再生混凝土单轴受压下多重界面过渡区的破坏机理研究

为研究再生粗骨料混凝土在单轴受压荷载下的破坏特性,使用数字图像相关技术记录混凝土立方体在破坏过程中的应变变化规律,并结合显微硬度测试、背散射电子成像技术等观测手段对界面过渡区的宽度和孔隙率进行定量表征。试验结果表明,分别经骨料强化和砂浆强化后,再生混凝土的抗压强度较未处理试样提升了17.86%和35.55%,说明砂浆强化更有利于提升再生混凝土的抗压强度。骨料强化可以提升老砂浆显微硬度值,降低老骨料-老砂浆界面过渡区孔隙率;砂浆强化可以提升新砂浆显微硬度值,降低老骨料-新砂浆界面过渡区以及新-老砂浆界面过渡区的孔隙率。经强化处理后的特定界面产生贯通裂缝的概率降低。     

基于X-CT的非饱和水泥基材料水分传输与渗透系数计算

利用X射线计算机断层扫描(X-CT)联合Cs离子增强技术连续监测水分在非饱和水泥基材料中的动态传输过程,建立水分传输距离与时间的关系,获得水分传输的毛细吸水系数,在此基础上提出了计算水泥基材料渗透系数的理论模型。系统研究了水灰比、粉煤灰掺量、矿渣掺量和砂体积掺量对水泥基材料毛细吸水系数和渗透系数的影响,结果表明:当水灰比从0.35增大到0.55时,硬化水泥浆体的毛细吸水系数从2.07×10^-4 m/s^1/2增大到3.22×10^-4 m/s^1/2,而固有渗透系数增大1个数量级;粉煤灰的掺入能有效降低浆体的水分传输性能,且粉煤灰的最佳掺量为30%(质量分数),当矿渣掺量为30%(质量分数)时,硬化浆体的固有渗透系数比掺同等质量粉煤灰的高1个数量级;当砂体积掺量从0%增加到40%时,砂浆的毛细吸水系数和固有渗透系数均下降,当砂体积掺量大于42.4%时,砂浆的界面过渡区(ITZ)连通,砂浆的毛细吸水系数增大。     

不同强度砂浆界面过渡区对再生骨料混凝土性能的影响

为了探明不同强度砂浆界面过渡区对再生骨料混凝土性能的影响,试验以再生骨料表面不同的砂浆强度以及附着率作为变量,配置了不同强度等级的再生骨料混凝土,与普通混凝土进行了对比性强度试验以及碳化试验.试验结果表明,高强度原生混凝土经破碎后作为再生骨料配制低强度等级的再生混凝土,即再生混凝土内部旧砂浆界面过渡区强度比再生混凝土内部新砂浆界面过渡区强度高时,再生骨料混凝土的强度与普通混凝土强度几乎相同,再生骨料表面砂浆的强度以及附着率对再生混凝土的强度影响不大,但碳化深度有所增大.当使用低强度原生混凝土经破碎后作为再生骨料配制高强度等级再生混凝土,也就是再生混凝土内部再生骨料与旧砂浆界面过渡区强度比新砂浆界面过渡区强度低时,再生骨料混凝土的强度与普通混凝土相差较大,再生骨料表面砂浆的强度以及附着率对再生混凝土强度影响较大.     

再生骨料混凝土抗氯离子侵蚀的多相数值研究

为定量分析再生骨料混凝土各组成相对其抗氯离子侵蚀性能的影响,研究建立可实现任意体积分数再生粗骨料随机分布的再生混凝土五相细微观数值模型,包括新砂浆、新界面过渡区、旧砂浆、旧界面过渡区和核心区原始天然骨料.根据各相氯离子扩散性能和几何性质的不同,探究再生粗骨料体积分数、旧砂浆附着率及新、旧界面过渡区厚度等关键几何参数对再生混凝土抗氯离子侵蚀性能及离子时空分布的影响.结果 表明:作为再生骨料混凝土的重要组成部分,附着旧砂浆和核心区天然骨料的性质与含量对其抗氯离子侵蚀性能起着相互博弈的效应,导致再生骨料混凝土有效氯离子扩散系数随着骨料体积分数的增大而产生明显波动,尤其是当旧砂浆附着率较小时,此现象尤为明显;当骨料体积分数一定时,再生骨料混凝土氯离子扩散性能随着旧砂浆附着率的增大而增强,且增幅随着骨料体积分数的增大而增大;再生骨料混凝土抗氯离子侵蚀性能与新、旧界面过渡区的厚度呈负相关关系.     

