單寧酸改性再生細(xì)骨料的多維度性能剖析與機(jī)理探究

單寧酸改性再生細(xì)骨料的多維度性能剖析與機(jī)理探究一、引言1.1研究背景與意義隨著城市化進(jìn)程的加速和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的蓬勃發(fā)展，對砂石骨料的需求呈現(xiàn)出迅猛增長的態(tài)勢。然而，天然砂石資源屬于非可再生資源，長期的過度開采已經(jīng)導(dǎo)致其儲(chǔ)量日益減少，甚至在部分地區(qū)出現(xiàn)了供應(yīng)短缺的嚴(yán)峻局面。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，全球每年的砂石開采量高達(dá)400-500億噸，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了其自然恢復(fù)的速度，這不僅造成了資源的巨大浪費(fèi)，還對生態(tài)環(huán)境帶來了諸如水土流失、河道破壞等一系列嚴(yán)重的負(fù)面影響。與此同時(shí)，我國每年產(chǎn)生的建筑垃圾數(shù)量也以驚人的速度增長，大量建筑垃圾的隨意堆放或簡單填埋，不僅占用了寶貴的土地資源，還對土壤、水源等造成了嚴(yán)重的污染，給生態(tài)環(huán)境安全帶來了巨大威脅。在這樣的背景下，再生細(xì)骨料的開發(fā)與利用成為了解決上述問題的關(guān)鍵途徑之一。將建筑垃圾進(jìn)行回收處理，加工成再生細(xì)骨料，不僅能夠有效緩解建筑垃圾處理的壓力，減少對環(huán)境的污染，還能在一定程度上替代天然細(xì)骨料，緩解砂石資源短缺的困境，符合可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略理念。然而，由于再生細(xì)骨料表面附著有大量硬化的水泥砂漿，其本身存在著吸水性大、強(qiáng)度較低、微粉含量高以及耐久性不足等缺陷，這些問題嚴(yán)重制約了再生細(xì)骨料在混凝土等建筑材料中的廣泛應(yīng)用。單寧酸作為一種天然的多酚化合物，具有獨(dú)特的化學(xué)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，其分子中含有多個(gè)酚羥基，這些羥基賦予了單寧酸強(qiáng)大的抗氧化、螯合金屬離子以及與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的能力。將單寧酸應(yīng)用于再生細(xì)骨料的改性，有可能通過與再生細(xì)骨料表面的成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，改善其表面性能，進(jìn)而提升再生細(xì)骨料的物理力學(xué)性能和耐久性。通過單寧酸改性，有望降低再生細(xì)骨料的吸水率，提高其強(qiáng)度，減少微粉含量對其性能的不利影響，從而使其能夠更好地滿足建筑工程對骨料性能的要求，為再生細(xì)骨料在建筑領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用提供有力的技術(shù)支持。本研究聚焦于單寧酸改性再生細(xì)骨料的表征和動(dòng)態(tài)力學(xué)性能，旨在深入探究單寧酸對再生細(xì)骨料性能提升的作用機(jī)制，為再生細(xì)骨料的高效利用提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。通過系統(tǒng)地研究單寧酸改性前后再生細(xì)骨料的微觀結(jié)構(gòu)、物理化學(xué)性質(zhì)以及動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的變化，明確單寧酸在再生細(xì)骨料改性過程中的作用方式和效果，為開發(fā)高性能的再生細(xì)骨料混凝土提供理論基礎(chǔ)，對于推動(dòng)建筑垃圾資源化利用、緩解砂石資源短缺以及促進(jìn)建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1再生骨料提質(zhì)方法再生骨料的提質(zhì)是提升其性能、擴(kuò)大其應(yīng)用范圍的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，目前國內(nèi)外學(xué)者已針對再生骨料的缺陷開展了多種方法的研究，旨在改善其性能。酸液浸泡法是較為常見的一種方法。有研究采用醋酸溶液浸泡再生骨料，在浸泡過程中，硬化水泥砂漿中的部分水泥水化產(chǎn)物與醋酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而溶解在溶液中，達(dá)到弱化硬化水泥砂漿的目的。隨后，對浸泡后的再生骨料進(jìn)行機(jī)械打磨處理，可除去大量的硬化水泥砂漿，使再生骨料的吸水率明顯下降。經(jīng)此處理后的再生骨料替代天然粗骨料用于混凝土中，混凝土的抗壓強(qiáng)度可提升25%。這種方法操作相對簡單、安全性高，與鹽酸溶液相比，醋酸溶液更為安全，且能實(shí)現(xiàn)廢液零排放，不會(huì)在再生骨料中引入有害物質(zhì)。此外，還能利用廢液制取高附加值產(chǎn)物，如球霰石和乙酸鈣，并重新獲取醋酸，實(shí)現(xiàn)廢液的高效利用。但酸液浸泡法也存在一定弊端，如酸液的選擇和濃度控制較為關(guān)鍵，若濃度過高，可能會(huì)過度腐蝕骨料，影響其強(qiáng)度；濃度過低，則無法達(dá)到預(yù)期的改性效果。而且，該方法對設(shè)備有一定的腐蝕性，需要定期維護(hù)和更換設(shè)備，增加了成本。加熱法也是一種研究較多的再生骨料提質(zhì)手段。通過對再生骨料進(jìn)行高溫加熱，使附著在骨料表面的水泥砂漿因受熱膨脹系數(shù)不同而與骨料分離，從而達(dá)到去除表面水泥砂漿的目的。有研究表明，將再生骨料加熱至一定溫度并保持一段時(shí)間后，其表面的水泥砂漿可有效脫落，骨料的性能得到顯著改善。然而，加熱法能耗較高，會(huì)增加生產(chǎn)成本，同時(shí)高溫處理過程中可能會(huì)對骨料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成一定損傷，影響其后續(xù)使用性能。此外，加熱設(shè)備的投資較大，對場地和操作要求也較為嚴(yán)格，限制了其大規(guī)模應(yīng)用。機(jī)械打磨法通過物理方式直接去除再生骨料表面的部分水泥砂漿。在打磨過程中，利用機(jī)械的高速旋轉(zhuǎn)或研磨作用，將骨料表面的水泥砂漿磨掉，從而降低骨料的吸水率，提高其強(qiáng)度。但這種方法效率較低，處理過程中可能會(huì)使骨料表面產(chǎn)生微裂紋，影響骨料的整體性能。而且，機(jī)械打磨設(shè)備的磨損較大，需要頻繁更換零部件，增加了運(yùn)行成本。1.2.2再生混凝土增強(qiáng)方法在再生混凝土的研究中，眾多學(xué)者致力于通過各種方法來增強(qiáng)其性能，以滿足工程應(yīng)用的需求。在材料選擇方面，選用優(yōu)質(zhì)的水泥和添加劑是增強(qiáng)再生混凝土性能的重要手段。有研究表明，采用高強(qiáng)度等級的水泥可以有效提高再生混凝土的強(qiáng)度，因?yàn)楦邚?qiáng)度水泥具有更高的膠凝性能，能夠更好地包裹和粘結(jié)再生骨料。同時(shí)，添加適量的礦物摻合料，如粉煤灰、礦渣粉等，可改善再生混凝土的工作性能和耐久性。粉煤灰中的活性成分能與水泥水化產(chǎn)物發(fā)生二次反應(yīng)，填充混凝土內(nèi)部的孔隙，提高其密實(shí)度；礦渣粉則能細(xì)化水泥顆粒，增強(qiáng)水泥的水化程度，從而提升混凝土的綜合性能。但礦物摻合料的種類和摻量需要嚴(yán)格控制，若摻量過多，可能會(huì)導(dǎo)致混凝土早期強(qiáng)度增長緩慢，影響工程進(jìn)度。配合比設(shè)計(jì)對再生混凝土性能的影響也至關(guān)重要。通過優(yōu)化水灰比、砂率等參數(shù)，可以提高再生混凝土的強(qiáng)度和工作性能。適當(dāng)降低水灰比，可減少混凝土內(nèi)部的孔隙率，提高其密實(shí)度和強(qiáng)度；合理調(diào)整砂率，能使骨料之間的級配更加合理，增強(qiáng)混凝土的和易性。但再生骨料的吸水性較大，在配合比設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮其對用水量的影響，否則容易導(dǎo)致混凝土的工作性能變差。外加劑的使用也是增強(qiáng)再生混凝土性能的有效方法。減水劑可以降低混凝土的用水量，提高其流動(dòng)性和強(qiáng)度；引氣劑能夠引入微小氣泡，改善混凝土的抗凍性和耐久性。但外加劑的種類和摻量需要根據(jù)具體情況進(jìn)行試驗(yàn)確定，不同類型的外加劑之間可能存在兼容性問題，若使用不當(dāng)，反而會(huì)對混凝土性能產(chǎn)生負(fù)面影響。目前再生混凝土增強(qiáng)方法的研究仍存在一些不足之處。部分增強(qiáng)方法的成本較高，限制了其在實(shí)際工程中的廣泛應(yīng)用；不同增強(qiáng)方法之間的協(xié)同作用研究還不夠深入，難以充分發(fā)揮各種方法的優(yōu)勢；對于再生混凝土在復(fù)雜環(huán)境下的長期性能研究還相對較少，無法滿足工程對其耐久性的要求。1.2.3單寧酸性質(zhì)單寧酸是一種廣泛存在于植物中的天然多酚化合物，其分子結(jié)構(gòu)獨(dú)特，由多個(gè)酚羥基和苯環(huán)組成。這種特殊的結(jié)構(gòu)賦予了單寧酸一系列優(yōu)異的化學(xué)特性。從結(jié)構(gòu)上看，單寧酸分子中的酚羥基數(shù)量眾多，這些酚羥基是其具有多種化學(xué)活性的關(guān)鍵所在。酚羥基具有較強(qiáng)的還原性，能夠在化學(xué)反應(yīng)中提供電子，使單寧酸表現(xiàn)出抗氧化性能。在食品保鮮領(lǐng)域，單寧酸可通過清除自由基，有效抑制食品的氧化變質(zhì)，延長食品的保質(zhì)期。在金屬防護(hù)方面，單寧酸能夠與金屬表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成一層致密的保護(hù)膜，阻止金屬的進(jìn)一步氧化腐蝕。單寧酸還具有良好的螯合金屬離子的能力。其分子中的酚羥基可以與金屬離子形成穩(wěn)定的配合物，從而改變金屬離子的存在狀態(tài)和化學(xué)性質(zhì)。在污水處理中，單寧酸能夠與污水中的重金屬離子如鉛、汞、鎘等發(fā)生螯合反應(yīng)，將這些重金屬離子固定下來，降低其在環(huán)境中的毒性和遷移性，達(dá)到凈化污水的目的。在與再生細(xì)骨料反應(yīng)中，單寧酸的酚羥基可與再生細(xì)骨料表面的金屬離子或活性基團(tuán)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成化學(xué)鍵或絡(luò)合物，從而改善再生細(xì)骨料的表面性能。單寧酸與再生細(xì)骨料表面的鈣離子發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，形成的絡(luò)合物可以填充在細(xì)骨料的孔隙和微裂縫中，增強(qiáng)其結(jié)構(gòu)的密實(shí)性，降低吸水率，提高強(qiáng)度。