双碳科学与技术研究院 Institute of Science and Technology for Carbon Peak & Neutrality, GXU
快捷导航
再生混凝土界面力学-肖建庄教授团队在理论、国际组织与学术交流方面取得进展
发布时间: 2026年09月26日 00:23 作者: 来源: 浏览量:
自波特兰水泥问世以来,混凝土逐渐成为现代文明的基石。当前,混凝土年用量超过300亿吨,类型涵盖天然骨料混凝土、再生骨料混凝土、超高性能混凝土等。长期以来,学术界倾向于针对每种混凝土发展独立的调控理论、标准规范和学术平台,这在一定程度上造成了资源整合不足与重复投入。由此,一个基础性问题值得思考:能否发展一套适用于所有混凝土的基础理论,将混凝土抽象为理论上的“统一混凝土”模型?在分析某种具体混凝土时,只需在该统一模型下调整相应的界面参数,必要时辅以基体与骨料参数,即可预测其性能。      
     
围绕这一混凝土领域的基础科学问题,肖建庄教授团队近年来持续开展科技攻关,并取得了进展。      

   

   

   

❖


一、理论成果

肖建庄教授联合国内外专家,系统梳理了“统一混凝土”的理论框架,指出界面过渡区(Interfacial Transition Zone, ITZ)是所有混凝土共有的性能控制关键区域,是建立“统一混凝土”理论的科学支点。考虑到力学性能对混凝土的基础性意义,“统一混凝土”理论的核心应是混凝土界面力学理论。再生骨料混凝土含有多重界面过渡区(Multiple Interfacial Transition Zones, MITZ),其复杂程度远高于天然骨料混凝土中的ITZ(图1),因此可将MITZ作为界面力学理论研究的切入点,混凝土界面力学理论因此可以聚焦为再生混凝土界面力学理论。

1070E

图1 再生骨料混凝土和天然骨料混凝土中界面过渡区的对比

在提出再生混凝土界面力学理念的基础上,肖建庄教授凝练出构建严谨的再生混凝土界面力学理论需解决的三大基础问题:各向异性、时变特性与尺度特性。

各向异性:ITZ物相呈梯度分布,其力学响应可能本质上是各向异性的,而非传统假设的各向同性。但ITZ隐匿于骨料与砂浆之间,传统技术难以表征其不同特征面的性能,这是建立界面力学需首先解决的问题。

时变特性:ITZ由胶凝材料在骨料表面水化形成,而水化反应持续动态演化,不同龄期下物相与微结构均在变化,因此ITZ具有时变特性。然而,受技术进展限制,其演化规律仍不清楚。

尺度特性:ITZ是由未水化水泥、水化产物等多种物相组成的复杂混合物,在不同尺度可能表现出不同特征。已有研究表明,其力学性能在不同尺度间可相差几个数量级。因此,需要建立ITZ力学性能的跨尺度定量关系。

上述三大基础问题并非独立存在,而是相互耦合(图2)。其中,各向异性是再生混凝土界面力学理论最为根本的科学问题,时变特性与尺度特性在一定程度上可理解为各向异性随时间和尺度变化的规律。

1E090

图2 再生混凝土界面力学的理论框架

再生混凝土界面力学理论的最终目标是整合ITZ的上述三大特征,建立统一的数学框架,进而形成理论上的“统一混凝土”模型。

上述理论框架以评述(Perspective)形式发表在《科学通报》与The Innovation Insights上,文章信息如下:

[1] 肖建庄*, 俞才华, 魏亚, 刘清风, 侯东帅, 冯攀, 李龙, 朱建文, 刘加平, 肖绪文. 面向多重界面过渡区的再生混凝土界面力学理论探索. 科学通报, 2026, 71: 3465–3481. https://doi.org/10.1360/CSB-2025-5872

[2] Jianzhuang Xiao*, Caihua Yu, Zhihui Sun, Zongjin Li, Qingfeng Liu, Chi Sun Poon, Takafumi Noguchi, Surendra P. Shah. Towards a unified interface mechanics of concrete. The Innovation Insights, 2026, 1: 100013. https://doi.org/10.59717/j.tiis.2026.100013

