浅析再生骨料混凝土应用技术

文章通过国内外的一些研究成果总结废旧混凝土经过处理成再生骨料,再生产再生混凝土与普通混凝土的性能影响,提出综合运用建议,以进一步推动再生混凝土的研究和在实际工程中的应用。     

纤维增强再生混凝土力学性能研究现状及展望

采用纤维对再生混凝土进行增强改性形成纤维增强再生混凝土,可在一定程度上弥补再生混凝土的天然缺陷,对保护自然环境具有重要意义。为进一步推动纤维增强再生混凝土的发展及应用,本文在大量查阅国内外文献的基础上,对现阶段纤维增强再生混凝土力学性能的研究成果进行深入归纳总结。重点阐述不同种类纤维对再生混凝土常温下基本力学性能、高温下基本力学性能及动力学性能的增强效果与影响规律,指出了纤维再生混凝土力学性能研究有待进一步解决的问题,并提出了相关研究建议及展望,为该领域的深入研究及纤维再生混凝土的推广应用提供参考。     

不同替代率再生混凝土的力学性能

为了推动绿色混凝土的发展,特别是城市建设中对废弃混凝土的利用,选用替代率分别为0％、20％、40％、60％、80％、100％的C20、C30两种不同强度等级的再生混凝土试块为研究对象进行非破坏检测试验以及破损试验研究,并对其结果进行对比分析;试验结果表明,再生混凝土替代率对其和易性有极大的影响;在配合比相同的情况下,再生粗骨料取代率为40％时再生混凝土立方体抗压强度比较高;再生混凝土抗压强度的发展随龄期的发展和普通混凝土比较相近.     

再生混凝土梁的受力性能

基于大量国内外试验结果，综述了再生混凝土梁的受力性能，主要包括再生混凝土梁的受弯、受剪、抗震及疲劳性能。研究结果表明，再生混凝土梁的受弯承载力与普通混凝土梁差异不大，但是变形有所增加。再生混凝土梁的抗剪承栽力较普通混凝土梁降低，而抗震性能则差异不大。本文的研究成果对再生混凝土在结构中的稚广应用具有一定的意义与价值。     

基于超声检测的废弃纤维再生混凝土弹性模量试验研究

为研究长期持荷损伤后再生骨料取代率和废弃纤维掺入对再生混凝土弹性模量的影响规律，制备了再生骨料取代率为0、50%、100%，废弃纤维体积掺入量为0.08%的废弃纤维再生混凝土试件，进行了混凝土标准弹性模量试验和超声波无损检测试验。研究表明，弹性模量与超声波速呈线性正相关，在宏观尺度上表现为抵抗弹性变形的能力减小，在细观尺度上表现为混凝土和再生混凝土中界面强度降低。纤维的桥接作用可以阻断微裂缝的开展抑制废弃纤维再生混凝土内部损伤的演化，从而提高了再生混凝土的弹性模量。超声波速随着应力水平和时间的增加而减小。采用中、美、欧规范计算废弃纤维再生混凝土弹性模量，中国规范和欧洲规范与超声检测值相差0.9%~8.4%和0.3%~12%，超声波无损检测法可进行长期损伤后的再生混凝土和废弃纤维再生混凝土弹性模量的定量分析。     

再生混凝土框架节点抗震性能研究

完成了3种不同再生粗骨料取代率再生混凝土框架边节点，在恒定竖向轴压荷载和水平低周反复荷载作用下的抗震性能试验研究．通过不同再生粗骨料取代率下的节点抗震性能对比分析，研究了再生混凝土节点在模拟地震作用下的破坏形态、滞回特性、延性等问题．研究表明，再生混凝土节点的破坏过程与普通混凝土相类似，虽然再生混凝土节点的抗震性能略低于普通混凝土，但再生混凝土节点的延性等抗震性能仍满足相应抗震设防要求，说明再生混凝土可用于有抗震设防要求的框架节点中．再生混凝土框架节点的水平抗剪承载力可直接采用现行混凝土结构设计规范中节点抗剪承载力计算公式计算．最后，提出了加强抗震构造要求的设计建议．     

