973项目申报书CB623200环境友好现代混凝土的基础研究.docx
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973项目申报书CB623200环境友好现代混凝土的基础研究
项目名称：
环境友好现代混凝土的基础研究
首席科学家：
李宗津东南大学
起止年限：
2009.1至2013.8
依托部门：
江苏省科技厅教育部
973项目申报书——2009CB623200-环境友好现代混凝土的基础研究
一、研究内容
环境友好建筑材料的基本要求是低污染、低能耗及高性能。
现代混凝土的发展实现了辅料（主要是工业废渣）的充分和高效利用，降低了环境污染，节约了能源和资源，同时大幅度的提高了抗压强度与流动性。
从这一观点出发，现代混凝土属环境友好的建筑材料。
但是现代混凝土又具有胶凝材料用量大，组分复杂，水胶比低的特点，早期易开裂，为有害物质侵入创造了条件，导致了其性能的严重衰减，甚至过早地退出服役，造成大量的经济损失、能源与资源的严重浪费及大量废弃物的污染。
因此，要真正实现现代混凝土的环境友好，必须有效地提高现代混凝土的服役寿命。
关键科学问题一：
现代混凝土微观结构形成机理及其与宏观性能的关系
现代混凝土结构的服役性衰退是一由材料到结构的渐进过程。
对这一过程的正确描述依赖于对现代混凝土从微观到宏观的科学认识。
在现代混凝土的组分中，水泥基胶凝材料起着将其它组分固结在一起的重要作用。
胶凝材料在水化过程中形成的微结构是现代混凝土的基因，其分布与组合影响着现代混凝土的各项宏观性能。
因此，探讨现代混凝土复杂的硬化浆体微观结构形成机理并提炼其微结构模型是本项目的重大科学问题。
围绕这一科学问题，本项目将展开水泥熟料组成与水化活性关系的研究，水泥熟料组成与结构优化的研究，特别要研究高胶凝性水泥熟料与辅料复合优化，各组分对微结构形成的影响，组分之间的交互作用，水化速率与水化度对微结构的影响，提炼现代混凝土的微结构模型，研究微结构形成的诱导与控制途径。
总之，通过先进测试技术及高效计算机模拟等研究手段，探索现代混凝土材料微结构形成机理。
通过掌握微结构形成机理，研究微结构的优化理论，实现按终端用途对现代混凝土进行材料设计的飞跃。
建立现代混凝土的微结构模型之后，我们需要将其与宏观性能有机的联系起来。
围绕这一目标，我们将探讨微结构对现代混凝土弹性系数的影响，确定典型的代表性体积单元，通过多尺度过渡途径，确定微结构与宏观本构之间的联系，建立力学宏观本构关系及基于多孔介质力学的混凝土传输本构关系。
关键科学问题二：
现代混凝土在化学-力学因素耦合作用下微结构的演化与损伤机理
现代混凝土服役过程中既承受荷载（静载,动载）又经受环境的双重和多重作用，大量的混凝土结构的过早失效是环境作用诱发混凝土内部化学演变和结构承载力下降双向作用的结果。
其研究内容包括：
建立多孔介质理论与热动力学框架下的化学作用向力学作用转化平台，不同组合形式的化学-力学因素耦合作用下微结构的演变和微裂缝形成的驱动力，化学-力学耦合作用下材料硬化/软化表征，及基于多重因素作用下混凝土材料的损伤本构模型、化学-力学耦合作用下的材料损伤模型。
此研究将允许化学反应的动力学直接进入到材料的宏观水平。
关键科学问题三：
复杂环境中现代混凝土结构的服役寿命设计理论
混凝土结构在服役过程中经受着复杂的环境作用，其劣化过程包括微结构的演变、裂缝的发展乃至结构的失效，经由材料层面逐渐发展到结构层面。
