硅酸盐水泥（PC）的早期水化放热过快问题给大体积混凝土结构建设带来巨大挑战。本工作通过等温量热、抗压强度、热重、X射线衍射、扫描电子显微镜等测试手段，揭示了半干法碳化对PC水化及微观结构的影响机理，为实际生产中应用碳捕获、利用与封存技术（半干法碳化）延缓早期水化放热提供了理论依据。结果表明：半干法碳化可以改变PC的物相组成和微观形貌，使熟料颗粒表面形成方解石层，显著降低了水化反应接触面积，抑制了熟料的水化并延长了水化诱导期；碳化处理降低了硅酸三钙和铝酸三钙的水化速率，减小了早期水化总放热量，使得早期水化产物总量和抗压强度下降；随着水化龄期延长，方解石层的水化抑制作用逐渐减弱，直至28 d时，PC的水化程度、孔隙率、孔溶液碱度及抗压强度所受影响较小。

超硫酸盐水泥（SSC）因自身碱度较低而易受CO₂侵蚀。为此，探究了2种富含硅酸钙的镁渣（MS）-MSⅠ（β-C₂S高占比）和MSⅡ（γ-C₂S高占比）对SSC反应速率（凝结时间和反应热）和抗碳化（3%和20% CO₂，体积分数）性能的影响。结果表明，在SSC中掺入富含β-C₂S的MSⅠ延缓了SSC的反应速率、降低了净浆强度，并显著增加了样品在2种碳化浓度下的碳化深度；而富含γ-C₂S的MSⅡ并未影响SSC的反应速率，并降低了碳化深度（20% MSⅡ）；碳化后，掺入MSⅠ和MSⅡ样品的强度均得到了不同程度的提升，后者更为显著。分析认为，尽管MS中硅酸钙自身的碳化增强了掺镁渣SSC在不同碳化龄期下的抗压强度，但相比MSⅡ，X射线衍射与热重结果均表明，MSⅠ中含有的具有水硬性的β-C₂S及少量的Ca（OH）₂抑制了碳化前SSC中石膏的溶解和水化产物的生成，导致了对SSC反应速率、抗压强度和碳化深度的负面影响。因而，就抗压强度和碳化深度而言，掺入含低水硬性硅酸钙的MSⅡ更有利于在不影响SSC自身反应速率的前提下，提升SSC对碳化环境的耐受性。

赤泥（RM）、粉煤灰（FA）、矿渣（GGBS）和电石渣（CS）是造成严重环境问题的工业废物，制备地质聚合物新型胶凝材料是实现其资源化综合利用的有效途径之一。通过抗压强度试验、X射线衍射（XRD）、傅立叶变换红外光谱（FTIR）和扫描电子显微镜-能谱仪（SEM-EDS）研究了GGBS和CS复掺条件下赤泥-Ⅱ级粉煤灰地聚物（RFG）强度形成与微观反应机理。结果表明：1）单掺GGBS相比单掺CS更有利于RFG的强度形成。2）复掺GGBS和CS条件下，主要生成了水化铝酸钙（C-A-H）、水化硅酸钙（C-S-H）、水化硅酸铝钙（C-A-S-H）单聚体胶凝，以及钙矾石、聚铝硅酸盐硅氧体［（—Si—O—Al—Si—O—）_n］和水铝钙石，是构成RFG强度的主要成分。3）Ca、Si或Al的含量对地聚物强度形成具有重要影响，Ca含量偏高时，主要产物为C-S-H；Si或Al含量较高时，Si、Al等成分首先在碱性环境中溶解，形成C-S-H、C-A-H、C-A-S-H等凝胶，凝胶在强碱环境下再进行溶解和缩聚形成Si—O—Al—O和Si—O—Al—Si—O等长链多聚体，随时间排除水分，凝结聚合生成地质聚合物。

在“双碳”战略背景下，具备低碳属性的碱激发胶凝材料备受关注，但其生产生命周期碳排放评估体系尚未完善。针对碱激发胶凝材料低碳定义的模糊性及碳足迹核算方法缺失的问题，提出了一种涵盖原材料处理、运输及生产生命周期的碳足迹核算方法。以赤泥为主要硅铝质前驱体，系统探究了激发剂种类（Na₂CO₂、NaOH、Na₂O·2SiO₂）及掺量对碳排放与力学性能的影响规律。结果表明，采用Na₂CO₃为激发剂可显著降低碳排放，其低碳优势源于低能耗生产工艺。通过响应面法优化设计，开发出赤泥基碱激发胶凝材料最优配比（Na₂CO₃质量掺量5.54%、赤泥35.56%、矿渣57.22%、水泥7.22%），其碳排放为228 kg CO₂/1 t碱激发胶凝材料（AACM），28 d抗压强度达58.5 MPa。该方法为碱激发胶凝材料的低碳化设计提供了理论依据与技术支撑。