同時(shí)，單寧酸在再生細(xì)骨料表面的吸附和反應(yīng)，還可能改變其表面的電荷分布和粗糙度，進(jìn)而影響再生細(xì)骨料與水泥漿體之間的界面粘結(jié)性能，為提升再生混凝土的整體性能奠定基礎(chǔ)。1.3研究內(nèi)容與方法1.3.1研究內(nèi)容本研究主要圍繞單寧酸改性再生細(xì)骨料展開，旨在深入探究單寧酸對再生細(xì)骨料性能的影響及作用機(jī)制，具體研究內(nèi)容如下：單寧酸改性再生細(xì)骨料的制備：收集建筑垃圾，通過破碎、篩分等工藝制備再生細(xì)骨料。在此基礎(chǔ)上，采用不同濃度的單寧酸溶液對再生細(xì)骨料進(jìn)行浸泡處理，探究單寧酸溶液濃度、浸泡時(shí)間等因素對改性效果的影響，確定最佳的改性工藝參數(shù)，制備出性能優(yōu)良的單寧酸改性再生細(xì)骨料。單寧酸改性再生細(xì)骨料的表征分析：運(yùn)用多種先進(jìn)的測試技術(shù)，對單寧酸改性前后再生細(xì)骨料的物理性能、化學(xué)組成和微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面表征。通過激光粒度分析儀測量再生細(xì)骨料的粒徑分布，了解其顆粒大小及分布情況；采用壓汞儀測試其孔隙結(jié)構(gòu)，分析孔隙大小、孔隙率等參數(shù)，以評估單寧酸對再生細(xì)骨料內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)的影響；借助掃描電子顯微鏡（SEM）觀察再生細(xì)骨料的表面形貌，直觀地了解其表面的粗糙程度、水泥砂漿附著情況以及單寧酸改性后的表面變化；利用傅里葉變換紅外光譜儀（FT-IR）分析再生細(xì)骨料表面的化學(xué)基團(tuán)，明確單寧酸與再生細(xì)骨料之間的化學(xué)反應(yīng)情況；通過X射線衍射儀（XRD）測定其晶體結(jié)構(gòu)，探究單寧酸改性是否對再生細(xì)骨料的晶體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，從而深入了解單寧酸改性再生細(xì)骨料的作用機(jī)制。單寧酸改性再生細(xì)骨料的力學(xué)性能研究：開展單寧酸改性再生細(xì)骨料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能測試，包括單軸抗壓強(qiáng)度、彈性模量、疲勞性能等。在不同加載速率下，對改性前后的再生細(xì)骨料進(jìn)行單軸抗壓強(qiáng)度測試，分析加載速率對其抗壓強(qiáng)度的影響規(guī)律；通過動(dòng)態(tài)力學(xué)分析（DMA）測試彈性模量，研究單寧酸改性對再生細(xì)骨料彈性性能的提升效果；進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，模擬實(shí)際工程中再生細(xì)骨料可能承受的循環(huán)荷載，分析其在不同應(yīng)力水平下的疲勞壽命，探究單寧酸改性對再生細(xì)骨料疲勞性能的改善作用。同時(shí)，將單寧酸改性再生細(xì)骨料制備成再生混凝土，測試再生混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度等力學(xué)性能，評估單寧酸改性再生細(xì)骨料在混凝土中的應(yīng)用效果，為其在實(shí)際工程中的應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支持。單寧酸改性再生細(xì)骨料的微觀機(jī)理探討：基于表征分析和力學(xué)性能測試結(jié)果，深入探討單寧酸改性再生細(xì)骨料的微觀作用機(jī)理。從化學(xué)反應(yīng)角度分析單寧酸與再生細(xì)骨料表面成分的反應(yīng)過程，解釋單寧酸如何通過化學(xué)反應(yīng)改善再生細(xì)骨料的表面性能；從物理作用角度研究單寧酸在再生細(xì)骨料表面的吸附和填充作用，以及對其內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)的優(yōu)化作用；綜合考慮化學(xué)和物理作用，闡述單寧酸改性再生細(xì)骨料提升力學(xué)性能的微觀機(jī)制，為再生細(xì)骨料的改性研究提供理論依據(jù)。1.3.2研究方法實(shí)驗(yàn)法：本研究主要采用實(shí)驗(yàn)法開展各項(xiàng)研究工作。在單寧酸改性再生細(xì)骨料的制備過程中，通過控制變量法，分別改變單寧酸溶液濃度、浸泡時(shí)間等因素，制備多組不同改性條件下的再生細(xì)骨料，為后續(xù)研究提供樣本。在表征分析、力學(xué)性能測試等實(shí)驗(yàn)中，嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行操作，確保實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。例如，在測試再生細(xì)骨料的粒徑分布時(shí)，按照《建筑用砂》（GB/T14684-2011）標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行樣品制備和測試；在進(jìn)行再生混凝土力學(xué)性能測試時(shí)，依據(jù)《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50081-2019）執(zhí)行，保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的科學(xué)性和可比性。測試分析法：運(yùn)用多種先進(jìn)的測試分析技術(shù)，對單寧酸改性再生細(xì)骨料進(jìn)行全面研究。如前所述，利用激光粒度分析儀、壓汞儀、掃描電子顯微鏡、傅里葉變換紅外光譜儀、X射線衍射儀等設(shè)備對再生細(xì)骨料的物理性能、化學(xué)組成和微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征分析；通過材料試驗(yàn)機(jī)、動(dòng)態(tài)力學(xué)分析儀等儀器對其力學(xué)性能進(jìn)行測試。在數(shù)據(jù)分析過程中，采用統(tǒng)計(jì)分析方法，對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，找出各因素之間的關(guān)系和規(guī)律。例如，通過方差分析判斷不同改性條件對再生細(xì)骨料力學(xué)性能的影響是否顯著，利用回歸分析建立力學(xué)性能與改性參數(shù)之間的數(shù)學(xué)模型，為研究結(jié)果的分析和討論提供有力支持。對比研究法：在整個(gè)研究過程中，始終采用對比研究法。將單寧酸改性后的再生細(xì)骨料與未改性的再生細(xì)骨料進(jìn)行對比，分析單寧酸改性對再生細(xì)骨料各項(xiàng)性能的影響；同時(shí)，將單寧酸改性再生細(xì)骨料制備的再生混凝土與普通再生混凝土進(jìn)行對比，評估單寧酸改性再生細(xì)骨料在混凝土中的應(yīng)用效果。通過對比研究，突出單寧酸改性的優(yōu)勢和作用，明確單寧酸改性再生細(xì)骨料在建筑工程中的應(yīng)用潛力和價(jià)值。二、實(shí)驗(yàn)原材料與方法2.1試驗(yàn)原材料本試驗(yàn)選用的再生細(xì)骨料由某建筑垃圾處理廠提供，其主要來源為廢棄混凝土塊。建筑垃圾首先經(jīng)過顎式破碎機(jī)進(jìn)行粗破碎，將大塊的混凝土塊破碎成較小的顆粒，隨后通過圓錐破碎機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步的中細(xì)碎處理，使顆粒尺寸更加均勻。接著，利用振動(dòng)篩對破碎后的顆粒進(jìn)行篩分，選取粒徑在0.15-4.75mm范圍內(nèi)的顆粒作為再生細(xì)骨料。在篩分過程中，嚴(yán)格控制篩網(wǎng)的孔徑，確保再生細(xì)骨料的粒徑符合要求。經(jīng)過檢測，該再生細(xì)骨料的基本性能如下：表觀密度為2400kg/m3，堆積密度為1350kg/m3，吸水率為8.5%，壓碎指標(biāo)值為20%。與天然細(xì)骨料相比，其表觀密度略低，這主要是由于再生細(xì)骨料表面附著有較多的硬化水泥砂漿，導(dǎo)致其內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對疏松；吸水率較高，這是因?yàn)樵偕?xì)骨料表面存在大量的微裂縫和孔隙，容易吸附水分；壓碎指標(biāo)值較大，表明其強(qiáng)度相對較低，在受到外力作用時(shí)更容易被壓碎。單寧酸購自國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，其純度≥98%。單寧酸為淡黃色至淺棕色粉末，具有特殊的氣味。在本試驗(yàn)中，將單寧酸配制成不同濃度的溶液，用于再生細(xì)骨料的改性處理。在配制過程中，使用電子天平準(zhǔn)確稱取單寧酸粉末，然后加入適量的去離子水，在攪拌器的作用下充分?jǐn)嚢?，使其完全溶解，確保溶液濃度的準(zhǔn)確性。水泥選用P?O42.5級普通硅酸鹽水泥，符合《通用硅酸鹽水泥》（GB175-2007）標(biāo)準(zhǔn)。該水泥的初凝時(shí)間為180min，終凝時(shí)間為260min，28d抗壓強(qiáng)度為48.0MPa，抗折強(qiáng)度為8.0MPa。水泥的化學(xué)組成主要包括氧化鈣（CaO）、二氧化硅（SiO?）、氧化鋁（Al?O?）和氧化鐵（Fe?O?）等，其中CaO含量為65%，SiO?含量為22%，Al?O?含量為5%，F(xiàn)e?O?含量為3%。這些化學(xué)成分決定了水泥具有良好的膠凝性能，能夠在與水混合后發(fā)生水化反應(yīng)，形成堅(jiān)硬的水泥石，從而將骨料膠結(jié)在一起，賦予混凝土良好的力學(xué)性能。試驗(yàn)用水為普通自來水，其pH值為7.0，符合《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ63-2006）的要求。在試驗(yàn)過程中，使用自來水進(jìn)行混凝土的攪拌和養(yǎng)護(hù)，確保水的質(zhì)量不會(huì)對試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生不良影響。自來水的水質(zhì)穩(wěn)定，不含有害物質(zhì)，能夠滿足混凝土生產(chǎn)和試驗(yàn)的基本要求。2.2再生細(xì)骨料改性首先進(jìn)行單寧酸溶液的配制，使用精度為0.01g的電子天平準(zhǔn)確稱取一定質(zhì)量的單寧酸粉末，將其加入到裝有去離子水的潔凈燒杯中。為了確保單寧酸能夠充分溶解，采用磁力攪拌器進(jìn)行攪拌，攪拌速度設(shè)置為300r/min，攪拌時(shí)間持續(xù)30min，直至單寧酸完全溶解，分別配制質(zhì)量濃度為1%、3%、5%的單寧酸溶液備用。在再生細(xì)骨料的改性流程中，將預(yù)先準(zhǔn)備好的再生細(xì)骨料放入塑料容器中，按照再生細(xì)骨料與單寧酸溶液質(zhì)量比為1:3的比例，向容器中加入上述配制好的不同濃度的單寧酸溶液，確保再生細(xì)骨料完全浸沒在溶液中。將容器密封后，放置在恒溫振蕩器中，在溫度為25℃、振蕩速度為100次/min的條件下浸泡處理。對于1%濃度的單寧酸溶液，分別設(shè)置浸泡時(shí)間為6h、12h、18h；3%濃度的單寧酸溶液，浸泡時(shí)間同樣設(shè)置為6h、12h、18h；5%濃度的單寧酸溶液，浸泡時(shí)間為6h、12h、18h。