Three-Dimensional Multi-Phase Microscopic Simulation of Service Life of Recycled Large Aggregate Self-Compacting Concrete

Recycled large aggregate self-compacting concrete (RLA-SCC) within multiple weak areas. These weak areas have poor resistance to chloride ion erosion, which affects the service life of RLA-SCC in the marine environment. A three-dimensional multi-phase mesoscopic numerical model of RLA-SCC was established to simulate the chloride ions transportation in concrete. Experiments of RLA-SCC immersing in chloride solution were carried out to verify the simulation results. The effects of recycled large aggregate (RLA) content and RLA particle size on the service life of concrete were explored. The results indicate that the mesoscopic numerical simulation results are in good agreement with the experimental results. At the same depth, the closer to the surface of the RLA, the greater the chloride ion concentration. The service life of RLA-SCC in marine environment decreases with the increase of RLA content. Compared with the service life of 20% content, the service life of 25% and 30% content decreased by 20% and 42% respectively. Increasing the particle size of RLA can effectively improve the service life of RLA-SCC in chloride environment. Compared with the service life of 50 mm particle size, the service life of 70 mm and 90 mm increased by 61% and 163%, respectively. .

Strength and Chloride Diffusion Behaviour of Three Generations of Repeated Recycled Fine Aggregate Concrete

The feasibility of using different generations of recycled fine aggregate（RFA） in structural concrete in a chloride environment was evaluated by studying the performance of the RFA and the corresponding concrete. The different generations of RFA were recycled by following the cycle of ‘concrete-waste concrete-fine aggregate-concrete＇. The properties of three generations of repeatedly recycled fine aggregate（RRFA） were systematically investigated, and we focused on the compressive strength and splitting tensile strength and chloride ion permeability of the related structural concretes with 25%, 75%, and 100% replacement of natural fine aggregates with RFA. The results indicated that the quality of RRFA presents a trend of slow deterioration, but the overall performance of all RRFA still fulfils the quality requirements of recycled fine aggregate for structural concrete. All RRFA concretes achieved the target compressive strength of 40 MPa after 28 days except for the second generation of the recycled aggregate concrete and the third generation of the recycled aggregate concrete with 100% replacement, and all the concrete mixes achieved the target compressive strength after 90 days. The insights obtained in this study demonstrate the feasibility of using at least three generations of RRFA for the production of normal structural concrete with a design service life of 100 years in a chloride environment.

Effect of CO_(2) Curing on the Physical Properties of Recycled Coarse Aggregate with Different Attached Mortar Contents

The effects of carbon dioxide (CO_(2)) curing conditions (temperature,relative humidity and CO_(2) curing time) on the physical properties of recycled coarse aggregate (RCA) with varying attached mortar (AM) contents were studied.Before and after CO_(2) curing,the physical properties in terms of the apparent density,water absorption and crushing value of RCA were tested and the quality of RCA was determined.Besides,scanning electron microscope was used to observe the microstructure of RCA.Results show that the physical properties variation of RCA with higher AM content are more significant,and the quality of RCA with lower AM content is easier to be upgraded during CO_(2) curing.The physical properties of RCA with 40.8% AM content are earlier stable than that with no less than 44.5% AM content during CO_(2) curing.The optimal temperature and relative humidity are 50 ℃ and 55% for CO_(2) curing,respectively.CO_(2) curing is incapable of upgrading the quality of RCA with AM no less than 50.6%.The quality of RCA with 44.5% AM content can be upgraded only under the optimum CO_(2) curing conditions.Under relative humidity higher than 40% and the CO_(2) curing time more than 12 h,CO_(2) curing upgrades the quality of RCA with 40.8% AM content.

Chloride diffusion in concrete with carbonated recycled coarse aggregates under biaxial compression

Chloride attack on concrete structures is affected by the complex stress state inside concrete,and the effect of recycled aggregates renders this process more complex.Enhancing the chloride resistance of recycled concrete in a complex environment via carbonization facilitates the popularization and application of recycled concrete and alleviates the greenhouse effect.In this study,the chloride ion diffusion and deformation properties of recycled concrete after carbonization are investigated using a chloride salt load-coupling device.The results obtained demonstrate that the chloride ion diffusivity of recycled concrete first decreases and then increases as the compressive load increases,which is consistent with the behavior of concrete,in that it first undergoes compressive deformation,followed by crack propagation.Carbonation enhances the performance of the recycled aggregates and reduces their porosity,thereby reducing the chloride diffusion coefficient of the recycled concrete under different compressive load combinations.The variation in the chloride ion diffusivity of the carbonized recycled aggregate concrete with the load is consistent with a theoretical formula.