硫硅酸盐水泥是在硫铝酸盐水泥体系基础上提出的新型低碳水泥，石膏掺量是影响硫硅酸盐水泥性能发展的重要因素，本工作提出了石膏系数（M值）确定石膏掺量的公式，系统研究了M值对硫硅酸盐水泥抗压强度、膨胀率、水化放热和水化产物组成及结构的影响。结果表明：M值增加提高了硫硅酸盐水泥早期抗压强度，降低了水泥的早期收缩，并诱导产生中后期膨胀；当M值达到3.6时，水泥水化28 d后，硬化浆体中有害孔增多，抗压强度出现倒缩。M值为0、0.9时，硫硅酸钙和硅酸二钙在水化后期能反应生成C-（A）-S-H凝胶和水化硅铝酸钙（C₂ASH₈）；M值为1.8、2.7、3.6时，促进了硫铝酸钙水化和钙矾石晶体的生长发育，抑制了硫硅酸钙和硅酸二钙的水化。本工作提出了硫硅酸盐水泥的M值并据此确定了该水泥性能与石膏掺量的关系，为充分发挥硫硅酸盐水泥性能奠定了基础，为推进硫硅酸盐水泥工程应用提供了理论依据。

磷酸镁水泥（MPC）具有强度高、耐高温及优异的黏结性能等优点，但高密度限制了其在保温隔热和防火领域中的应用。采用天然水镁石和磷酸二氢铵为MPC基础组成材料，以膨胀珍珠岩为耐火隔热材料，制备了钢结构用水镁石基磷酸镁（BMPC）防火涂料。研究了膨胀珍珠岩对BMPC防火涂料物理力学性能及耐火隔热性能的影响，结合XCT、XRD、TG-DTA和SEM对耐火试验前后BMPC的微观结构进行分析。结果表明：膨胀珍珠岩吸水处理后对BMPC力学性能的影响最小，当掺量为20%（质量分数）时，BMPC表现出最优的综合性能，其密度最低可达到647 kg/m³，28 d抗压强度为7.2 MPa，黏结强度为0.51 MPa，导热系数可降低49.3%，耐火极限可达206 min，是适用于钢结构无机防火涂料的理想材料。

随着中国优质石灰石资源的逐年降低及水泥窑协同处置的发展，熟料中的钾含量逐渐升高，使得熟料的28 d抗压强度降低。从矿物角度出来，虽然硅酸三钙（C₃S）和K₂O稳定的硅酸二钙（C₂S）多晶型均能有效提高熟料的28 d抗压强度，但是它们的含量存在竞争关系。本工作制备了一系列不同C₃S与C₂S-α’_L相比例的高钾硅酸盐水泥熟料，并借助X射线衍射、扫描电子显微镜、水化热分析等技术，研究了不同C₃S/C₂S-α’_L比例的高钾硅酸盐熟料矿物组成及水化行为。结果表明：随着C₃S/C₂S-α’_L比例的升高，C₂S-α’_L/C₂S-β及铝酸三钙/铝铁酸四钙（C₃A/C₄AF）的比值均升高；C₃S的颗粒尺寸增大并且边缘逐渐失去棱角，同时表面腐蚀坑增多；C₂S逐渐展现出更明显的双晶纹，其固溶的K⁺和Al³⁺逐渐减少，而中间相中K⁺的固溶量则增加。3 d水化放热量增加，但C₃A的二次水化峰提前出现，同时生成更多Hc相。本工作为提高硅酸盐水泥的熟料28 d抗压强度提供了一种新方法，并为高钾石灰石地区水泥工业的绿色低碳发展提供了理论指导。

