混凝土的碱—骨料反应一直是全世界研究的热门课题。大量的研究结果已经指出，在配制混凝土的过程中掺入矿物掺合料可以有效地抑制碱—骨料反应有害膨胀的发生，同时采用这些掺合料还可以提高混凝土其它方面的耐久性能，并且节约成本，因此研究矿物掺合料抑制碱—骨料反应的有效性，以及对抑制碱—骨料反应的胶凝材料进行设计有重要的价值。本文采用采用岩相法（ASTM C295-08），砂、石碱活性快速试验方法（CECS48:93），快速砂浆棒法（ASTM C1260）以及场发射扫描电子显微镜（FESEM）多种测试手段对湖南湘江湘阴段、湘潭段、望城段的砂子和卵石的碱活性进行了全面的调查研究。研究结果表明，湘江湘潭段、湘阴段和望城段的砂和卵石由硅质的杂砂岩和石英岩组成，其中存在相当含量结晶较差的隐晶和微晶石英，具有碱活性的可能性极大；快速砂浆棒法测得的结果也指出，试件14d的膨胀值均超过了ASTMC1260规定的阈值0.1%，因此，判定这些砂和卵石为碱活性骨料。最后通过扫描电子显微镜的观察，发现了典型的碱-硅酸（ASR）反应产物凝胶形貌，以及骨料周边的裂纹，同时辅以能量散射X-射线分析（EDXA），得到了这些产物的化学组成，证实了产物为ASR凝胶。在上述实验结果的基础上，通过掺入粉煤灰和矿粉等质量取代水泥，可以有效地抑制ASR反应的膨胀。同时，采用正交设计法设计的了7组实验对抑制ASR反应膨胀的胶凝材料进行了优化，绘制了相应的膨胀值等值线图，并得到了抑制ASR反应膨胀的安全的胶凝组分区域。基于正交设计法的基本原理，求得了预测ASR膨胀的回归方程模型，对湘江砂和卵石分别设计了多组实验，比较了预测值与实测值，结果显示，一方面，预测的结果误差非常小，满足规范的精度要求，另一方面，置信水平为95%时，预测值与实测值也显示出非常好的拟合效果。证实了因子设计法用于抑制ASR膨胀的胶凝材料设计时有很好的适用性。本文的研究揭示了湘江砂和卵石存在碱活性，采用这类骨料的工程发生碱-骨料反应的可能性极大，必须予以重视；工程中对胶凝材料的设计，不仅要能够考虑ASR膨胀，同时还要保证其它耐久性指标的要求，因此，首次将因子设计法应用于抑制碱骨料反应的胶凝材料设计，采用这种方法设计胶凝材料是非常有必要的。