将废弃混凝土破碎、筛分制成再生砂和再生粉,研究了再生砂、再生粉分别等质量替代机制砂、石粉对干粉砂浆工作性和力学性能的影响,并对微观结构和水化产物进行了分析。结果表明:再生砂的掺入会增大砂浆的需水量、稠度损失和保水率,降低砂浆的表观密度;再生粉掺入过多会导致砂浆的需水量、表观密度和保水率降低,稠度损失增大;随着再生砂替代率的增加,砂浆的3 d抗压强度降低,28 d抗压强度先增大后减小,这主要归因于再生砂的内养护作用;再生粉对砂浆的3 d和28 d抗压强度影响不大,这主要归因于再生粉的水化作用和晶核效应;综合考虑砂浆的工作性和力学性能,建议再生砂替代率不超过40%,再生粉替代率不超过60%。

在聚灰比为0、1%、3%、5%的情况下,研究了丁苯橡胶对泡沫混凝土干密度和抗折、抗压强度的影响,并通过显微图像处理和SEM从孔结构角度分析了丁苯橡胶对泡沫混凝土的改性机理。结果表明:随着聚灰比的增加,泡沫混凝土的孔隙率和平均孔径均呈先增后减的趋势,孔隙圆度值略有降低,导致干密度和抗压强度均先减小后增大,抗折强度先略有降低后快速增大。

以硅烷偶联剂、木质素纤维、双氧水作为改性剂,对建筑废弃物粉末进行改性,并将改性后形成的水性复配物作为胶凝材料替代部分水泥,与建筑废弃物颗粒充分混合,制成轻质隔墙板,研究了木质素纤维掺量和建筑废弃物颗粒掺量对轻质隔墙板力学性能的影响,并进行了SEM微观分析。结果表明:改性后的建筑废弃物水性复配物具有与水泥相同功效的凝胶性质,在交联聚合作用下,可形成稳定的三维网络结构,有效提高轻质隔墙板的力学强度;随着木质素纤维掺量和建筑废弃物颗粒掺量的增加,轻质隔墙板的力学性能均呈先增大后减小的趋势,最佳木质素纤维掺量为6%,适宜建筑废弃物颗粒掺量为42%左右。

以煤矸石为原料,利用机械球磨法粉碎煤矸石,并将其与不同的化学激发剂混合,制得了活性不一的煤矸石粉。通过正交试验,研究了煤矸石粉掺量、化学激发剂种类和掺量对煤矸石胶砂抗压强度的影响,利用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)分析了煤矸石粉的矿物组成和微观形貌。结果表明:机械球磨破坏了煤矸石的层状结构,提高了其表面活性;以10%掺量的煤矸石粉等质量替代水泥,并掺入2%的Ca(OH)2激发剂,可加快煤矸石粉的二次水化,对应胶砂试件的抗压强度达到最大。

为了制备性能良好的3D打印胶凝材料,用碱激发剂对粉煤灰/矿渣胶凝材料进行激发得到了满足可打印性和力学性能的基础材料,并分析了影响胶凝材料性能的最主要因素,基于微观试验结果分析了粉煤灰和碱激发剂对胶凝材料性能的影响机理。结果表明:基础材料的合适掺量和组成为:粉煤灰30%、碱胶比0.56%、碱含量5%、激发剂模数1.0;宜选用CaO含量适中的矿渣,激发剂静置时间应为48 h;影响胶凝材料流动性和力学性能的最主要因素为碱含量;相比于纯矿渣胶凝材料,粉煤灰的掺入使材料表面出现微裂缝,使其强度降低,而碱激发剂的掺入,增强了胶凝材料的密实性,提高了强度。

将经过浓度为4%的NaOH溶液碱化处理过的稻草纤维作为加筋材料用于尾砂充填体试件的制备,研究了灰砂比、碱化稻草纤维的长度和掺量对尾砂充填体试件抗压强度的影响,并借助扫描电镜(SEM)从微观角度分析了碱化稻草纤维的作用机理。结果表明:随着碱化稻草纤维掺量的增加,试件的抗压强度下降;随着碱化稻草纤维长度的增加,试件的抗压强度先增大后减小;未碱化稻草纤维对试件抗压强度的降低程度显著大于碱化稻草纤维;随着灰砂比的减小,试件的抗压强度降低。

研究了再生砂等质量(0、30%、40%、50%、60%、70%)替代天然砂对C60混凝土力学性能、耐久性能、收缩性能和抗裂性能的影响,并采用XRD分析了再生砂的作用机理。结果表明:掺入30%~50%的再生砂对混凝土的抗压、劈裂抗拉强度影响不大,但能有效提高混凝土的抗氯离子渗透性能和抗硫酸盐侵蚀性能,改善混凝土的收缩性能和开裂性能。

分析了矿渣、钢渣、建筑垃圾和循环灰的活性,研究了活化剂的类型(M型、N型、P型、Q型)和掺量对掺矿物合料胶砂性能的影响,通过SEM和XRD分析了活化剂的作用机理。结果表明:4种矿物掺合料中,矿渣的活性指数最大,而循环灰的活性指数最小;不同类型的活化剂均能有效提高掺复合矿物掺合料胶砂的强度,其中,P型活化剂的提高效果最好,其适宜掺量为2.5%;活化剂的掺入促进了AFt和C-S-H凝胶的生成,从而提升了强度。

通过正交试验研究了气泡群掺量、再生微粉掺量、水料比和羟丙基甲基纤维素醚(HPMC)掺量对再生微粉泡沫混凝土性能的影响,并结合功效系数法确定了再生微粉泡沫混凝土的最优配合比。采用SEM和XRD探究了再生微粉泡沫混凝土的微观结构。结果表明:再生微粉泡沫混凝土的抗压强度随着气泡群掺量、再生微粉掺量的增加呈下降趋势,随着水料比的增加呈先上升后下降的趋势,随着HPMC掺量的增加呈上升趋势;再生微粉泡沫混凝土的最优配合比为气泡群掺量4%、再生微粉掺量30%、水料比0.6、HPMC掺量0.07%;再生微粉泡沫混凝土抗压强度的提升主要归因于孔隙细化和HPMC减少了连通孔的产生。

研究了单掺、复掺玄武岩纤维和纳米SiO2对混凝土力学性能的影响,并采用扫描电子显微镜(SEM)分析了玄武岩纤维和纳米SiO2的增强机理。结果表明:单掺玄武岩纤维时,混凝土的强度得到提高,且随着玄武岩纤维长度的增加,抗折强度提高更明显;单掺纳米SiO2时,随着纳米SiO2掺量的增加,混凝土的抗压、抗折强度逐渐增大;复掺玄武岩纤维与纳米SiO2时,混凝土的抗压、抗折强度均高于两种材料分别单掺时的混凝土强度;SEM分析结果表明,纳米SiO2在混凝土中起到了填充和成核作用,同时促进了水泥水化,生成了大量C-S-H凝胶和钙矾石,这些水化产物将玄武岩纤维包裹在一起,在混凝土内部形成致密的三维网状空间结构,从而提高了混凝土的强度。