服役寿命设计理论必须综合考虑上述因素。
本项目将从混凝土材料、混凝土构件、混凝土结构三个层次出发，充分揭示现代混凝土在相应层次上微结构的演变对钢筋混凝土结构服役寿命的影响，建立荷载和环境因素作用下钢筋混凝土结构的时效关系，揭示材料和环境互动机制对混凝土结构服役寿命的影响规律，提出相应的控制参数与设计准则，最终建立复杂环境作用下现代混凝土结构服役寿命设计理论框架。
最后，本项目将根据现代混凝土结构服役寿命需要和现代混凝土微结构优化理论的指导,对现代混凝土服役性能的提升技术进行研究。
其内容有：
现代混凝土微结构工程学理论基础，现代混凝土原位增韧机理，研究高减水、低收缩以及同时具有阻锈功能的多功能耐久性改进材料的结构构建与合成，二元超双亲性迁移型表层强化材料的功能构筑及其迁移聚集机理研究，并将研究成果应用于实际工程。
二、预期目标
1、总体目标
本项目将站在实现国家节能降耗与可持续发展的战略高度，运用纳米科学的新思维与高精尖的现代测试及模拟技术，把现代混凝土的研究纳入科学轨道，从源头上对现代混凝土的微观表现与宏观性能进行系统的研究，从本质上建立起其微观与宏观之间的有机关系，揭示现代混凝土在环境与荷载多重因素耦合作用下的服役性能退变机理，发展现代混凝土结构服役寿命设计理论，完善与推动现代混凝土微结构工程学的发展，并用其指导现代混凝土长寿命化设计，以保障我国重大工程的安全建设和有效运营，实现土木工程领域节能、节资、减轻环境负荷的目标，达到环境友好之目的。
开发新一代高韧性、高抗拉、高抗裂的混凝土材料，开创现代混凝土材料与结构研究的新纪元，提升我国现代混凝土科学和技术基础研究的原始创新能力，引导国际混凝土的发展方向。
2、五年预期目标
（1）深入研究现代混凝土微结构形成的机理与微结构结合力的组成，提出能高度抽象而又反映实际的微结构模型；
（2）建立现代混凝土在微观层次的性能特点与其工程宏观表现的有机联系，使其在本构关系及其化学-荷载互动关系中得到体现；
（3）利用建立的微观结构与宏观性能关系，揭示现代混凝土在力学与环境多重因素耦合作用下的性能退变机理和服役机制；
（4）创建符合我国国情、推动经济发展并与其相适应的现代混凝土结构服役寿命设计理论框架；
（5）完善与推动现代混凝土微结构工程学的发展，并用其指导现代混凝土服役性能的提升技术，实现我国现代混凝土科学和技术基础研究的原始创新能力的腾跃；
（6）在现代混凝土的研究领域取得一批国际领先的原创性成果，总体上达到国际先进水平，部分达到国际领先水平，使我国现代混凝土的研究跨入世界先进行列。
力争在建立新的体系的同时，使现代混凝土的抗拉强度与抗压强度比提高30%以上，韧性比传统混凝土提高2倍以上，断裂韧性提高到3~5MPam1/2，大幅度提高现代混凝土结构的服役寿命，降低水泥熟料用量50%以上，减少相关矿物资源消耗50%以上。
（7）五年发表300篇以上SCI收录的论文，申请国内专利20-30项，国外专利3-5项，出版3至5本专著；力争获国家奖1-2项。
促进多学科交叉发展，培养一批高素质、高创新能力的博士、硕士研究生，建立一支具有勇于创新、思维活跃、学风严谨、勤奋好学、有奉献和牺牲精神、高学术水平的中青年科学家队伍。
三、研究方案
1、学术思路和技术路线
