Journal of Cleaner Production发表题为A multi-scale investigation of the effect of cement mortar coating论文

近日，东南大学交通学院岩土工程研究所在国际知名期刊Journal of Cleaner Production发表题为A multi-scale investigation of the effect of cement mortar coating on the small-strain shear stiffness of recycled concrete aggregate的科技论文（与国际专家Matthew Richard Coop教授合作成果）。

该论文第一作者为博士生李蔓，通讯作者为蔡国军教授和何欢副教授。该研究工作得到了国家杰出青年科学基金（42225206）与国家自然科学基金面上项目（52478331）的支持。

论文摘要

    城市地区大量再生混凝土骨料（RCA）废弃物对生态环境构成威胁，而RCA表面附着的弱水泥砂浆层是导致其力学性能劣于天然骨料的主要原因。本研究采用稀盐酸酸洗去除RCA表面的水泥砂浆涂层，通过一系列弯曲元试验，在不同孔隙比、级配和粒径条件下，系统量化了表面涂层对材料动力特性的影响。结果表明，酸洗后RCA的小应变剪切模量（G_max）显著降低，其中级配良好试样的材料系数A_G下降约48%，单一级配试样下降约10%，而酸洗后试样的应力指数n_G更趋近于天然颗粒材料的报道值。在颗粒尺度上，通过扫描电镜和X射线衍射分析揭示了水泥砂浆对颗粒表面特征和矿物组成的影响，并开展了颗粒接触试验以研究粒间接触刚度。最后，建立了从微观粒间接触刚度到宏观G_max 的理论分析框架，为水泥砂浆涂层影响RCA力学行为提供了多尺度的机理解释。

主要图表

    图1 图片摘要

图

图2. (a) RCA试样酸洗前(a)和酸洗后(b)的微观形貌

图3. RCA试样酸洗前后的X射线衍射（XRD）图谱

图4. 不同土类应力指数n_G对比图

图5. (a) RCA试样酸洗前后G_max与p'/p_n关系图；(b) RCA试样酸洗前后G_max/f(e)与p'/p_a关系图

论文结论

本研究通过弯曲元试验和微观力学试验系统揭示了水泥砂浆涂层对再生混凝土骨料（RCA）小应变剪切刚度的深刻影响。宏观试验表明，酸洗去除涂层后RCA的G_max显著降低，材料系数A_G和应力指数n_G均有所下降，其中级配良好试样受涂层影响更为显著，表明水泥涂层的存在增强了G_max对围压的敏感性。SEM和XRD分析证实酸洗后颗粒表面更加光滑，水化产物显著减少，验证了涂层去除的有效性。微观颗粒接触试验结合Hertz和Mindlin-Deresiewicz理论分析揭示了更为复杂的机制：酸洗总体上提高了玄武岩颗粒的接触刚度，却降低了红砖颗粒的接触刚度，且实际接触行为因颗粒形态不规则和表面粗糙度的影响而显著偏离理论预测。从介观尺度来看，G_max的降低可归因于颗粒形态改变、织构变化和粒间接触刚度变化等多重因素的共同作用。研究结果表明，尽管去除水泥涂层有利于改善RCA的物理性质，但同时也降低了骨料组合体的小应变剪切刚度，因此在实际工程应用中应综合评估涂层去除的利弊。

本文作者简介

第一作者：李蔓

云南楚雄人，东南大学在读博士，主要从事多尺度再生混凝土骨料的力学特性研究。

邮箱：230219240@seu.edu.cn

通讯作者：蔡国军教授

安徽建筑大学 党委副书记、校长，东南大学交通学院教授、博士生导师，全国百篇优秀博士论文获得者，国家杰出青年科学基金获得者。主要从事现代原位测试理论与应用技术、特殊地基处理、环境岩土工程等方面的研究。

邮箱：focuscai@163.com

共同通讯作者：何欢副教授

东南大学交通学院副教授、博士生导师，主要从事主要从事易碎颗粒材料（如钙质砂、废弃混凝土骨料、浮石等）的动力学、接触力学特性的精细测定，试验方法及仪器研发等方面科研工作。

邮箱：h_he@seu.edu.cn

欢迎各位有志青年报考硕士与博士研究生，同时欢迎有岩土工程、工程地质、岩石、水利、交通、环境、海洋、能源等专业背景的博士毕业生申请博士后！

蔡国军教授课题组网站：

www.cptulab.com