利用再生水泥制备固碳胶凝材料为绿色建筑发展提供了新的方向，但其较低的碳化反应活性和力学性能依然是制约其广泛应用的关键技术瓶颈。基于此，本工作引入偏高岭土（MK）对该体系进行改性，系统评价了不同MK掺量对煅烧活化再生水泥浆体的碳化行为、碳化程度及微观结构的影响。结果表明：掺入10%（质量分数）MK显著提高了材料的抗压强度及碳化程度，7 d碳化后的强度及碳化程度较对比组分别提升了119.2%和70.0%，这一提升主要归因MK的火山灰活性及其对孔结构和碳化反应动力学的积极影响。MK因其高火山灰活性和层片状结构加速了水化及碳化产物的生成，并推动了亚稳态碳酸钙向稳定晶相方解石的形成，同时促进了碳酸钙的均匀沉积，从而有效填充了基体中较大的孔隙。在7 d碳化后，10% MK掺量使样品的毛细孔占比从49.88%显著降低至36.56%，而凝胶孔占比则由8.98%提升至17.81%，形成了更加致密的微观结构。然而，过量（20%）掺入MK虽进一步细化了孔隙，但28 d碳化程度（51.72%）略低于10%掺量组（52.88%），表明过度致密化可能会抑制CO₂的后期扩散，从而限制最终的碳化效率。本工作表明，适量的MK掺入能够显著提升再生水泥材料的碳化反应、微观结构及力学性能，为新型绿色固碳水泥的开发提供了科学依据。

超硫酸盐胶凝材料具有优异的力学性能和耐侵蚀性能等优点，但尚缺少其硅铝质前驱体活性精确的评价方法，从而限制了工程应用。本工作提出了用于评估超硫酸盐胶凝材料（SS-AABs）中拜耳法赤泥前驱体（BRMP）活性的新见解。采用X射线衍射-红外光谱（XRD-IR）联合表征法、火山灰活性表征法、化学滴定表征法和电感耦合等离子体（ICP）测离子溶出法，对赤泥原材料和在300~800 ℃煅烧的热活化BRMP活性进行了综合评估。结果表明：随着热活化温度的升高，BRMP中的加藤石逐渐分解为水钙铝榴石，随后绿泥石和一水铝石也发生分解，最终水钙铝榴石和钙霞石进一步分解。热活化后的BRMP的火山灰活性指数在52%~71%之间波动，这与XRD-IR联合表征法分析的结果不完全一致。然而，化学滴定表征法和ICP测离子溶出法的分析结果与XRD-IR联合表征法的一致，这论证了火山灰活性指数结果的局限性。与此同时，与化学滴定表征法和XRD-IR联合表征法相比，ICP测离子溶出法更能简洁且准确地反映BRMP的活性变化。

鉴于适合3D打印水泥基材料的养护制度尚未明晰，制约其在不同环境下的应用，本工作系统评价了自然养护（NC）、标准养护（SC）、60 ℃高温养护（T₆₀）、饱和Ca（OH）₂溶液养护（SCH）及SAP内养护（SAP）5种制度对3D打印固废-水泥基砂浆（3DFGCM）性能的调控作用。通过综合力学各向异性、冻融损伤演化与孔隙结构分析，揭示养护制度对于3DFGCM性能的作用机理。结果表明，3D打印工艺导致定向孔隙与层间弱界面会诱发应力集中，使28 d抗压强度呈现浇注试块（Cast）>X>Z>Y，并显著增加了材料的各向异性；此外，养护制度对各向异性系数影响显著，其调控效果表现为SAP<SC<SCH<T₆₀<NC；抗冻性能方面，SAP组相对动弹性模量保留率达到61.5%，相较于NC组提高了29.6%，展现出最优的冻融损伤抑制效果。基于Weibull分布模型构建损伤演化方程，预测3D-SAP在西北寒区服役寿命达15.9年，通过BP神经网络建立孔隙结构对极限冻融次数与西北寒区服役寿命的预测模型。为3D打印建材养护方式设计与抗冻性优化提供参考。

基于电石渣、电解锰渣、煤矸石、粉煤灰和污泥5种固废替代原料生产硅酸盐水泥熟料的技术情景，本工作构建了适用于固废资源化利用效果评估与方案设计的多维评价体系，系统分析了固废资源化利用对水泥熟料碳排、资源和环境表现的影响。结果表明，电石渣替代情景在碳减排和资源节约方面表现最为显著，煤矸石替代情景在能源节约方面表现最佳，粉煤灰和污泥替代情景则在环境效益方面贡献显著。同时，固废资源化过程因预处理工艺、含水率较高、有害物质含量较高等因素也会造成一些负面影响。基于多维评价方法可有效辨识固废资源化过程的潜在效益与负面影响，通过权重赋值开展多目标综合决策，科学指导工艺研发与路径遴选，进一步提升固废资源化的综合效益。

