提供重要科学依据，丰富和完善再生混凝土耐久性的理论体系。

再生混凝土的耐久性是当前研究的重点与热点，而多因素耦合作用下再生混凝土的损伤演变与性能退化是再生混凝土耐久性研究的核心问题。本项目系统研究了在多因素耦合作用下再生混凝土中微结构演变机制与损伤劣化时变规律、盐类侵蚀介质的传输规律，建立了再生混凝土微结构损伤累积模型与氯离子传输模型。主要研究结果如下：.硫酸盐侵蚀能导致再生混凝土中C-(A)-S-H凝胶发生脱铝、脱钙，氯盐侵蚀主要影响胶凝浆体中铝相产物的组成，促进AFm形成Friedel盐。干湿循环加快了侵蚀介质侵入硬化浆体中的速率，掺入矿渣和降低水胶比可削弱干湿循环下对C-(A)-S-H凝胶脱铝、脱钙作用，改善C-(A)-S-H凝胶的结构稳定性。.再生混凝土中氯离子浓度和表观扩散系数随着再生粗骨料取代率的增加，先减小后增大。荷载的施加使再生混凝土中氯离子浓度和表观扩散系数明显增大。随着再生粗骨料取代率的增加，再生混凝土中水溶（自由）硫酸根离子浓度先减小后增大，但硫酸根离子反应系数呈现增加趋势。降低水灰比和掺入矿物掺和料可提高再生混凝土密实度，阻碍氯离子与硫酸根离子的传输。.再生混凝土的损伤劣化过程包括初始下降段、增加段以及加速下降段，再生粗骨料取代率不改变劣化过程但明显影响损伤初速度以及加速度。荷载的施加会使再生混凝土中产生的微裂纹扩展，加速硫酸盐侵蚀过程。降低水灰比和掺入矿物掺和料可有效地改善再生混凝土抗硫酸盐侵蚀性能。.基于Fick第二定律建立了再生混凝土在多因素作用下的氯离子传输模型，该模型主要考虑再生粗骨料取代率、水灰比、荷载率、氯离子结合能力以及时间依赖性等因素对氯离子扩散系数和表面氯离子浓度的影响。采用数学模型描述再生混凝土在多因素作用下硫酸盐侵蚀损伤全过程，根据损伤力学基本原理，以相对动弹性模量为损伤变量，建立再生混凝土相对动弹性模量的双段损伤模型，并明确了损伤模型中回归参数的物理含义。.本项目研究成果对于丰富再生混凝土耐久性理论有重要的学术意义，对实现再生混凝土结构可预期寿命设计有重要的理论价值和实践意义。