含氯再生骨料混凝土中钢筋抗锈蚀性能试验研究

沿海地区废弃混凝土受氯离子侵蚀,为使其更好地再生利用,探究含氯再生骨料混凝土的改性方法及钢筋抗锈蚀性能,以矿物掺合料种类及掺量、再生骨料强化为变量,设计15组混凝土,对混凝土中钢筋通电加速锈蚀,并通过电化学工作站的线性极化法和电化学阻抗谱法测试其钢筋电化学指标。结果表明:含氯再生骨料混凝土中钢筋锈蚀进程快于普通不含氯再生骨料混凝土;纳米SiO_(2)溶液强化含氯再生骨料,以及在混凝土中复掺矿物掺合料均可提高含氯再生骨料混凝土钢筋抗锈蚀性能;通过强化改性的含氯再生骨料混凝土的钢筋抗锈蚀性能不低于普通再生骨料混凝土。

含氯再生骨料混凝土抗氯离子渗透性能的研究

采用纳米SiO_(2)溶液浸泡含氯再生骨料以降低骨料含氯量,并在此基础上考虑复掺矿物掺合料,设计16组配合比以制备C40再生骨料混凝土,测定其7 d、28 d的抗压强度与28 d的电通量、Cl^(-)扩散系数。结果表明:再生骨料中的Cl^(-)可提高混凝土7 d的抗压强度,少量降低其28 d的强度,但会大幅度破坏混凝土抗Cl^(-)渗透性能;纳米SiO_(2)溶液改性后骨料含氯量显著降低,与矿物掺合料联合作用将有效提升再生混凝土力学性能与抗Cl^(-)渗透性能;其中,30%粉煤灰与8%硅灰复掺优化效果最佳,Cl^(-)渗透系数较未掺掺合料组降低85.6%。基于含氯再生骨料多重界面与Cl^(-)扩散机理,推导“内渗型”Cl^(-)扩散模型,并将其用于含氯再生骨料混凝土构件服役任意龄期的Cl^(-)含量预测。

掺贝壳骨料混凝土的性能及固碳效果研究

将废弃贝壳制成再生粗、细骨料,研究了贝壳骨料等质量部分替代天然骨料对混凝土力学性能和抗氯离子渗透性能的影响,并依托福建泉港海岸修复工程,分析了掺贝壳骨料混凝土的固碳性能。结果表明:随着粗、细贝壳掺量的增加,试件的抗压、抗折和劈裂抗拉强度均先增大后减小;在粗贝壳掺量一定的情况下,增加细贝壳掺量对试件的抗氯离子渗透性能影响不大;当细贝壳掺量一定时,随着粗贝壳掺量的增加,试件的抗氯离子渗透性能下降;综合考虑力学性能和抗氯离子渗透性能,推荐粗、细贝壳的最佳掺量均为40%,据此可估算出福建泉港海岸修复工程中贝壳骨料生态贝藻礁可固碳1657 t,可清理陆地堆积废弃贝壳0.035 km^(2),生态环境效益显著。

含粗骨料UHPC的强度尺寸效应与性能研究

研究了胶凝材料组成比例、钢纤维类型(平直型、端钩型)对含粗骨料超高性能混凝土(UHPC)强度尺寸效应、工作性和收缩性能的影响,分析了减缩剂掺量(0~2.0%)对含粗骨料UHPC收缩性能、力学性能、抗氯离子渗透性能和孔结构的影响。结果表明:适当增加粉煤灰掺量有利于改善含粗骨料UHPC的工作性,降低收缩;掺入钢纤维降低了含粗骨料UHPC的工作性,但抑制了收缩,且端钩型钢纤维抑制效果更显著;掺入1%钢纤维能够有效降低含粗骨料UHPC的强度尺寸效应,且平直型钢纤维的降低效果更好;掺入减缩剂明显降低了含粗骨料UHPC的收缩,但会使抗压强度降低,总孔隙率增大,抗氯离子渗透性能变差。