固废碳矿化能同时实现CO₂高效捕集和固废掺合料活性提升，是建材领域实现碳中和目标的重要技术选择之一。本工作利用甘氨酸钾（KG）溶液吸收CO₂并对转炉钢渣进行间接矿化改性，研究了富碳KG溶液与钢渣矿化反应的动力学特征，分析了矿化产物的物相组成、钢渣固碳量及其活性变化规律，探索了钢渣矿化改性－水泥净浆碳化养护的协同碳捕集方法对力学强度的影响规律。结果表明：钢渣与富碳KG溶液在前120 min反应速率较快，KG中CO₂反应率达到92.8%；矿化后，钢渣的早期活性显著提升，在10%掺量下7 d抗压强度最多可提升16.7%；碳化养护可有效改善钢渣水泥浆体的早期抗压强度，30%掺量矿化钢渣碳化养护12 h后，7 d抗压强度提高了11.3%；富碳KG溶液矿化钢渣有球霰石晶型碳酸钙生成，碳化养护过程发生球霰石向方解石的转变，可对水泥基体产生胶结强化效果。该研究为钢渣资源化利用与工业碳减排提供了高效、协同的技术路径，并有效提升了钢渣掺合料的活性。

水化硅酸镁（M-S-H）胶凝材料是替代传统硅酸盐水泥的一个潜在方向。本工作以轻质氧化镁（LM）为镁源，硅灰（SF）为基准硅源，探究了煅烧蒙脱石（MT）与煅烧高岭土（KL）部分或完全替代硅灰对M-S-H胶凝材料结构与强度的影响。结果表明：煅烧高岭土表现出极强的早期强度增强效应，其3 d与7 d抗压强度与掺量呈强正相关，70%掺量（质量分数）时强度较纯SF制备的样品提升超400%；而煅烧蒙脱石的强度增强效果较弱，相同掺量下强度提升仅54%。微观分析表明，750 ℃煅烧对高岭土晶体结构破坏比对蒙脱石的更加彻底，火山灰活性更高；MT和KL中的Al均可在水化早期进入M-S-H相，通过取代硅氧四面体中的Si⁴⁺或镁氧八面体中的Mg²⁺形成水化硅铝酸镁（M-S-A-H）凝胶，显著提升产物聚合度；形成的M-S-A-H为外部型水化产物，主要通过颗粒间元素扩散反应形成；2种原料体系水化前28 d均会生成Mg-Al LDH。

利用高倍聚光太阳能替代化石燃料煅烧水泥熟料是实现水泥行业碳减排的关键途径之一。然而，水泥生料与熟料矿物大多为宽带隙材料，对太阳光谱中能量集中的可见光与近红外波段吸收较微弱，严重限制了太阳光光热转换效率。本工作研究了2种不同铁相含量的水泥熟料太阳光烧成规律，通过其原料、生料以及在不同温度下煅烧样品的紫外-可见光吸收测试和X射线衍射（XRD）分析，发现随着生料中Fe₂O₃含量的增加，生料的整体光吸收强度显著增加，在熟料矿相中，随着煅烧温度的升高，铁相的光吸收强度也随之增加，在1200 ℃时，其光吸收率高达83%。熟料的光吸收强度也随煅烧温度增加而增加，在1375 ℃时，其光吸收率可达到75.6%。更重要的是，利用模拟的高倍聚光太阳炉进行煅烧时，铁相会引发光热耦合效应，使得熟料煅烧矿物形成温度大幅降低。XRD精修和水化量热分析结果显示，与电炉熟料相比，模拟聚光太阳能煅烧的熟料表现出衍射峰宽化特征。表明铁相的光热效应可大幅降低水泥熟料的烧成温度，降低生产能耗，为实现高能效、低碳排放的水泥制造提供新的材料设计策略。

再生微粉（Recycled concrete powder, RCP）作为替代原料，可显著降低水泥熟料制备过程的碳排放。RCP中硅质组分的赋存形式与含量差异明显，其对熟料烧成反应路径、矿物形成及动力学行为的影响机制仍有待厘清。鉴于真实RCP组分复杂，本研究聚焦其中硅质组分的两类典型赋存形态［石英与水化硅酸钙（C-S-H）］，通过水热合成的C-S-H逐步替代生料中的SiO₂，系统研究了硅质组分赋存状态对熟料烧成过程及动力学的影响。结果表明：石英为硅质组分时，硅酸二钙（C₂S）初步形成阶段可由相界面反应模型较好描述，反应速率为0.43 min^-1；C-S-H为硅质来源时，C₂S的可检出形成温度由1000~1100 ℃降至900 ℃，且固相反应在主要阶段的动力学更符合Avrami-Erofeev（A2）模型，反应速率提高至7.6 min^-1。随C-S-H对石英替代比例的提高，熟料中硅酸三钙（C₃S）的生成量显著增加；同时C₂S晶粒尺寸由87 nm细化至66 nm，C₃S晶粒尺寸也由160 nm减小至121 nm，且矿物发育更充分、形貌更规整。上述变化可归因于烧成过程中C-S-H再结晶行为，生成的C₂S微晶促进固相反应成核、降低硅酸盐矿物的生成温度并加速固相反应过程，为生料中引入RCP后的配料优化与烧成制度设计提供了动力学与矿物学依据。

