高钛矿渣是钒钛磁铁矿冶炼生铁排出的固体废弃物,随着钢铁行业的发展,其排放和堆存问题日益严重,造成生态环境的破坏。高钛矿渣稳定、耐磨、高强,且有微火山灰活性,是优质的替代骨料。然而,高钛矿渣鲜少被用作高强、高性能混凝土骨料,且高钛矿渣混凝土的微观结构和性能缺乏系统研究,高钛矿渣与水泥基体的相互作用机制尚不清晰。因此,本文以高钛矿渣作骨料完全替代天然骨料,制备高性能混凝土,并对该混凝土的性能、微观结构及浆-骨界面作用机制展开了系统研究。提高了高钛矿渣的综合利用率,并为高钛矿渣在高性能混凝土中的应用提供理论依据。基于紧密堆积理论和高钛矿渣颗粒特性建立了适用于多孔骨料混凝土的配合比设计方法,并利用该方法制备得到两类高性能混凝土:高钛矿渣活性粉末混凝土（TSRPC）和高钛矿渣高强高性能混凝土（TSHPC）。系统研究了TSRPC和TSHPC的力学性能、水化特性、自收缩和耐久性。重点探究了高钛矿渣高性能混凝土的浆-骨界面结构,揭示了高钛矿渣与水泥基体的作用机制;并对高钛矿渣高性能混凝土生产过程的环境效益、经济效益和社会效益进行了综合评价。结果发现,利用实际最紧密堆积的配合比设计方法,控制水泥用量小于500 kg/m~3,可制备得到C120-C180等级的TSRPC和C80等级的TSHPC,固废利用率超过70%,有效提高了高钛矿渣的综合利用率。与同等级天然骨料高性能混凝土（QSRPC和QSHPC）相比,高钛矿渣高性能混凝土的耐久性和力学性能更优异;达到相同强度等级,TSRPC比QSRPC所需钢纤维掺量更少,所需养护温度更低。这与高钛矿渣骨料的颗粒结构、化学组成及其与水泥浆体的作用机制密切相关。高钛矿渣的内养护作用可有效降低TSRPC水化28 d的自收缩,降低率达6.47%。尽管如此,高钛矿渣骨料因吸水率低,后期释水不足,难以长期维持浆体的湿度。适量的缓凝剂可通过与高钛矿渣形成协同效应,使TSRPC浆体的内部湿度在水化10 d后仍保持在90%以上。高钛矿渣与水泥浆体之间存在物理化学双重作用。一方面,高钛矿渣粗糙、多孔,浆体可渗入骨料孔隙通过机械嵌固和增加接触面积的方式提高界面粘结力。同时,高钛矿渣骨料与浆体之间通过“水分交换”,使混凝土内部湿度达到动态平衡,有效避免了大尺寸Ca（OH）2晶体在界面过渡区的定向生长。另一方面,高钛矿渣表层玻璃相与水泥浆体发生火山灰反应生成C-S-H及其衍生物覆盖于高钛矿渣骨料表面并填充在浆-骨界面间隙,提高界面密实度,进而改善混凝土力学性能和耐久性。与天然骨料高性能混凝土相比,生产1 m~3 TSRPC和TSHPC分别可降低环境成本78.68元和22.49元,综合效益较好。