再生混凝土粉末基人工骨料的形貌调控与力学性能优化机制研究

针对再生混凝土粉末(RCP)利用率低、环境污染严重及天然骨料资源短缺问题，研究人员通过盘式造粒法制备核壳结构人工骨料(AAs)，系统研究了转速(45 r/min)、倾角(55°)、喷水量(12%)等关键参数对AAs球形度与力学性能的影响，发现高球形度小粒径AAs具有更优的机械稳定性，并通过X-CT和SEM揭示了内部孔隙结构与破坏模式的关联性，为RCP高值化利用提供了理论支撑与实践路径。

　　

随着城市化进程加速，建筑垃圾中废弃混凝土的堆积已成为严峻的环境问题。这些废弃混凝土经破碎筛分后，粒径≥4.75 mm的再生骨料可通过碳化改性实现资源化，但粒径≤75 μm的再生混凝土粉末(RCP)因活性低、吸水率高而难以利用，目前主要通过露天堆放和填埋处理，不仅占用土地资源，还会造成土壤和水体污染。与此同时，天然砂石骨料资源日益枯竭，环保法规日趋严格，开发RCP制备人工骨料(AAs)的技术成为解决双重困境的关键。

合肥工业大学的研究团队在《Powder Technology》发表论文，通过盘式造粒法制备核壳结构RCP基AAs，系统研究了造粒工艺参数对AAs形貌特征和力学性能的影响规律。研究采用单颗粒压缩试验结合Weibull统计分析评估强度分布特性，运用X射线计算机断层扫描(X-CT)和扫描电镜(SEM)解析内部细观结构，揭示了AAs的破坏机制与形貌参数的关联性。

关键技术方法包括：1) 采用正交试验优化造粒参数（转速30-60 r/min、倾角40-65°）；2) 通过图像分析量化AAs球形度；3) 基于Weibull分布模型分析强度离散性；4) 利用X-CT三维重构孔隙结构（分辨率3 μm）；5) SEM观察断面形貌特征。

形貌与力学性能调控
研究发现转速45 r/min、倾角55°、喷水量12%、喷水间隔6 s时，AAs获得最佳球形度（提高25%）和抗压强度（2.51 MPa）。Weibull分析表明高球形度小粒径AAs具有更低的强度离散性，符合脆性材料特征。

破坏模式分类
根据荷载-位移曲线特征将AAs破坏分为三类：单峰型（完整颗粒瞬间断裂）、双峰型（核心-壳层依次破坏）和多峰型（多阶段渐进式破碎），破坏模式与颗粒形貌显著相关。

细观结构解析
X-CT显示粒径4.75-9.5 mm的AAs孔隙率高达18.7%，而2.36-4.75 mm颗粒孔隙率仅9.2%，这解释了前者抗压强度（1.8 MPa）显著低于后者（3.2 MPa）的原因。SEM进一步证实大颗粒内部存在更多连通孔隙和裂纹缺陷。

该研究首次建立了RCP基AAs"工艺-形貌-强度"的定量关系模型，阐明了颗粒尺寸效应与破坏机制的关联规律，为建筑垃圾资源化提供了可产业化的技术方案。通过优化造粒工艺可使AAs抗压强度提升23%，达到天然骨料替代标准，同时提出的三阶段破坏分类模型为混凝土细观力学模拟提供了理论基础。研究成果对推动建筑领域低碳转型具有重要实践价值，未来可结合CO₂养护等工艺进一步优化AAs性能。