再生骨料混凝土徐变是其结构长期性能评判的一个重要时变指标，但其徐变行为显著大于普通混凝土，严重影响结构长期性能。本文将从再生骨料混凝土徐变行为的关键影响因素、微观作用机理及预测模型3个方面概述再生骨料混凝土材料的徐变特性研究进展。本文系统综述了材料组分、配比设计、环境因素等关键因素作用下的再生骨料混凝土徐变性能，并基于最大相关性分析方法及关键因素耦合作用分析，发现再生骨料残余砂浆含量、吸水率及母体混凝土水灰比是影响徐变的关键材料因素。在微观层面上，从物化作用、水化产物、微观结构等角度，分析概述了导致再生骨料混凝土相较于普通混凝土更为显著徐变的内部机理，主要源于其内部C-S-H凝胶的黏滑效应、双重ITZ的应力集中及骨料-基体间相互作用所致。关于再生骨料混凝土徐变预测，本文系统总结了相关徐变模型，包括经典解析式模型、修订的再生骨料混凝土徐变模型、神经网络模型等，并分析了各个模型优缺点及适用性。最后，讨论当前再生骨料混凝土徐变性能及预测研究的不足及发展趋势，未来可结合多尺度仿真、智能算法与动态数据库，建立再生骨料质量-徐变性能关联体系，发展界面修复技术与寿命预测方法，以推动再生骨料混凝土的高性能化应用。

淤泥质土广泛分布于中国沿海及内河流域，其高含水率、低渗透性及弱结构性等不良工程特性，已严重制约了基础设施建设的可持续发展。针对这一挑战，通过土壤固化技术实现淤泥质土的资源化利用，被视为潜在解决方案。然而，传统无机固化剂（如水泥、石灰）在应用中存在高碳排放、能耗大以及有限的工业固废消纳能力等突出弊端，已难以满足中国“双碳”目标下的绿色转型与可持续发展需求。在此背景下，地聚合物作为一种以富含硅铝酸盐工业固废（如矿渣、粉煤灰等）为前驱体，在碱激发作用下形成的新型绿色胶凝材料，凭借其近零碳排放、高反应活性以及显著的固废资源化特性，为淤泥质土的高效利用与工业固废的协同处置提供了极具潜力的可持续发展解决方案。本文从多尺度视角出发，系统性地综述了地聚合物固化淤泥质土的固化机理、宏观性能及其关键科学问题的研究进展。首先，分析了中国不同地区淤泥质土的工程特性，并从微观层面阐明了地聚合物的形成原理及其固化淤泥质土的微观机理；随后，探讨了地聚合物固化淤泥质土的宏观力学性能、耐久性能及其影响因素。本文旨在为开发高性能地聚合物基淤泥质土固化剂、提出高效的淤泥质土处置策略提供理论依据，为推动淤泥质土的资源化利用与工业固废的协同处理提供实践参考。

薄膜效应对极限承载力的增强机制已形成共识，但尚缺乏定量分析的方法。为模拟实际工程中梁式结构的薄膜效应，设计制作了一套考虑水平刚度与转动刚度的支座约束装置。采用四点弯曲加载方式对10根混杂纤维轻骨料混凝土（HFR-LWC）梁进行了静力加载试验，分析了约束条件、配筋率及有无纤维对HFR-LWC梁极限承载力的贡献，得到了HFR-LWC梁跨中应变、裂缝分布及极限承载力变化规律，量化分析了水平刚度和转动刚度对薄膜效应的影响，结果表明：极限抗力对支座转动刚度的变化更为敏感；考虑薄膜作用的HFR-LWC梁极限承载力较普通支座LWC梁提高1.5~5.5倍，特殊端部约束下梁的中和轴下移且加载时上升缓慢，混凝土受压区高度增加；混杂纤维提高了梁的韧性，裂缝开展细且密，有利于薄膜效应的发挥。

