论文部分内容阅读
本文基于地聚合反应，以废弃混凝土粉料（单独或与偏高岭土、粉煤灰的混合料）形成地聚合物胶凝材料，将地聚合物胶凝材料与再生骨料拌和制备再生混凝土，实现废弃混凝土完全再生利用，以揭示再生机理和明确工程特性为目标，采用室内试验和理论分析相结合的技术路线，对基于地聚合反应废弃混凝土再生进行系统研究，取得以下主要研究成果：
（1）研究废弃混凝土粉料合成地聚合物的可行性，通过室内试验分析NaOH浓度、水玻璃掺量、碱激发剂与固体粉料质量比、养护条件等对废弃混凝土地聚合物性能的影响。结果表明，增大NaOH浓度、水玻璃掺量和液固比，以及合适的养护条件均有助于促进地聚合反应，提高地聚合物无侧限抗压强度，但超过一定值后，会阻碍地聚合反应，影响地聚合物无侧限抗压强度发展，最优条件下合成的废弃混凝土地聚合物7 d无侧限抗压强度达到14.3 MPa。
（2）研究偏高岭土和粉煤灰对废弃混凝土地聚合物的改性，通过无侧限抗压强度试验讨论改性地聚合物无侧限抗压强度与NaOH浓度、改性材料掺入量以及初始材料中Na/Al、Si/Al和钙成分的关系。结果表明，经偏高岭土和粉煤灰改性后，废弃混凝土地聚合物7d无侧限抗压强度分别达到46.8 MPa和37.7 MPa。偏高岭土改性地聚合物最优Na/Al、Si/Al分别为0.60、1.53；粉煤灰改性地聚合物最优Na/Al、Si/Al分别为0.65、2.34。钙成分的作用是中和电荷以及生成CSH胶体，偏高岭土和粉煤灰改性地聚合物最优Ca/Si分别为0.09和0.19。
（3）研究废弃混凝土地聚合物的反应机理，通过XRD、SEM-EDS、IR、MAS-NMR等微观试验揭示地聚合反应的解聚和缩聚过程及其特征。结果表明，在碱激发剂作用下，废弃混凝土中的氢氧化钙完全溶解，CSH部分溶解，偏高岭土和粉煤灰中的无定型态物相也发生溶解，其中Si-O和Al-O发生断裂形成低聚体，这些低聚体随着原料溶解和溶液中硅铝成分及浓度的变化发生聚合形成非晶态物相。改性地聚合物中存在地聚合物和CSH两种不同形态胶体，硅铝酸盐主要以Q4(2Al)结构形式存在。
（4）研究废弃混凝土地聚合物合成再生混凝土的可行性，通过室内试验讨论NaOH浓度、固体粉料与骨料质量比、骨料类型和养护温度等对地聚合物再生混凝土初凝时间和无侧限抗压强度的影响。结果表明，地聚合物再生混凝土初凝时间在32 min到138 min之间变化，随NaOH 浓度减小、固体粉料与骨料质量比增大以及骨料变为天然骨料而延长；最优条件下制备的地聚合物再生混凝土7 d无侧限抗压强度达到30.7 MPa，随NaOH浓度增大、固体粉料与骨料质量比减小、养护温度升高以及骨料变为再生骨料而提高。
（5）研究地聚合物再生混凝土受压破坏特征和应力-应变全曲线特征，通过单轴受压试验，明确地聚合物再生混凝土受压破坏过程、破坏形式以及应力-应变变化规律。结果表明，地聚合物再生混凝土单轴受压破坏过程分为弹性、裂缝产生、裂缝扩展和破坏阶段，其破坏形式表现为中部压剪破坏。地聚合物再生混凝土单轴受压应力-应变全曲线有典型的上升段和下降段组成，提出的拟合曲线方程与实测曲线重合度高，可用于结构件的非线性分析。
（6）研究地聚合物再生混凝土的抗渗性能和抗化学侵蚀性能，通过吸水试验和抗化学侵蚀试验，分析地聚合物再生混凝土的抗水渗透、硫酸盐侵蚀和硫酸侵蚀性能。结果表明，提出的地聚合物再生混凝土水扩散系数可用于评估地聚合物再生混凝土的抗渗性能。地聚合物再生混凝土抗硫酸盐侵蚀性能良好，在5%硫酸钠溶液浸泡24周后，质量未损失，抗压强度稍有降低；地聚合物再生混凝土在硫酸溶液浸泡24周后，其质量和抗压强度均出现不同程度损失，且硫酸浓度越高损失越大。
