颗粒堆积理论在医学制药、陶瓷工艺、粉末冶金等不同材料应用领域被广泛地用于进行经济分析和优化,近年来也将其应用于混凝土材料的优化设计中,尤其是被众多研究者认可的可压缩堆积模型(Compressible Packing Model,简称CPM模型)。但目前颗粒堆积模型的应用技术仍处于试验研究阶段,尚未形成较为完善的适用于混凝土材料设计的应用理论,系统研究颗粒堆积模型在绿色生态混凝土中的应用理论及设计方法,将有利于低水泥用量绿色混凝土在混凝土工程中的健康、可持续发展。通过国内外文献的查阅,对已有的颗粒堆积模型发展进行了综述,通过分析研究表明,在这些颗粒堆积模型的理论推导中,均没有直接考虑到颗粒形貌特性对颗粒体系堆积密实的影响,这也是利用颗粒堆积模型对混合料颗粒体系堆积密实度的预测值与实验值间存在一定差异的主要原因之一。因此,本课题着重对骨料颗粒形貌特性进行研究,并对CPM模型中的作用效应系数进行优化和完善,以进一步提高CPM模型预测混合料颗粒体系堆积密实度的精确性。首先,从已有的颗粒形貌特征参数量化指标中选取8个最具有代表性的量化参数指标(扁平度、针状度、分形维数、凸形度、球形度、形状因子、棱角性和圆形度)并对其进行系统分析,然后采用数字图像分析处理技术(Image Pro-Plus,简称IPP)对选取的骨料样品颗粒进行图像处理,以提取与这8个颗粒形貌量化指标有关的参数。同时,为了验证这些量化参数指标的合理可行性,研究了这8个形貌特征量化参数指标与混合颗粒体系堆积密实度的关联性,结果表明,除了形状因子量化参数指标外,其它7个量化参数指标与颗粒体系堆积密实度的相关性都较高。其次,基于可压缩堆积模型的理论推导和发展及前期对骨料颗粒形貌特征研究,选取球形度和棱角性这两个参数作为修正和完善CPM模型中松动效应和附壁效应的最佳量化形貌参数指标,结合数值回归分析的方法,提出了两个与骨料颗粒形貌特性相关的形貌函数。最后,利用修正后的CPM模型对三元混合料颗粒体系进行了研究,并比较CPM修正模型和CPM模型分别对三元混合颗粒体系堆积密实度预测值与实验值的相对误差,以验证CPM修正模型对混合颗粒体系堆积密实度预测的精确性,同时结合工作性能预测模型和力学性能预测模型以更进一步地验证CPM修正模型的有效可行性和精准性,为后续研究CPM修正模型对混凝土混合材料进行优化设计奠定基础;根据对CPM修正模型在混凝土中的应用研究,推荐了一种基于CPM修正模型的绿色混凝土的性能优化设计方法,是推动具有良好综合性能的低碳绿色混凝土经济可持续发展的前进动力。