单一的有机聚合物或无机纳米材料作为提升水泥基材料力学性能的外加剂已被广泛应用，但材料抗折强度与抗压强度之间的负相关性仍是亟待解决的关键问题。本工作采用有机无机杂化的策略，设计并合成了一种基于动态化学键的聚硫辛酸（PTA）微晶纤维杂化功能材料，该材料能够显著改善水泥基材料的综合力学性能。在制备过程中，利用微晶纤维素（MCC）表面丰富的羟基与线性PTA中的羧酸基团发生酯化反应，实现材料的改性，从而构建起包含可逆共价键（S—S键）以及非共价键（氢键、配位键）等多种相互协同作用的动态聚合物杂化网络。将聚硫辛酸纤维杂化材料（MCPTS）掺入水泥净浆中后，可有效优化其微观结构，显著提高其抗折和抗压性能。具体而言，在较低掺量1.0‰（质量分数）的条件下，加入MCPTS-1的水泥净浆在第3、7、28 d的抗折强度分别较基准微晶纤维素（MCC）提高8.56%、25.91%和22.68%，而其抗压强度在7 d和28 d时分别较基准提高11.80%和6.45%。该研究表明，利用PTA纤维杂化材料调控水泥基材料的微观结构，能够在微纳米尺度上实现物相优化，实现水泥基材料抗折强度和抗压强度的协同提升。

玻璃纤维增强水泥复合材料广泛应用于建筑领域。偶联剂和功能聚合物的界面改性是增强界面粘结关键途径，然而其分子改性机理尚未阐明。本研究基于分子动力学方法，评价了γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（KH-570）、聚乙烯基吡咯烷酮-聚丙烯酸（PVP-co-PAA）对水化硅酸钙凝胶/玻纤界面改性的响应。结果显示：玻纤涂布KH-570提升效果较弱。KH-570进一步涂布PVP-co-PAA，界面力学性能提升了302.7%。剪切失效过程中，PVP-co-PAA不断调整构型，延缓了界面破坏，提升了剪切位移极限值。通过分析界面原子密度分布、化学键配位数及其稳定性，本研究系统解析了改性前后界面化学键的差异，阐明了界面粘结失效的差异性及其分子机理。

藏区高原混凝土结构受低温冻融与盐侵的共同作用，筋材与混凝土的粘结性能是决定结构长期安全服役的关键。为探究低温冻融-氯盐环境对钢/纤维增强复合材料（FRP）筋与混凝土粘结性能的影响，共设计144个试件依次进行冻融循环（-40~20 ℃）、NaCl溶液盐侵作用和中心拉拔试验，试验参数包括筋材类型［钢、玄武岩纤维增强复合材料筋（BFRP）、碳纤维增强复合材料筋（CFRP）、玻璃纤维增强复合材料筋（GFRP）筋］、筋材直径（10、16、20 mm）和冻融循环次数（0、50、100、150）。结果表明：1）试件破坏模式主要受筋材类型和筋材直径影响，冻融循环次数对其影响不大；2）试件粘结强度随直径增加而降低，直径从10 mm增加至20 mm，钢筋试件粘结强度的降低（51.7%~56.3%）比FRP筋试件（<18.2%）更为显著；冻融循环对粘结强度随直径的变化趋势影响不大，但150次冻融循环后，钢筋粘结强度下降超过31.4%，BFRP筋降幅不超过22.1%；3）直径从10 mm增加到20 mm，试件峰值滑移增加5.0%~13.3%，冻融循环次数从0增至150，试件峰值滑移降低13.5%~23.8%，且直径和冻融循环次数对峰值滑移的交互作用不显著；4）在低温冻融-氯盐环境下，钢筋与FRP筋的粘结强度退化虽均与冻融循环相关，但主因不同，前者主要因混凝土劣化和钢筋锈蚀，后者除混凝土劣化外，还与FRP筋和界面性能退化有关；5）对试验结果进行归一化处理，提出了考虑冻融次数和筋材直径的钢、BFRP、CFRP、GFRP筋粘结强度和峰值滑移预测模型（拟合优度R²>0.86），模型预测值与试验结果吻合良好，可以有效预测粘结性能的退化。

超高性能混凝土（UHPC）因具有高强度、高韧性、高耐久性，而在超高建筑或超大跨度民用、军事国防以及复杂或极端服役环境等领域的基础设施建设中展现出广阔的应用前景。而此类基础设施对服役安全性和韧性通常有严苛要求，因此发展原位、实时、全寿命的结构健康监测技术具有重要意义。UHPC不含粗骨料且制备中使用钢纤维，因而具备了自感知性能的原材料组成“基因”，同时复合功能填料也可协同提高UHPC力学性能并可提升其本征感知特性。本征自感知超高性能混凝土（SSUHPC）既可构建整体结构，又可作为涂层、预制/装配式构件、嵌入式传感器布设/埋入结构关键位置，其与基础设施具有等同寿命，为发展“数智化”基础设施实现原位监测提供了新途径。基于此，本文首先简要介绍了UHPC的发展概况；简要概括了UHPC组成-工艺-结构-性能特点及应用其发展SSUHPC的材料“基因”优势；深入分析了SSUHPC在不同荷载（包括受压、拉伸和弯曲等）作用下的自感知行为及其机理，同时提出了优化SSUHPC的建议；最后，详细总结了SSUHPC在当前科学研究和工程应用中发展面临的挑战，并提出了具体的解决策略。

