再生混凝土中氯离子迁移行为的多相多尺度研究

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再生混凝土的推广应用,可促进建筑固废的资源化再利用,是实现资源与环境协调发展的重要途径,对推动构建绿色可持续发展社会和实现“双碳”目标具有重要意义。再生混凝土技术研究和应用现已成为世界各国共同关心的课题,也是国内外工程界和学术界关注的热点和前沿问题之一。氯离子对再生混凝土的侵蚀是导致沿海结构耐久性能退化的核心原因。探明再生混凝土中氯离子的迁移行为对工程结构服役寿命预测和长期性能提升具有重要的理论意义和工程应用价值。本文在国家自然科学基金(No.51509084)的资助下,采用宏观物理实验与细微观数值模拟相结合的研究方法,分析了再生混凝土特性因子对氯离子迁移行为的影响,深入研究了开裂再生混凝土中氯离子的迁移规律。主要研究内容及成果如下:(1)研究全再生粗骨料混凝土宏观物理力学和抗渗性能。采用氯盐-干湿循环实验,研究了不同水胶比和再生粗骨料含量下再生混凝土中氯离子的迁移规律。结果表明:水胶比和再生粗骨料体积分数的增大会降低全再生粗骨料混凝土的力学性能,提高氯离子的迁移性能,水胶比从0.4扩大到0.55,氯离子扩散系数增加了107.4%,再生粗骨料体积分数从0%增加到50%时,扩散系数增大了94.2%;氯离子含量和迁移深度与干湿循环周期呈正相关关系。(2)开发再生混凝土凸多边形骨料五相细观模型。基于Monte-Carlo理论,通过自编程序建立了再生混凝土细观数值分析模型,可实现再生粗骨料形状、粒径、位置三随机的目标,具有更强的真实性。利用物理实验数据与数值模型计算结果进行对比发现,五相凸多边形骨料细观计算模型能有效预测再生混凝土中氯离子的迁移行为。(3)分析再生混凝土特性因子对氯离子迁移行为的影响。结果显示:再生粗骨料体积分数的增大会加剧氯离子的迁移行为;界面过渡区厚度从25μm扩大到100μm时,氯离子的迁移深度和扩散系数分别增加了13%和37%;旧粘结砂浆的增加会显著降低再生混凝土抗氯离子渗透性能,旧砂浆粘结率从0.1增加到0.4,氯离子扩散系数增加了18.2%;新、旧界面过渡区和旧粘结砂浆是影响再生混凝土抗氯离子渗透能力的根本原因。(4)建立一种综合评估开裂再生混凝土中氯离子迁移的七相细微观数值模型。从微观尺度上研究了裂纹和损伤区特征参数对开裂再生混凝土氯离子迁移行为的影响。数值计算结果表明:损伤区的存在可以加速氯离子在开裂再生混凝土中的迁移行为;氯离子在开裂再生混凝土中的迁移速度更快,尤其是在裂缝区域附近;与裂缝宽度相比,裂缝长度对氯离子迁移行为的影响更大。本研究提出的再生凸多边形粗骨料混凝土多相多尺度数值分析方法,可为再生混凝土长期性能的仿真计算提供一种新颖的研究途径,同时为再生混凝土的工程应用提供理论支持。
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