近些年,纳米材料由于具备促进水泥水化、改善基体机械性能及提高基体耐久性等潜能,在水泥混凝土中的应用得到广泛的关注,其中,纳米SiO₂因其有较高的火山灰活性受到研究者的青睐。研究发现,纳米材料的易团聚、难分散问题限制了其改性基体的性能;此外,纳米材料的高成本问题使其在水泥混凝土中实现工业化应用的障碍。针对这两个制约纳米材料在水泥基材料中应用的关键问题,本文在重点研究纳米SiO₂在水泥基材料中的分散特性及其改进方法基础上,探究了将纳米改性水泥基材料用作结构保护层的性能特点,以期为纳米SiO₂在水泥基材料中的规模化应用提供参考。本论文首先探讨了表面活性剂（减水剂）及物理分散纳米SiO₂对水泥凝结硬化过程的影响。研究结果表明,某些商用减水剂并不能进一步分散纳米SiO₂水溶液,对水泥砂浆流动度和抗压强度没有明显改善作用。高强度物理分散的纳米SiO₂虽然可以明显改善其在水介质中的分散程度,但当其与存在较多离子的孔溶液相互作用时,均发生相同程度的凝胶化。因此,纳米材料常用分散方式无法改善纳米SiO₂在水泥基体中均匀分散/分布。其次,论文在分析纳米SiO₂于硅灰和粉煤灰表面的吸附形式的基础上,探究了微纳米吸附分散方式对水泥基材料水化硬化的影响,尤其对拌合砂浆的流变性及水泥后期水化的影响。结果显示,纳米SiO₂在硅灰表面的吸附形式为多层吸附,遵循Freundlich吸附方程。与粉煤灰吸附预分散纳米SiO₂比较,硅灰吸附预分散纳米SiO₂可以明显改善水泥砂浆的流变性能,提高纳米SiO₂在水泥基体中的分散/分布,缩短水泥净浆的凝结时间,提高水泥基体的宏观强度。此外,硅灰吸附预分散纳米SiO₂,减弱了纳米SiO₂对水泥颗粒的包裹作用,增加了水泥后期水化程度,有利于水泥基体后期抗压强度的增加及孔结构的细化。但与无纳米SiO₂的空白试样比较,该吸附分散并没有完全消除对水泥颗粒的包裹作用。论文最后讨论了纳米SiO₂改性水泥砂浆用作结构保护层的性能特点。通过界面宏观强度及微观形貌可以看出,纳米SiO₂可以提高层状水泥砂浆界面的早期抗折强度,改善界面的早期性能。但随着龄期的增加,界面外侧纳米改性保护层与内侧空白基体强度逐渐增强,而界面处是结构的薄弱区域,容易引起应力集中,抗折强度降低。此外,纳米SiO₂改性保护层可以提高结构的抗氯离子侵蚀性能,可通过变换纳米改性保护层的厚度,达到不同程度的抗氯离子侵蚀性效果。在碳化环境下,随纳米SiO₂掺量增加,纳米改性保护层的表层结构CS-H凝胶碳化明显,不利于凝胶结构的稳定性,纳米改性保护层结构的整体抗碳化性能还需要进一步研究。