我國每年產生的廢舊混凝土超25億噸，且每年以8%的速度增加，環境壓力巨大，實現廢舊混凝土的資源化利用迫在眉睫，其高效消納不僅響應了國家節能減排和可持續發展理念，也是實現“雙碳”戰略目標的重要途徑。

　　研究表明，當前再生混凝土應用現狀存在再生骨料品質不佳、配制機制不明、產業化配套工藝與設備缺乏等技術瓶頸。針對這些問題，我們團隊聯合中國建筑第七工程局有限公司、中鐵七局集團有限公司、河南交通投資集團有限公司等單位，踐行“產-學-研-用”融合創新理念，按照“高品質粗骨料研制—再生水泥及水泥基材料研發—再生混凝土配制及性能提升—再生混凝土結構設計—再生混凝土產品生產設備及關鍵技術開發—成套設備集成創新—產業化應用—智慧設計應用平臺搭建”全鏈條研發思路，在國家重點研發計劃、國家自然科學基金面上項目等項目支持下取得系列原創性成果，研究成果的推廣與應用提升了廢舊混凝土消納水平及利用附加值，拓展了其應用領域及范圍。該研究成果相續獲得工程建設科學技術成果一等獎、河南省科技進步獎二等獎等獎勵，并在交通運輸、土木工程、水利工程等領域50余項工程中得到應用與推廣，社會經濟、生態效益顯著。

　　在再生混凝土領域，我們從理論到實踐走出了一條自主創新之路，設計了一套獨具特色的“中國方案”，這套方案主要有五大創新亮點。

　　亮點一：提出了一套高品質混凝土再生粗骨料制備方法與分形評價體系，研制了一系列綠色再生水泥及低碳高性能再生水泥基復合材料。

　　建立了再生粗骨料分形評價體系：確定了軸向系數、片狀系數、球度、均勻度、比表面積及糙度6個再生粗骨料形狀指標參數，探究了不同形狀指標參數對再生粗骨料物理性能的影響規律;構建了不同類型再生骨料的3D模型，基于力學試驗及微觀分析，揭示了再生粗骨料對混凝土力學性能的影響機理;探明了物相組分、界面結構等微觀特征對再生混凝土力學性能的影響機制，構建了再生粗骨料品質提升量化指標分形評價體系，為再生粗骨料包裹砂漿高效去除設備研制提供理論支撐與技術支持。

　　再生粗骨料品質與混凝土力學性能關系

　　研發了一套再生粗骨料包裹砂漿高效去除設備：基于Python和ABAQUS建立了再生混凝土五相隨機骨料模型，揭示了不同受力狀態下附著砂漿剝離機制;提出了再生粗骨料包裹砂漿表面覆蓋率測定方法，首次將包裹砂漿覆蓋率定量化、參數化，為包裹砂漿高效去除設備研發提供理論支撐與技術支持;量化了再生骨料入射速度及角度、襯板性能參數等，提出了撞擊破碎、二次研磨的“撞擊+研磨”再生粗骨料高品質制備工藝，顯著提高了包裹砂漿去除效率(80%以上)，并達到最佳顆粒整形效果。

　　再生混凝土五相隨機骨料模型

　　研磨機研發

　　提出了物理-化學協同增強再生粗骨料品質提升方法：分別從宏觀、微觀層次揭示了機械研磨協同納米SiO?溶液預浸作用下再生粗骨料性能提升機理;提出了物理-化學協同增強再生粗骨料品質提升技術，改善了再生粗骨料物理性能指標，壓碎值降低33%以上，吸水率降低28%以上。

　　物理-化學協同增強再生骨料

　　納米SiO?溶液強化再生粗骨料物理性能

　　研發了一系列綠色再生水泥，研制了低碳高性能再生水泥基復合材料：以廢舊混凝土細小顆粒及砂漿為基材，基于堿激發、機械研磨、納米SiO?改性等成套技術，研發了多種新型再生綠色膠凝材料;建立了纖維和納米粒子改性低碳再生水泥基復合材料本構模型，研制了纖維-納米SiO?低碳高性能再生水泥基復合材料，提升了再生水泥基復合材料界面粘結特性及耐久性能。該研究成果提升了廢舊混凝土再生利用附加值。

