水泥基材料的早期收缩开裂是导致混凝土结构耐久性降低、服役寿命缩短的重要因素之一,在水泥基材料中掺入膨胀剂可有效抑制其收缩变形,改善混凝土结构的耐久性。本文围绕掺膨胀剂后水泥基材料膨胀力学问题,通过实验测试、理论建模与数值分析,探究了掺膨胀剂的水泥基材料在水化过程中的变形和应力变化规律。主要研究内容及结论如下：(1)设计并制作了不同水灰比和膨胀剂掺量下圆柱体水泥净浆和水泥砂浆试件,测试了不同养护龄期时的圆柱体试件的径向自由膨胀率,分析了养护龄期、水灰比和膨胀剂掺量对各圆柱体试件径向自由膨胀率的影响。结果表明：水泥基材料圆柱体试件的径向自由膨胀率在14天前随龄期的增加而增大,但在14天后略有下降,并趋于稳定；各试件的径向自由膨胀率随膨胀剂掺量的增加而增大,但随水灰比的增大而减小；在相同条件下,水泥净浆试件的径向自由膨胀率高于水泥砂浆的径向自由膨胀率。(2)基于复合材料的细观力学理论,建立了含钙矾石膨胀单元的水泥净浆两相和水泥砂浆三相复合材料的代表性体积单元模型；根据各相材料单元之间的相互作用,建立了水泥基材料代表性体积单元内的微观位移、微观应变和微观应力的计算模型,并利用均匀化方法,给出了无限大水泥净浆和水泥砂浆试件中宏观应力的计算方法；最后,进行了掺入一定量膨胀剂的水泥净浆试件膨胀应力的实例计算,结果表明,掺入适量的膨胀剂,可对水泥净浆的收缩变形起到补偿作用,而膨胀剂的掺量过小,补偿作用不明显,掺量过大,在水泥净浆内部产生的膨胀应力过大,将引起水泥净浆试件的开裂。(3)利用Powers水化模型和细观力学的Moil-Tanaka方法,给出了不同水泥水化程度时的水泥净浆、水泥砂浆和混凝土材料的弹性模量和泊松比的计算方法,分析了水泥水化程度、水灰比等参数对材料的弹性模量和泊松比的影响。结果表明,随着水泥水化程度的增加,水泥基材料的弹性模量增大,但泊松比减小,且水泥水化前期,二者增加较快,但水化后期,随着水泥水化程度的稳定而逐渐趋于平稳；高水灰比的水泥基材料的弹性模量小于低水灰比低水灰比材料的弹性模量。(4)利用MATLAB语言编制了相应的分析程序,分析了养护龄期、孔隙率和水灰比对代表性体积单元变形和应力的影响,并以圆柱体试件径向自由膨胀率计算为例,将计算结果与试验测试结果进行对比分析。结果表明,圆柱体试件的膨胀应力和单元围压应力随着养护龄期的增加而增大,随水灰比的增大而减小,随孔隙率的增大而减小；且试件径向自由膨胀率的计算值与实测值较为一致。