一、选题背景与意义

（一）选题背景

随着城市化进程的加速，大量旧建筑物被拆除，产生了巨量的建筑垃圾，其中废弃混凝土占据了相当大的比例。再生混凝土技术作为一种有效的建筑垃圾处理方式，将废弃混凝土破碎、筛分后作为再生骨料重新用于新混凝土的制备，不仅可以解决建筑垃圾的处置问题，还能节约天然骨料资源，具有显著的环境和经济效益。

然而，再生混凝土由于其再生骨料表面附着有大量的旧水泥砂浆，使得再生混凝土的性能与普通混凝土存在一定差异。尤其是在新旧界面处，其性能更为复杂。在实际工程中，混凝土结构常常会受到各种环境因素的作用，冻融循环就是其中一种较为常见且危害较大的环境作用。在冻融循环作用下，再生混凝土新旧界面的性能会发生劣化，进而影响结构的整体性能和耐久性。

（二）选题意义

本研究有助于深入了解冻融循环作用下再生混凝土新旧界面的损伤机理和抗剪性能变化规律，为再生混凝土结构在寒冷地区的设计和应用提供理论依据。通过揭示冻融循环对再生混凝土新旧界面抗剪性能的影响机制，可以为改善再生混凝土的性能、提高其在恶劣环境下的耐久性提供科学指导。同时，本研究成果对于推动再生混凝土技术的广泛应用，促进建筑行业的可持续发展具有积极的推动作用。

二、国内外研究现状

（一）国外研究现状

国外对于再生混凝土的研究起步较早，一些发达国家已经在再生混凝土的生产和应用方面取得了显著进展。关于再生混凝土界面性能的研究也较为深入，部分学者通过微观测试手段对再生混凝土新旧界面的微观结构进行了分析，探讨了界面过渡区的形成机制和性能特点。

在冻融循环作用方面，国外学者对普通混凝土的冻融损伤机理进行了大量研究，提出了多种冻融损伤模型。然而，针对再生混凝土在冻融循环作用下新旧界面抗剪性能的研究相对较少。一些研究主要集中在再生混凝土的基本力学性能和耐久性方面，对于新旧界面这一薄弱环节在冻融循环作用下的性能变化关注不够。

（二）国内研究现状

国内对再生混凝土的研究近年来也得到了广泛关注，在再生骨料的生产工艺、再生混凝土的配合比设计等方面取得了一定成果。对于再生混凝土界面性能的研究也在逐步深入，一些学者通过试验研究了不同因素对再生混凝土新旧界面粘结性能的影响。

在冻融循环作用下再生混凝土性能的研究方面，国内学者主要关注了再生混凝土的强度损失、质量损失和相对动弹模量等宏观性能指标的变化。但对于再生混凝土新旧界面抗剪性能在冻融循环作用下的研究还处于起步阶段，缺乏系统的研究成果。

（三）研究现状总结

综合国内外研究现状，目前对于再生混凝土在冻融循环作用下新旧界面抗剪性能的研究还存在不足。现有的研究大多侧重于再生混凝土的宏观性能和普通混凝土的冻融损伤，对于再生混凝土新旧界面这一特殊部位在冻融循环作用下的抗剪性能变化规律和损伤机理缺乏深入研究。因此，开展本课题的研究具有重要的理论和实际意义。

三、研究目标与内容

（一）研究目标

本研究旨在通过试验和理论分析，揭示冻融循环作用下再生混凝土新旧界面抗剪性能的变化规律和损伤机理，建立考虑冻融循环影响的再生混凝土新旧界面抗剪强度计算模型，为再生混凝土结构在寒冷地区的设计和应用提供理论依据和技术支持。

（二）研究内容

1. 再生混凝土试件制备 研究不同再生骨料取代率、水灰比等因素对再生混凝土性能的影响，确定合理的再生混凝土配合比。制备不同工况下的再生混凝土试件，包括不同再生骨料取代率、不同冻融循环次数的试件。

2. 冻融循环试验 按照相关标准对制备好的再生混凝土试件进行冻融循环试验，模拟实际工程中的冻融环境。记录试件在冻融循环过程中的质量损失、相对动弹模量等宏观性能指标的变化。

3. 抗剪性能试验 对经过不同冻融循环次数的再生混凝土试件进行抗剪性能试验，测量新旧界面的抗剪强度和剪切变形。分析冻融循环次数、再生骨料取代率等因素对再生混凝土新旧界面抗剪性能的影响。

4. 微观结构分析 采用扫描电子显微镜（SEM）等微观测试手段，对不同冻融循环次数的再生混凝土新旧界面的微观结构进行分析。观察界面过渡区的微观结构变化，探讨冻融循环作用下新旧界面的损伤机理。