根据环境友好现代混凝土的基础研究的要求，针对其所面临的关键科学问题，本项目将站在提高现代混凝土服役性能和结构安全性、延长服役寿命这一终端用途的高度，综合考虑现代混凝土制备、微结构、力学-传输性能与环境-荷载因素作用下的损伤退化机理，从最关键的现代混凝土微结构的形成机理及其对宏观性能的影响入手，建立微结构模型，并运用多尺度过渡理论与方法，将此微观特征植入到力学与传输的宏观性能。
全面考虑环境-荷载因素的影响，探讨基于热力学与多孔介质力学平台上的化学-力学转化方程，建立现代混凝土在荷载与环境因素的耦合作用下其微结构与宏观性能损伤失效机理。
在此基础上，形成崭新的基于微结构与宏观性能互动原理上的现代混凝土服役性能设计理论框架，研发高抗裂、高韧性长寿命的现代混凝土，有效提升现代混凝土服役性能和使用安全性，在强调原始理论创新的同时，注重研究成果的应用。
。
围绕总体学术思路,本项目的总体技术路线确定如下：
（1）发展现代混凝土微结构形成理论，采用先进的测试仪器和技术对现代混凝土在纳米层次上的微结构及结合力进行表征，对现代混凝土浆体的水化动力学过程进行研究，应用量子化学的理论对水化物间的结合力形成机理进行研究，运用大型分子动力学软件模拟纳米级凝胶结构的起源，运用热力学与动力学的手段，建立高度抽象而又更能反映现代混凝土属性的微结构模型。
（2）从现代混凝土的微结构模型出发，在多尺度连续介质力学和多孔介质理论的框架下，研究现代混凝土的力学及传输的本构方程，并由唯象逻辑法经试验建立起类似的本构关系并相互验证，建立微观结构与宏观性能之间的关系。
（3）基于多孔介质理论及热动力学的平台，实现环境因素的化学-力学转化。
在室内模拟试验与现场暴露试验的基础上，建立环境因素与荷载耦合作用下的损伤和寿命预测模型，提高寿命预测的科学性和可靠性。
（4）利用力学及传输的本构方程及环境因素与荷载作用耦合下的损伤模型，通过加速试验、理论分析与模拟，研究现代混凝土结构性能变化及时效关系。
研发与水泥基相匹配的新型智能传感器，发展服役智能化技术，实现混凝土结构服役的智能化。
在提出控制参数与设计准则的基础上建立现代混凝土结构的服役寿命设计理论框架。
（5）根据现代混凝土服役性能的要求及微结构特征，研究原位增韧机理与途径，调控和优化混凝土微结构，发展混凝土微结构工程学，建立基于微结构工程学的混凝土配合比设计理论与方法。
结合典型工程（泰洲大桥、京沪高铁等）和典型产品将理论研究成果全面应用。
评价和完善所建理论体系的科学性及准确性，并为重大工程安全服役提供科学论证。
2、创新点与特色
理论创新：
建立反映现代混凝土物理化学本质的微结构模型；建立现代混凝土在复杂应力状态下由微结构向宏观结构过渡的多尺度本构关系；将现代混凝土的化学反应引入到其宏观力学框架，建立化学-力学的转化理论；基于混凝土材料及其结构的损伤演化过程建立现代混凝土结构服役寿命设计理论框架。
方法与技术创新：
运用分子动力学仿真大型软件进行热动力学模拟分析，建立基于量子化学和结构化学的原子或分子间势能计算方法，通过水化环境对水化物的结合力的影响，建立纳米级凝胶结构模型。
运用原子力显微镜和纳米压痕技术，研究C-S-H簇的基本构成单元的结合力类型，建立具有现代混凝土组成特征及硬化规律的微结构模型。
将连续介质力学与多孔介质理论相结合研究现代混凝土的力学本构和传输关系。
将多孔介质理论与热动力学相结合研究环境因素的化学-力学等效转换。
研究加速试验与自然环境作用间的相似关系，建立荷载和环境因素耦合作用下现代混凝土材料和现代混凝土结构时效关系。
