摘要: 建筑垃圾资源化是消化城市垃圾的有效途径，可以降低对原生矿产资源开发的需求，缓解资源短缺瓶颈，对实现节能减排目标具有重要战略意义。目前，学术界和工业界在再生骨料、再生混凝土方面开展了大量的研究和应用工作。然而，再生微粉(Recycled Powd... 展开 建筑垃圾资源化是消化城市垃圾的有效途径，可以降低对原生矿产资源开发的需求，缓解资源短缺瓶颈，对实现节能减排目标具有重要战略意义。目前，学术界和工业界在再生骨料、再生混凝土方面开展了大量的研究和应用工作。然而，再生微粉(Recycled Powder，缩写为RPs)的资源化利用方面的研究尚不完善，其在高延性纤维增强水泥基复合材料中的作用机理尚不明晰。本文聚焦建筑垃圾制备的各类再生微粉材料基本特性及微观结构，对纤维增强再生微粉水泥基复合材料力学性能的影响因素及其多缝形成机制进行研究，以探索再生微粉作为掺合料在应变硬化水泥基复合材料(Strain Hardening Cement-based Composites，缩写为SHCC)中应用的可行性，为建筑垃圾的资源化再利用提供思路。取得的主要研究成果如下: (1)采用激光粒度分析仪、X射线衍射仪、傅里叶红外吸收光谱仪、扫描电子显微镜、X射线荧光光谱仪、热重-差热分析等系统研究了再生微粉的粒度分布、活性指数、表面形貌、化学成分等理化特性，并分析了再生微粉对水泥净浆晶相物质、水化产物及微结构的影响，实现了再生微粉对纤维增强水泥基复合材料强度和韧性影响的定量表征。从粒径分布、活性指数以及化学组分、微观结构等结果分析，再生微粉具备作为胶凝材料使用的特性。 (2)系统研究了纤维掺量、养护时间、再生微粉类型及取代率、微粉粒径以及再生微粉与粉煤灰等量双掺等对SHCC抗折、抗压强度的影响。建立了再生微粉-SHCC单轴压缩损伤本构模型，并基于应变等效原理，引入韧性指数进一步描述再生微粉对SHCC压缩韧性性能的影响，为再生微粉SHCC材料的结构设计和力学分析提供科学依据。再生微粉SHCC抗压强度和抗折强度随着养护龄期的增加，先缓慢增加，后迅速增加，这主要是因为当基体强度达到一定水平时，纤维发挥了关键的桥联作用;随着再生微粉取代率的增加，SHCC强度逐渐降低，但基体韧性提高幅度更大;再生微粉粒径对SHCC的极限荷载和极限位移呈负相关的影响模式;从再生微粉SHCC的本构关系和韧性指数来看，适量再生微粉的掺入可以有效提高SHCC基体强度和压缩韧性。试验结论可知，再生微粉取代水泥一定程度上降低了SHCC的材料强度，但韧性大幅提高，且韧性提高幅度远高于材料强度的降低幅度，由此可选用再生微粉替代水泥制备低强度高韧性要求的SHCC。 (3)系统研究了再生微粉类型和取代率对PVA-SHCC(聚乙烯醇纤维Poly Vinyl Alcohol，缩写为PVA)拉伸性能及多缝形成规律的影响。结果表明，再生微粉取代水泥制备SHCC对材料拉伸强度有所影响，但极限应变大幅提高，且提高幅度远远大于拉伸应力的降低幅度;当取代率小于54％时，再生微粉所制备SHCC拉伸应力降低幅度在25％以内，而拉伸应变均提高了2.5倍以上。RPs和FA等量双掺配比下SHCC拉伸性能最佳，在保证强度的情况下提高了拉伸应变。采用数字图像处理(DIC)技术揭示了轴拉伸荷载作用下RPs-SHCC的多裂缝开展规律，基于Gamma概率密度分布，构建了PVA-SHCC裂缝宽度概率密度分布函数。从裂缝宽度分布曲线来看，再生微粉掺入PVA-SHCC各应变状态下裂缝宽度概率密度峰值主要集中在0-60μm之间，峰值裂缝数量均值达到3-6条/cm。 (4)研究不同微粉掺量配比下超高韧性PE-SHCC(聚乙烯纤维Polyethylene，缩写为PE)力学性能和单轴拉伸裂缝控制能力。当再生微粉对30％水泥和50％硅灰双取代时，PE-SHCC极限应力降低幅度基本在20％-25％之间，而极限应变达到了11％，提高幅度为86％。基于Weibull概率密度分布构建了PE-SHCC裂缝宽度概率密度分布函数，并绘制裂缝宽度分布规律曲线;通过对再生微粉和硅灰双掺SHCC多缝形成规律分析，各应变状态下裂缝宽度峰值主要集中在0-40μm之间，而双掺配比裂缝控制能力最好，峰值裂缝数量均值达到15条/cm，在应变为9％时试件100μm内累计裂缝数量占比是75％，表现出良好的应变硬化特性和细密多缝开裂特性。 收起