考虑双界面过渡区影响的再生混凝土中氯离子扩散规律分析

摘要

再生混凝土作为一种可持续发展的绿色建筑材料，实现了资源的循环利用，符合国家可持续发展战略的需求。由于再生粗骨料表面附着旧砂浆，所以再生混凝土存在旧砂浆—原生粗骨料和新砂浆—旧砂浆双界面过渡区，从而影响到再生混凝土的耐久性。本文把再生混凝土视为由新砂浆、附着旧砂浆、原生粗骨料、新砂浆—附着旧砂浆之间的新界面过渡区、附着旧砂浆—原生粗骨料之间的旧界面过渡区组成的五相复合材料，从有限元数值模型和等效扩散系数计算模型两方面对再生混凝土中的氯离子扩散规律进行分析，并通过自然扩散试验对数值模型和计算模型进行了验证。　　本文的主要研究工作和结论包括:　　(1)建立了考虑粗骨料随机分布的再生混凝土中氯离子扩散的五相数值模型。基于再生粗骨料随机投放的双向游走法，研究建立圆形粗骨料随机投放下的再生混凝土五相模型和再生混凝土三相+五相复合模型，并讨论了模型中各参数的合理取值，分析表明，建立再生混凝土五相模型能够考虑附着旧砂浆和双界面过渡区的影响，能够更为合理地评估氯离子在再生混凝土中的扩散行为;　　(2)利用粗骨料级配分布理论提出了再生混凝土中双界面过渡区的面积分数计算模型，结合双界面过渡区的氯离子扩散系数，基于Viogt-Reuss模型分析再生混凝土扩散系数的上下限，在此基础上研究建立了定量计算再生混凝土等效扩散系数的计算模型，分析表明，所提出的再生混凝土中双界面过渡区的面积分数计算模型精度较高，当粗骨料在模型中分布较为均匀时，等效扩散系数计算模型的结果与数值模拟结果吻合较好;　　(3)以粗骨料含量、水胶比、再生粗骨料取代率、粉煤灰掺量、矿粉掺量、粗骨料级配作为考察因素，设计了8组再生混凝土的配合比并进行制备，进而开展了再生混凝土中氯离子自然扩散试验，试验结果表明，降低再生粗骨料取代率能够提高再生混凝土的抗氯盐侵蚀性能，粗骨料含量为45％的再生混凝土抗氯盐侵蚀性能较好，控制粗骨料粒径在10～15mm、降低水胶比均能较好地提高再生混凝土的抗氯盐侵蚀性能，单掺粉煤灰的再生混凝土的耐久性低于复掺粉煤灰和矿粉的再生混凝土和单掺矿粉的再生混凝土;　　(4)基于自然扩散试验所测定的再生混凝土试块中氯离子浓度与扩散深度的关系，将试验数据分别与再生混凝土中氯离子扩散的五相数值模型的分析结果和再生混凝土等效扩散系数计算模型的分析结果进行对比分析，验证了再生混凝土中氯离子扩散的五相数值模型和再生混凝土等效扩散系数计算模型的合理性和适用性。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 混凝土中氯离子扩散研究

1．2．2 再生混凝土氯离子扩散的细观模型研究

1．2．3 再生混凝土氯离子扩散系数研究

1．3 主要研究内容

1．4 主要创新点

第二章 再生混凝土中氯离子扩散的五相数值模型

2．1．1 再生混凝土五相模型

2．1．2 再生粗骨料随机投放的双向游走法

2．1．3 再生混凝土五相模型及均匀度分析

2．2 再生混凝土中氯离子扩散过程模拟方法

2．2．1 再生混凝土中氯离子扩散的控制方程与有限元模拟

2．2．2 计算参数的确定

2．2．3 模型建立和网格划分

2．2．4 表面氯离子浓度施加和求解

2．2．5 计算结果的提取

2．2．6 模拟方法的可行性验证

2．3 算例分析

2．3．1 不同相数的再生混凝土模型

2．3．2 不同再生粗骨料取代率的再生混凝土模型

2．3．3 不同粗骨料含量的再生混凝土模型

2．3．4 不同附着旧砂浆扩散系数的再生混凝土模型

2．4 小结

第三章 考虑双界面过渡区的等效扩散系数计算模型

3．1 再生混凝土中各相面积分数的计算模型

3．1．1 新ITZ面积分数的计算模型

2．1．2 旧ITZ面积分数的计算模型

3．1．3 旧砂浆、原生粗骨料及新砂浆面积分数的计算模型

3．2 再生混凝土等效扩散系数计算模型

3．3 算例分析

3．3．1 单颗粗骨料再生混凝土模型

3．3．2 多级配单颗粗骨料再生混凝土模型

3．3．3 单级配多颗粗骨料再生混凝土模型

3．3．4 多级配多颗粗骨料再生混凝土模型

3．4 小结

第四章 再生混凝土中氯离子自然扩散试验

4．1 试验原材料

4．1．1 水泥

4．1．2 粗骨料

4．1．3 细骨料

4．1．4 矿物掺合料

4．1．5 减水剂

4．2 再生混凝土的配合比设计与制备

4．2．1 配合比设计

4．2．2 配合比计算

4．2．3 再生混凝土的制备

4．3 再生混凝土中氯离子自然扩散试验

4．3．1 试验目的

4．3．2 试验步骤

4．3．3 试验数据

4．4 小结

第五章 再生混凝土中氯离子扩散规律分析与模型验证

5．1 再生混凝土中氯离子扩散规律分析

5．1．2 水胶比的影响

5．1．3 粗骨料级配的影响

5．1．4 矿物掺合料的影响

5．1．5 再生粗骨料取代率的影响

5．2 再生混凝土五相数值模型的验证

5．2．1 不同粗骨料含量的再生混凝土

5．2．2 单级配粗骨料的再生混凝土

5．2．3 不同再生粗骨料取代率的再生混凝土

5．2．4 不同水胶比和矿物掺合料的再生混凝土

5．3 再生混凝士等效扩散系数计算模型的验证

5．4 小结

第六章 结论与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间科研成果

攻读硕士学位期间参与的科研项目