近期，be365体育平台土木工程系2022级硕士研究生高轩在混凝土界面过渡区(ITZ)研究领域取得创新性成果。所提出的ITZ形成新理论以“A new model for investigating the formation of interfacial transition zone in cement-based materials”为题发表于土木工程领域顶尖期刊《Cement and Concrete Research》，相关数值研究以“Effect of global aggregate distribution on interfacial transition zones in cement-based materials: An analytical-numerical study”和“水泥浆-骨料界面过渡区微观特征的数值研究”为题分别发表于建材领域国内外权威刊物《Construction and Building Materials》和《建筑材料学报》，并形成国家发明专利。以上成果的第一作者均为高轩，通讯作者为其导师刘清风教授。

       界面问题一直是材料学领域关注的重点，尤其是对混凝土这样的复合材料。在细观尺度上，混凝土可以看作由骨料、水泥浆及位于两者之间的界面过渡区(ITZ)组成。ITZ区域疏松多孔，往往是有害物质侵蚀和微裂缝发展的快速通道，在服役过程中最先遭到破坏，是混凝土内部最为薄弱的环节，也是制约混凝土整体力学和耐久性能的关键。因此，它的形成理论及微观特性长久以来一直是国内外结构材料学界争论的焦点。

      目前，相对最广为接受的界面过渡区形成理论被称为“边壁效应”，它能够较好地描述水泥颗粒在ITZ中的稀疏分布，但却无法解释诸多最新实验发现，如骨料附近的氢氧化钙富集现象。为此，高轩与导师提出了“局部界面中的离子传输”等假说，将上述现象归因于水泥水化过程中的氢氧化钙迁移与物相重分布，并进一步将ITZ形成过程诠释为“边壁效应-水化过程-离子传输-骨料特性-过滤效应”5种机制共同作用的结果，首次在理论上全面阐释了ITZ形成的内在规律。在此基础上，高轩结合微观几何建模、数学物理方程等手段一一实现了对上述各项机制及其相互作用的量化表述，建立了能够重现界面过渡区形成、演化全过程的数值模型，其可靠性也从多个角度得到了实验证实。

       这一全新的理论模型不但突破了微观尺度下的多机制耦合表述等领域难题，圆满地与最新实验结果相互印证，还可根据混凝土原材料配比对ITZ的局部和全局微观特征做出科学的预测。相关工作得到了国内外同行密切关注，年初发表后一周内便受到水泥基材料学国际权威专家、美国俄勒冈州立大学首席教授Jason Weiss邀请，在领域知名的DU-Re系列研讨会上作专题报告。研究成果为结构材料学的界面问题研究提供了全新思路，可为混凝土ITZ的优化设计提供重要的理论指导依据和性能调控方法，助力重大基础设施工程的长期安全服役。

       本研究得到了国家优秀青年科学基金、重庆市杰出青年科学基金、上海市自然科学基金等项目课题的资助。

来源：研究生教务办公室