从细观层次上看,混凝土是由骨料、砂浆以及两者之间的界面过渡区（Interfacial Transition Zone,简称ITZ）这三相构成的。与砂浆基质相比,ITZ通常具有较大的孔隙率,较高的水灰比和渗透性,以及较低的强度、韧性和弹性模量。它的力学性能严重影响混凝土的宏观断裂特性,且一定程度上决定着混凝土受载时的破坏形态。因此,开展ITZ的改性实验研究并基于改性方案研究ITZ改性对混凝土断裂特性的影响是非常必要的。本文设计了花岗岩-砂浆复合试件,通过实验研究了砂浆水灰比、粘结面粗糙度和界面剂中硅灰掺量对ITZ劈裂抗拉强度和I型断裂能的影响,提出了针对3种改性方案的ITZ力学性能与改性因子之间的经验关系式,最后通过数值模拟研究了相关改性方案对混凝土断裂性能的影响。本文主要工作和创新性成果如下:（1）设计制作了花岗岩-砂浆复合立方体试件,通过劈裂实验研究了ITZ的拉伸断裂特性,引入复合试件与相同水灰比砂浆试件之间劈裂抗拉强度的比值,来表征ITZ的薄弱性。研究了砂浆水灰比、粘结面粗糙度和水泥净浆界面剂中硅灰掺量对复合立方体试件劈裂抗拉强度的影响,最后根据断口特征分析了ITZ的粘结机理。（2）设计制作了花岗岩-砂浆复合梁试件,通过跨中带预制切口梁的三点弯曲实验,获取了载荷-裂缝口张开位移曲线,并以此计算了ITZ的I型断裂能。引入复合梁试件与相同水灰比的砂浆试件之间断裂峰值载荷和断裂能的比值系数,研究了砂浆水灰比、粘结面粗糙度和水泥净浆界面剂中硅灰掺量对复合梁试件峰值载荷和I型断裂能的影响。（3）利用改进的随机骨料生成和投放算法,建立了包含粗骨料、砂浆基质和ITZ的混凝土二维细观异质数值模型。通过帯预制切口的混凝土梁三点弯曲断裂实验,验证了模型和材料参数选取的合理性,研究了砂浆水灰比、粘结面粗糙度和水泥净浆界面剂中硅灰掺量对混凝土拉伸断裂性能的影响,并提出了混凝土拉伸断裂行为与三种改性因子之间的定量关系。