采用近似概率法创建基于微结构演化与多向应力本构关系的统一考虑设计、施工、使用各个阶段的现代混凝土结构服役寿命设计理论。
采用智能传感器的植入（内置）技术，改善智能传感器的可靠性及耐久性，实现定量化的结构服役性能监测。
采用官能团定位技术，制备链末端带有反应性官能团且具有双层交联结构的遥爪聚合物微凝胶，实现混凝土的原位增韧。
采用现代分子裁剪和接枝技术，制备具有高减水、低收缩和阻锈功能的多功能耐久性改进材料；采用二元超双亲特定分子自组装技术，制备具有迁移、自组装和表面强化功能的混凝土表面强化材料，显著提升现代混凝土的服役性能。
本项目的特色：
（1）以提升现代混凝土的服役性能和安全性、延长服役寿命为主线，结合辅料的高效利用，从根本上实现混凝土工程的节能降耗与环境友好目标。
（2）在微结构研究中，引入纳米科学研究的方法，从现代混凝土微结构的起源建立相关模型，并将微结构的特征植入到宏观性能中。
（3）围绕服役性能这一终端用途，揭示现代混凝土制备、微结构、性能、效能之间的有机联系，实现基于性能要求的微结构调控。
（4）本研究涉及材料、结构、力学、数学、物理、化学和计算机科学等多学科领域，学科相互渗透性强，有取得重大突破的前景。
3、可行性分析
（1）项目的总体研究思路与技术路线的设定是建立在坚实的前期工作的基础上的。
从学术研究的基础来看，世界上以NANOCEM（欧盟学术/工业界水泥基材料研究计划）、ACBM（美国先进水泥基材料研究计划）、ConcreteCanada（加拿大混凝土）为代表的大型研究项目已取得了重大进展，从纳米尺度对水泥基材料的水化机理及微结构模型提出了新的见解，可供本项目借鉴。
本项目课题组在现代混凝土的性能和机理研究中也取得了突破性成果，对其水化过程中的热力学与动力学特征有了进一步独到与科学的理解（3个香港RGC项目支撑），对现代混凝土在多因素耦合作用下损伤规律有了深刻的认识和创新性的研究进展（国家自然科学基金重点项目，国家863项目和交通部西部攻关项目支撑），对现代混凝土服役性的设计提出了切实可行的新思路，运用多孔介质理论与热动力学平台将现代混凝土中的化学作用转换为力学作用的尝试已取得初步成果。
这些研究为实现现代混凝土基于微结构、复杂应力下的本构关系和化学-力学耦合作用下的损伤机理的服役性基础研究提供了强有力支持。
在这一领域实现重大突破的机遇已经来临。
（2）项目的组织实施有充分的软件与硬件的保证。
从研究人员来看，本项目汇集了我国在现代混凝土研究领域的最杰出人才，队伍中有中国工程院土木、水利与建筑工程学部唯一的混凝土专家孙伟教授，组织了包括材料、结构、力学、化学、数学、物理在内的多学科交叉攻关队伍。
从参研单位来看，本项目既凝聚了东南大学、武汉理工大学、浙江大学、香港科技大学、清华大学、同济大学、武汉大学等实力雄厚的学术权威单位，也联合了江苏省建筑科学研究院有限公司这样颇具自主创新能力的工业界研究伙伴，形成了学科交叉、强强联合、优势互补的强有力的攻坚力量。
这一研究团队的研究经验丰富，理论基础雄厚，自主创新能力强、年富力强、肯钻实干，具有取得现代混凝土基础研究重大突破的能力、潜力与实力。
从硬件基础来看，本项目的参与单位拥有高精尖测试仪器，大容量强功能的大型计算机及软件，为现代混凝土的微结构基础研究及结构的非线性设计提供了坚实的基础，建立了设备齐全的国家级、教育部和省级重点实验室，为现代混凝土基础研究取得重大突破提供了坚实的物质基础。