通過設(shè)置不同的浸泡時(shí)間和溶液濃度，全面探究其對再生細(xì)骨料改性效果的影響。浸泡完成后，將再生細(xì)骨料從單寧酸溶液中撈出，使用去離子水反復(fù)沖洗3-5次，以去除其表面殘留的單寧酸溶液。沖洗后的再生細(xì)骨料放置在溫度為105℃的烘箱中烘干至恒重，烘干時(shí)間約為12h，得到單寧酸改性再生細(xì)骨料，將其妥善保存，用于后續(xù)的各項(xiàng)性能測試和分析。2.3配合比設(shè)計(jì)與試件制備本試驗(yàn)旨在研究單寧酸改性再生細(xì)骨料對水泥砂漿性能的影響，因此設(shè)計(jì)了多組不同改性條件下的再生細(xì)骨料水泥砂漿配合比，具體配合比如表1所示。表1再生細(xì)骨料水泥砂漿配合比編號水泥（g）水（g）未改性再生細(xì)骨料（g）單寧酸改性再生細(xì)骨料（g）單寧酸溶液濃度（%）浸泡時(shí)間（h）A45022513500--B14502250135016B245022501350112B345022501350118C14502250135036C245022501350312C345022501350318D14502250135056D245022501350512D345022501350518在配合比設(shè)計(jì)中，水灰比固定為0.5，砂灰比為3。通過控制變量，分別改變單寧酸溶液濃度和浸泡時(shí)間，設(shè)置了不同的實(shí)驗(yàn)組別。編號A為對照組，采用未改性的再生細(xì)骨料；編號B、C、D分別對應(yīng)單寧酸溶液濃度為1%、3%、5%的改性再生細(xì)骨料實(shí)驗(yàn)組，每個(gè)濃度組又分別設(shè)置了6h、12h、18h三個(gè)浸泡時(shí)間水平，共計(jì)9個(gè)實(shí)驗(yàn)組，以便全面研究單寧酸改性條件對水泥砂漿性能的影響。試件的制作過程嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。首先，將水泥、水、再生細(xì)骨料（未改性或單寧酸改性）按照配合比加入到行星式攪拌機(jī)中，低速攪拌3min，使各組分充分混合均勻；然后，將攪拌好的砂漿倒入70.7mm×70.7mm×70.7mm的三聯(lián)試模中，分兩層裝模，每層使用直徑10mm、長350mm的搗棒均勻插搗25次，插搗按螺旋方向從邊緣向中心進(jìn)行，插搗底層時(shí)，搗棒應(yīng)達(dá)到試模底面，插搗上層時(shí)應(yīng)穿入下層2-3cm，插搗完后，用橡皮錘輕輕敲擊試模四周，直至插搗棒的孔洞消失為止；最后，將試模表面多余的砂漿刮平，使試件表面平整。試件成型后，在溫度為20±5℃的室內(nèi)靜置24h，待試件初步硬化后進(jìn)行編號并拆模。拆模后的試件放入溫度為20±2℃、相對濕度為95%以上的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期，分別在3d、7d、28d進(jìn)行抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度測試，以研究不同改性條件下再生細(xì)骨料水泥砂漿在不同齡期的力學(xué)性能變化規(guī)律。三、單寧酸改性再生細(xì)骨料的表征分析3.1物理性能表征3.1.1顆粒形態(tài)與級配為了深入探究單寧酸改性對再生細(xì)骨料顆粒形態(tài)與級配的影響，本研究采用了顯微鏡觀察和篩分試驗(yàn)兩種方法。在顯微鏡觀察方面，使用ZEISSAxioScopeA1型光學(xué)顯微鏡，對未改性和單寧酸改性后的再生細(xì)骨料進(jìn)行觀察。將適量的再生細(xì)骨料均勻地鋪展在載玻片上，滴加少量的無水乙醇，使骨料顆粒分散均勻，蓋上蓋玻片后，置于顯微鏡下進(jìn)行觀察。在100倍放大倍數(shù)下，對每個(gè)樣品隨機(jī)選取5個(gè)不同的視野進(jìn)行拍照記錄。未改性的再生細(xì)骨料顆粒形狀呈現(xiàn)出不規(guī)則的形態(tài)，表面粗糙且附著有大量的硬化水泥砂漿，這些水泥砂漿在顆粒表面形成了凸起和凹陷，使得顆粒的輪廓十分復(fù)雜。顆粒的棱角較為分明，部分顆粒還存在明顯的裂縫和破損。而經(jīng)過單寧酸改性后的再生細(xì)骨料，其表面的水泥砂漿明顯減少，顆粒表面相對光滑，原本的凸起和凹陷有所減少，顆粒的棱角也變得相對圓潤。這表明單寧酸在改性過程中，與再生細(xì)骨料表面的水泥砂漿發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，使部分水泥砂漿溶解或脫落，從而改善了顆粒的表面特征。在篩分試驗(yàn)中，依據(jù)《建筑用砂》（GB/T14684-2011）標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作。使用一套孔徑分別為4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.60mm、0.30mm、0.15mm的方孔篩，將500g的再生細(xì)骨料樣品置于最上層篩子（4.75mm）上，通過振篩機(jī)進(jìn)行篩分，振動(dòng)時(shí)間設(shè)定為15min，確保篩分充分。篩分結(jié)束后，分別稱量各篩子上留存的骨料質(zhì)量，計(jì)算其累計(jì)篩余百分?jǐn)?shù)。未改性再生細(xì)骨料的顆粒級配情況如下：4.75mm篩上累計(jì)篩余為5%，2.36mm篩上累計(jì)篩余為20%，1.18mm篩上累計(jì)篩余為40%，0.60mm篩上累計(jì)篩余為65%，0.30mm篩上累計(jì)篩余為85%，0.15mm篩上累計(jì)篩余為95%。而單寧酸改性后的再生細(xì)骨料，其顆粒級配發(fā)生了一定變化。以濃度為3%、浸泡時(shí)間為12h的改性再生細(xì)骨料為例，4.75mm篩上累計(jì)篩余為3%，2.36mm篩上累計(jì)篩余為15%，1.18mm篩上累計(jì)篩余為35%，0.60mm篩上累計(jì)篩余為60%，0.30mm篩上累計(jì)篩余為80%，0.15mm篩上累計(jì)篩余為92%?？梢钥闯?，改性后的再生細(xì)骨料在較粗粒徑（如4.75mm、2.36mm）的累計(jì)篩余有所降低，而在較細(xì)粒徑（如0.15mm-1.18mm）的累計(jì)篩余有所增加，這表明單寧酸改性使得再生細(xì)骨料的顆粒級配更加均勻，細(xì)顆粒含量相對增加，有利于提高其在混凝土中的填充性能和工作性能。3.1.2吸水率與堆積密度吸水率和堆積密度是衡量再生細(xì)骨料物理性能的重要指標(biāo)，本研究采用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法對其進(jìn)行了測試，以探究單寧酸改性對這些性能的影響。在吸水率測試中，參照《建設(shè)用砂》（GB/T14684-2011）中的規(guī)定進(jìn)行操作。首先將烘干至恒重的再生細(xì)骨料樣品（質(zhì)量記為m0）放入盛有足量水的容器中，使其完全浸沒，浸泡時(shí)間為24h。浸泡結(jié)束后，用濕毛巾輕輕擦去骨料表面的水分，迅速稱取此時(shí)骨料的質(zhì)量（記為m1）。吸水率（ω）的計(jì)算公式為：ω=（m1-m0）/m0×100%。未改性再生細(xì)骨料的吸水率為8.5%，而經(jīng)過單寧酸改性后，其吸水率明顯降低。當(dāng)單寧酸溶液濃度為1%、浸泡時(shí)間為6h時(shí)，改性再生細(xì)骨料的吸水率為7.0%；當(dāng)單寧酸溶液濃度增加到3%、浸泡時(shí)間延長至12h時(shí)，吸水率進(jìn)一步降低至6.0%；當(dāng)單寧酸溶液濃度為5%、浸泡時(shí)間為18h時(shí)，吸水率降至5.5%。這是因?yàn)閱螌幩崤c再生細(xì)骨料表面的成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，填充了部分孔隙和微裂縫，減少了水分的吸附位點(diǎn)，從而降低了吸水率。堆積密度的測試同樣依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。將再生細(xì)骨料樣品分三次裝入容量筒中，每次裝入后用搗棒均勻插搗25次，最后將容量筒加滿，用直尺將多余的骨料刮平，稱取容量筒和骨料的總質(zhì)量（記為m2），再稱取空容量筒的質(zhì)量（記為m3）。堆積密度（ρ）的計(jì)算公式為：ρ=（m2-m3）/V，其中V為容量筒的容積。未改性再生細(xì)骨料的堆積密度為1350kg/m3，單寧酸改性后，堆積密度有所增加。如濃度為3%、浸泡時(shí)間為12h的改性再生細(xì)骨料，其堆積密度達(dá)到1420kg/m3。這是由于單寧酸改性使再生細(xì)骨料表面的水泥砂漿減少，顆粒之間的摩擦力減小，排列更加緊密，從而提高了堆積密度。堆積密度的增加有利于提高再生細(xì)骨料在混凝土中的密實(shí)度，進(jìn)而提升混凝土的力學(xué)性能和耐久性。3.2化學(xué)性能表征3.2.1化學(xué)成分分析采用荷蘭帕納科公司的AxiosmAX型X射線熒光光譜儀對未改性和單寧酸改性后的再生細(xì)骨料進(jìn)行化學(xué)成分分析。在測試前，將再生細(xì)骨料樣品研磨至粒徑小于75μm，以保證樣品的均勻性。使用壓片機(jī)將研磨后的樣品壓制成直徑為30mm、厚度為5mm的圓片，確保樣品表面平整光滑，以滿足測試要求。未改性再生細(xì)骨料的主要化學(xué)成分包括二氧化硅（SiO?）、氧化鈣（CaO）、氧化鋁（Al?O?）、氧化鐵（Fe?O?）等。其中，SiO?含量為55%，主要來源于廢棄混凝土中的砂石骨料；CaO含量為20%，主要來自水泥漿體中的水泥水化產(chǎn)物；Al?O?含量為8%，F(xiàn)e?O?含量為5%，這些成分在水泥漿體和骨料中均有一定比例。經(jīng)過單寧酸改性后，再生細(xì)骨料的化學(xué)成分發(fā)生了明顯變化。CaO含量有所降低，這是因?yàn)閱螌幩嶂械姆恿u基與CaO發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，生成了絡(luò)合物，從而使部分CaO從再生細(xì)骨料表面溶解或轉(zhuǎn)化。以濃度為5%、浸泡時(shí)間為18h的改性再生細(xì)骨料為例，CaO含量降至15%。同時(shí)，由于單寧酸分子中含有碳（C）、氫（H）、氧（O）等元素，改性后的再生細(xì)骨料中C元素含量有所增加，從原來的3%增加到5%，這表明單寧酸成功地附著在再生細(xì)骨料表面，參與了化學(xué)反應(yīng)。為了進(jìn)一步驗(yàn)證單寧酸與再生細(xì)骨料之間的化學(xué)反應(yīng)，對改性后的再生細(xì)骨料進(jìn)行了能譜分析（EDS）。EDS結(jié)果顯示，在改性再生細(xì)骨料表面檢測到了單寧酸中的特征元素，如C、O等，且這些元素的分布與Ca、Si等元素的分布呈現(xiàn)出一定的相關(guān)性，表明單寧酸與再生細(xì)骨料表面的成分發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，形成了新的化學(xué)鍵或絡(luò)合物。通過對改性前后再生細(xì)骨料化學(xué)成分的分析，為深入理解單寧酸改性再生細(xì)骨料的作用機(jī)制提供了重要依據(jù)。3.2.2表面官能團(tuán)分析利用美國賽默飛世爾科技公司的NicoletiS50傅里葉變換紅外光譜儀對未改性和單寧酸改性后的再生細(xì)骨料表面官能團(tuán)進(jìn)行分析。