再生微粉/骨料改性对水泥基材料的影响及其应用

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将建筑和拆除垃圾回收成再生混凝土粉末(RFP)与骨料(RA)在建筑业中再次利用,既节约了天然材料的短缺又解决了当前建筑垃圾处置的难题,具有绿色可持续性发展的前景。当前对RFP在混凝土中的应用有了一定的研究,但是大多数集中在RFP对混凝土宏观性能方面,有关RFP对水泥基材料微观方面的工作相对较少、其主要集中在对RFP潜在活性的激活角度,但研究深度仍较浅。由于RA天然的质量缺陷,不利于RA在混凝土材料当中的应用,有大量的学者对RA进行了改性研究。但也面临着工艺复杂,成本高等问题,甚至会对RA造成二次损伤。这些问题限制建筑垃圾再生材料在工程实际中的应用。本研究的目的是针对RFP和RA这两种材料的不足与特点,分别开展相应的研究与改性试验。最终制备出再生粉末水泥,再生粉末砂浆,改性再生粉末砂浆,改性RA透水混凝土等产品。本文从物理性能、力学性能、水化产物等研究了再生微粉(RFP)的不同置换水平对复合水泥的性能影响及作用机理,并探究了化学试剂对RFP的改性试验。并使用再生微粉水泥浆,对再生骨料(RA)进行了裹浆强化,在此基础上研究了再生微粉水泥浆协同碳化对再生骨料的性能影响及增强机理。最后通过对再生骨料透水混凝土进行合理的配合比设计,以达到一定的透水系数和力学性能。进一步探究强化后的再生骨料对其性能的影响。主要结论如下:(1)适量的再生微粉(不超过30%)会缩短水泥的凝结时间,并提高水泥浆体的流动性能。复合水泥掺加再生微粉的量越多,在水化过程中他的累积放热总量越来越少。且他的诱导期也会随再生微粉的含量逐渐增多而进一步变长。再生微粉掺量不超过70%时,Krstulovic-Dabic模型可以很好的来模拟复合水泥的水化动力学过程。(2)通过低场核磁共振技术证实了再生微粉可以填充水泥砂浆中的大孔与中孔的孔隙,从无损分层扫描结果发现含再生微粉的水泥的砂浆孔隙缺陷集中分布于中部,并呈现由内向外的孔隙逐渐减小的梯度分布规律。(3)进一步,通过孔隙水分子动态分布规律对含再生微粉的复合水泥的砂浆中的微观孔隙结构进行了可视化分析和非均质表征,证实了再生微粉对复合水泥的砂浆较好的填充效应。(4)CH对RFP水泥胶砂力学性能的激活效果不明显,CH掺量超过2.5%会对胶砂强度产生不利影响。CaSO4的比CH对RFP水泥胶砂强度激活效果更明显。CaSO4能促进C-S-H凝胶和钙矾石晶体的形成,有利于早期的强度发展。两者复合作用时,试块的XRD图谱表明,SiO2峰的峰强下降而硅钙石的峰强度更高。(5)经过再生微粉水泥浆处理后,再生骨料的表观密度和压碎值得到一定程度的改善,但吸水率明显增加。微观分析表明,再生骨料经过再生微粉水泥浆协同碳化处理后,产生水化硅酸钙(C-S-H)和CaCO3对再生骨料的孔隙、微裂缝和界面过渡区(ITZ)进行了填充,也加固了再生骨料表面的松散颗粒。表现为:再生骨料的孔隙降低率为25.1%,CaCO3含量由11.1%(仅裹浆)增加到20.75%(协同作用)。(6)再生骨料透水混凝土,在受压过程是水泥浆体粘结性失效破坏,而在劈裂抗拉过程中包含了水泥浆体粘结性失效和再生骨料骨料失效破坏两种。再生骨料透水混凝土的峰值应变大于普通混凝土,改性再生骨料使得再生骨料混凝土,在受压破坏过程中的峰值应力和峰值应变进一步提高,同时在劈裂抗拉过程中塑性变形减少,而脆性破坏增加。
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