骨料约占混凝土体积的70%以上,是混凝土的重要组成部分。当前建筑结构逐步向高层化、大跨度方向发展,传统砂石骨料自重大、耗能高,难以满足现代工程对混凝土的新需求。轻骨料混凝土可使用工业废弃料、人造轻骨料等替代传统砂、石骨料,减少对不可再生资源消耗的同时,也有利于促进固废资源化利用,发展前景较好。然而,轻骨料种类众多,不同种类的轻骨料对混凝土的物理力学性能影响各异,发展不同骨料类型的轻骨料混凝土可以满足不同工程的应用需求。鉴于此,本文选取4种轻骨料:圆球形粉煤灰陶粒、碎石形粉煤灰陶粒、聚苯乙烯（Expanded polystyrene,EPS）颗粒、高吸水性树脂（Super absorbent polymer,SAP）颗粒,首先对比了不同轻骨料特性,并制备了2种强度等级的水泥石基体,在此基础上将不同种类轻骨料与不同强度等级水泥石基体匹配,研究轻骨料种类对混凝土物理力学性能的影响及其作用机理。本文系统研究了不同轻骨料种类、堆积密度、筒压强度、吸水率、级配、蓄水程度、颗粒形貌等特性,对混凝土工作性、物理力学性能、干缩等性能的影响规律,并结合数值模拟和微观测试,揭示了其影响机理,为不同特性轻骨料混凝土的制备及其在不同工程领域中的应用提供参考。主要研究内容与结果如下:分别通过响应曲面法和单因素试验法对高强水泥石基体和中等强度水泥石基体进行配比设计与性能优化。首先,基于紧密堆积理论,选用硅酸盐水泥为主要胶凝材料,硅灰、粉煤灰为矿物掺合料,利用响应曲面法中的D-最优设计方法进行试验设计。建立以水泥、硅灰、粉煤灰、减水剂、水胶比为自变量,以工作性、28d抗压强度为响应值的高强水泥石基体的预测模型,确定高强水泥石基体各组分的最佳配比,并进行了试验验证,获得了流动度153mm,28d抗压强度为133.5MPa的高强水泥石基体;通过单因素试验,确定中等强度水泥石基体优配比,经性能优化,制备得到流动度276mm,湿容重1810kg/~3,3d抗压强度23.8MPa,28d抗压强度58.8MPa的中等强度水泥石基体。研究了4种轻骨料的堆积密度、筒压强度、吸水率等基本物理力学性能和微观结构等方面的差异。选取3～5mm、5～8mm两种粒径轻骨料进行级配优化设计。在此基础上,针对不同种类骨料体系进行了蓄水率设计,并进一步对圆球形粉煤灰陶粒和EPS颗粒2种球形轻骨料进行造壳增强与表面改性研究。圆球形陶粒堆积密度最大,筒压强度最高,分别为881kg/~3和9.7MPa;EPS颗粒堆积密度最小,仅13kg/~3,几乎不具备承载力;SAP颗粒吸水倍率最大,1h吸水量高达自身质量的93倍;EPS颗粒基本不吸水。对比骨料的微观结构发现,圆球形陶粒和碎石形陶粒表面存在一定数量的孔洞,且表面较为粗糙;圆球形陶粒内部孔隙结构发达,相互贯通;碎石形陶粒内部多为闭口孔隙,孔壁结构较致密。EPS颗粒表面呈蜂窝结构,内部孔壁呈褶皱状;SAP表面光滑,内部略有沟壑。骨料体积配比V（5~8mm）:V（3~5mm）:圆球形陶粒35:65;碎石形陶粒35:65;EPS颗粒25:75;SAP颗粒40:60时,各骨料体系的堆积密度最大,对应的空隙率最低。控制SAP的不同吸水时间制备了不同粒径范围的SAP骨料。利用ABAQUS对核壳型轻骨料在混凝土内部的受力进行数值分析发现,骨料中应力主要由外层高强壳体承担,最大应力值主要分布在壳体与内核骨料之间的界面处,造壳增强作用明显。制备了不同轻骨料体系/不同水泥石基体混凝土,对比分析了不同骨料体系对不同强度基体混凝土物理力学等性能的影响规律。浆骨比为45:55时,新拌混凝土工作性良好,试块成型密实。骨料种类对不同强度基体混凝土工作性的影响规律一致,坍落度大小顺序为SAP混凝土＞EPS混凝土＞圆球形陶粒混凝土＞碎石形陶粒混凝土,骨料的预湿处理程度以及颗粒形貌是影响混凝土工作性的主要因素。骨料的堆积密度、吸水率、筒压强度对混凝土力学与干缩等影响显著。由不同混凝土应力-应变曲线发现,陶粒混凝土的破坏形式为脆性破坏,EPS混凝土和SAP混凝土则呈韧性破坏。轻骨料预吸水对干缩有抑制作用,碎石形陶粒混凝土和圆球形陶粒混凝土的干缩率分别比EPS混凝土降低了58.9%、37.26%。但是SAP混凝土却表现出最大干缩率。通过X射线衍射（XRD）分析发现,骨料的蓄水量影响混凝土内部胶凝材料的水化进程和水化产物分布。其中蓄水量最大的SAP骨料对水泥石基体的“内养护”作用更明显,轻骨料的“内养护”作用在低水胶比的高强水泥石基体中效果更显著。核壳型轻骨料混凝土干密度略有上升,吸水率显著下降,抗压强度明显提高,抗冻性显著改善。