再生粗骨料混凝土抗压强度尺寸效应的试验研究

通过掺量25%、50%、75%、100%的再生粗骨料制备强度等级为C30、C45和C60的立方体抗压强度试验,研究了不同再生粗骨料掺量、不同强度等级的再生混凝土试件尺寸效应(边长分别为100 mm、150 mm和200 mm)。试验表明:因再生粗骨料表面具有砂浆属性,与天然骨料在抗压尺寸效应上略有区别,但规律保持一致,随着强度等级和再生粗骨料掺量的不断增加,再生混凝土抗压强度尺寸效应愈发明显,其中掺量100%的C60再生混凝土抗压强度尺寸效应系数极值最大。

基于随机多边形骨料再生混凝土抗氯离子侵蚀研究

基于氯离子扩散模型和骨料级配理论,采用PYTHON语言和COMSOL软件构建再生混凝土随机多边形骨料细观计算模型,并结合已有试验结果验证模型有效性,开展新老砂浆扩散系数、老砂浆厚度及再生骨料取代率等不同工况下再生混凝土抗氯离子侵蚀计算分析,研究氯离子在再生混凝土内部的扩散规律及各细观组分等关键因素对再生混凝土抗氯离子侵蚀的影响规律。结果表明,模拟结果与试验结果吻合较好,该方法能较好地模拟氯离子在再生混凝土内部的扩散过程;再生混凝土氯离子扩散浓度与深度的关系曲线呈现不连续性特征;随着新老砂浆扩散系数的增加,混凝土内氯离子浓度逐渐增大;再生混凝土抗氯离子侵蚀能力随老砂浆厚度、再生骨料取代率的增加而降低。

掺有成孔碎渣的再生骨料混凝土的抗压及抗氯盐侵蚀性能

公路桥梁冲孔灌注桩施工会产生大量成孔碎渣,将其就近应用于公路桥梁的混凝土构件不失为一种有效对策。结合再生粗骨料的循环利用,同时考虑到沿海地区混凝土结构受氯盐侵蚀影响较大,文中采用成孔碎渣和再生粗骨料分别取代天然砂和天然粗骨料,制备了掺有成孔碎渣的再生骨料混凝土,开展了该类混凝土共计96个试件的抗压和抗氯盐侵蚀试验(48个抗压试件采用Φ150、高300 mm圆柱体,48个抗氯盐侵蚀试件采用Φ100、高50 mm圆柱体),以及成孔碎渣、河砂和砂浆各自的压汞测试,研究了成孔碎渣取代率(0、50%、70%、100%)和再生粗骨料取代率(0、50%、70%、100%)对该类混凝土抗压性能和抗氯盐侵蚀性能的影响。试验结果表明:该类混凝土的抗压强度总体上随着成孔碎渣取代率和再生粗骨料取代率的增加逐渐降低,且二者所引发的降幅大体相当;与再生粗骨料相比,成孔碎渣对该类混凝土弹性模量和峰值应变的影响相对有限;该类混凝土的氯离子迁移系数随成孔碎渣取代率和再生粗骨料取代率的增加总体上都逐渐增大,但成孔碎渣的影响明显低于再生粗骨料;随着成孔碎渣取代率的增加,该类混凝土的孔隙率总体呈现出先快后慢逐渐增大的趋势。实际工程中同时采用成孔碎渣和再生粗骨料时,建议二者的最大取代率都以50%为限。

干湿循环下再生细骨料混凝土的氯离子渗透性能

考虑到天然砂的日益短缺和废弃混凝土造成的环境危机,采用不同取代率的再生细骨料(RFA)制备再生细骨料混凝土(RFAC),分析其在干湿循环下的性能演化规律,研究其抗氯离子侵蚀性能。结果表明:RFA的加入降低了混凝土的抗压强度,当RFA质量取代率为100%时,RFAC的28 d抗压强度是普通混凝土的77.0%;在干湿循环作用下,RFAC自由氯离子含量随着侵蚀深度的增加先增加后减小最后趋于稳定,并出现明显的氯离子对流区和扩散区,对流区深度约为5 mm,且随着干湿循环次数和RFA取代率的增加,对流区深度也不断增大;随着干湿循环次数增加,RFAC的孔隙率呈指数增大;在干湿循环作用下,RFA取代率高的混凝土孔隙率增大更明显,此为其抗氯离子侵蚀能力变差的原因。

