本文是一篇土木工程论文，本文通过对不同再生粗骨料和玄武岩纤维掺量的再生混凝土进行力学试验、冻融循环试验及冻融后弯曲疲劳试验研究，分析不同再生粗骨料和玄武岩纤维掺量对再生混凝土力学性能的影响规律、不同玄武岩纤维掺量和不同冻融循环次数对再生混凝土抗冻性能的影响规律、不同冻融循环次数和应力水平对再生混凝土疲劳寿命的影响规律。
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
随着我国现代化城市建设进程的加快，一方面由于废弃建筑物的拆除和基础设施的改造，产生大量了的建筑垃圾。其中在拆除废旧建筑过程中，每万平方米将产生建筑垃圾约 10000 吨[1]；在新建施工过程中，每万平方米将产生近 600 吨建筑垃圾[2]，建筑垃圾预计到 2021 年将超过 40 亿吨[3]。建筑垃圾中废混凝土块约占 34%[4]，传统以简易填埋与露天堆放处理建筑垃圾，处理方式无序化、简单化。填埋不仅占用大量土地，还产生了许多环境和社会安全问题。另一方面，城市建设新修建筑和基础设施也需要大量的混凝土，而混凝土中粗细骨料约占 75%，中国已经接近世界粗细骨料需求量的一半，高达 10 亿吨[4]，因此导致砂、石等自然资源逐渐供不应求，价格不断攀升，近年来这种情况则愈加明显。
再生混凝土技术是将废弃混凝土块通过机械破碎制成混凝土所需添加的骨料，骨料经过处理后取代天然骨料再次形成混凝土。该技术不仅可以缓减天然砂、石等骨料的供需问题，而且还能有效解决建筑垃圾难处理、污染环境等棘手问题，也进一步响应了国家政策的号召，其中国务院十三五规划提出了发展资源循环利用技术，住房和城乡建设部也在十三五规划纲要中提出以建筑垃圾循环利用为重点推广绿色建筑。再生混凝土是建筑废物再生利用的重要方式，日益受到研究者和工程界的关注与重视。不过我国目前对建筑垃圾的再次利用率不足 5%，远远低于美国、日本和欧盟等发达国家 90%的利用率[3]。
作为现代公路一种重要的路面形式，水泥混凝土路面具有耐高温、高强度、低耗能、低经济、绿色环保、能够抵抗重复荷载等优点，这也让它越来越多的应用于道路建设中，其中机场跑道以及码头基本已经全部使用混凝土。2012 年数据显示我国公路铺装路面里程中水泥混凝土约为沥青混凝土的 2.5 倍[5]。目前，再生混凝土也主要用于道路建设，其中美国再生骨料利用率中有将近 70%用于道路建设，我国再生混凝土在道路方面的应用趋势现在也是十分明显。
1.2 国内外再生混凝土研究现状
1.2.1 再生混凝土发展概况
为了研究废弃混凝土的循环利用和解决天然砂、石日趋匮乏的窘境，再生混凝土应运而生。将废弃混凝土经过破碎、清洗、筛选和分级等一系列工序后得到再生骨料，将再生骨料按一定级配混合，部分或全部取代天然骨料配制而成的混凝土即为再生混凝土。再生混凝土的研究与应用起源于二十世纪六十年代，美国、日本、苏联和德国等发达国家，在第二次世界大战后这些国家家园破损严重，迫切面临重建，再加上这些国家砂、石等原材料相对比较缺乏，便开始对废旧混凝土的处理和循环利用进行研究[10-11]。随着对再生混凝土研究的日趋深入，各国在试验的基础上也开始编写相关规范，为了促进研究的进一步发展，已经召开 3 次关于再生混凝土再次利用的的国际会议。这些发达国家通过制定制度甚至立法来推动再生混凝土技术的应用与普及，现在技术、应用等各方面都相对比较成熟。
日本相对其它国家有着更加成熟的技术及相对完善的法律体系。日本颁布的再生混凝土相关法律有《再生骨料和再生混凝土使用规范》、《资源重新利用促进法》、《再生资源法》[1]等，这些法律保障了再生混凝土技术的持续发展，于此同时日本在全国各地也建立了大大小小有关再生混凝土的加工厂。美国通过实施《超级基金法》[12]提出“任何企业不得随意排放工业废料，需自行妥善解决”的规定，目前美国在道路建设中使用再生混凝土技术在数十个州当中已经被允许。同时，像荷兰、德国、丹麦等国家的再生混凝土技术也值得学习与借鉴。荷兰早在二十世纪八十年代就已经颁布再生混凝土使用的相关规范[13]。德国颁布的相关法规中指出再生混凝土须达到普通混凝土的相关国家标准才能投入使用[14]。丹麦在二十世纪末颁布的法规指出，可以将再生混凝土应用于特定环境下的特定结构[15]。
第二章 试验概况
2.1 试验原材料
2.1.1 水泥
试验采用冀东牌 P.O42.5 的普通硅酸盐水泥，实测抗压强度为 3 天 24.8MPa，28天 50.2MPa；抗折强度为 3 天 4.4MPa，28 天 7.9MPa。
2.1.2 细骨料
细骨料根据形成条件的不同可以分为天然砂和人工砂，其中天然砂按其来源的不同又可分为河砂、海砂和山砂。本试验采用天然河砂作为细骨料，经水洗除去里面泥土等杂质晾干后，按照《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》（JGJ52-2006）[80]中的有关规定和操作依次进行颗粒级配、表观密度、堆积密度、空隙率、含泥量、细度模数等基本物理性能测试。筛分结果和颗粒级配如表 2-1，其它物理性能指标如表 2-2。