复合处理法提高再生混凝土抗压强度的研究

再生骨料本身缺陷及加工过程复杂导致再生混凝土强度不高，工程推广受到限制。通过比较天然混凝土与再生混凝土抗压强度的区别，利用化学处理以及加入活性掺合料对再生混凝土进行表面改性，并提出提高再生混凝土强度的途径。     

再生混凝土单轴受压应力-应变全曲线试验研究

完成了不同再生粗骨料取代率下再生？昆凝土的单轴受压应力-应变全曲线试验，分析了再生粗骨料取代率对再生混凝土的应力-应变全曲线形状和再生混凝土抗压强度、弹性模量、峰值及极限应变的影响．研究表明，再生混凝土的应力-应变全曲线的总体形状与普通混凝土的相似，但曲线上各特征点的应力和应变值有所区别；再生混凝土的棱柱体抗压强度与立方体抗压强度的比值高于普通混凝土；再生混凝土的峰值应变大于普通混凝土；再生混凝土的弹性模量明显低于普通混凝土．再生混凝土应力-应变全曲线的上升段和下降段可以分别用3次多项式和有理分式拟合．     

再生粗骨料混凝土配合比简易设计方法

目的研究再生混凝土的配合比,提出科学的再生混凝土的配合比设计方法,为大力推广再生骨料和再生混凝土的生产与应用.方法通过分析再生粗骨料混凝土用水量的复杂性,系统研究再生粗骨料的品质和取代率等因素对再生粗骨料混凝土工作性能、力学性能的影响规律,以及不同用水量和水胶质量比在配合比设计时所带来的影响大小.结果再生粗骨料混凝土的各个用水量与再生粗骨料的品质和取代率均呈现出较好的线性关系,其强度与各胶水质量比之间也均呈现出较好的线性关系,但其工作性能和力学性能受再生粗骨料品质和取代率的影响存在着较大的差别.结论所提出的再生粗骨料混凝土配合比简易设计方法采用有效用水量原则和绝对水胶质量比原则,具有很好的工程适用性和推广性,可为推动再生混凝土及其制品应用提供坚实地理论基础.     

基于机器学习的再生混凝土配合比设计方法

再生混凝土技术是实现建筑垃圾资源化利用的有效途径. 通过收集再生混凝土氯离子侵蚀试验和碳化试验的数据，将材料信息和试验环境信息作为输入参数，采用电通量和碳化深度分别量化再生混凝土的抗氯离子侵蚀和抗碳化性能，基于机器学习方法构建再生混凝土的耐久性能预测模型，在此基础上以强度、耐久性和成本作为优化目标，结合 NSGA-Ⅱ算法和优劣解距离法提出再生混凝土配合比优化设计方法. 结果表明：梯度提升树模型可以较好地预测再生混凝土的抗氯离子侵蚀性能，高斯过程回归模型则对再生混凝土抗碳化性能预测表现较好；采用提出的配合比优化设计方法获得了满足耐久性和力学性能要求的低成本再生混凝土配合比建议值，可用于指导施工配合比设计.     

再生混凝土与钢筋间的粘结滑移性能

参照《混凝土结构试验方法标准》（GB50152-92），通过拔出试验，获得了不同再生粗骨料取代率下的再生混凝土与不同类型钢筋之间的荷载-滑移曲线．基于试验结果的对比分析，研究了不同再生粗骨料取代率和钢筋类型对再生混凝土与钢筋之间粘结强度的影响．在对试验数据回归分析的基础上，建议了再生混凝土与钢筋间的粘结滑移本构关系的表达式，并对钢筋在再生混凝土中的锚固长度取值进行了初步探讨．     

