摘要
地聚合物混凝土作为一种无机聚合物混凝土，其生产过程中CO2排放量远低于普通混凝土，具有原材料丰富、环境污染小、早强快硬及高致密性等优良特点，被认为是21世纪具有较大发展潜力的普通混凝土替代品。目前，制备地聚合物混凝土采用的骨料主要为天然碎石与河砂。然而，天然资源日益匮乏，建筑业消耗量大，减少其开采量已成必然；另一方面，建筑固废资源化及海洋资源的合理运用已成为现代建筑材料的热门研究领域。因此，低排放、低成本、全固废、高耐久新型生态建筑材料的开发成为目前亟待解决的问题。 本文采用粉煤灰与矿渣作为胶凝原材料，再生粗骨料与海砂作为骨料，Na2SiO3与NaOH复配溶液作为碱激发剂，制备海砂地聚合物再生混凝土（SeaSandGeopolymer-BasedRecycledCoarseAggregateConcrete，SGRAC）。在实现大宗固废、建筑固废和海洋资源高效利用的基础上，保证SGRAC具有稳定的基本力学性能，为SGRAC在绿色低碳循环建筑制备领域的推广应用夯实理论基础，促进双碳目标的达成。 本文的主要研究内容和研究结果如下： （1）通过研究碱浓度、矿渣取代率、细骨料种类和固化龄期等因素对SGRAC内部结构和基本力学性能的影响，确定了SGRAC最佳配比，并在此基础上测得各组SGRAC的抗压性能、劈拉性能、弹性模量及剪切性能等基本力学性能指标。研究表明SGRAC最优配合比为碱浓度为10mol/L、矿渣取代率为60%，对应28d抗压强度、抗拉强度、抗剪强度分别为75MPa、3MPa、5MPa；其中该配合比下的SGRAC随固化龄期的增加，其1d和7d的抗压强度可分别达到28d的46%和88%，具有早强高强的特点。 （2）从微观结构、宏观立方体抗压、压剪试验系统研究了SGRAC强度增长特性。通过3D成像及孔隙率分析测试扫描图像（SEM）分析了SGRAC的微观结构随时间发展规律及水化反应特性。研究表明，在不同固化龄期下SGRAC激活程度与微观结构均呈递进式发展，具体主要表现在其内部颜色、原材料残余量等表观现象及水化产物等，矿渣取代率及碱含量对N-A-S-H凝胶、C-A-S-H凝胶和C-S-H凝胶反应产物生成量具有显著影响。过多的粉煤灰及过少的碱含量将导致凝胶反应产物减少，进而影响其基本性能。经过不同龄期下河砂对照，海砂与河砂对混凝土强度影响变化幅值低于5%，具有稳定的力学性能，最后给出立方抗压强度随龄期变化的预测公式。 （3）结合SGRAC的抗压性能特征，对过镇海模型进行参数修正，建立了适合SGRAC校正的分段抗压本构模型。参考普通混凝土基本力学性能之间的关系，对SGRAC进行了立方体抗压强度与圆柱体抗压强度、劈裂抗拉强度、弹性模量等二者之间关系的拟合，经回归分析后得到经验公式，相关系数较高。 （4）系统的研究了SGRAC试件的剪切强度、延性系数、剪切刚度和膨胀角等性能指标，并得出最优配比下SGRAC随压应力比变化后的规律。基于再生混凝土损伤演化，确定了SGRAC损伤演化模型，并给出了随压应力比变化的修正系数，模型全曲线结果与试验结果吻合较好；进一步的，采用ξ-r破坏准则和σoct-τoct破坏准则对最优配比下的SGRAC进行了对照分析，利用试验数据提出了适用于SGRAC基于八面体空间应力的破坏准则。
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