提高水泥基材料力学性能和耐久性能是建筑材料研究领域的焦点。出于资源的限制和可持续发展的要求以及保护自然环境的要求,寻求一种能大幅提升水泥基材料强度和耐久性而不增加水泥用量的外加剂具有重大的研究前景和意义。纳米材料凭借其独特优异的性能或许可能成为符合要求的潜在外加剂。故本文以纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、碳纳米管和氧化石墨烯四种纳米材料开展了以下研究:(1)使用热膨胀二步氧化法制备了氧化石墨烯,并利用扫描电镜、红外光谱和X射线衍射技术表征了氧化石墨烯的性能和结构,结果表明制备的氧化石墨烯质量较好;(2)研究了纳米材料对水泥净浆流动度、力学强度的影响,并进行了微观表征分析,结果表明纳米材料会降低净浆流动度,能提高力学强度,调节水化产物,细化孔径,改善微观结构;(3)研究了纳米材料对水泥砂浆流动度、力学强度和氯离子扩散系数的影响,结果表明纳米材料会降低砂浆流动度,提高力学强度和抗氯离子扩散能力;(4)研究了纳米材料对混凝土力学强度、抗氯离子扩散性能、吸水性能、早期抗冻性能和孔结构的影响,结果表明纳米材料可以提升混凝土力学强度和抗氯离子扩散能力,降低吸水率,提高早期抗冻性能,改善混凝土孔结构;(5)研究了水灰比和流动度与水泥净浆力学强度之间的关系,并进行了微观表征分析。结果表明:增大水灰比会降低净浆力学强度;增大流动度会提升净浆抗折强度,降低抗压强度;水灰比增大会提高水化产物中氢氧化钙的含量,劣化孔结构和浆体微观形貌;增大流动度会提高水化产物中氢氧化钙含量,减小孔隙率,增加大孔占比,劣化微观结构。