2.2 试验方法与配合比设计
2.2.1 试验方法
本试验原材料性能测试方法依据《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》（JGJ52-2006）[80] ；配合比设计参照《公路水泥混凝土路面施工技术细则》（JTG/TF30-2014）[82]，再生粗骨料取代率按等体积法取代；抗压、抗折力学性能试验方法与步棸依据《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T 50081-2019）[89]；冻融试验采用快速冻融法，参照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》（GB/T50082-2009）[90]。
2.2.2 配合比设计
本文以抗折强度为 5MPa 的强度条件，依据《公路水泥混凝土路面施工技术细则》（JTG/T F30-2014）[82]规定的方法与步棸设计基准混凝土配合比。由于试件模具尺寸较小，混凝土太过干硬不易成型与振捣，且路面水泥混凝土对流动性要求不高，因此考虑掺加减水剂来调整拌合物的塌落度与和易性，减水剂最初掺量选择 0.6%，之后以 0.2%逐渐递增直至 1%，图 2-3 为各减水剂掺量对应的混凝土塌落度状态，最终确定试拌配合比的减水剂掺量为 1.0%，此时拌合物粘聚性与保水性均良好，塌落度为118mm。
在试拌配合比的基础上水灰比分别增加和减小 0.03，制作三组不同水灰比的抗折强度（100mm×100mm×400mm）和抗压强度（100mm×100mm×100mm）试件作强度校核。
将试件标准养护 28 天后按试验规程要求测定抗折、抗压强度，测试结果如表 2-7，根据测试结果，以抗折强度为主要指标、抗压强度为辅助指标选定符合设计性能要求的配合比作为最终配合比。由表 2-7 可以看出，水灰比为 0.34 的试件抗折强度与抗压强度最高，与水灰比 0.37 的试件相比强度分别高 2.1%和 8.7%，因水灰比为 0.37 的试件也达到了设计强度，因此，结合经济性要求最终选择水胶比为 0.37。
第三章 纤维再生混凝土力学性能研究......................................19
3.1 引言..........................19
3.2 立方体抗压试验...............................19
第四章 纤维再生混凝土抗冻性能试验研究..................................29
4.1 引言........................................29
4.2 试验方法及内容....................................29
第五章 纤维再生混凝土冻融损伤后的疲劳特性..............................38
5.1 引言..........................................38
5.2 加载方法......................................38
第五章 纤维再生混凝土冻融损伤后的疲劳特性
5.1 引言
我国北方地区多数为季冻区，季冻区的水泥混凝土路面工作环境复杂，不仅受到重复的交通荷载作用，还要受到季节和昼夜温差环境的反复作用，严重影响了季冻区水泥混凝土路面的使用寿命，加大了后期维护费用的支出，对经济造成了巨大的损失。本章以再生粗骨料取代率为 25%、玄武岩纤维掺量为 0.2%的再生混凝土（配合比同表 2-8 中编号为 BFR-25%-2）为研究对象，分析了玄武岩纤维再生混凝土在不同冻融循环次数和应力水平下的弯曲疲劳寿命，得到考虑失效概率下的双对数疲劳方程，并依据疲劳方程计算出疲劳寿命为 200 万次的疲劳强度。
疲劳加载频率在混凝土试验中没有标准规定，一般认为每分钟加载 300～900 次（即 5～15Hz）时对疲劳试验结果的影响可以忽略不计，而加载的过快或者过慢均会对疲劳寿命产生一定的影响，本文加载速率选取 10Hz，相当于车辆的行驶速度为120km/h[91]。试验采用正弦等幅循环荷载进行加载，为了避免试验周期过长，相邻波形之间没有插入空隙时间，采用连续波形。为保证加载过程中试件与夹具始终能紧密接触以达到良好的加载效果，疲劳试验中循环荷载的最小值取最大值的十分之一，即应力比取 0.1。
第六章 结论与展望
6.1 结论
本文通过对不同再生粗骨料和玄武岩纤维掺量的再生混凝土进行力学试验、冻融循环试验及冻融后弯曲疲劳试验研究，分析不同再生粗骨料和玄武岩纤维掺量对再生混凝土力学性能的影响规律、不同玄武岩纤维掺量和不同冻融循环次数对再生混凝土抗冻性能的影响规律、不同冻融循环次数和应力水平对再生