（3）项目的整体目标是五个主要合作单位近几年通过对国内外现代混凝土研究现状进行归纳提炼，又根据我国的国情及各单位的实力提出来的。
设定合理，具体明确。
既具有科学性高度，又具有可实施性措施，切实充分可行。
（4）本项目研究队伍具有广阔的国际视野。
多数研究骨干有出国留学、访问交流、做博士后研究的经历。
项目申请人与国际上知名的混凝土研究机构或组织均有密切的联系和及时的信息交流，如美国的先进水泥基材料研究中心（ACBM）、欧洲的NANOCEM、美国混凝土学会（ACI）、欧洲混凝土学会（fib）、日本混凝土学会（JCI）、韩国混凝土学会（KCI）等。
最近，项目推荐首席科学家得到欧洲专家的邀请，共同参加欧盟有关现代混凝土界面的研究项目。
紧密的联系与及时的研究信息交流，将有助于本项目的顺利开展，避免不必要的重复，紧紧把握正确的前进方向，始终站在世界研究的前沿，取得一批具有国际领先的重大成果。
（5）本项目的主要研究单位有着长期密切合作的传统，对项目科学问题的提炼、整体目标的设立、技术路线的选定与课题的分工认识统一。
本项目的研究队伍的团队意识很强，易于合作。
本项目的主要负责人既有领导艺术，又有民主意识和团队合作精神，有助于本项目研究的勃勃生机、全体研究人员的主动参与、主体研究方向的正确有序及具体研究目标的逐步实施。
（6）本项目的研究队伍组成有助于研究成果的工程转化。
参与本项目的东南大学、武汉理工大学、浙江大学、香港科技大学在环境友好的现代混凝土研究中均取得过一批具有自主知识产权的成果并将其转化到工程应用的经验。
东南大学、香港科技大学与江苏省建筑科学研究院有限公司在专利发明与工程应用开发中已有成功的经验。
另外，江苏省建筑科学研究院有限公司的中试平台也为研究成果的工程转化提供了良好的支撑条件。
4.课题设置
本项目从提高现代混凝土服役性能、实现国家节能减排可持续发展的战略高度出发，紧紧围绕着关键科学问题，充分考虑到现代混凝土微结构、制备、性能、效能之间的有机联系及相互影响，根据分工明确、相对独立、彼此关联、目标具体、确实可行的原则来设置课题。
本项目的研究目标、关键科学问题与课题设置的相互关系如图2所示。
课题一主要研究现代混凝土材料组成与微观结构的定量关系。
它将紧紧围绕现代混凝土硬化浆体微结构形成机理这一关键科学问题，建立高度抽象而又反映实际的现代混凝土微结构模型，为其它课题研究现代混凝土微观结构与宏观性能之间的定量关系提供理论依据。
课题二将基于课题一的研究结果，探讨现代混凝土微观结构构造对材料本构关系的影响与作用，建立基于典型微观结构的现代混凝土的本构理论体系，为课题三提供现代混凝土传输本构方程，为课题四提供现代混凝土力学本构方程，从而实现从材料到结构的有机连接。
课题三是在课题一、二提供的微结构模型及现代混凝土传输本构的平台上，研究在荷载与环境因素耦合作用下的微观结构演化过程的定量描述以及微观结构与宏观性能之间定量关系及其时变特性的定量描述。
课题三的研究成果将为课题四研究在荷载与环境因素耦合作用下现代混凝土结构的服役寿命设计提供基础理论支持。
基于前三个课题提供的理论模型，课题四将站在终端用途的高度对现代混凝土结构的服役性能进行综合研究。
其重点是复杂环境中现代混凝土结构的服役寿命设计理论这一关键科学问题。