（1）研究废弃混凝土粉料合成地聚合物的可行性，通过室内试验分析NaOH浓度、水玻璃掺量、碱激发剂与固体粉料质量比、养护条件等对废弃混凝土地聚合物性能的影响。结果表明，增大NaOH浓度、水玻璃掺量和液固比，以及合适的养护条件均有助于促进地聚合反应，提高地聚合物无侧限抗压强度，但超过一定值后，会阻碍地聚合反应，影响地聚合物无侧限抗压强度发展，最优条件下合成的废弃混凝土地聚合物7 d无侧限抗压强度达到14.3 MPa。
（2）研究偏高岭土和粉煤灰对废弃混凝土地聚合物的改性，通过无侧限抗压强度试验讨论改性地聚合物无侧限抗压强度与NaOH浓度、改性材料掺入量以及初始材料中Na/Al、Si/Al和钙成分的关系。结果表明，经偏高岭土和粉煤灰改性后，废弃混凝土地聚合物7d无侧限抗压强度分别达到46.8 MPa和37.7 MPa。偏高岭土改性地聚合物最优Na/Al、Si/Al分别为0.60、1.53；粉煤灰改性地聚合物最优Na/Al、Si/Al分别为0.65、2.34。钙成分的作用是中和电荷以及生成CSH胶体，偏高岭土和粉煤灰改性地聚合物最优Ca/Si分别为0.09和0.19。
（3）研究废弃混凝土地聚合物的反应机理，通过XRD、SEM-EDS、IR、MAS-NMR等微观试验揭示地聚合反应的解聚和缩聚过程及其特征。结果表明，在碱激发剂作用下，废弃混凝土中的氢氧化钙完全溶解，CSH部分溶解，偏高岭土和粉煤灰中的无定型态物相也发生溶解，其中Si-O和Al-O发生断裂形成低聚体，这些低聚体随着原料溶解和溶液中硅铝成分及浓度的变化发生聚合形成非晶态物相。改性地聚合物中存在地聚合物和CSH两种不同形态胶体，硅铝酸盐主要以Q4(2Al)结构形式存在。
（4）研究废弃混凝土地聚合物合成再生混凝土的可行性，通过室内试验讨论NaOH浓度、固体粉料与骨料质量比、骨料类型和养护温度等对地聚合物再生混凝土初凝时间和无侧限抗压强度的影响。结果表明，地聚合物再生混凝土初凝时间在32 min到138 min之间变化，随NaOH 浓度减小、固体粉料与骨料质量比增大以及骨料变为天然骨料而延长；最优条件下制备的地聚合物再生混凝土7 d无侧限抗压强度达到30.7 MPa，随NaOH浓度增大、固体粉料与骨料质量比减小、养护温度升高以及骨料变为再生骨料而提高。
（5）研究地聚合物再生混凝土受压破坏特征和应力-应变全曲线特征，通过单轴受压试验，明确地聚合物再生混凝土受压破坏过程、破坏形式以及应力-应变变化规律。结果表明，地聚合物再生混凝土单轴受压破坏过程分为弹性、裂缝产生、裂缝扩展和破坏阶段，其破坏形式表现为中部压剪破坏。地聚合物再生混凝土单轴受压应力-应变全曲线有典型的上升段和下降段组成，提出的拟合曲线方程与实测曲线重合度高，可用于结构件的非线性分析。
（6）研究地聚合物再生混凝土的抗渗性能和抗化学侵蚀性能，通过吸水试验和抗化学侵蚀试验，分析地聚合物再生混凝土的抗水渗透、硫酸盐侵蚀和硫酸侵蚀性能。结果表明，提出的地聚合物再生混凝土水扩散系数可用于评估地聚合物再生混凝土的抗渗性能。地聚合物再生混凝土抗硫酸盐侵蚀性能良好，在5%硫酸钠溶液浸泡24周后，质量未损失，抗压强度稍有降低；地聚合物再生混凝土在硫酸溶液浸泡24周后，其质量和抗压强度均出现不同程度损失，且硫酸浓度越高损失越大。