纳米技术的发展为水泥基材料的可持续发展提供了新的动力。纳米材料可以在纳米尺度上对水泥基材料进行改性,既包括改善水泥基材料的力学性能,也包括赋予水泥基材料功能特性。本文在纳米二氧化硅和纳米碳纤维复合砂浆的制备工艺与性能研究的基础上,探索了纳米二氧化硅和纳米碳纤维复合砂浆的碳化性能与电化学性能。本文首先研究粉煤灰掺量(0%、1 0%、20%、30%和60%)对砂浆堆积密度、抗压强度、抗折强度、电化学阻抗和碳化深度的变化规律。研究表明:砂浆试件的抗压强度随着粉煤灰掺量的增加而逐渐降低。砂浆试件的抗压强度和电化学阻抗值随着养护龄期的延长而增大。粉煤灰掺量越多,砂浆基体后期强度的增长越明显。砂浆试件的碳化深度随着碳化时间的增加而增大。砂浆的碳化深度随着粉煤灰掺量的增多而增大,其28d碳化深度可增至20mm。配合比相同砂浆的电化学阻抗值随着龄期的增加而增大;粉煤灰掺量增加,砂浆的电化学阻抗值会有不同程度的降低。本文研究了零维纳米材料/二氧化硅和一维纳米材料/碳纳米管对砂浆堆积密度、基体抗压强度、电化学阻抗以及碳化条件下碳化深度的影响规律。研究表明:对于未掺粉煤灰砂浆试件而言,纳米二氧化硅颗粒的加入没有显著改善砂浆试件的早期和后期抗压强度。对于掺有粉煤灰试件而言,纳米二氧化硅颗粒的加入改善砂浆试件的抗压强度,特别是早期抗压强度,随着二氧化硅颗粒掺量的增加,砂浆的抗压强度呈现增大趋势。此外,纳米二氧化硅颗粒的加入能够增大基体的电化学阻抗值,且砂浆试件的电化学阻抗值随着纳米二氧化硅掺量的增加而增大。对于粉煤灰掺量为3 0%的砂浆试件而言,纳米二氧化硅颗粒的加入降低了砂浆试件的碳化深度。对于粉煤灰掺量为60%的砂浆试件而言,碳纳米管的加入使得砂浆试件早期的碳化深度显著降低,且随着碳纳米管掺量的增多,碳化深度逐渐减小。基于最大密实理论,根据水泥基材料组成的实际情况,合理假设,得出连续粒径球形颗粒紧密堆积体系密实度和纳米纤维增强堆积体系密实度的理论计算模型,以及接近实测值的球形体系及纳米纤维增强体系密实度的修正模型,并在试验的基础上,最终建立了微粒级配数学模型。浆体硬化后期的有害孔隙率与总孔隙率之间服从对数关系。根据微粒级配模型,可推知体系有害孔隙率大小,以确定体系配比合理性。研究表明:在条件一定情况下,浆体硬化后期的有害孔隙率与总孔隙率之间服从对数曲线关系。掺入纳米纤维材料后混合物的最可几孔径向小孔方向移动,改善微粒级配,增加体系密实度,可以明显改善砂浆孔结构。纳米纤维材料的引入,从宏观力学性能表现为能够大幅度提高抗折强度,运用计算体系密实度的大小来定性预测水泥砂浆抗弯强度的优劣。