　　再生水泥基材料制備流程

　　再生水泥基材料力學性能活化機理

　　亮點二：提出了再生混凝土多尺度性能提升理論，建立了再生混凝土損傷本構模型，發明了高品質再生混凝土制備方法。

　　提出了基于多尺度的再生混凝土性能提升理論：基于納米SiO?的微觀填充效應、微生物礦化以及纖維的宏觀增韌作用，提出了微生物-納米-纖維協同增強的再生混凝土性能提升及裂縫自修復方法;以質量損失率、相對動彈性模量和抗壓強度損失率為評價指標，揭示了納米SiO?與纖維協同作用抗凍性能提升機理;基于試驗研究、數值模擬，提出了宏觀-細觀-微觀多尺度性能提升理論。

　　再生混凝土性能多尺度分析理論

　　建立了再生混凝土損傷本構模型：基于雙參數Weibull統計分布理論和應變等效假設，揭示了損傷閥值和彈性模量參數對本構模型的影響;修正了過鎮海模型參數，探明了曲線參數q、p與納米SiO?、纖維摻量的關系，建立了納米SiO?與纖維協同增強再生混凝土損傷本構模型。

　　再生混凝土損傷本構模型的構建

　　提出了高品質再生混凝土制備方法：基于Python與ABAQUS建立了考慮界面過渡區參數的再生混凝土五相隨機骨料模型，探明了再生混凝土細觀破壞機理;基于室內力學及耐久性能試驗，揭示了再生混凝土力學及耐久性能指標提升機制;以高品質粗骨料和再生水泥為基材，研發了一系列節能降耗、性能穩定再生混凝土。

　　再生混凝土單軸壓縮破壞數值模擬

　　高品質再生混凝土研制

　　亮點三：闡明了再生混凝土結構鋼筋粘結滑移破壞機理，建立了再生混凝土結構粘結滑移本構關系模型。

　　研發了一套基于聲發射技術的再生混凝土結構鋼筋粘結滑移試驗設備：基于聲發射技術實現了再生混凝土結構鋼筋粘結滑移破壞及內部損傷的全過程監測;揭示了聲發射參數與構件不同階段粘結滑移表征指標相關性，創新了再生混凝土結構粘結滑移監測技術和評價方法。

　　基于聲發射技術的再生混凝土結構鋼筋粘結滑移試驗設備研制

　　闡明了再生混凝土結構鋼筋粘結滑移破壞機理：結合隨機骨料和塑性損傷模型，建立了再生混凝土結構精細化三維細觀數值模型，揭示了再生混凝土結構鋼筋粘結滑移破壞形態及演變規律;基于混凝土軟化本構關系、虛擬裂縫假設等，明晰了鋼筋與再生混凝土界面粘結破壞機理;基于彈性理論與厚壁圓筒彈性力學模型，探明了粘結滑移各階段受力特性，推導了界面粘結強度解析解，揭示了再生混凝土結構粘結滑移破壞機制。

　　再生混凝土厚壁圓筒粘結滑移模型

　　再生混凝土粘結滑移破壞機制

　　建立了再生混凝土結構鋼筋粘結滑移本構模型：基于再生混凝土鋼筋拉拔試驗，結合數值模擬手段，揭示了再生混凝土與鋼筋界面粘結性能衰減機制及其結構性能演變規律;提出了再生混凝土結構鋼筋粘結滑移破壞表征指標，建立了再生混凝土結構鋼筋粘結滑移本構模型。成果為再生混凝土結構設計及應用提供理論支撐。

　　亮點四：研發了就地再生及構件智能生產等成套設備，開發了系列適應于不同場景的再生混凝土產品及其建造關鍵技術，制定了多部配套技術標準與施工工法，實現了產業化應用，成果豐富了廢舊混凝土低碳高附加值消納途徑。