基于提高现代混凝土服役性能的需要，课题四将指导课题五对现代混凝土服役性能的提升技术进行研究。
课题五还将受益于课题一关于微结构诱导的研究，重点开发增强耐久性、提高抗裂性的各种外加剂，实现高韧性、长寿命的现代混凝土的制备，并结合重大基础工程和典型产品的实施，对理论成果进行科学验证。
课题一：
现代混凝土胶凝浆体微结构形成机理
研究目标：
揭示纳米层次上现代混凝土微结构的结合力类型，研究不同水泥熟料与辅料组合的水化活性与胶凝性，掌握根据组分相反应程度来预测水化相组装结构的规律，建立基于水化产物物理力学特征的的微结构模型，提出微结构形成的诱导和控制的设计准则，对充分利用工业废渣等辅料和提高水泥混凝土的服役寿命起到推动作用。
（1）复杂组分交互作用的基础研究
以添加不同辅料和化学外加剂的低水胶比现代胶凝材料体系为对象，探索水泥熟料、辅料等现代胶凝材料粉末组分的颗粒细度与分布、颗粒化学与矿物组分、颗粒堆积结构对其水化活性的影响，建立粉末颗粒几何特征、组分、起始水灰（胶）比和水化速率与水化度的相互关系；研究残余水分饱和蒸气压的时变规律及化学外加剂对水化速率的影响，确定现代胶凝材料水化过程的动力学特征参数；研究水化、硬化过程的动力学特征与饱和水化度之间的关系。
深入研究高胶凝性熟料与不同的辅料和化学外加剂组成的多元胶凝材料的水化硬化机理，探明硬化浆体微结构演变规律，分别揭示水化前纳米尺度微粒和水化后纳米尺度水化产物对现代混凝土关键技术性能的贡献机理。
（2）现代混凝土水化过程的热动力学定量描述
深入研究溶液对熟料及辅料颗粒表面的侵蚀作用，探讨离子对硅酸盐晶体结构，特别是Si－O与Al－O的侵蚀过程；研究现代混凝土中胶凝材料表面结构、吸附特性等随时间的变化规律，研究获取表面吸附参数的测试方法，确定表征表面吸附性能的热动力学参数；研究浆体表面结构及其水的存在状态在能量转化中的作用，确定相对湿度对微结构表面能的影响；探明界面自由能及体征参数随时间的变化规律，建立现代混凝土中胶凝材料反应体系的自由能（G）、熵（S）、焓（H）以及界面自由能（φ）的关系，在不同反应环境下研究这一关系的变化规律；在此基础上，给出现代混凝土胶凝材料微结构形成的热动力学定量描述，为微结构形成与控制提供理论依据。
（3）现代混凝土胶凝材料的微结构模型
在微米及纳米尺度下对现代混凝土胶凝材料体系从简单组合到复杂组合的微结构及结合力进行量化处理；研究不同熟料与辅料的各种组合对微结构形成及结合力性能的影响，确定微米与纳米尺度结晶相和无定型相的结构形式与空间分布；揭示C-S-H凝胶、不同水化颗粒及簇间结合力的本质与形成规律，建立C-S-H凝胶以及水化颗粒间结合力与胶凝性能之间的关系，研究胶凝材料体系微观结构形成过程中孔结构和孔隙率的依时变化规律，构建基于物理力学参数的混凝土胶凝材料微结构模型。
（4）微裂缝形成的驱动力
研究处于持续变迁状态的蒸发水对微结构的影响，判断体系的开裂敏感性；研究温度升高对毛细孔中水膨胀性能的影响，及膨胀水进入水化物凝胶产生的力效应，确定温度应力与水化物性能的关系；研究内部微环境和外界环境（温度和湿度变化）交互作用时，不同浆体微结构、结合力以及孔结构的变化规律，确定胶凝浆体产生微裂纹的驱动力；建立浆体内部应力场数值计算模型，揭示微裂纹形成的条件并模拟微裂纹形成过程。
（5）微结构的诱导与调控
基于水化产物结构模型、水化反应热动力学原理和微裂纹形成条件，研究从材料组成、配比、内部微环境设计等方面进行微结构诱导与调控的技术途径。