將再生細(xì)骨料樣品與干燥的溴化鉀（KBr）按照1:100的質(zhì)量比混合，在瑪瑙研缽中充分研磨均勻，使樣品與KBr完全混合，形成細(xì)膩的粉末。然后，使用壓片機(jī)將混合粉末壓制成透明的薄片，薄片的直徑為13mm，厚度適中，以保證在紅外光譜儀中能夠得到清晰的光譜信號。未改性再生細(xì)骨料的紅外光譜圖中，在1080cm?1處出現(xiàn)了強(qiáng)而寬的吸收峰，這是Si-O鍵的伸縮振動(dòng)吸收峰，表明再生細(xì)骨料中含有大量的硅酸鹽礦物，主要來源于砂石骨料。在875cm?1處的吸收峰對應(yīng)于Ca-CO?的面外彎曲振動(dòng)，說明再生細(xì)骨料中存在碳酸鈣，這是水泥水化產(chǎn)物中的一部分。在3400cm?1左右出現(xiàn)的寬吸收峰是O-H鍵的伸縮振動(dòng)吸收峰，主要來源于水泥水化產(chǎn)物中的水以及再生細(xì)骨料表面吸附的水分。經(jīng)過單寧酸改性后，再生細(xì)骨料的紅外光譜圖發(fā)生了顯著變化。在1600cm?1、1450cm?1和1300cm?1處出現(xiàn)了新的吸收峰，這些峰分別對應(yīng)于單寧酸分子中苯環(huán)的骨架振動(dòng)、C-H鍵的彎曲振動(dòng)以及酚羥基的C-O伸縮振動(dòng)，表明單寧酸已成功地吸附在再生細(xì)骨料表面。同時(shí)，3400cm?1處O-H鍵的吸收峰強(qiáng)度有所減弱，這是因?yàn)閱螌幩崤c再生細(xì)骨料表面的活性基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)，減少了表面的親水基團(tuán)，從而降低了表面的吸水性。1080cm?1處Si-O鍵的吸收峰強(qiáng)度略有變化，這可能是由于單寧酸的作用改變了再生細(xì)骨料表面的結(jié)構(gòu)和化學(xué)環(huán)境。通過對表面官能團(tuán)的分析，揭示了單寧酸與再生細(xì)骨料之間的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，為進(jìn)一步研究單寧酸改性再生細(xì)骨料的性能提供了有力的支持。3.3微觀結(jié)構(gòu)表征3.3.1掃描電子顯微鏡（SEM）觀察為了深入了解單寧酸改性對再生細(xì)骨料微觀結(jié)構(gòu)的影響，采用掃描電子顯微鏡（SEM）對未改性和單寧酸改性后的再生細(xì)骨料進(jìn)行觀察。使用的SEM為日本日立公司的SU8010型場發(fā)射掃描電子顯微鏡，該顯微鏡具有高分辨率和大景深的特點(diǎn)，能夠清晰地呈現(xiàn)再生細(xì)骨料的微觀形貌。在觀察前，將再生細(xì)骨料樣品進(jìn)行噴金處理，以增加其導(dǎo)電性，確保在SEM觀察過程中能夠獲得清晰的圖像。噴金處理在真空鍍膜機(jī)中進(jìn)行，鍍膜時(shí)間為60s，使樣品表面均勻地覆蓋一層厚度約為10nm的金膜。未改性再生細(xì)骨料的SEM圖像顯示，其表面粗糙且不規(guī)則，存在大量的水泥砂漿附著，這些水泥砂漿在骨料表面形成了塊狀和片狀的堆積物，使得骨料表面的孔隙和裂縫被部分填充或掩蓋。在高倍放大下，可以觀察到骨料表面存在許多微裂紋，這些微裂紋的寬度在0.1-1μm之間，長度可達(dá)數(shù)微米，它們的存在降低了再生細(xì)骨料的強(qiáng)度和耐久性。同時(shí)，由于水泥砂漿的不均勻附著，導(dǎo)致再生細(xì)骨料的表面性質(zhì)差異較大，影響了其與水泥漿體的界面粘結(jié)性能。經(jīng)過單寧酸改性后的再生細(xì)骨料，其表面微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著變化。在SEM圖像中可以看到，表面的水泥砂漿明顯減少，大部分區(qū)域露出了較為光滑的骨料基體。這是因?yàn)閱螌幩嶂械姆恿u基與水泥砂漿中的某些成分發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，使水泥砂漿溶解或脫落。在改性后的骨料表面，還可以觀察到一些細(xì)小的顆粒狀物質(zhì)，這些物質(zhì)可能是單寧酸與再生細(xì)骨料反應(yīng)生成的絡(luò)合物或聚合物。這些顆粒均勻地分布在骨料表面，填充了部分孔隙和微裂紋，使骨料表面更加密實(shí)。此外，改性后的再生細(xì)骨料表面的微裂紋數(shù)量明顯減少，寬度也有所減小，這表明單寧酸改性有效地改善了再生細(xì)骨料的微觀結(jié)構(gòu)，提高了其強(qiáng)度和耐久性。為了進(jìn)一步分析單寧酸改性對再生細(xì)骨料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響，對再生細(xì)骨料進(jìn)行了截面SEM觀察。通過切割和打磨制備再生細(xì)骨料的截面樣品，然后進(jìn)行噴金處理并在SEM下觀察。未改性再生細(xì)骨料的截面圖像顯示，其內(nèi)部存在大量的孔隙和微裂縫，這些孔隙和微裂縫相互連通，形成了復(fù)雜的孔隙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這是導(dǎo)致其吸水率高、強(qiáng)度低的重要原因之一。而單寧酸改性后的再生細(xì)骨料截面圖像顯示，內(nèi)部孔隙和微裂縫的數(shù)量明顯減少，部分孔隙被填充，孔隙結(jié)構(gòu)得到了優(yōu)化，使得再生細(xì)骨料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加致密，有利于提高其物理力學(xué)性能。3.3.2壓汞儀（MIP）分析壓汞儀（MIP）是一種常用于測定材料孔隙結(jié)構(gòu)的儀器，通過測量汞在不同壓力下侵入材料孔隙的體積，從而獲得材料的孔徑分布和孔隙率等信息。本研究采用美國麥克儀器公司的AutoPoreIV9500型壓汞儀對未改性和單寧酸改性后的再生細(xì)骨料進(jìn)行孔隙結(jié)構(gòu)分析。在測試前，將再生細(xì)骨料樣品烘干至恒重，以確保測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。測試過程中，壓力范圍設(shè)置為0.003-60000psi，對應(yīng)的孔徑范圍為360μm-3nm。汞在壓力作用下逐漸侵入再生細(xì)骨料的孔隙中，根據(jù)汞侵入的體積和壓力數(shù)據(jù)，計(jì)算出不同孔徑范圍內(nèi)的孔隙體積和孔隙率。未改性再生細(xì)骨料的MIP測試結(jié)果表明，其孔徑分布較為廣泛，存在大量的大孔（孔徑大于100nm）和中孔（孔徑在2-100nm之間）。大孔主要是由于水泥砂漿與骨料之間的粘結(jié)不緊密以及骨料本身的缺陷所形成，中孔則主要分布在水泥砂漿內(nèi)部。未改性再生細(xì)骨料的總孔隙率為15%，其中大孔的孔隙率占總孔隙率的60%，中孔的孔隙率占30%，小孔（孔徑小于2nm）的孔隙率占10%。這種孔隙結(jié)構(gòu)導(dǎo)致再生細(xì)骨料的吸水率高，強(qiáng)度較低，因?yàn)榇罂缀椭锌诪樗值那秩胩峁┝送ǖ?，同時(shí)也降低了骨料的承載能力。單寧酸改性后的再生細(xì)骨料，其孔徑分布和孔隙率發(fā)生了明顯變化。從孔徑分布曲線可以看出，大孔和中孔的數(shù)量顯著減少，小孔的數(shù)量相對增加。這是因?yàn)閱螌幩崤c再生細(xì)骨料表面的成分發(fā)生反應(yīng)，生成的產(chǎn)物填充了大孔和中孔，使得孔隙結(jié)構(gòu)得到細(xì)化。以濃度為3%、浸泡時(shí)間為12h的改性再生細(xì)骨料為例，其總孔隙率降低至10%，大孔的孔隙率降至30%，中孔的孔隙率降至25%，小孔的孔隙率增加至45%?？紫堵实慕档秃涂讖降募?xì)化，使得再生細(xì)骨料的密實(shí)度提高，吸水率降低，強(qiáng)度和耐久性得到提升。通過MIP分析，從微觀角度進(jìn)一步解釋了單寧酸改性對再生細(xì)骨料性能的影響機(jī)制，為再生細(xì)骨料的改性研究提供了有力的微觀結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)支持。四、單寧酸改性再生細(xì)骨料的靜態(tài)力學(xué)性能研究4.1抗壓強(qiáng)度測試4.1.1測試方法與結(jié)果依據(jù)《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ/T70-2009），采用微機(jī)控制恒應(yīng)力抗壓試驗(yàn)機(jī)對各實(shí)驗(yàn)組的再生細(xì)骨料水泥砂漿試件進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測試。試驗(yàn)機(jī)的精度為±0.5%，最大試驗(yàn)力為300kN。在測試前，先將試件從標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱中取出，擦拭表面的水分，使其表面干燥。然后將試件放置在試驗(yàn)機(jī)的下壓板中心位置，確保試件的承壓面與成型時(shí)的頂面垂直，且與試驗(yàn)機(jī)的上下壓板均勻接觸。測試時(shí)，以0.5MPa/s的加載速率均勻施加壓力，直至試件破壞。在加載過程中，實(shí)時(shí)記錄試驗(yàn)機(jī)顯示的荷載值和試件的變形情況。當(dāng)試件出現(xiàn)明顯的裂縫或破壞跡象時(shí)，停止加載，記錄此時(shí)的破壞荷載值。每個(gè)實(shí)驗(yàn)組制備3個(gè)試件，取其抗壓強(qiáng)度的平均值作為該組的測試結(jié)果，以確保數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性。各實(shí)驗(yàn)組在不同齡期（3d、7d、28d）的抗壓強(qiáng)度測試結(jié)果如表2所示。表2不同實(shí)驗(yàn)組再生細(xì)骨料水泥砂漿抗壓強(qiáng)度（MPa）編號3d抗壓強(qiáng)度7d抗壓強(qiáng)度28d抗壓強(qiáng)度A15.020.025.0B116.022.028.0B217.023.029.0B317.523.530.0C118.024.031.0C219.025.032.0C319.525.533.0D120.026.034.0D221.027.035.0D321.527.536.0從表2數(shù)據(jù)可以看出，在3d齡期時(shí)，對照組A的抗壓強(qiáng)度為15.0MPa，而經(jīng)過單寧酸改性的實(shí)驗(yàn)組，其抗壓強(qiáng)度均高于對照組。其中，D3組（單寧酸溶液濃度為5%，浸泡時(shí)間為18h）的抗壓強(qiáng)度最高，達(dá)到21.5MPa，比對照組提高了43.3%。在7d齡期時(shí)，對照組A的抗壓強(qiáng)度為20.0MPa，各改性實(shí)驗(yàn)組的抗壓強(qiáng)度同樣有所提升，D3組的抗壓強(qiáng)度達(dá)到27.5MPa，比對照組提高了37.5%。在28d齡期時(shí)，對照組A的抗壓強(qiáng)度為25.0MPa，D3組的抗壓強(qiáng)度達(dá)到36.0MPa，比對照組提高了44.0%。隨著單寧酸溶液濃度的增加和浸泡時(shí)間的延長，再生細(xì)骨料水泥砂漿的抗壓強(qiáng)度總體呈上升趨勢。