研究方向一：基于地材资源化的绿色低碳再生混凝土研究
面向土木工程领域碳减排与固废资源化的战略需求，本研究方向聚焦于利用当地特色地材（如火山灰材料、隧道洞渣、废弃混凝土轨枕等）制备高性能再生胶凝材料与混凝土。系统解析火山灰质材料、废弃混凝土微粉及骨料的多尺度物化特性与活性激发机制，揭示热活化-化学激发耦合作用下多源固废中硅铝酸盐相的重构规律与再水化动力学行为。深入研究再生组分与当地地材在多元体系中的界面相容性、离子竞争吸附及协同水化效应，建立基于地材“基因”特性的再生混凝土配合比设计理论与性能调控方法，实现从隧道洞渣、废旧轨枕到新型低碳胶凝材料的全组分高值化利用，为区域基础设施建设提供绿色建筑材料解决方案。
研究方向二：极端环境下工程材料的劣化机理与耐久性设计研究
针对极寒、干热、强辐射、高盐雾等极端环境下工程材料易开裂、性能衰减快、维护困难等瓶颈问题，本研究方向致力于揭示材料在极端环境下的多场耦合损伤机制与长期性能演化规律。通过建立温度-湿度-荷载-化学侵蚀多场耦合试验平台，从原子/分子尺度解析胶凝材料水化产物的相变行为、微结构损伤累积及其与宏观性能退化的内在关联，阐明极端环境下材料的化学-力学-热学耦合失效机理。在此基础上，基于材料基因组理念，设计开发具有自适应微结构调控能力、低收缩、高抗裂的免维护型工程材料，提出面向极端环境的材料耐久性定量设计方法，为我国重大工程在西部高原、深远海等特殊环境的建设提供关键材料支撑。
研究方向三：既有混凝土结构快速原位增韧补强与延寿技术研究
针对服役混凝土结构损伤后的应急抢修与耐久性提升需求，本研究方向聚焦于开发可实现快速原位恢复的增韧补强材料与施工技术。基于界面化学与分子设计原理，研发具有高渗透性、可调控固化速率的高分子-水泥基复合修补材料，揭示其与既有混凝土基体在微纳尺度上的化学键合与机械互锁机制，实现新老界面的深层重构与增强。系统研究快速修补材料在早期水化阶段的体积稳定性与微结构演化规律，建立“材料配方-施工工艺-界面性能-结构延寿”的关联模型，提出适用于不同损伤程度、不同环境条件的快速原位增韧补强技术方案，为既有混凝土基础设施的服役寿命延长提供理论与技术支撑。
研究方向四：基于AI设计的仿生高强韧耐开裂复合材料研究
针对传统水泥基材料韧性不足、易开裂的共性难题，本研究方向突破“强度-韧性”倒置关系的固有局限，借鉴生物矿化材料（如贝壳珍珠层“砖-泥”结构）的多尺度结构设计原理，研发具有mortar-brick特征的仿生复合材料。通过引入机器学习算法，建立材料组分-微结构-宏观性能的定量构效关系预测模型，智能优化仿生单元体的几何构型、界面过渡区特性及有机-无机杂化界面结合模式。融合3D打印精细成型技术，实现仿生层级结构的可控制造，系统研究裂纹偏转、桥接及能量耗散的多重增韧机理，最终开发出兼具高强度、高韧性与优异抗裂性能的新型复合材料，为重大工程结构的长寿命安全保障提供材料基础。