基于细观尺度的再生混凝土性能研究综述

基于当前国内外学者对再生混凝土性能试验的结果,研究骨料、砂浆、界面过渡区等细观参数对再生混凝土宏观性能影响.在骨料方面,骨料分布的均匀程度高、颗粒级配较好、大中型骨料颗粒数越多的再生混凝土在抗拉、抗压、抗折强度及弹性模量等方面都会有所提高;在砂浆方面,随着新、老砂浆的强度提高,再生混凝土力学性能更好,老砂浆厚度越高,再生混凝土内部氯离子浓度越大;在界面过渡区方面,随着新、老界面过渡区弹性模量的提高,再生混凝土的性能表现地越好,界面过渡区厚度越大,氯离子扩散系数越大.     

聚合物改性砂浆界面过渡区的电导特性

用交流阻抗谱方法对不同砂子体积分数的聚合物改性砂浆的电导率进行测定。用有效介质理论研究了聚合物改性砂浆界面的电导特性。利用一个将骨料看成非电导球形颗粒的混凝土模型,计算了界面过渡区的电导率与水泥浆基体电导率的比值(σITZ/σm)。计算发现：随着龄期的增加。聚合物改性砂浆的σITZ/σm的比值在最初3d内由5～9迅速降低到3左右,以后基本保持恒定,这与普通水泥砂浆的不同。结果说明：在聚合物改性砂浆中。界面过渡区电导的降低速度比水泥浆基体的快。结合不同聚灰比的聚合物改性水泥浆和乳液成膜过程的电导研究结果发现这是聚合物在界面过渡区的浓度较高和成膜所致。研究结果为聚合物改性砂浆的配置和养护工艺设计提供了依据。     

砂岩、大理岩-浆体界面区结构特征

混凝土中骨料-浆体界面区的性能受着各方面的影响,并最终影响到混凝土的整体性能.利用扫描电镜、能谱分析、X射线衍射、显微硬度、背散射电子像以及体视显微镜研究了大理岩、砂岩骨料与水泥浆体界面过渡区的微观结构特征.结果表明:大理岩骨料-浆体界面有着大量的Ca(OH)2,并形成明显的定向排列.砂岩的酸性和高吸水率的特点使得界面区显微硬度增大、Ca(OH)2富集程度减小,但骨科--浆体界面过渡区存在较大孔隙,砂岩的吸水率和酸性特征应该辨证看待.     

不同强度等级再生混凝土多重界面结构显微硬度分析

根据再生混凝土界面结构的特点,建立了多重界面重构模型.通过测试分析不同强度等级再生混凝土多重界面过渡区的显微硬度,研究了再生混凝土多重界面结构及其对性能损伤的影响规律.研究结果表明:提高再生混凝土的强度等级能有效地增大砂浆基体及界面过渡区的显微硬度;由C40废弃混凝土加工成的再生粗骨料,配制C30或C40再生混凝土,其薄弱界面为老骨料-新浆体界面;而配制的C50再生混凝土的薄弱界面则为老浆体-新浆体界面.     

硫酸盐侵蚀对再生混凝土多重界面显微结构的影响

通过研究经硫酸盐侵蚀的再生混凝土不同界面的显微硬度变化,确定不同强度等级再生混凝土不同界面过渡区的宽度,研究硫酸盐侵蚀期对再生混凝土不同界面显微结构的影响规律,揭示了再生混凝土受硫酸盐侵蚀的劣化机理.研究表明:随着硫酸盐侵蚀龄期的增长,同强度再生混凝土老骨料-新浆体界面(LG-XJ界面)、老浆体-新浆体界面(LJ-XJ界面)、老骨料-老浆体界面(LG-LJ界面)的显微硬度先增大后减少,界面过渡区宽度先减少后增大.当侵蚀龄期为60d时,高强度等级再生混凝土LJ-XJ界面过渡区宽度的变化仍不明显,当侵蚀龄期为90 d时,该界面过渡区宽度有所增加.同强度等级再生混凝土三种界面抗硫酸盐侵蚀性能的优劣:LG-XJ界面最弱,LG-LJ界面次之,LJ-XJ界面最强.随着再生混凝土强度等级的增加,同种界面的显微硬度增加,界面过渡区宽度减小,界面抗硫酸盐侵蚀的能力增强.     