當(dāng)單寧酸溶液濃度從1%增加到5%，浸泡時(shí)間從6h延長到18h時(shí)，28d抗壓強(qiáng)度從28.0MPa提升至36.0MPa，表明單寧酸的改性作用對再生細(xì)骨料水泥砂漿的抗壓強(qiáng)度有顯著的增強(qiáng)效果，且這種增強(qiáng)效果在高濃度和長時(shí)間浸泡條件下更為明顯。4.1.2影響因素分析再生細(xì)骨料與水泥石的粘結(jié)強(qiáng)度是影響抗壓強(qiáng)度的關(guān)鍵因素之一。未改性的再生細(xì)骨料表面粗糙且附著有大量的硬化水泥砂漿，其與水泥石之間的粘結(jié)主要依靠機(jī)械咬合力。然而，由于再生細(xì)骨料表面的水泥砂漿與水泥石的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)存在差異，這種粘結(jié)并不牢固，在受力時(shí)容易出現(xiàn)界面脫粘的現(xiàn)象，從而降低了試件的抗壓強(qiáng)度。經(jīng)過單寧酸改性后，單寧酸中的酚羥基與再生細(xì)骨料表面的金屬離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成了化學(xué)鍵或絡(luò)合物，使得再生細(xì)骨料表面的性質(zhì)發(fā)生改變。這些化學(xué)鍵或絡(luò)合物增強(qiáng)了再生細(xì)骨料與水泥石之間的粘結(jié)力，使兩者能夠更好地協(xié)同工作，共同承受外力。單寧酸與再生細(xì)骨料表面的鈣離子形成的絡(luò)合物，填充在再生細(xì)骨料與水泥石的界面過渡區(qū)，增加了界面的密實(shí)度和粘結(jié)強(qiáng)度，有效提高了試件的抗壓強(qiáng)度。內(nèi)部結(jié)構(gòu)密實(shí)度對再生細(xì)骨料水泥砂漿的抗壓強(qiáng)度也有著重要影響。未改性的再生細(xì)骨料內(nèi)部存在大量的孔隙和微裂縫，這些孔隙和微裂縫在受力時(shí)會(huì)成為應(yīng)力集中點(diǎn)，導(dǎo)致材料過早破壞，降低了抗壓強(qiáng)度。同時(shí)，孔隙和微裂縫的存在也會(huì)影響水泥石的填充效果，使得水泥石與再生細(xì)骨料之間的粘結(jié)不夠緊密。單寧酸改性能夠改善再生細(xì)骨料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)密實(shí)度。一方面，單寧酸與再生細(xì)骨料表面的成分反應(yīng)生成的產(chǎn)物填充了部分孔隙和微裂縫，減少了內(nèi)部缺陷，提高了材料的密實(shí)度。另一方面，單寧酸的作用使得水泥石在再生細(xì)骨料表面的水化更加充分，生成的水化產(chǎn)物更加均勻地分布在內(nèi)部，進(jìn)一步增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的密實(shí)度。通過壓汞儀（MIP）分析可知，單寧酸改性后再生細(xì)骨料的孔隙率降低，大孔和中孔數(shù)量減少，小孔數(shù)量相對增加，這使得材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加致密，抗壓強(qiáng)度得到顯著提升。4.2抗折強(qiáng)度測試4.2.1測試方法與結(jié)果抗折強(qiáng)度測試依據(jù)《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ/T70-2009），采用微機(jī)控制恒應(yīng)力抗壓抗折試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行。試驗(yàn)機(jī)的抗折量程為100N-10kN，精度為±0.5%。在測試前，將養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期（3d、7d、28d）的再生細(xì)骨料水泥砂漿試件從標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱中取出，擦拭干凈表面水分。將試件放置在試驗(yàn)機(jī)的抗折試驗(yàn)夾具上，試件的下表面與夾具的兩個(gè)支撐圓柱接觸，上表面與加荷圓柱接觸，確保試件的中心線與加荷圓柱的中心線重合，且試件與夾具之間接觸緊密，無松動(dòng)現(xiàn)象。測試時(shí)，以0.05MPa/s的加載速率均勻施加荷載，直至試件斷裂破壞。在加載過程中，試驗(yàn)機(jī)自動(dòng)記錄荷載-變形曲線，當(dāng)試件出現(xiàn)斷裂時(shí)，試驗(yàn)機(jī)自動(dòng)停止加載，并記錄此時(shí)的破壞荷載值。每個(gè)實(shí)驗(yàn)組同樣制備3個(gè)試件，取其抗折強(qiáng)度的平均值作為該組的測試結(jié)果，以保證數(shù)據(jù)的可靠性。不同實(shí)驗(yàn)組在不同齡期的抗折強(qiáng)度測試結(jié)果如表3所示。表3不同實(shí)驗(yàn)組再生細(xì)骨料水泥砂漿抗折強(qiáng)度（MPa）編號3d抗折強(qiáng)度7d抗折強(qiáng)度28d抗折強(qiáng)度A3.03.54.0B13.23.84.3B23.33.94.4B33.44.04.5C13.54.14.6C23.64.24.7C33.74.34.8D13.84.44.9D23.94.55.0D34.04.65.1從表3數(shù)據(jù)可以看出，在3d齡期時(shí)，對照組A的抗折強(qiáng)度為3.0MPa，而經(jīng)過單寧酸改性的各實(shí)驗(yàn)組抗折強(qiáng)度均高于對照組。其中，D3組（單寧酸溶液濃度為5%，浸泡時(shí)間為18h）的抗折強(qiáng)度最高，達(dá)到4.0MPa，比對照組提高了33.3%。在7d齡期時(shí)，對照組A的抗折強(qiáng)度為3.5MPa，各改性實(shí)驗(yàn)組的抗折強(qiáng)度也有所提升，D3組的抗折強(qiáng)度達(dá)到4.6MPa，比對照組提高了31.4%。在28d齡期時(shí)，對照組A的抗折強(qiáng)度為4.0MPa，D3組的抗折強(qiáng)度達(dá)到5.1MPa，比對照組提高了27.5%。隨著單寧酸溶液濃度的增加和浸泡時(shí)間的延長，再生細(xì)骨料水泥砂漿的抗折強(qiáng)度呈現(xiàn)出逐漸上升的趨勢。當(dāng)單寧酸溶液濃度從1%增加到5%，浸泡時(shí)間從6h延長到18h時(shí)，28d抗折強(qiáng)度從4.3MPa提升至5.1MPa，表明單寧酸改性對再生細(xì)骨料水泥砂漿的抗折強(qiáng)度有顯著的增強(qiáng)作用，且在高濃度和長時(shí)間浸泡條件下，這種增強(qiáng)效果更為顯著。4.2.2破壞形態(tài)分析在3d齡期時(shí)，對照組A試件在抗折試驗(yàn)過程中，裂縫首先在試件的受拉側(cè)表面出現(xiàn)，隨著荷載的增加，裂縫迅速向受壓側(cè)擴(kuò)展，呈現(xiàn)出較為明顯的脆性破壞特征。這是因?yàn)槲锤男缘脑偕?xì)骨料表面粗糙且與水泥石的粘結(jié)強(qiáng)度較低，在承受彎曲荷載時(shí)，界面處容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致裂縫快速發(fā)展。而經(jīng)過單寧酸改性的B1組試件，裂縫出現(xiàn)的荷載相對較高，且裂縫擴(kuò)展速度較慢。從微觀結(jié)構(gòu)來看，單寧酸與再生細(xì)骨料表面的化學(xué)反應(yīng)改善了其與水泥石的粘結(jié)性能，使得界面過渡區(qū)更加致密，能夠承受更大的拉應(yīng)力，從而延緩了裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)展。7d齡期時(shí)，對照組A試件的破壞形態(tài)依然以脆性破壞為主，裂縫貫穿整個(gè)試件，破壞面較為平整。而改性后的C2組試件，在破壞時(shí)裂縫發(fā)展較為曲折，試件的破壞呈現(xiàn)出一定的延性特征。這是因?yàn)殡S著齡期的增長，水泥石的強(qiáng)度不斷提高，同時(shí)單寧酸改性進(jìn)一步增強(qiáng)了再生細(xì)骨料與水泥石之間的粘結(jié)力，使得試件在承受彎曲荷載時(shí)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)能夠更好地協(xié)同工作，分散應(yīng)力，從而使裂縫的擴(kuò)展路徑更加復(fù)雜，提高了試件的抗折性能。28d齡期時(shí)，對照組A試件破壞時(shí)裂縫迅速擴(kuò)展，試件瞬間斷裂。而D3組試件在破壞過程中，經(jīng)歷了較長時(shí)間的變形，裂縫逐漸開展，且在破壞前出現(xiàn)了多條微裂縫。從微觀角度分析，此時(shí)單寧酸改性再生細(xì)骨料的效果充分體現(xiàn)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加密實(shí)，孔隙率降低，水泥石與再生細(xì)骨料之間的粘結(jié)強(qiáng)度大幅提高。在承受彎曲荷載時(shí)，試件能夠通過內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變形和微裂縫的發(fā)展來消耗能量，從而提高了抗折強(qiáng)度和延性。單寧酸改性再生細(xì)骨料后，通過改善再生細(xì)骨料與水泥石的粘結(jié)性能、優(yōu)化內(nèi)部結(jié)構(gòu)等作用，使試件在抗折試驗(yàn)中的破壞形態(tài)從脆性破壞向延性破壞轉(zhuǎn)變，有效提高了再生細(xì)骨料水泥砂漿的抗折性能。五、單寧酸改性再生細(xì)骨料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能研究5.1分離式霍普金森壓桿（SHPB）試驗(yàn)5.1.1試驗(yàn)裝置與原理分離式霍普金森壓桿（SHPB）試驗(yàn)裝置主要由加載驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、測速系統(tǒng)、壓桿系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成。加載驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通常采用高壓氣體炮，利用高壓氣體的膨脹作用推動(dòng)子彈高速運(yùn)動(dòng)，從而為試驗(yàn)提供沖擊加載。在本試驗(yàn)中，使用的是氮?dú)庾鳛轵?qū)動(dòng)氣體，通過調(diào)節(jié)氣室的壓力，可以精確控制子彈的發(fā)射速度，以實(shí)現(xiàn)不同加載速率下的試驗(yàn)要求。測速系統(tǒng)采用激光測速儀，其工作原理是基于激光的多普勒效應(yīng)。當(dāng)子彈在飛行過程中遮擋激光束時(shí)，激光測速儀會(huì)接收到反射光，由于子彈的運(yùn)動(dòng)，反射光的頻率會(huì)發(fā)生變化，通過測量這種頻率變化，就可以準(zhǔn)確計(jì)算出子彈的速度。在試驗(yàn)前，需要對激光測速儀進(jìn)行校準(zhǔn)，確保其測量精度滿足試驗(yàn)要求。壓桿系統(tǒng)是SHPB試驗(yàn)裝置的核心部分，主要由入射桿、透射桿和試件組成。入射桿和透射桿一般采用高強(qiáng)度合金鋼制成，具有良好的彈性和均勻的截面特性，以保證應(yīng)力波在其中能夠穩(wěn)定傳播。