建筑垃圾再生骨料透水性混凝土试验研究

根据室内试验,研究了骨灰比、砂率和水灰比的变化对混凝土强度和透水系数的影响,得出能使混凝土强度和透水性能达到最佳平衡点的合理配合比为:骨灰比3.5,砂率15%,水灰比0.34。研究结果提高了人们对再生骨料和透水性混凝土的认识,推动了建筑垃圾再生骨料透水性混凝土在工程实践中的应用。     

替代率对再生混凝土抗压强度影响的微观机理研究

为研究替代率对再生混凝土抗压强度影响的微观机理，本文对6种不同替代率的再生混凝土进行抗压试验、骨料分布试验，探究了其抗压强度随替代率变化的基本规律，同时利用Fourier变换红外光谱(FTIR)、电镜(SEM)和压汞法(MIP)分析该变化规律的微观机理。结果表明，随着替代率的增加，再生混凝土抗压强度呈现逐渐下降的规律。再生混凝土水化产物C-S-H凝胶和Ca(OH)₂逐渐减少，阻碍了其水化发展。再生混凝土内部孔洞数量及有害孔累计孔体积百分比增大，且孔隙率升高，进而导致其抗压强度降低。基于试验结果建立了适用此类再生混凝土在不同替代率下抗压强度的计算公式。     

再生集料沥青混凝土界面损伤行为特征

水泥混凝土再生集料是建筑垃圾经分选、破碎、筛分工艺处理后的天然集料替代物，包含了水泥砂浆、原生集料、水泥砂浆与原生集料复合体。沥青混凝土内部界面损伤是沥青路面开裂的主要诱因，探究再生集料对沥青混凝土内部界面损伤的影响，有利于水泥混凝土再生集料在路面工程的推广。本文首先采用再生集料制备再生集料沥青混凝土(recycled aggregate asphalt concrete，RAAM)，将RAAM中内部界面分为水泥砂浆-沥青砂浆界面(cement mortar-asphalt mastic interface, CMI)和天然集料-沥青砂浆界面(natural aggregate-asphalt mastic interface, NAI)，通过电镜扫描试验和X线计算机体层成像(X-ray computed tomography, X-ray CT)试验获取了沥青混凝土内部界面的微细观特征，并采用半圆弯曲试验和有限元模型分析了RAAM的界面力学特征。试验结果表明，再生集料中的附着水泥砂浆具有多孔结构，增加再生集料用量会加剧沥青混凝土高温压缩过程中的内部界面损伤，水泥砂浆内部、水泥砂浆-沥青砂浆界面（CMI）的联结失效是内部界面损伤的主要诱因；有限元(finite element method, FEM)仿真结果表明，随着再生集料用量的增加，沥青混凝土的断裂耗散能降低，混凝土内部的界面主应力平均值增大。通过本研究分析，建议再生集料沥青混凝土使用前先对再生集料表面水泥砂浆进行物理或化学强化处理，研究结果为将来再生集料在道路工程中的应用提供参考。     

基于正交法的全组分再生混凝土试验研究

为提高废弃混凝土的利用率，以再生粗骨料、再生细骨料及再生微粉全组分取代天然骨料和水泥制备全组分再生混凝土，采用正交试验法，研究全组分再生混凝土在不同龄期及取代方式下，其抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度等力学性能及坍落度的变化趋势。结果表明：在28 d龄期时，配合比为A3B3C1试验组的抗压强度(59.24 MPa)和轴心抗压强度(41.43 MPa)均为最高，分别为对照组的128%、136%;配合比为A4B2C1试验组的劈裂抗拉强度最高(4.13 MPa),为对照组的131%。根据极差分析可得：全组分再生混凝土各项力学性能的最优配合比为A3B3C1,即再生粗骨料取代率为75%,再生细骨料取代率为75%,再生微粉取代率为10%。根据方差分析可得：再生微粉取代率的变化对各项力学性能和坍落度的影响最大，再生粗骨料取代率的变化影响次之，再生细骨料取代率的变化影响最小。通过正交试验分析，合理配制全组分再生混凝土可有效提高废弃混凝土的利用率。     