5. 抗剪强度计算模型建立 根据试验结果和微观分析，建立考虑冻融循环影响的再生混凝土新旧界面抗剪强度计算模型。通过与试验数据的对比验证模型的准确性和可靠性。

四、研究方法与技术路线

（一）研究方法

1. 试验研究法 通过制备再生混凝土试件，进行冻融循环试验和抗剪性能试验，获取再生混凝土新旧界面在冻融循环作用下的抗剪性能数据。

2. 微观测试法 采用扫描电子显微镜（SEM）等微观测试手段，对再生混凝土新旧界面的微观结构进行分析，揭示冻融循环作用下新旧界面的损伤机理。

3. 理论分析法 根据试验结果和微观分析，建立考虑冻融循环影响的再生混凝土新旧界面抗剪强度计算模型，并进行理论分析和验证。

（二）技术路线

1. 前期准备 收集相关资料，确定研究方案和试验方法。准备试验所需的原材料和设备。

2. 试件制备 按照设计的配合比制备再生混凝土试件，并进行标准养护。

3. 冻融循环试验 将养护好的试件放入冻融试验机中进行冻融循环试验，记录试验数据。

4. 抗剪性能试验 对经过不同冻融循环次数的试件进行抗剪性能试验，测量抗剪强度和剪切变形。

5. 微观结构分析 采用扫描电子显微镜（SEM）等微观测试手段对试件的新旧界面进行微观结构分析。

6. 模型建立与验证 根据试验结果和微观分析，建立考虑冻融循环影响的再生混凝土新旧界面抗剪强度计算模型，并通过与试验数据的对比验证模型的准确性。

7. 结果分析与总结 对试验结果和模型验证结果进行分析，总结冻融循环作用下再生混凝土新旧界面抗剪性能的变化规律和损伤机理，撰写研究报告。

五、研究计划与预期成果

（一）研究计划

1. 第 1 - 2 个月 收集相关资料，确定研究方案和试验方法，完成开题报告。

2. 第 3 - 4 个月 准备试验所需的原材料和设备，制备再生混凝土试件。

3. 第 5 - 6 个月 进行冻融循环试验，记录试验数据。

4. 第 7 - 8 个月 进行抗剪性能试验，测量抗剪强度和剪切变形。

5. 第 9 - 10 个月 采用扫描电子显微镜（SEM）等微观测试手段对试件的新旧界面进行微观结构分析。

6. 第 11 - 12 个月 建立考虑冻融循环影响的再生混凝土新旧界面抗剪强度计算模型，并进行验证。

7. 第 13 - 14 个月 对试验结果和模型验证结果进行分析，撰写研究报告。

（二）预期成果

1. 完成《冻融循环作用下再生混凝土新旧界面抗剪性能研究》的研究报告。

2. 建立考虑冻融循环影响的再生混凝土新旧界面抗剪强度计算模型，为再生混凝土结构在寒冷地区的设计和应用提供理论依据。

六、研究的创新点与难点

（一）创新点

1. 研究视角的突破性创新：本研究首次系统性地聚焦于冻融循环环境下再生混凝土新旧界面的抗剪性能演变规律，突破了传统研究仅关注材料宏观性能的局限。创新性地提出了"界面-冻融"耦合作用的研究框架，深入揭示了环境因素与材料界面特性的交互影响机制。通过建立多尺度观测体系，实现了从微观结构损伤到宏观力学性能退化的全过程解析，为再生混凝土的耐久性设计提供了全新的理论基础。

2. 方法体系的集成创新：研究开创性地将数字图像相关技术（DIC）、X射线断层扫描（X-CT）等先进无损检测方法与传统的力学试验相结合，构建了"宏观性能-细观结构-微观形貌"的多层次研究方法体系。特别开发了冻融循环与剪切荷载的耦合试验装置，实现了复杂环境条件下界面性能的精准测试。这种多方法协同的研究范式，为类似工程材料的界面问题研究提供了可借鉴的技术路线。

3. 理论模型的原创性构建：基于大量试验数据和微观机理分析，首次建立了考虑冻融损伤效应的再生混凝土界面抗剪强度预测模型。该模型创新性地引入了冻融损伤因子和界面粘结系数，能够准确反映循环冻融过程中界面性能的退化规律。模型参数物理意义明确，计算简便，为工程实践提供了实用的设计工具。

（二）难点

1. 复杂环境下的界面损伤机理研究：再生混凝土新旧界面作为典型的非均质复合材料界面，其微观结构本身就具有高度复杂性。在冻融循环作用下，界面过渡区的孔隙结构、水化产物分布等会发生动态变化，这些微观演变与宏观力学性能的关联机制难以准确捕捉。

2. 多参数耦合模型的建立与验证：构建考虑冻融循环影响的抗剪强度模型面临多重挑战：首先，需要合理量化冻融次数、温度幅值等环境参数与界面性能的定量关系；其次，必须准确反映再生骨料取代率、界面处理工艺等材料因素的影响；最后，还需解决各参数间的交互作用表征问题。

3. 试验条件的精确控制与数据获取：冻融循环与剪切荷载的耦合试验对设备性能和试验条件控制提出了极高要求。如何确保冻融过程的均匀性、荷载施加的精准性，以及测试数据的可靠性，都是研究过程中需要攻克的技术难题。

4. 工程应用的适配性研究：将实验室研究成果转化为工程实用技术面临重要挑战：需要解决不同环境条件、不同材料配比下的模型参数确定问题；需要开发简便可靠的界面质量检测方法；还需要制定针对性的施工工艺和质量控制标准。这些实际应用问题的解决，直接影响研究成果的工程价值和推广前景。