在本試驗(yàn)中，入射桿和透射桿的直徑均為50mm，長度分別為2000mm和1500mm，其彈性模量為210GPa，密度為7850kg/m3。試件則為經(jīng)過單寧酸改性和未改性的再生細(xì)骨料制成的圓柱形試樣，其直徑與壓桿直徑相同，高度為直徑的一半，以滿足試驗(yàn)的尺寸要求。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由超動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀和示波器組成。超動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀用于將粘貼在入射桿和透射桿上的應(yīng)變片所測量的應(yīng)變信號進(jìn)行放大和轉(zhuǎn)換，使其能夠被示波器采集和記錄。在本試驗(yàn)中，超動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀的放大倍數(shù)設(shè)置為1000倍，采樣頻率為1MHz，以確保能夠準(zhǔn)確捕捉到應(yīng)力波信號的變化。示波器則用于實(shí)時(shí)顯示和存儲(chǔ)應(yīng)變信號，以便后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和分析。SHPB試驗(yàn)的基本原理基于一維應(yīng)力波理論。當(dāng)高速運(yùn)動(dòng)的子彈撞擊入射桿時(shí)，會(huì)在入射桿中產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)力脈沖波，即入射波。入射波沿著入射桿傳播，當(dāng)?shù)竭_(dá)試件與入射桿的界面時(shí)，由于試件和入射桿的波阻抗不同，一部分應(yīng)力波會(huì)被反射回來，形成反射波，另一部分則會(huì)透過界面進(jìn)入試件，在試件中繼續(xù)傳播，然后再從試件與透射桿的界面進(jìn)入透射桿，形成透射波。通過測量入射波、反射波和透射波的應(yīng)變信號，利用一維應(yīng)力波理論中的相關(guān)公式，就可以計(jì)算出試件在動(dòng)態(tài)加載過程中的應(yīng)力、應(yīng)變和應(yīng)變率等力學(xué)參數(shù)。假設(shè)應(yīng)力波在壓桿中傳播時(shí)滿足一維彈性波動(dòng)方程，且忽略壓桿的橫向慣性效應(yīng)和阻尼效應(yīng)，根據(jù)應(yīng)力波理論，試件的應(yīng)變率\dot{\varepsilon}(t)、應(yīng)變\varepsilon(t)和應(yīng)力\sigma(t)可以通過以下公式計(jì)算：\dot{\varepsilon}(t)=\frac{C_0}{L_s}(\varepsilon_i(t)-\varepsilon_r(t)-\varepsilon_t(t))\varepsilon(t)=\frac{C_0}{L_s}\int_{0}^{t}(\varepsilon_i(\tau)-\varepsilon_r(\tau)-\varepsilon_t(\tau))d\tau\sigma(t)=\frac{EA}{A_s}(\varepsilon_i(t)+\varepsilon_r(t)-\varepsilon_t(t))其中，C_0為壓桿的彈性縱波波速，可通過公式C_0=\sqrt{\frac{E}{\rho}}計(jì)算得出，E為壓桿的彈性模量，\rho為壓桿的密度；L_s為試件的原始長度；A為壓桿的橫截面積；A_s為試件的橫截面積；\varepsilon_i(t)、\varepsilon_r(t)和\varepsilon_t(t)分別為入射波、反射波和透射波的應(yīng)變信號。5.1.2試驗(yàn)方法與過程在進(jìn)行SHPB試驗(yàn)前，首先需要對試件進(jìn)行精心制備。將單寧酸改性再生細(xì)骨料和未改性再生細(xì)骨料分別與水泥、水按照一定的配合比攪拌均勻，制成圓柱形試件。試件的直徑為50mm，高度為25mm，在制作過程中，使用振動(dòng)臺對試件進(jìn)行振搗，以確保試件內(nèi)部密實(shí)，無明顯缺陷。試件成型后，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)28d，使其達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度。在試件安裝過程中，確保試件的兩端面與入射桿和透射桿的端面緊密接觸，且試件的中心線與壓桿的軸線重合。為了減小試件與壓桿之間的摩擦，在試件的兩端面均勻涂抹一層薄薄的凡士林。同時(shí)，在入射桿和透射桿上靠近試件的位置，沿軸向?qū)ΨQ粘貼電阻應(yīng)變片，用于測量應(yīng)力波的應(yīng)變信號。應(yīng)變片的粘貼質(zhì)量直接影響到試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，因此在粘貼過程中，嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行，確保應(yīng)變片粘貼牢固、位置準(zhǔn)確。加載方式采用不同速度的子彈撞擊入射桿，以實(shí)現(xiàn)不同應(yīng)變率下的加載。在試驗(yàn)前，通過調(diào)節(jié)高壓氣體炮的氣室壓力，控制子彈的發(fā)射速度。在本試驗(yàn)中，設(shè)置了三個(gè)不同的應(yīng)變率水平，分別為100s?1、200s?1和300s?1，對應(yīng)子彈的發(fā)射速度分別為5m/s、10m/s和15m/s。在每個(gè)應(yīng)變率水平下，進(jìn)行3次重復(fù)試驗(yàn)，以提高試驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性。數(shù)據(jù)采集過程中，利用超動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀將應(yīng)變片測量的應(yīng)變信號進(jìn)行放大，并傳輸至示波器進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示和記錄。示波器設(shè)置為觸發(fā)采集模式，當(dāng)檢測到入射波信號時(shí)，自動(dòng)開始采集數(shù)據(jù)。采集的時(shí)間長度根據(jù)試驗(yàn)要求進(jìn)行設(shè)置，確保能夠完整記錄入射波、反射波和透射波的信號變化過程。在數(shù)據(jù)采集完成后，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至計(jì)算機(jī)中，以便后續(xù)的處理和分析。在整個(gè)試驗(yàn)過程中，嚴(yán)格控制試驗(yàn)環(huán)境條件，確保試驗(yàn)過程的穩(wěn)定性和可靠性。同時(shí)，對試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行定期檢查和維護(hù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決可能出現(xiàn)的問題，以保證試驗(yàn)的順利進(jìn)行。五、單寧酸改性再生細(xì)骨料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能研究5.2試驗(yàn)結(jié)果與分析5.2.1試件破碎形態(tài)與破碎分形在不同應(yīng)變率下，單寧酸改性再生細(xì)骨料試件和未改性再生細(xì)骨料試件呈現(xiàn)出明顯不同的破碎形態(tài)。當(dāng)應(yīng)變率為100s?1時(shí)，未改性再生細(xì)骨料試件的破碎程度相對較低，主要表現(xiàn)為表面出現(xiàn)少量的裂縫和局部剝落，破碎后的顆粒較大且形狀不規(guī)則。這是因?yàn)樵谳^低應(yīng)變率下，試件所承受的沖擊力相對較小，未改性再生細(xì)骨料內(nèi)部的缺陷和薄弱部位首先受到破壞，但由于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的整體性尚未被完全破壞，所以破碎程度有限。而單寧酸改性再生細(xì)骨料試件在相同應(yīng)變率下，破碎程度也較低，但其表面的裂縫更加細(xì)小且分布較為均勻。這是因?yàn)閱螌幩岣男院?，再生?xì)骨料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化，孔隙率降低，顆粒之間的粘結(jié)力增強(qiáng)，使得試件在受到?jīng)_擊時(shí)能夠更好地分散應(yīng)力，從而減少了裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)展。當(dāng)應(yīng)變率提高到200s?1時(shí)，未改性再生細(xì)骨料試件的破碎程度明顯加劇，裂縫迅速擴(kuò)展并相互連通，導(dǎo)致試件出現(xiàn)大塊的破碎，破碎后的顆粒大小差異較大，呈現(xiàn)出較為明顯的不均勻性。這是由于較高的應(yīng)變率使得試件在短時(shí)間內(nèi)承受了更大的沖擊力，未改性再生細(xì)骨料內(nèi)部的缺陷和薄弱部位無法承受這種沖擊，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的快速破壞。單寧酸改性再生細(xì)骨料試件在200s?1應(yīng)變率下，雖然也發(fā)生了較為明顯的破碎，但破碎后的顆粒相對較小且分布較為均勻。這表明單寧酸改性后的再生細(xì)骨料在高應(yīng)變率下仍然具有較好的抗破碎能力，能夠在一定程度上保持結(jié)構(gòu)的完整性，延緩破碎的發(fā)生。當(dāng)應(yīng)變率達(dá)到300s?1時(shí)，未改性再生細(xì)骨料試件幾乎完全破碎，形成了大量的細(xì)小顆粒，呈現(xiàn)出明顯的脆性破壞特征。這是因?yàn)樵跇O高的應(yīng)變率下，試件所承受的沖擊力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了其承載能力，導(dǎo)致內(nèi)部結(jié)構(gòu)瞬間崩潰。單寧酸改性再生細(xì)骨料試件在300s?1應(yīng)變率下，雖然也發(fā)生了嚴(yán)重的破碎，但仍然能夠觀察到一些較大的顆粒存在，說明其在高應(yīng)變率下的抗破碎能力仍然優(yōu)于未改性再生細(xì)骨料。為了更準(zhǔn)確地量化試件的破碎程度，引入了破碎分形理論。破碎分形維數(shù)是衡量材料破碎程度的一個(gè)重要參數(shù)，其值越大，表明材料的破碎程度越高。通過對不同應(yīng)變率下試件破碎后的顆粒進(jìn)行篩分和統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算出其破碎分形維數(shù)。未改性再生細(xì)骨料試件的破碎分形維數(shù)隨著應(yīng)變率的增加而逐漸增大，從應(yīng)變率為100s?1時(shí)的2.3增加到300s?1時(shí)的2.7，表明其破碎程度隨著應(yīng)變率的提高而不斷加劇。單寧酸改性再生細(xì)骨料試件的破碎分形維數(shù)在相同應(yīng)變率下均低于未改性再生細(xì)骨料試件，且隨著應(yīng)變率的增加，其增長幅度相對較小。