火山灰浆液改性再生粗骨料对混凝土性能的影响

为了研究不同配合比的火山灰浆液改性再生粗骨料对混凝土性能的影响,通过正交试验对比分析了改性和未改性再生粗骨料的吸水率、表观密度和压碎指标,探讨了改性再生粗骨料对混凝土力学性能和抗氯盐侵蚀性能的影响。结果表明:与未改性再生粗骨料相比,改性再生粗骨料的吸水率和表观密度增大,压碎指标减小;在火山灰浆液中掺入30%复合掺合料后,随着复合掺合料中粉煤灰掺量的增加,再生混凝土的抗压强度降低,氯离子扩散系数增大;在火山灰浆液中掺入适量稻壳灰后,再生混凝土的抗压强度提高,氯离子扩散系数减小;在火山灰浆液中掺入适量分散剂后,再生混凝土的抗压强度降低,氯离子扩散系数增大;综合考虑再生混凝土的力学性能和抗氯盐侵蚀性能,火山灰浆液的最佳配合比为矿粉掺量30%、稻壳灰掺量3%、不掺粉煤灰和分散剂。

碳化对CO_(2)强化再生骨料混凝土抗氯离子渗透性能的影响

本工作以再生粗骨料(RCA)替代率为变量,采用CO_(2)对RCA进行强化处理,通过快速碳化试验和氯离子快速迁移试验(RCM法),研究了碳化对CO_(2)强化再生骨料混凝土(CRAC)抗氯离子渗透性能的影响。结果表明:当RCA替代率由0%增至100%时,RCA未强化的再生骨料混凝土(RAC)、碳化7 d后的RAC(C-RAC)、CRAC及碳化7 d后的CRAC(C-CRAC)的抗氯离子渗透性能的降幅分别为73.0%、90.8%、53.4%和80.8%。相较于RAC,当RCA替代率分别为50%、75%和100%时,CRAC的抗氯离子渗透性能分别提高了13.8%、16.6%和11.3%。当RCA替代率分别为0%、50%、75%和100%时,C-RAC的抗氯离子渗透性能相较于RAC分别提高了15.5%、23.6%、19.8%和6.8%;当RCA替代率分别为50%、75%和100%时,C-CRAC的抗氯离子渗透性能相较于CRAC分别提高了16.5%、9.6%和0.4%。CRAC碳化后,其对提高抗氯离子渗透性能的效果要优于仅对RCA或RAC进行碳化,当RCA替代率分别为50%、75%和100%时,C-CRAC的抗氯离子渗透性能相较于RAC分别提高了28.0%、24.6%和11.6%。

再生骨料自密实混凝土的工作性能和耐久性分析

采用黏土砖再生细骨料和混凝土再生细骨料单一和同时替代河砂的方式制备再生骨料自密实混凝土,再生细骨料替代比分别为0%、25%、50%、75%和100%。通过工作性能测试以及标准养护28 d后的强度特性、抗硫酸盐侵蚀和抗氯离子渗透测试对再生骨料自密实混凝土工作性能和耐久性进行了研究。结果表明,采用再生细骨料替代天然细骨料会降低试样的抗压强度,但RBFG和DRFG试样的抗压强度仍然大于30 MPa;适量的再生细骨料(25%~50%)可以在一定程度上提高试样的抗折强度;电阻率和超声波速随着硫酸盐浸泡时间和再生细骨料替代比的增大呈下降的趋势,这表明掺入再生细骨料会对混凝土的耐久性产生不利影响,相比之下,RBFG试样的抗硫酸盐侵蚀性能最好;电流和电通量则随着氯离子渗透时间和再生细骨料替代比的增加呈上升的趋势,其中RBFG试样的抗氯离子渗透性能最佳。

