含砖再生骨料混凝土抗压强度试验及数值模拟

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随着我国新型城镇化建设政策的不断推进,相当比例的旧建筑将达到使用寿命并面临拆除。砖混结构拆除产生的建筑垃圾富含砖块,直接生产再生骨料难以得到有效利用。为解决这一问题,本研究对含砖再生骨料进行粒级组分和构成组分分析,按粒级划分为再生微粉、再生砂和再生粗骨料,分别制备砂浆与混凝土,依据正交试验,探索各粒级组分最佳取代率。以实验结果为基础建立再生混凝土细观模型,对含砖再生骨料混凝土的损伤过程以及损伤机理进行数值模型分析。本研究通过理论分析、试验和模拟仿真相结合的方法,分析含砖再生骨料各粒级组分和构成组分对混凝土抗压性能的影响。主要研究内容及结果如下:(1)通过对再生骨料中砖块和再生砂石的孔隙特征分析可知:再生砂石的吸水率和吸灰率较为接近,不会显著影响新拌浆体中的原始水灰比。再生砖块吸水率较高,但吸灰率明显低于砂浆块,浆体中水泥量不会明显损失。浆体流变学研究表明:砖块的初始含水率与平衡含水率相等时,其对水泥浆体的流变性能影响较小。(2)再生微粉具有一定的活性,可以当作矿物掺合料使用。再生微粉的掺量低于15%时,胶砂试件的力学性能与基准组相差较小。再生砂浆的早期抗压强度随再生骨料取代率增加缓慢减小;在再生砂取代率低于60%时,再生砂浆的28d抗压强度随取代率增加缓慢减小。当其取代率超过60%后28d抗压强度骤降。(3)含砖再生骨料混凝土的薄弱环节是再生骨料旧砂浆的界面过渡区和再生砖块。28d以前,再生粗骨料取代率变化对混凝土抗压强度的影响显著低于再生细骨料;而56d以后,则刚好相反。(4)采用蒙特卡罗方法生成具有随机粒径分布的粗骨料颗粒,然后使用布尔差集的方式批量化分割随机骨料,生成再生骨料各组分材料。对不同再生粗骨料取代率的含砖再生骨料混凝土模型进行数值模拟,模拟结果与实验结果对比总体差异不超过15%,验证了再生骨料混凝土模型具有合理性和可靠性。(5)含砖再生骨料混凝土的初始损伤和初始裂纹不同于普通混凝土存在于界面过渡区。含砖再生骨料混凝土初始裂纹主要分布在砖骨料和再生砂石的骨料-旧砂浆界面之中,并逐渐向老旧砂浆延伸。损伤及裂纹拓展程度随再生骨料取代率的提高而变大。
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