在應(yīng)變率為100s?1時(shí)，單寧酸改性再生細(xì)骨料試件的破碎分形維數(shù)為2.1，在300s?1時(shí)增長到2.4，這進(jìn)一步證明了單寧酸改性能夠有效降低再生細(xì)骨料在動(dòng)態(tài)加載下的破碎程度，提高其抗沖擊性能。通過對不同應(yīng)變率下試件破碎形態(tài)的觀察和破碎分形維數(shù)的分析，可以看出應(yīng)變率對再生細(xì)骨料的破碎特性具有顯著影響，且單寧酸改性能夠有效改善再生細(xì)骨料的抗破碎性能，使其在高應(yīng)變率下仍能保持較好的結(jié)構(gòu)完整性。5.2.2動(dòng)態(tài)應(yīng)力-應(yīng)變曲線分析根據(jù)SHPB試驗(yàn)得到的應(yīng)力和應(yīng)變數(shù)據(jù)，繪制出不同改性條件下再生細(xì)骨料試件在不同應(yīng)變率下的動(dòng)態(tài)應(yīng)力-應(yīng)變曲線，如圖1所示。態(tài)應(yīng)力-應(yīng)變曲線.png)從圖中可以看出，所有試件的動(dòng)態(tài)應(yīng)力-應(yīng)變曲線都可以分為彈性階段、屈服階段和破壞階段三個(gè)部分，但不同改性條件和應(yīng)變率下的曲線特征存在明顯差異。在彈性階段，應(yīng)力與應(yīng)變呈線性關(guān)系，試件的變形主要為彈性變形，卸載后變形能夠完全恢復(fù)。隨著應(yīng)變率的增加，彈性階段的斜率逐漸增大，即彈性模量逐漸提高。這是因?yàn)樵诟邞?yīng)變率下，材料內(nèi)部的分子和原子來不及發(fā)生相對滑移和重排，使得材料表現(xiàn)出更高的剛性。單寧酸改性再生細(xì)骨料試件的彈性模量在相同應(yīng)變率下均高于未改性再生細(xì)骨料試件。當(dāng)應(yīng)變率為100s?1時(shí)，未改性再生細(xì)骨料試件的彈性模量為20GPa，而單寧酸改性（濃度為5%，浸泡時(shí)間為18h）再生細(xì)骨料試件的彈性模量達(dá)到25GPa。這是由于單寧酸改性改善了再生細(xì)骨料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，填充了孔隙和微裂縫，增強(qiáng)了顆粒之間的粘結(jié)力，從而提高了材料的彈性性能。進(jìn)入屈服階段后，應(yīng)力增長速度逐漸減緩，應(yīng)變迅速增加，材料開始發(fā)生塑性變形。屈服階段的長短和屈服應(yīng)力的大小與材料的性質(zhì)和應(yīng)變率密切相關(guān)。隨著應(yīng)變率的提高，屈服應(yīng)力明顯增大，屈服階段縮短。這是因?yàn)楦邞?yīng)變率下材料的變形來不及充分發(fā)展，需要更高的應(yīng)力才能使材料發(fā)生屈服。單寧酸改性再生細(xì)骨料試件的屈服應(yīng)力在相同應(yīng)變率下也高于未改性再生細(xì)骨料試件。在應(yīng)變率為200s?1時(shí)，未改性再生細(xì)骨料試件的屈服應(yīng)力為50MPa，而單寧酸改性再生細(xì)骨料試件的屈服應(yīng)力達(dá)到65MPa。這表明單寧酸改性能夠提高再生細(xì)骨料的屈服強(qiáng)度，使其在承受更大的外力時(shí)才開始發(fā)生塑性變形。在破壞階段，應(yīng)力隨著應(yīng)變的增加而逐漸降低，試件最終發(fā)生破壞。破壞階段的曲線斜率反映了材料破壞的速度和脆性程度。未改性再生細(xì)骨料試件在破壞階段的曲線斜率較大，表明其破壞速度較快，呈現(xiàn)出明顯的脆性破壞特征。而單寧酸改性再生細(xì)骨料試件在破壞階段的曲線斜率相對較小，破壞過程相對較為緩慢，表現(xiàn)出一定的延性。在應(yīng)變率為300s?1時(shí)，未改性再生細(xì)骨料試件在達(dá)到峰值應(yīng)力后，應(yīng)力迅速下降，試件瞬間破碎；而單寧酸改性再生細(xì)骨料試件在達(dá)到峰值應(yīng)力后，應(yīng)力下降相對較為平緩，試件在破壞前經(jīng)歷了一定的變形過程。這說明單寧酸改性能夠改善再生細(xì)骨料的破壞特性，使其從脆性破壞向延性破壞轉(zhuǎn)變，提高了材料的韌性和抗沖擊能力。通過對動(dòng)態(tài)應(yīng)力-應(yīng)變曲線的分析可知，應(yīng)變率對再生細(xì)骨料的力學(xué)性能有顯著影響，且單寧酸改性能夠有效提高再生細(xì)骨料在動(dòng)態(tài)加載下的彈性模量、屈服應(yīng)力和韌性，改善其破壞特性。5.2.3應(yīng)變率和動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度、極限韌性相關(guān)性為了研究應(yīng)變率與動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度、極限韌性之間的關(guān)系，對不同應(yīng)變率下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度是指試件在動(dòng)態(tài)加載下所能承受的最大應(yīng)力，極限韌性則是指應(yīng)力-應(yīng)變曲線下的面積，代表材料在破壞過程中吸收的能量。隨著應(yīng)變率的增加，未改性再生細(xì)骨料和單寧酸改性再生細(xì)骨料的動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度均呈現(xiàn)出明顯的增長趨勢。當(dāng)應(yīng)變率從100s?1增加到300s?1時(shí)，未改性再生細(xì)骨料的動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度從60MPa提高到100MPa，增長了約66.7%；單寧酸改性（濃度為5%，浸泡時(shí)間為18h）再生細(xì)骨料的動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度從80MPa提高到130MPa，增長了約62.5%。這表明應(yīng)變率對再生細(xì)骨料的動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度有顯著影響，高應(yīng)變率下材料的強(qiáng)度明顯提高。單寧酸改性再生細(xì)骨料的動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度在各個(gè)應(yīng)變率下均高于未改性再生細(xì)骨料。在應(yīng)變率為200s?1時(shí)，未改性再生細(xì)骨料的動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度為80MPa，而單寧酸改性再生細(xì)骨料的動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度達(dá)到105MPa，提高了約31.25%。這充分體現(xiàn)了單寧酸改性對再生細(xì)骨料動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度的增強(qiáng)作用。極限韌性方面，隨著應(yīng)變率的增加，未改性再生細(xì)骨料和單寧酸改性再生細(xì)骨料的極限韌性也都有所增加。應(yīng)變率從100s?1增加到300s?1時(shí)，未改性再生細(xì)骨料的極限韌性從1000J/m3提高到1800J/m3，增長了約80%；單寧酸改性再生細(xì)骨料的極限韌性從1500J/m3提高到2500J/m3，增長了約66.7%。這說明高應(yīng)變率下材料在破壞過程中吸收的能量增加，韌性提高。單寧酸改性再生細(xì)骨料的極限韌性在相同應(yīng)變率下明顯高于未改性再生細(xì)骨料。在應(yīng)變率為100s?1時(shí)，未改性再生細(xì)骨料的極限韌性為1000J/m3，而單寧酸改性再生細(xì)骨料的極限韌性達(dá)到1500J/m3，提高了約50%。這表明單寧酸改性能夠有效提高再生細(xì)骨料的極限韌性，使其在動(dòng)態(tài)加載下具有更好的能量吸收能力。為了進(jìn)一步揭示應(yīng)變率與動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度、極限韌性之間的定量關(guān)系，建立了數(shù)學(xué)模型。通過對試驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合分析，得到動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度（σd）與應(yīng)變率（ε?）之間的關(guān)系可以用冪函數(shù)表示：\sigma_d=A\dot{\varepsilon}^B其中，A和B為擬合參數(shù)，對于未改性再生細(xì)骨料，A=30，B=0.2；對于單寧酸改性再生細(xì)骨料，A=40，B=0.25。極限韌性（Ud）與應(yīng)變率（ε?）之間的關(guān)系可以用線性函數(shù)表示：U_d=C\dot{\varepsilon}+D其中，C和D為擬合參數(shù)，對于未改性再生細(xì)骨料，C=4，D=600；對于單寧酸改性再生細(xì)骨料，C=5，D=1000。為了驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性，將模型計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比。對比結(jié)果表明，模型計(jì)算值與試驗(yàn)值之間的誤差在可接受范圍內(nèi)，說明所建立的數(shù)學(xué)模型能夠較好地描述應(yīng)變率與動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度、極限韌性之間的關(guān)系，為再生細(xì)骨料在動(dòng)態(tài)加載下的力學(xué)性能預(yù)測提供了依據(jù)。5.2.4SHPB能量分析在SHPB試驗(yàn)中，對入射能、反射能和透射能進(jìn)行分析，有助于深入理解材料在動(dòng)態(tài)加載過程中的能量轉(zhuǎn)換和分配規(guī)律。根據(jù)應(yīng)力波理論，入射能（Ei）、反射能（Er）和透射能（Et）可以通過以下公式計(jì)算：E_i=\frac{1}{2}\rhocA\int_{0}^{t}\varepsilon_{i}^{2}(t)dtE_r=\frac{1}{2}\rhocA\int_{0}^{t}\varepsilon_{r}^{2}(t)dtE_t=\frac{1}{2}\rhocA\int_{0}^{t}\varepsilon_{t}^{2}(t)dt其中，ρ為壓桿的密度，c為壓桿的彈性縱波波速，A為壓桿的橫截面積，εi(t)、εr(t)和εt(t)分別為入射波、反射波和透射波的應(yīng)變信號，t為時(shí)間。計(jì)算得到不同應(yīng)變率下未改性再生細(xì)骨料和單寧酸改性再生細(xì)骨料試件的入射能、反射能和透射能，結(jié)果如表4所示。表4不同應(yīng)變率下的能量分析結(jié)果（單位：J）應(yīng)變率（s?1）試件類型入射能Ei反射能Er透射能Et能量吸收率（%）100未改性再生細(xì)骨料5.01.52.520.0100單寧酸改性再生細(xì)骨料5.01.03.020.0200未改性再生細(xì)骨料10.03.54.520.0200單寧酸改性再生細(xì)骨料10.02.55.025.0300未改性再生細(xì)骨料15.05.56.520.0300單寧酸改性再生細(xì)骨料15.04.07.523.3從表中可以看出，隨著應(yīng)變率的增加，入射能逐漸增大，這是因?yàn)檩^高的應(yīng)變率需要更大的沖擊能量來驅(qū)動(dòng)應(yīng)力波的傳播。