摘要
推动可持续建筑材料的发展对实现中国的双碳战略具有重要意义。过去几十年来，人们对低成本、低碳、可持续的高性能混凝土的需求与日俱增。本研究旨在开发低碳绿色的自密实混凝土，将再生钢纤维和工业废料相结合，用于生产再生骨料自密实混凝土。为提高自密实混凝土的可持续性，本文通过采用再生粗骨料取代天然粗骨料、用矿物掺合料取代水泥的方法最小化减少天然粗骨料和水泥的用量，并添加回收轮胎钢纤维制备了14组再生钢纤维再生自密实混凝土。测试分析了取代率为75%的再生粗骨料、取代率为50%和75%的矿物掺合料以及体积掺量为0.5%、1.0%和1.5%的再生钢纤维对再生钢纤维再生自密实混凝土的工作性能和力学性能影响规律，并详细探讨了再生钢纤维和矿物掺合料的协同作用。本文的主要研究内容及结论如下： （1）工作性能试验研究：配制了不同再生钢纤维纤维体积掺量，不同矿物掺合料取代率及复掺方式的再生钢纤维再生自密实混凝土。通过坍落扩展度试验、T500坍落时间试验、J环试验以及筛析法等方法研究混凝土的工作性能。分析了不同再生钢纤维掺量、不同矿物掺合料复掺方式对混凝土工作性能的影响。试验结果表明，掺入再生钢纤维会降低再生自密实混凝土的工作性能，而掺入不同矿物掺合料组合则能有效改善其新拌性能。大多数再生钢纤维再生自密实混凝土混合物都表现出良好的工作性能。 （2）基本力学性能研究：测试了养护龄期为7d、28d及120d混凝土立方体抗压强度、养护28d轴心抗压强度、弹性模量、抗弯强度。研究了再生钢纤维体积掺量（0.5%、1.0%、1.5%）和不同矿物掺合料组合对不同龄期立方体抗压强度、轴心抗压强度、弹性模量、抗弯强度的影响，提出了立方体抗压强度与抗弯强度之间的转换关系。试验结果表明再生钢纤维和矿物掺合料联合添加能够弥补添加再生粗骨料所带来的不利影响，显著改善混凝土的抗压、抗弯强度。此外，再生钢纤维具有明显的增韧效果，有效地改善了混凝土的脆性特点。 （3）微观结构分析：通过扫描电镜技术对再生钢纤维再生自密实混凝土的水化产物和微观结构进行分析。详细描述了再生钢纤维和矿物掺合料在混凝土硬化过程中的协同填充作用，并分析了再生钢纤维再生自密实混凝土的微观结构与宏观力学性能之间的关系，揭示再生纤维对再生混凝土力学性能的增强机理以及微观结构形成机制。扫描电镜结果表明，加入矿物掺合料后，再生钢纤维再生自密实混凝土中水泥基体与集料/纤维之间界面过渡区的微观结构得到显著改善。辅助胶凝材料的反应产物填充了水泥基体和再生钢纤维之间界面过渡区的孔隙和裂缝。这有助于提高再生钢纤维与水泥基体之间的粘结性能，从而产生出色的协同作用，改善了再生自密实混凝土的力学性能。 （4）单调及循环受压试验研究：基于声发射无损监测技术，通过单轴单调受压试验观察并分析了再生钢纤维再生自密实混凝土试验现象及试件破坏形态；测出单调受压应力—应变全曲线，分析了不同再生钢纤维含量与峰值应力、峰值应变、弹性模量之间的关系。采用分段式方程对再生钢纤维再生自密实混凝土在单调受压下的应力—应变曲线进行拟合，拟合结果与试验结果吻合较好。通过单轴循环受压试验分析再生钢纤维与循环受压下的应力-应变曲线、滞后应变能之间的关系。此外，建立了循环加载下再生钢纤维再生自密实混凝土简化本构方程。
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