*表示通讯作者。

二、国际组织

基于再生混凝土界面力学理论的重要性以及MITZ的基础性意义,国际材料与结构研究实验联合会(RILEM)设立了技术委员会TC-MTZ: Influence of Recycled Aggregates on Multi-Interfacial Transition Zones in Recycled Concrete,由肖建庄教授担任主席。该TC汇聚了来自中国、美国、英国、日本、澳大利亚等国以及欧洲、中东等地区的专家学者,并设立了以下学术目标:  
1. 研究MITZ的形成机制与损伤演化;  
2. 表征MITZ在不同尺度下的各向异性;  
3. 开发先进的实验与数值模拟方法;  
4. 探讨MITZ性能的影响因素与演变规律;  
5. 量化MITZ对再生混凝土性能的影响;  
6. 提出MITZ性能定向调控技术;  

7. 结合各向异性、时变特性和尺度特性,建立MITZ的定量模型。

16649

图3 RILEM TC-MTZ越南启动会

2025年,该TC在越南河内召开了启动会议(图3)。目前,TC成员正在围绕上述目标开展系统性科学研究与技术攻关。  
三、学术交流  

为促进再生混凝土界面力学理论的发展,肖建庄教授发起并先后主持召开了两届“混凝土界面力学学术研讨会”。第一届混凝土界面力学学术研讨会于2024年7月在同济大学土木工程学院召开,由肖建庄教授团队组织。欧洲科学院院士、宁波大学张传增教授,广西大学/同济大学肖建庄教授,华南理工大学吴建营教授,河海大学雷冬教授,同济大学任晓丹教授,青岛理工大学侯东帅教授,上海交通大学刘清风教授,武汉大学杨贞军教授,浙江大学弓扶元研究员,青岛农业大学李秋义教授,广西大学应敬伟副教授,里斯本大学任启帆博士等百余位线上、线下的专家学者和研究生参加了本次会议。

1537D

图4 第一届混凝土界面力学学术研讨会

第二届混凝土界面力学学术研讨会于2025年10月由刘清风教授团队在上海交通大学组织(图5)。汇聚了重庆大学周小平教授、华北水利水电大学副校长李伟华教授、东南大学蒋金洋教授、清华大学魏亚教授、同济大学蒋正武教授、同济大学任晓丹教授、青岛理工大学侯东帅教授、河北工业大学王里教授、上海交通大学刘清风教授、大连理工大学韩宝国教授、东南大学冯攀教授、上海交通大学张振南教授、青岛农业大学李秋义教授、中南大学马昆林教授、广西大学应敬伟副教授、浙江大学弓扶元研究员、广西大学/同济大学肖建庄教授等十余所高校的近二十位特邀专家,以及近百名现场师生,线上参会逾千人次。

75D2A

图5 第二届混凝土界面力学学术研讨会

第三届混凝土界面力学学术研讨会计划于2026年10月由魏亚教授团队在清华大学组织。密歇根大学Victor C. Li教授、广西大学/同济大学肖建庄教授、清华大学冯鹏教授、密歇根大学李嘉琪助理教授、上海交通大学刘清风教授、广西大学应敬伟副教授、清华大学孔祥明教授、同济大学任晓丹教授、重庆大学王冲教授、北京交通大学韩松教授、河北工业大学卿龙邦教授、武汉大学周小平教授、北京建筑大学王琴教授、中国矿业大学(北京)王振波教授等十余位专家学者将作学术报告。  
相信在全球专家学者的共同努力下,再生混凝土界面力学将持续取得新进展,不断丰富和完善混凝土基础理论与技术。  
作者简介  
肖建庄,广西大学校长、同济大学二级教授,长期深耕再生混凝土材料与结构领域。先后主持国家杰出青年科学基金、区域联合基金集成项目、国家重点研发计划等项目,在SCI/EI期刊发表论文680余篇,含Nature及其子刊论文4篇;WOS数据显示,其再生混凝土研究成果居全球首位,H指数为92。自2014年起连续入选爱思唯尔中国高被引学者,自2019年起连续入选斯坦福大学全球前2%顶尖科学家终身科学影响力榜单。创办国际期刊Low-Carbon Materials and Green Construction并担任执行主编(JCR Q1,IF=4.0)。主编我国该领域首部国家规范及ISO国际标准,主编、参编其他各级标准40余部。领衔获国家科技进步二等奖1项、省部级一等奖6项,并获德国洪堡研究奖、中国产学研合作创新人物奖、茅以升交通运输科学技术奖特等奖(排名第2)、詹天佑东方雨虹材料贡献奖。兼任RILEM再生混凝土结构创新技术委员会、多重界面技术委员会主席。