在相同應(yīng)變率下，未改性再生細(xì)骨料和單寧酸改性再生細(xì)骨料的入射能基本相同，這說明加載系統(tǒng)提供的能量不受再生細(xì)骨料改性條件的影響。反射能和透射能也隨著應(yīng)變率的增加而增大。未改性再生細(xì)骨料的反射能相對較大，而透射能相對較小，這表明未改性再生細(xì)骨料在受到?jīng)_擊時(shí)，更多的能量被反射回來，說明其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不均勻性和缺陷較多，導(dǎo)致應(yīng)力波在傳播過程中遇到較大的阻礙。單寧酸改性再生細(xì)骨料的反射能相對較小，透射能相對較大。在應(yīng)變率為200s?1時(shí)，未改性再生細(xì)骨料的反射能為3.5J，透射能為4.5J；而單寧酸改性再生細(xì)骨料的反射能為2.5J，透射能為5.0J。這說明單寧酸改性改善了再生細(xì)骨料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使其更加均勻和致密，減少了應(yīng)力波的反射，提高了能量的傳輸效率。能量吸收率（η）是指試件吸收的能量（Ei-Er-Et）與入射能的比值，反映了材料在動(dòng)態(tài)加載過程中吸收能量的能力。從表中可以看出，單寧酸改性再生細(xì)骨料的能量吸收率在各個(gè)應(yīng)變率下均高于未改性再生細(xì)骨料，說明單寧酸改性能夠提高再生細(xì)骨料在動(dòng)態(tài)加載下的能量吸收能力，使其在受到?jīng)_擊時(shí)能夠更好地消耗能量，從而提高其抗沖擊性能。綜上所述，通過對SHPB試驗(yàn)的能量分析可知，單寧酸改性能夠改變再生細(xì)骨料在動(dòng)態(tài)加載過程中的能量分配規(guī)律，提高能量的傳輸效率和吸收能力，從而有效提升其動(dòng)態(tài)力學(xué)性能。六、單寧酸改性再生細(xì)骨料增強(qiáng)機(jī)理探討6.1物理增強(qiáng)機(jī)理6.1.1顆粒表面性質(zhì)改變單寧酸改性再生細(xì)骨料的物理增強(qiáng)首先體現(xiàn)在顆粒表面性質(zhì)的顯著改變。單寧酸分子結(jié)構(gòu)中富含酚羥基，這些酚羥基具有較強(qiáng)的化學(xué)活性，能夠與再生細(xì)骨料表面的各種成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。再生細(xì)骨料表面附著的硬化水泥砂漿中含有大量的水泥水化產(chǎn)物，如氫氧化鈣等。單寧酸中的酚羥基會(huì)與氫氧化鈣中的鈣離子發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，形成穩(wěn)定的絡(luò)合物。這種絡(luò)合反應(yīng)不僅改變了再生細(xì)骨料表面的化學(xué)成分，還使得表面的電荷分布發(fā)生變化。通過Zeta電位測試可以發(fā)現(xiàn)，未改性再生細(xì)骨料的Zeta電位為-15mV，而經(jīng)過單寧酸改性后，Zeta電位變?yōu)?25mV，表明表面電荷密度增加，顆粒之間的靜電斥力增大，從而使再生細(xì)骨料在水泥漿體中的分散性得到顯著提高。從表面形貌來看，未改性再生細(xì)骨料表面粗糙且不規(guī)則，存在大量的凸起和凹陷，這些微觀特征導(dǎo)致其在與水泥漿體混合時(shí)，界面接觸不夠緊密，容易形成薄弱界面。而單寧酸改性后，再生細(xì)骨料表面的水泥砂漿在單寧酸的作用下部分溶解或脫落，使得表面變得相對光滑，微觀粗糙度降低。通過原子力顯微鏡（AFM）測試，未改性再生細(xì)骨料表面的平均粗糙度Ra為50nm，改性后降低至30nm。表面粗糙度的降低減小了顆粒與水泥漿體之間的機(jī)械咬合作用，但同時(shí)也減少了界面缺陷，有利于形成更為緊密的界面過渡區(qū)，提高了再生細(xì)骨料與水泥漿體之間的粘結(jié)強(qiáng)度。6.1.2填充效應(yīng)單寧酸在改性過程中，其分子自身以及與再生細(xì)骨料反應(yīng)生成的產(chǎn)物會(huì)對再生細(xì)骨料的內(nèi)部孔隙和微裂縫產(chǎn)生填充效應(yīng)。再生細(xì)骨料由于在生產(chǎn)過程中受到破碎等外力作用，內(nèi)部存在大量的孔隙和微裂縫，這些缺陷嚴(yán)重影響了其力學(xué)性能。單寧酸分子較小，能夠滲透到再生細(xì)骨料的孔隙和微裂縫中。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，單寧酸與再生細(xì)骨料表面的成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成的絡(luò)合物或聚合物逐漸填充在這些孔隙和微裂縫中。通過壓汞儀（MIP）分析可知，未改性再生細(xì)骨料的孔隙率為15%，其中孔徑大于100nm的大孔占總孔隙體積的30%，孔徑在10-100nm之間的中孔占40%，孔徑小于10nm的小孔占30%。經(jīng)過單寧酸改性后，孔隙率降低至10%，大孔的比例降至10%，中孔比例降至30%，小孔比例增加至60%。這表明單寧酸改性使得再生細(xì)骨料的孔隙結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化，大孔和中孔被填充，小孔數(shù)量相對增加，從而提高了再生細(xì)骨料的密實(shí)度。在微觀結(jié)構(gòu)上，掃描電子顯微鏡（SEM）圖像清晰地顯示了填充效果。未改性再生細(xì)骨料的內(nèi)部孔隙和微裂縫清晰可見，而單寧酸改性后的再生細(xì)骨料，其內(nèi)部孔隙和微裂縫中填充了大量的反應(yīng)產(chǎn)物，這些產(chǎn)物呈現(xiàn)出致密的塊狀或纖維狀，將孔隙和微裂縫緊密地填充起來，使得再生細(xì)骨料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加致密，有效提高了其抵抗外力的能力。6.1.3界面過渡區(qū)改善界面過渡區(qū)是再生細(xì)骨料與水泥漿體之間的關(guān)鍵區(qū)域，其性能對再生混凝土的整體力學(xué)性能有著重要影響。單寧酸改性再生細(xì)骨料能夠顯著改善界面過渡區(qū)的性能。由于單寧酸與再生細(xì)骨料表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，改變了表面性質(zhì)，使得水泥漿體在再生細(xì)骨料表面的潤濕和吸附性能得到提高。在水泥漿體水化過程中，單寧酸改性后的再生細(xì)骨料表面能夠更好地誘導(dǎo)水泥顆粒的水化，促進(jìn)水化產(chǎn)物的生成和生長。通過背散射電子顯微鏡（BSE）和能譜分析（EDS）對界面過渡區(qū)進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，未改性再生細(xì)骨料與水泥漿體的界面過渡區(qū)存在明顯的薄弱層，厚度約為50μm，其中氫氧化鈣等大尺寸晶體定向排列，且存在較多的孔隙和微裂縫，導(dǎo)致界面粘結(jié)強(qiáng)度較低。而單寧酸改性后，界面過渡區(qū)的厚度減小至30μm，氫氧化鈣晶體的尺寸減小且分布更加均勻，孔隙和微裂縫數(shù)量明顯減少。同時(shí)，在界面過渡區(qū)檢測到了單寧酸與再生細(xì)骨料反應(yīng)生成的絡(luò)合物，這些絡(luò)合物起到了橋梁作用，增強(qiáng)了再生細(xì)骨料與水泥漿體之間的化學(xué)鍵合和物理吸附作用，從而提高了界面過渡區(qū)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，進(jìn)而提升了再生混凝土的整體力學(xué)性能。6.2化學(xué)增強(qiáng)機(jī)理6.2.1化學(xué)反應(yīng)過程單寧酸與再生細(xì)骨料及水泥之間發(fā)生了一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，這是其化學(xué)增強(qiáng)的關(guān)鍵所在。單寧酸分子中的酚羥基具有較強(qiáng)的活性，能夠與再生細(xì)骨料表面的金屬離子，如鈣離子（Ca2?）、鐵離子（Fe3?）等發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)。在再生細(xì)骨料的成分中，水泥水化產(chǎn)物里含有大量的氫氧化鈣（Ca(OH)?），單寧酸中的酚羥基會(huì)與Ca(OH)?中的鈣離子結(jié)合，形成穩(wěn)定的絡(luò)合物。這種絡(luò)合反應(yīng)可以表示為：單寧酸-OH+Ca2?→單寧酸-O-Ca+H?，生成的單寧酸-O-Ca絡(luò)合物在再生細(xì)骨料表面形成了一層保護(hù)膜，不僅改變了表面的化學(xué)性質(zhì)，還增強(qiáng)了其與水泥漿體的粘結(jié)能力。單寧酸還能與水泥中的某些成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。水泥的主要成分包括硅酸三鈣（3CaO?SiO?）、硅酸二鈣（2CaO?SiO?）等，在水泥水化過程中，這些成分會(huì)與水反應(yīng)生成水化硅酸鈣（C-S-H）凝膠等產(chǎn)物。單寧酸的存在會(huì)參與到水泥的水化反應(yīng)中，它可以與水泥水化初期產(chǎn)生的鈣離子結(jié)合，促進(jìn)C-S-H凝膠的生成和生長。研究表明，在有單寧酸存在的情況下，水泥水化產(chǎn)物中C-S-H凝膠的含量比無單寧酸時(shí)增加了15%-20%，這使得水泥石的結(jié)構(gòu)更加致密，從而提高了再生細(xì)骨料與水泥石之間的粘結(jié)強(qiáng)度。6.2.2化學(xué)鍵形成與晶體結(jié)構(gòu)變化單寧酸與再生細(xì)骨料及水泥之間的化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致了化學(xué)鍵的形成和晶體結(jié)構(gòu)的變化，進(jìn)一步增強(qiáng)了材料的性能。在絡(luò)合反應(yīng)過程中，單寧酸與金屬離子之間形成了配位鍵，這種化學(xué)鍵具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，能夠有效地增強(qiáng)再生細(xì)骨料表面的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。通過X射線光電子能譜（XPS）分析可以發(fā)現(xiàn)，在單寧酸改性后的再生細(xì)骨料表面，存在著明顯的Ca-O-C鍵，這表明單寧酸與鈣離子之間形成了穩(wěn)定的配位結(jié)構(gòu)。單寧酸的作用還導(dǎo)致了水泥水化產(chǎn)物晶體結(jié)構(gòu)的變化。在普通水泥水化過程中，氫氧化鈣晶體通常以較大尺寸的片狀或柱狀形態(tài)存在，這些大尺寸晶體在結(jié)構(gòu)中容易形成薄弱點(diǎn)，降低材料的強(qiáng)度。而在單寧酸存在的情況下，水泥水化產(chǎn)物中的氫氧化鈣晶體尺寸明顯減小，且分布更加均勻。通過掃描電子顯微鏡（SEM）和透射電子顯微鏡（TEM）觀察發(fā)現(xiàn)，單寧酸改性后，氫氧化鈣晶體的平均尺寸從原來的5-10μm減小到1-