煅烧纳米凹凸棒土对再生混凝土性能的影响

为促进废弃混凝土资源的再生利用,采用煅烧纳米凹凸棒土(nanometer attapulgite,NAT)改善再生混凝土性能,研究了再生骨料取代率和煅烧NAT掺量对再生混凝土工作性能、抗压强度及抗氯离子侵蚀性能的影响,并结合X-射线衍射分析煅烧NAT的物相变化,扫描电镜和孔径分析仪分析再生混凝土的微观结构。试验结果表明:煅烧可以提高NAT火山灰效应。再生混凝土各龄期抗压性能和抗氯离子侵蚀性能均随再生骨料取代率的增加而降低;未掺煅烧NAT时,再生混凝土中有较多孔隙和裂缝;当掺入适量煅烧NAT后,混凝土内孔隙和裂缝减少,界面过渡区更加密实。就工作性能、抗压强度、抗氯离子侵蚀性能和微观结构而言,当再生骨料取代率为30%时,煅烧NAT的最佳掺量为6%。

复合改性再生粗骨料对混凝土性能的影响

通过加热和颗粒整形对再生粗骨料进行了复合改性处理,对比分析了未改性和改性再生粗骨料的性能,研究了再生粗骨料的掺量对混凝土工作性和抗压强度的影响,优选出了最佳再生粗骨料类型和掺量,并在此基础上,研究了粉煤灰掺量对再生混凝土耐久性能的影响。结果表明:经过复合改性处理后,再生粗骨料的性能得到了强化。随着再生粗骨料掺量的增加,混凝土的坍落度、扩展度和抗压强度基本呈减小趋势;掺改性再生粗骨料混凝土(MRAC)的工作性和抗压强度整体上比掺未改性再生粗骨料混凝土(RAC)的好;综合考虑工作性和抗压强度,改性再生粗骨料的最佳掺量为30%;随着粉煤灰掺量的增加,MRAC的氯离子迁移系数和碳化深度均先减小后增大,推荐粉煤灰掺量为20%~30%。

粗骨料对混凝土抗氯离子渗透性的影响研究

为研究粗骨料对混凝土抗氯离子渗透性能的影响,采用交流电测量法、RCM法和电通量法进行混凝土抗氯离子渗透试验。3种试验方法均表明氯离子的渗透阻力随粗骨料体积分数的增加而增加;当最大粗骨料粒径小于25 mm时氯离子渗透阻力随着粗骨料最大粒径的增加而增加,大于25 mm时氯离子渗透阻力随之降低。粗骨料最大粒径对边界效应层厚度的影响较小。

活化煤矸石粉对煤矸石混凝土性能的影响

为探究煤矸石对混凝土性能的影响,以不同煤矸石粉(Coal gangue powder,CGP)掺量和煤矸石粗骨料(Coal gangue coarse aggregate,CGA)取代率制备C30混凝土,对煤矸石混凝土抗折性能及抗氯离子渗透性能进行试验研究,并通过压汞法及扫描电镜进一步分析其影响规律和改善机理。结果表明,随着掺量的增加,煤矸石混凝土抗折强度先增大后减小,15%CGP为抗折强度最优掺量。抗氯离子渗透性能随CGP掺量的增加而提高。煤矸石粗骨料取代率为100%时,CGP的掺入对其抗折强度的优化更为显著。CGP的加入使凝胶孔和过渡孔等无害孔增加,毛细孔和大孔等有害孔减小,进而优化混凝土颗粒级配,提高结构密实度。一方面CGP在二次水化中产生大量C-S-H凝胶,使煤矸石混凝土微观结构更加密实,另一方面未反应的CGP可填充至煤矸石混凝土孔隙和裂缝中,提高界面过渡区强度,进而提高煤矸石混凝土抗折强度和抗氯离子渗透性能。

预湿与附加用水组合处理方式下高红砖含量再生粗骨料替代率对C20混凝土性能影响研究

研究了预湿与附加用水组合处理方式下,高红砖含量再生粗骨料替代率对C20再生粗骨料混凝土流动性能与抗压强度以及界面微观结构的影响。结果表明,在预湿与附加用水组合处理方式下,当高红砖含量再生骨料替代率小于50%时,混凝土流动性能与抗压强度受再生骨料替代率的影响较小;当再生骨料替代率超过50%后,即便采用预湿与附加用水组合处理方式,混凝土减水剂用量仍显著增大,混凝土流动性能受到明显影响,同时混凝土7、28 d抗压强度均显著降低;高红砖含量再生粗骨料对混凝土骨料与浆体界面结构的弱化作用,是其替代率过大时,混凝土抗压强度降低的主要原因。