根据上述四个部分的研究结果，进一步确定微结构形成与演变的外部和内部主要影响因素，从而提出现代混凝土的微观尺度设计理论和方法，提出针对一定病害条件和使用环境的微结构理想模型及实现该模型的诱导方法。
课题承担单位：
武汉理工大学，武汉大学
课题负责人：
丁庆军
经费比例：
21%
课题二：
现代混凝土微结构与本构的关系
研究目标:
探明现代混凝土微观结构构造对材料弹性系数的影响与作用;实现现代混凝土材料力学性能从微观（nm）到细观（m）再到宏观（mm）的多尺度过渡，将现代混凝土的微结构特征植入其宏观性能；建立现代混凝土的力学本构关系；建立基于多孔介质力学的现代混凝土多维传输本构关系。
（1）现代混凝土微结构对其弹性系数的影响
利用课题一对现代混凝土微结构的定量描述，开展现代混凝土典型微结构的弹性系数的理论推导及实验验证研究。
研究内容包括用最小势能法推导现代混凝土微结构的弹性系数，测试其宏观弹性系数并与微观结果比较，以探讨微结构的弹性系数与宏观结构弹性系数的联系。
（2）现代混凝土力学多尺度本构模型
构造多尺度连续介质力学框架下的本构模型。
研究各尺度在不同边界条件的约束及微结构变化的条件下，其内部应力与变形的关系。
研究代表体元中损伤变量对变形的影响。
建立各尺度间的有机联系，实现材料力学特性在多尺度上的耦合求解，将现代混凝土纳米尺度的微结构特征植入到其宏观表象中。
设计相关试验，确定耦合求解过程中出现的有关系数，完善基于现代混凝土微结构的本构方程。
（3）复杂应力状态下现代混凝土的本构关系
获取宏观的本构关系主要有两种手段。
一种是通过宏观尺度下的材料试验直接测试材料的力学表现，即所谓的唯象逻辑法。
另一种是由微观局部的描述出发，通过向上的层层尺度递进而推导出宏观的本构关系，如前述的多尺度法。
这里将运用唯象逻辑法在宏观尺度上通过实验建立复杂应力状态下现代混凝土的力学性能与变形的全程关系，特别是非线性状态方程及下降段方程。
唯象逻辑法所得到的现代混凝土的本构关系将与多尺度法的结果进行比较，找出二者之间的关系。
（4）基于多孔介质力学的混凝土传输本构关系
混凝土的微结构中含有相当的孔隙，可以被视为多孔介质（porousmedia）。
因此有可能利用多孔介质的理论来研究混凝土的本构关系，尤其是建立现代混凝土在传输问题上的本构方程。
本专题主要研究代表性单元体（r.e.v）的选取，平流对扩散的影响，扩散系数的时空分布规律，高偏尺度法的技术路线，孔隙周围微裂纹的萌生、汇聚、发展的定量描述及其对扩散的影响，多孔介质的混合物理论。
课题承担单位：
东南大学，香港科技大学
课题负责人：
李宗津
经费比例：
20%
课题三：
现代混凝土在多重因素作用下的化学-力学耦合损伤失效机理
研究目标：
对各种环境因素的作用（包括物理的作用与化学的作用）进行力学等效转换，实现环境因素－力学因素耦合作用的归一化。
定量分析和阐述化学－力学耦合作用下现代混凝土的微结构损伤演变规律，建立现代混凝土材料损伤模型。
建立化学-力学耦合作用下现代混凝土材料硬化/软化表征方法，为研究化学-力学耦合作用下混凝土损伤劣化机理提供表征手段，为钢筋混凝土结构服役寿命设计理论的建立提供材料基础。
（1）基于多孔介质理论及热力学平台的环境因素的化学
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