水泥混凝土道面裂缝的形成和发展演化非常复杂，其对结构的使用性、安全性和耐久性影响重大，实现裂缝控制和修复更是一个系统性的工程难题。基于水泥混凝土材料水化、凝结和硬化过程中的固有特性，采用全周期膨胀补偿收缩理论，以废弃的工业尾矿为原料，制备具有早、中期和后期稳定膨胀的高性能复合膨胀材料，系统研究组成、结构和性能间的相互关系，揭示其水化动力学特征和膨胀机理，提高水泥混凝土道面的主动抗裂能力；同时，针对水泥混凝土道面服役过程中的微细裂缝，为实现快速可靠的修复以阻碍有害介质的侵入，研制了丙烯酸类和环氧树脂共聚的高性能修补材料，阐明其性能特征和修复机理，提高水泥混凝土道面的防裂能力。论文研究有利于控制裂缝的产生和发展，抑制和降低道面结构性能的劣化，对提高水泥混凝土道面结构的耐久性和服役寿命具有重要的理论和工程应用价值。（1）鉴于传统膨胀剂的性能缺点，通过对白云石和菱镁石工业尾矿的优化配伍及煅烧制度设计，研究了不同组份、煅烧温度和保温时间等因素对高性能复合膨胀材料结构与性能的影响特征，确定了适宜的制备技术，研制了不同组份和性能的膨胀材料；分析了掺不同类型和用量膨胀材料水泥浆体凝结时间、标准稠度需水量和强度的变化规律，结果表明标准稠度用水量和凝结时间稍有增加，水泥浆体抗折强度提高6%~15%，而抗压强度略有增长；研究了水泥砂浆在不同龄期的自由变形、干缩变形和限制变形的变化特征，结果表明复合膨胀材料具有早、中和后期补偿收缩功能、且膨胀速率和总量可控，较高养护温度与湿度以及适宜煅烧制度有利于膨胀效应的发挥，在高温环境中的限制收缩可达到常温中的数倍。（2）研究了压蒸制度对膨胀混凝土膨胀率的影响特征，分析了压蒸前后混凝土抗压和抗折强度的变化规律；研究了膨胀材料种类、用量和养护温度等对混凝土自由变形、限制变形及自生变形在不同龄期的发展速率，用数值方法拟合了膨胀率的时变函数；计算了高性能复合膨胀材料的膨胀指数，分析了其随膨胀材料掺量和养护温度的变化特征；对膨胀混凝土在不同限制膨胀率和约束状态下内部应力场的分布特征进行了仿真分析，为其科学应用提供了依据。（3）分析了补偿收缩混凝土的基本理论以及膨胀和收缩两个阶段的形变关系，研究了复合膨胀材料品种以及不同水化时期的形貌、晶粒生长以及孔结构特征；试验研究了膨胀材料煅烧温度、保温时间和颗粒细度对水化活性的影响，分析了水化温度和溶液pH值对膨胀材料中MgO水化程度的影响特征，基于水化动力学方程计算了膨胀材料的水化反应速率常数和表观活化能；通过对膨胀材料水化动力学演变过程的分析，建立了膨胀材料中MgO水化成Mg(OH)2以及CaO水化成Ca(OH)2膨胀模型。（4）以水泥混凝土道面的微细裂缝为重点修复对象，以修补材料的初始粘度为控制点，优选甲基丙烯酸甲酯和环氧树脂为主要反应单体，进行了本体聚合的合成制度设计及试验研究，确定了高性能修补材料的合理制备技术；采用正交试验分析了修补材料组分和反应时间对初始粘度的影响规律，分析确立了初始粘度的时变特征及其与修补材料可灌性和收缩率的量化关系；研究了反应组分对高性能修补材料粘结强度、拉伸强度和断裂伸长率的影响规律，确定了高性能修补材料基体（RM）的最佳配比；采用有机硅与无机矿粉的复合进行改性，研究了高性能修补材料的力学、变形和热稳定性能，制备了有机优化（OMM）和复合优化（CMM）的高性能修补材料，综合性能显著提高，超过国家相关标准的要求。（5）试验研究了RM、OMM和CMM型高性能修补材料对水泥砂浆粘结能效的时变规律，分析了在盐溶液和快速冻融作用下粘结性能的变化，结果表明修复后砂浆的抗折断裂面未发生在修补处，7h粘结强度与砂浆基体相当；通过在混凝土试件中预制裂缝，对比研究了几种修复材料对混凝土修复能效，分析了断面破坏形式和界面粘结特征；利用有限元方法计算了混凝土裂缝不同修补状态下应力强度因子的变化规律，采用SEM和FT-IR测试分析了高性能修补材料断裂面的微细观形貌和结构中的特征官能团；基于高分子化学理论，阐释了环氧树脂与甲基丙烯酸甲酯、以及有机硅改性剂和无机矿粉改性的聚合反应原理，揭示了高性能修补材料力学和变形性能与其微观结构的关联性，并从物理作用力和化学键力研究了高性能修补材料对水泥混凝土裂缝的粘结修复机理。