　　提出了基于性能需求的再生混凝土的適用場景分類標準：結合工程需求，根據再生混凝土級別和性能參數，構建5大類適用場景;驗證了再生混凝土在預制構件、路面底基層等場景中的經濟性、可靠性和適用性。

　　不同工程應用場景搭建

　　研發了再生混凝土構件生產、施工關鍵技術及其智能設備：研發了再生混凝土預制構件自動化布料、養生、運輸碼垛打包等成套生產技術和裝備;發明了再生混凝土預制六棱塊道路路面鋪裝和路緣石安裝方法。

　　再生混凝土構件智能生產設備研發

　　亮點五：搭建了基于應用場景的再生混凝土智能可視化設計平臺，集成了多尺度再生混凝土應用數據庫，提供了友好的人機交互界面，打造了再生混凝土經濟發展智慧新模式。

　　集成了不同應用場景下的再生混凝土試驗數據、形成多尺度、多參數的再生混凝土數據庫：基于不同應用場景的工程目標，整合了再生粗骨料質量提升、納米SiO?改性再生水泥、纖維增強性能等試驗數據;納入了數值模型模擬結果，帶包裹砂漿再生骨料破壞規律、隨機骨料模型破壞過程分析等數據，保障了方案生成的科學性和時效性。

　　不同應用場景下再生混凝土試驗數據庫集成

　　實現了不同應用場景下再生混凝土最優配合比、試件養護工藝、施工方案的自動生成：提供了精簡的可視化界面，用戶輸入不同應用場景要求(如力學強度、工作性能、耐久性)，平臺基于不同應用場景的工程目標，自動生成最優配合比方案、試件養護工藝、配套施工工法;打造了友好的人機交互界面，以數據化方式展示方案的性能優勢與工程適應性;提供了數據的導出與工程報告自動生成，方便用戶進行工程應用與決策。

　　基于應用場景的再生混凝土智能可視化平臺搭建

　　作者簡介：

　　鄭元勛，鄭州大學 教授/博士生導師，斯坦福全球前2%頂尖科學家名單入選者(2024)，河南省杰出青年基金獲得者。鄭州大學學術委員會委員、水利與交通學院教授委員會副主任、水工結構與材料所所長、道路橋梁與渡河工程專業負責人。河南省優秀教師、河南省教育廳學術技術帶頭人、河南省青年骨干教師、疫情防控中表現突出的河南省第一團支書、留學人員科技活動項目擇優資助獲得者、河南省優秀碩士學位論文指導老師等榮譽獲得者。兼中國大壩工程學會大壩混凝土與巖石斷裂力學專業委員會專家委員、中國硅酸鹽協會固廢與生態材料分會專家委員、中國公路學會會員、國家自然科學基金委通訊評審專家、教育部學位中心通訊評議專家等，擔任《International Journal of Pavement Engineering》、《American Journal of Civil Engineering》、《施工技術(中英文)》、《內蒙古工業大學學報(自然科學版)》等多個國內外期刊編委。在國內外重要學術期刊發表科技論文150余篇，其中以第一作者或通訊作者發表SCI論文89篇(中科院一區論文45篇);申請國家發明專利28項;主編及參與編制專著8部(英文專著1部)，出版教材2部，出版地方規范2部。主持國家自然科學基金面上項目3項、國家重點研發計劃項目子課題1項、國家自然科學基金重點項目課題1項，參與其他國家級項目5項，主持完成橫向課題50余項。研究成果相續獲中國工程建設科學技術成果一等獎1項(第1)、教育部科學研究優秀成果二等獎1項，河南省科技進步二、三等獎各1項(第1)，獲其他省部級科技進步獎3項。研究成果已成功應用于我國交通基礎設施等工程領域，取得了顯著的經濟效益和社會效益。近5年來，指導學生獲得國家級、省部級創業創新大賽獎勵10余項。