再生混凝土的强度特征研究

结合国内外大量试验结果，本文对再生混凝土的强度特征进行了详细的综述与分析。主要内容包括再生混凝土的抗压强度及其变异特征、棱柱体强度与立方体抗压强度的关系、再生混凝土的抗折和抗拉强度以及与钢筋的粘结强度。最后建议了关于再生混凝土强度特征有待于进一步研究的问题。本文的研究结果对再生混凝土在实际中的推广应用具有重要的价值。     

BFRP管约束再生混凝土圆柱轴压试验

为研究玄武岩纤维复合材料(BFRP)对再生混凝土力学性能的提升作用，对BFRP管约束再生混凝土圆柱进行了轴压试验，分析了BFRP层数对圆柱轴压性能的影响。试验结果表明：BFRP管约束再生混凝土圆柱的失效模式表现为BFRP断裂引起的圆柱受压破坏，BFRP管约束可以显著提高再生混凝土圆柱的承载力和变形能力，轴压应力-应变曲线表现出明显的强化段。随着BFRP层数的增加，约束再生混凝土的轴压强度比未约束再生混凝土提高了78%～281%,极限轴压应变提高了6.16～18.10倍，均显著高于对应的未约束普通混凝土的轴压强度和极限轴压应变。结合试验数据，评估了典型纤维复合材料(FRP)约束混凝土圆柱轴压强度和极限轴压应变模型在BFRP约束再生混凝土中的适用性，发现所评估的典型模型不能精确地预测试件的轴压强度和极限轴压应变。     

再生骨料混凝土耐久性试验研究

利用废弃混凝土制备再生骨料，可以降低天然资源损耗、减少耕地占用和降低环境污染。通过收缩试验、氯离子渗透试验、碳化试验、冻融试验等对比研究了简单破碎再生骨料、颗粒整形再生骨料、天然骨料混凝土的耐久性能。结果表明，颗粒整形可以制备高品质再生骨料，从而显著提高再生混凝土的耐久性能。为拓宽再生混凝土的应用领域提供了试验依据。     

再生混凝土在钢管混凝土结构中的应用

再生混凝土技术作为发展生态、绿色混凝土,实现建筑、资源、环境可持续发展的主要措施之一,正日益受到人们的重视。然而,由于再生混凝土结构性能较普通混凝土结构有不同程度的降低,阻碍了再生混凝土在结构工程中应用。将再生混凝土应用于组合结构中,形成钢-再生混凝土组合结构,可以弥补再生混凝土结构性能的不足,还具有十分重要的保护环境的意义。本文探讨了再生混凝土在钢管混凝土结构中应用的可能性。结果表明,再生混凝土应用于钢管混凝土结构中是完全可行的,这为再生混凝土应用于结构工程中提供了广阔的前景。     

基于温度-应力试验的再生混凝土抗裂性能研究

通过预湿法和净浆裹石法对再生骨料进行预处理，采用温度-应力试验方法研究绝热温升模式和100%约束条件下再生混凝土的温升、应变、徐变和约束应力，分析不同预处理再生骨料方式对再生混凝土早期抗裂性能的影响.结果表明：预湿法(RAC-P)和净浆裹石法(RAC-C)可有效改善再生骨料的吸水和返水现象.净浆裹石法可有效调控再生混凝土的放热行为，有助于降低混凝土的温升.升温阶段，约束峰值压应变分别为普通混凝土组的9.95倍和16.52倍，净浆裹石法预处理再生骨料试件的受压徐变增长更快，获得的压应力储备更大.降温阶段，RAC-C组和普通混凝土组的约束峰值拉应变分别为RAC-P组的1.39倍和1.34倍，所有再生混凝土试件的受拉徐变变化速率接近.对比发现净浆裹石预处理方法可较好地改善再生混凝土的早期抗裂性能.