硅酸三钙（C₃S）是硅酸盐水泥熟料中占比在50%以上的矿物。它水化快，放热量大，是决定硅酸盐水泥早期放热特性和力学性能的首要组分。本工作研究了环糊精对于C₃S早期水化过程的影响，测定了不同环糊精掺量的C₃S浆体的水化放热特性；测定了C₃S稀溶液和硬化C₃S浆体孔隙溶液中钙和硅浓度的经时变化，计算了孔隙溶液相对于C₃S的离子活度积；观察了C₃S表面水化产物晶核的生成情况。环糊精可延长C₃S水化的诱导期和主放热反应的持续时间，降低其水化反应速率。当环糊精掺量达到0.20%时，这种效应非常明显。由于掺加环糊精的C₃S浆体的主放热反应持续时间延长，其在最大反应速率时的水化程度有所增高，最终水化放热量并不因水化反应被延迟而降低，对其最终水化程度没有不利影响。在水化初期，环糊精被吸附在C₃S颗粒表面的蚀坑处，提升了蚀坑扩展模式所需的能垒ΔG_crit，从而降低C₃S的溶解速率，使水化诱导期延长。在诱导期，环糊精使孔隙溶液中的钙和硅的浓度升高，相对于Ca（OH）₂和C-S-H有更高的过饱和度，抑制C-S-H晶核形成，阻碍水化加速反应的发生。

掺入钢纤维虽能显著提升素混凝土的强度与韧性，但也导致其力学响应更为复杂，随机性和不可预测性增强。为深入探究钢纤维混凝土的抗压与劈拉强度，本工作构建了一个包含636组试验样本的数据库，特别涵盖了粗骨料尺寸、纤维形状、几何特征及含量等关键变量。基于此数据库，随即开发并对比了5种人工智能预测模型：随机森林（RF）、梯度提升回归树（GBRT）、极端梯度提升（XGB）、轻量级梯度提升机（LGBM）和贝叶斯神经网络（BNN）。在有效预防过拟合与欠拟合的基础上，详细评估了各模型的预测精度与鲁棒性，并进一步结合沙普利加性解释（SHAP）值分析、部分依赖图（PDP）和个体条件期望（ICE）等解释技术揭示模型的内部机制。结果显示：模型在测试集上的决定系数（R²）介于0.84~0.90之间，训练集R²介于0.80~0.90，差距较小，均高于0.75，展现出良好的预测能力与泛化性能，其中以LGBM模型表现最佳。变量贡献分析表明，影响抗压强度的关键因素依次为水灰比、砂率、纤维增强系数、骨灰比与粗骨料最大粒径；而劈拉强度主要受纤维增强系数、砂率和水灰比控制。

为突破传统热工方法在高寒地区应用中的高能耗与工艺瓶颈，针对氯化钙-硫铝酸盐水泥复合体系在-15 ℃极端环境下水化速率低、早期强度不足的问题，采用全冷施工工艺，通过水化温升、力学性能测试、X射线衍射及热分析等手段，系统研究了硬石膏对其水化放热、力学性能、干缩行为及微观结构的调控机制。揭示了硬石膏通过调控体系Cl/S物质的量比，促进钙矾石形成、抑制Friedel盐生成，从而优化负温水化产物组成与微观结构的协同作用规律。结果表明：硬石膏掺量为10%时，体系水化放热速率显著加快，早期强度大幅提升，1 d和3 d抗压强度分别达20.1 MPa和38.0 MPa，较纯熟料组提升约100%；同时，干缩性能得到优化，5%掺量时3d收缩率降低至0.100%，25%掺量时28 d收缩率较纯熟料组降低35.100%。适宜掺量硬石膏（10%）通过促进水合硫铝酸钙（Aft）形成，有效优化了基体产物结构，赋予该复合体系优异的负温快硬高强与低收缩特性。

