水泥基材料是世界上用量最大的建筑材料,具有多相、多尺度特征,其微观结构与微观各相的力学性能构成材料整体性能的基础。建立水泥基材料微观与宏观性能之间的多尺度联系,是未来实现基于性能的材料设计的必要途径。为此,本研究基于实验力学方法,旨在对水泥基材料微观各相的力学特性及其影响因素展开分析。对典型水灰比(w/c=0.2,0.4,0.6)和典型水泥等级的(P.O.32.5,P.O.42.5,P.O.52.5)的水泥净浆试件进行点阵纳米压痕试验,采用解卷积分析解析微观各相的弹性模量和硬度。为克服解卷积分析的不足,引进了机器学习中的聚类分析方法,用以分析多相材料点阵纳米压痕的混合试验数据。采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等现代材料测试手段,结合灰度分析、聚类分析Rietveld精修和线性回归分析等数据处理方法,对水泥基材料微观结构与矿相的多相特征进行了分析,并进一步考察了试验参数、材料参数和高温环境对其微观结构和微观力学性能的影响。得到主要成果如下:1)采用SEM观测水泥基材料的微观形貌,发现水泥基材料微观结构随水灰比降低、水泥强度等级提高和水化程度提高而更加密实;同时通过图像处理,对水泥基材料进行了物相鉴别和定量表征。通过XRD分析了水泥基材料的主要矿物成分,包括C-S-H凝胶、CH晶体和未水化水泥熟料等,并采用Rietveld精修法进行了定量表征。2)采用点阵纳米压痕技术测试了水泥基材料的微观力学性能,结合解卷积分析和聚类分析,获得了微观各相的弹模和硬度,并进一步分析了水泥基材料参数,包括水泥强度等级、水灰比和养护龄期,对弹模、硬度和物相含量的影响,最后通过线性回归得到了弹性模量和硬度关于水泥强度等级、水灰比和压痕深度的经验公式。3)分析了4个典型高温(常温,200℃,400℃,600℃)下水泥基材料强度和微观各相力学性能的变化,揭示了高温对微观物相的影响机理,发现300~400℃是造成微观物相破坏的临界温度范围。