基于随机细观骨料的钢筋表面氯离子浓度概率分布研究

氯盐侵蚀诱发钢筋锈蚀是导致钢筋混凝土结构耐久性失效的主要因素之一。研究钢筋表面氯离子浓度概率分布对于预测海洋工程的服役性能具有十分重要的意义。通过引入随机厚度的界面过渡区,建立了包含骨料、界面过渡区以及砂浆的三相混凝土细观模型。在此基础上,结合氯离子扩散理论,建立了氯离子扩散细观数值模型。研究结果表明,骨料对氯离子的扩散具有阻碍作用,增加了氯离子的扩散路径。通过对6 000个钢筋表面氯离子浓度的模拟结果进行统计分析,发现:当骨料率为40%(体积分数)时,钢筋表面氯离子浓度呈双峰分布;当骨料率小于40%时,钢筋表面氯离子浓度近似呈正态分布;随着骨料率的增加,钢筋表面氯离子浓度不断减小,变异系数不断增大。     

基于多离子传输的混凝土细微观尺度多相数值模拟

基于严格的Gaussian静电理论和对多相结构的参数控制,考虑多种离子间电化学耦合效应和骨料、界面过渡区的不同形状及体积分数,在细微观尺度下建立多离子传输多相数值模型。通过求解质量守恒方程和Poisson方程,探明多离子的时空分布规律。综合考虑外加电场、离子间相互作用、混凝土的各向异性、骨料-砂浆界面过渡区和离子吸附结合效应等因素的影响,揭示了多离子传输与单一离子传输间的差异,以及多种曲折度效应之间的增益效果和影响程度。     

聚合物改性水泥砂浆界面过渡区的交流阻抗谱研究

水泥砂浆可视为由水泥浆体、细集料和水泥浆体－－休料界面过渡区（interfacial transition zone，简称ITZ）所组成，聚合物改性水泥砂浆中，较小的聚合物颗粒有利于休料表面的紧密堆积，用交流阻抗方法研究了不同砂子粒径和不同砂子体积分数的聚合物改性砂浆在不同龄期的表现，结果表明：交流阻抗方法是研究聚合物改性砂浆界面过渡区发展变化的一种新手段，聚合物改性砂浆的阻抗谱随龄期延长出现二次明显变化，这种特征分别与聚合物在砂浆界面过渡区的聚集、凝结、形成紧密堆积的颗粒结构以及聚合物颗粒相互扩散渗透，形成具有一定力学强度的过程有关。同时，聚合物在界面过渡区的成膜情况与砂子粒径及其体积分数有关，从而在交流抗谱上可以观察到相应的响应。     

骨料对氯离子在水泥基复合材料中扩散系数的影响

为了确定骨料对氯离子在水泥基复合材料中扩散系数的影响,利用压汞技术和稳态电迁移法分别对含不同类型、不同粒径分布、不同体积分数骨料的砂浆和混凝土试样,进行了孔结构和氯离子扩散系数的测试,并根据试样配合比、骨料的粒径分布以及界面过渡区(简称界面区)厚度进行了界面区体积分数计算,最后提出了界面区有效扩散系数的预测模型。结果表明:氯离子在水泥基复合材料中的扩散系数由基体扩散系数、界面区扩散系数、骨料以及界面区的体积决定,而界面区的体积分数主要取决于骨料的粒径分布、骨料体积和界面区厚度;骨料改变了水泥基复合材料中浆体的孔结构,其稀释效应和曲折效应降低了氯离子的传输性能;界面区特殊的微观结构增加了传输性能,其中,界面区效应要大于其曲折和稀释效应。根据试验结果采用回归分析法,得到氯离子在砂浆和混凝土界面区的扩散系数分别是基体的13.26倍和18.45倍。     

石灰石粉对水泥浆体填充效应和砂浆孔结构的影响

用环境扫描电镜和压汞测孔法观察了石灰石粉对水泥浆体和砂浆显微结构的影响.试验结果表明:石灰石粉比水泥颗粒更细,能够很好地填充水泥浆体中的孔隙,改善浆体的颗粒级配,使浆体更为密实;当砂浆含有石灰石粉时,由于石灰石粉具有填充效应,能有效地改善砂浆的孔结构,降低其孔隙率.     