钒基磷酸盐复合材料（VPC）凭借其优异的结构稳定性和灵活的电压可调性，成为钠离子电池正极材料的候选者之一。然而，VPC本征电导率低和离子扩散速率慢等固有缺陷导致VPC存在倍率性能和循环稳定性不足的问题。采用简单的溶胶-凝胶辅助固相法，结合类石墨烯纳米片（GNS）协同改性策略，成功制备了一种由高容量Na₃V₂（PO₄）₂F₃（NVPF）和高稳定性Na₃V₂（PO₄）₃（NVP）组成的新型双相VPC（Bis-VPC）。GNS在Bis-VPC颗粒间构建起三维多孔网络结构，有效抑制了颗粒的无序生长与团聚，同时促进了离子与电子的传输；同时，GNS还通过减少合成过程中的氟损失，实现了NVPF与NVP相比例的调控。优化后的Bis-VPC在0.2 C倍率下表现出118.7 mA·h·g^-1的可逆容量，在20 C高倍率下循环5000次后仍具有90.4%的容量保持率。上述结果揭示了GNS碳材料在调控VPC正极相组成中的关键作用，为设计兼具高倍率和长寿命钠离子电池正极材料提供了新的研究思路。

现有的丛林伪装涂层模拟材料，与绿色植被相比，光谱图往往无法同时满足绿峰和近红外水吸收峰特征。本工作采用共沉淀法制备了硫酸根插层镁铬类水滑石等6种材料，并采用X射线衍射分析、傅里叶红外变换光谱分析、热分析、扫描电子显微镜等手段对该材料进行了结构表征，然后将其与铬绿颜料复合制备丛林伪装功能涂层，进行可见-近红外光谱和热成像测试。研究结果表明，调变层板阳离子和层间阴离子合成的6种类水滑石（LDHs）材料具有典型的层状结构特征，其中硫酸根插层镁铬类水滑石的层间距最大，热失重最多，对应其层间存储水分子最为丰富。可见-近红外光谱测试结果表明，镁铬类水滑石显示了490 nm处蓝峰和1400、1900 nm处的近红外水峰特征，通过将MgCr-SO₄^2--LDHs包覆Cr₂O₃后可形成绿色特征的丛林伪装涂层模拟材料。优化的MgCr-SO₄^2--LDHs@Cr₂O₃与MgCr-SO₄^2--LDHs质量比为3 : 7制备的伪装涂层，其绿峰、近红外吸水特征峰均实现与天然植物叶片的高精度匹配，光谱相似度高达95.80%，且热成像测试与植被结果无明显差异。对颜色和近红外水吸收峰双功能模拟材料的研究，为植被伪装发展提供了一个新的研究方向。

与基于冯·诺依曼架构的传统计算机系统不同，神经形态计算系统具有存算一体的特性，避免了存储与计算单元之间的大量数据交换，提高了计算效率并大幅降低了能耗。二维材料具有原子级厚度、表面无悬挂键和性能可调等优势，是神经形态器件关键材料的有力候选者。本文综述了近年来在二维材料及其神经形态器件与系统方面的研究进展，首先介绍了二维材料的基本特性与制备方法，然后讨论了二维神经形态器件的结构与工作机制，进一步展示了其在存算一体二维神经形态器件与系统、感存算一体智能电子器件与系统以及复杂环境神经形态器件等方面的应用，最后探讨了二维材料和器件应用于神经形态计算面临的机遇与挑战。

石墨烯导电性能优异，成为钠离子电池负极材料的研究热点。但纯石墨烯存在低储钠容量、不利于钠离子插层等问题，限制了其应用，元素掺杂能够稳定层间结构，并提高储钠容量。为了研究储钠机理并改善储钠性能，本文归纳并分析了元素掺杂石墨烯负极材料第一性原理的研究进展，提出不同元素掺杂对物理性质、电化学性能的影响规律。再从界面反应机制、共掺杂策略、实验室到工业转化三方面阐述了第一性原理应用在钠离子电池石墨烯负极掺杂的研究趋势，期待研发出性能更优的新型石墨烯掺杂负极材料，助力新能源环保材料的应用。

全固态锂电池（ASSLB）凭借其优异的安全性和高能量密度，正在成为大规模储能系统和电动汽车应用中的关键技术。固态电解质的研究是推动这一技术发展的核心，尤其是卤化物电解质，因其出色的离子导电性、优异的电化学稳定性及良好的机械性能而受到广泛关注。本文详细概述了卤化物电解质的分类，探讨了其离子传导机制以及合成方法，较为深入地阐述了一些改进策略。最后，展望了未来卤化物电解质材料在全固态锂电池应用中的发展前景，并为后续研究提供了方向性指导。