基于分形理论的废弃纤维再生混凝土耐久性能研究

Based on research results of waste fiber recycled concrete material and mechanical properties, proposed that the durability of the FRC is study with fractal theory. Through waste fiber recycled concrete micro experiment, the relationship between pore structure and recycled aggregate replacement ratio and volume fraction of waste fiber , and establishment a model between fractal dimension and pore structure. Durability experiments of waste fiber recycled concrete include the chloride ion erosion, freeze-thaw and carbonization environment. The applications of fractal theory to analysis durability of waste fiber recycled concrete from meso-level, and establish the waste fiber recycled concrete durability evaluation system based on fractal theory. Establish a macroscopic and mesoscopic scales crack fractal model, fractal theory provides theoretical basis for the study of fracture damage and a new research idea for the relationship between the performances of FRC concrete at different scales. Research on the durability of waste fiber recycled concrete will accelerate the application of recycled concrete and waste fiber in civil engineering, which to solve construction waste pollution, conservation of natural resources and realize the resources sustainable development has important significance.

基于对废弃纤维再生混凝土基本材料性能及力学性能的研究成果，将分形理论引入其耐久性研究。通过细观试验,研究废弃纤维再生混凝土孔结构随再生骨料取代率、废弃纤维体积掺量的变化规律,建立废弃纤维再生混凝土孔隙率与分形维数之间的数学模型。进行废弃纤维再生混凝土氯离子侵蚀、冻融环境和碳化环境下耐久性能试验,解析废弃纤维再生混凝土耐久性能的细观分形特征,建立基于分形理论的废弃纤维再生混凝土耐久性评价体系。研究宏观和细观尺度下的废弃纤维再生混凝土裂纹分布情况,建立不同尺度下裂纹的分形分布模型。分形理论的应用不仅为废弃纤维再生混凝土断裂及损伤的研究提供理论依据，也为不同尺度下力学性能之间的关系提供了新的研究思路。废弃纤维再生混凝土耐久性的研究将加速再生混凝土以及废弃纤维在土木工程中的应用,对解决建筑垃圾污染、节约天然资源和实现资源的可持续发展具有重要意义。

本项目基于对废弃纤维再生混凝土基本材料性能及力学性能的研究成果，采用分形理论为主要方法对其耐久性能进行研究。基于分形理论研究了废弃纤维再生混凝土的孔结构，采用分形维数对孔的空间分布、粗糙程度、曲折度等进行整体的、定量的描述。采用孔结构分形模型建立的细观参数表征了宏观上再生粗骨料取代率、废弃纤维体积掺入量对耐久性能的影响。进行了废弃纤维再生混凝土氯离子扩散性能试验，通过孔结构分形细观参数，采用“多尺度”的研究手段建立了废弃纤维再生混凝土的氯离子扩散模型。进行废弃纤维再生混凝土抗碳化性能试验，在不同尺度的精细测量下，碳化轮廓线分形维数越小，碳化深度越大，试件的抗碳化能力越差，并在此基础上提出了废弃纤维再生混凝土碳化深度随机模型。进行冻融试验，对冻融破坏面进行三维重塑，通过分形理论对冻融破坏程度进行定量描述。进行了不同耐久损伤条件下裂纹分布及开展情况研究，建立了不同尺度下裂纹的分形分布模型，为废弃纤维再生混凝土断裂及损伤的研究提供理论依据。本项目的研究成果初步地建立了基于分形理论的废弃纤维再生混凝土耐久性评价体系，加速了废弃纤维再生混凝土在土木工程中的应用。