水泥浆厚度在再生骨料透水混凝土配合比设计中的应用

试验研究了水胶比、减水剂用量和骨料特性对水泥浆包裹骨料表面厚度的影响,并把水泥浆厚度应用到再生骨料透水混凝土配合比设计中.结果表明:随着水胶比的增大,水泥浆厚度受减水剂用量的影响越大;在水胶比一定时,水泥浆厚度随减水剂用量的增加而变小;随着骨料粒径的增大,水泥浆厚度也随之增大;表面粗糙的骨料容易附着水泥浆,骨料的含水量会降低水泥浆厚度;当骨料粒径为4.75～9.5 mm,设计水泥浆厚度为0.519 mm,水胶比为0.35时,再生骨料透水混凝土28 d强度达到了34.1 MPa,透水系数为0.79 mm/s.     

再生水泥混凝土界面结构区的影响因素

与普通水泥混凝土相比,再生水泥混凝土的材料组成和内部结构更为复杂,再生水泥混凝土内部存在天然石料、再生集料、老水泥浆体、新水泥浆体、天然集料-老水泥浆体界面、老水泥浆体-新水泥浆体界面等多种材料和界面。因此,对再生集料以及再生水泥混凝土微观形貌和ITZ结构影响的研究就显得尤为重要。本文分析探讨了再生水泥混凝土微观结构的影响因素,并进一步提出了针对再生水泥混凝土界面过渡区的改善措施。     

利用砖混建筑废弃物制备再生混凝土的性能研究

由砖混建筑废弃物制备的再生粗骨料通常含有部分碎砖粗骨料。为研究碎砖含量对混凝土性能的影响,将再生混凝土粗骨料和碎砖粗骨料按不同比例(体积分数)混合制备混合型再生粗骨料,并以30%的取代率取代天然骨料浇筑混凝土试块进行试验研究。研究结果表明:混凝土破坏时,天然粗骨料沿粗骨料与砂浆之间的界面过渡区断裂失效,而碎砖粗骨料则是贯穿粗骨料内部断裂失效;当碎砖含量不超过18%时,对混凝土抗压强度和抗氯离子渗透性能没有明显影响,碎砖含量超过18%时,抗压强度和抗氯离子渗透性明显下降;碎砖含量越大,混凝土抗盐冻能力越差;当砖含量不变时,水灰比越高,再生碎砖粗骨料对混凝土抗压强度的不利影响越小。     

混凝土界面过渡区微观结构及其数值模拟方法的研究进展

混凝土界面过渡区(ITZ)是混凝土中最薄弱的连接部位,对混凝土性能有关键性的影响。综合已有研究成果,从界面过渡区的空间尺度与显微硬度、孔隙率、水化产物以及未水化颗粒等方面进行了阐述。诸多因素如水灰比、水化时间、骨料种类和表面形貌以及掺合料等都会改变混凝土界面的微观结构。并介绍了在描述ITZ体积分数、ITZ对力学与传输等性能影响方面的数值模拟方法,比较分析了不同学者提出的理论模型,对未来的研究方向作出了展望。     

人造骨料表面改性改善混凝土界面过渡区性能研究

针对混凝土用人造骨料表面疏松多孔和水泥浆体结合能力不足的问题，提出包覆和表面疏水特性修饰的新方法处理人造骨料。试验将不同质量分数的硅烷偶联剂溶液与有机硅树脂联合改性应用于碳化养护的人造骨料，研究改性方法对人造骨料吸水率、颗粒强度、骨料-水泥砂浆黏结强度等性能的影响规律，利用细观/微观测试分析方法表征改性前后人造骨料的微观结构以及人造骨料与水泥砂浆的界面形貌。结果表明，较单一使用化学溶液改性人造骨料，联合改性方法可显著优化人造骨料的表面微观结构，提升骨料性能，骨料吸水率可降低至1.74%。当硅烷偶联剂质量分数为5%时，人造骨料表面形成厚度合适的改性层，人造骨料与水泥砂浆的结合程度显著提升。     

内养护对不同细度水泥制备的砂浆性能的影响

研究了饱和轻骨料内养护对不同细度水泥配制的砂浆自收缩、强度、水化程度、显微硬度以及界面过渡区形貌等的影响。结果发现：内养护可显著降低不同细度水泥配制的砂浆的早期自收缩,但减缩效果随着水泥比表面积增大而降低;内养护的砂浆后期自收缩仍持续增加,水泥越粗,自收缩后期增长越大;内养护能够显著促进水泥早期水化,这种促进作用在细水泥中最显著。在相同条件下,轻骨料的引入对砂浆强度的影响作用与水泥细度有关;显微硬度以及界面过渡区微观形貌结果显示,轻骨料内养护能显著改善粗水泥体系微观结构,对细水泥体系微观结构的改善则无显著贡献。