基于水泥基复合材料的多尺度物理特征、多阶段的开裂特性和磨损、冻融循环性能劣化理论,引入微米级尺度的碳酸钙晶须（CW）构建碳酸钙晶须增强水泥基复合材料（CWRC）分析其在磨损、冻融循环作用下的物理、力学性能以及微观机理。并且在此基础上构建钢纤维-聚乙烯醇（PVA）纤维-CW多尺度纤维增强水泥基复合材料（MSFRC）研究其在冻融循环作用下的物理、力学性能以及微观结构。具体研究内容及成果如下:（1）CWRC的耐磨性能和压缩性能研究。结果表明:随着CW体积掺量的增加,CWRC水泥砂浆的耐磨性和抗压强度也随之增强。CW的桥联作用、填充作用、稀释作用、CH取向的改善作用,使基体更加密实,同时,CW与粉煤灰协同作用在改善耐磨性方面更加有效。并且耐磨性参数与抗压强度之间表现出良好的线性关系。（2）采用半圆弯曲试验,分析冻融前后CWRC物理、力学性能以及微观结构的变化规律,明确了CW的作用机理。研究发现:不同冻融循环后,CWRC的抗氯离子渗透性随着CW体积掺量的增加而提高;在三点弯曲荷载作用下,不同冻融循环后,随着CW体积掺量的增加,水泥砂浆的力学性能劣化得到有效缓解;其中3.0%CW体积掺量的抗弯强度、断裂韧度以及断裂能最高。CW桥联、CW断裂、CW拔出和裂纹偏转等微观阻裂机制随着CW体积掺量的提高更加有效。基于材料力学理论,建立了三种不同的本构模型（双参数有理分式模型、有理分式方程模型、单参数有理幂函数模型）,来解释CW对水泥砂浆在不同冻融循环后应力应变行为的影响。结果表明,只有模型Ⅱ完全符合其边界条件,与试验结果拟合效果最好。（3）MSFRC冻融前后单轴压缩性能以及微观结构分析。研究发现,CW的引入可以提高MSFRC的抗冻性能,并且这种趋势随着CW体积掺量的增加而变得更加明显。具体而言,引入CW后,MSFRC的轴心抗压强度、弹性模量以及应变能提高,但随着冻融循环次数的增加而降低。建立了考虑冻融循环次数和CW体积掺量的MSFRC损伤本构模型,该模型能够很好地解释冻融循环次数和CW体积掺量对于MSFRC初始损伤的影响。此外,对冻融循环前后MSFRC微观形貌和孔隙结构进行了分析,引入CW可以提高钢纤维、PVA纤维表面界面过渡区的密实度,有效地改善冻融前后水泥基材料的微观形貌和孔隙结构,进而提高其抗冻性能。（4）通过对MSFRC在不同冻融循环作用前后物理、力学性能的研究,可以发现,钢纤维、PVA纤维和CW混杂纤维体系在宏观、细观和微观尺度上的协同效应,可以细化和限制孔隙及由孔隙连通引起的裂纹;并且增强试件的弯曲性能和压缩性能;改善基体的破坏形态,即由脆性变为延性;150次冻融循环后,对照组棱柱体试件已全部破坏,对照组立方体试件在600次冻融循环后仍保持较好的完整性;最后基于损伤力学理论,建立MSFRC的损伤本构模型,可以发现:预测模型与试验结果拟合效果良好。