加入纤维是水泥基材料增强增韧常用方法。研究如何充分发挥纤维增强增韧效能,实现纤维水泥基复合材料强度与韧性协同提升的强韧化,具有重要的科学意义与工程价值。纤维水泥基复合材料的力学行为是多种因素共同作用的结果,与纤维特性、水泥基体特性和纤维-水泥基体界面特性耦合相关。本文从这三个层面出发构建纤维增强水泥基材料强韧化设计方法,研究基于强韧化目标的纤维弹性模量及掺量、基体强度和界面强度之间的多参数匹配关系,发展基于纳米改性和纤维混杂的界面强度和基体参数调控方法,形成纳米SiO2-纤维水泥基复合材料强韧化设计理论与实现方法的系统成果。具体研究内容如下。首先,研究单裂纹纤维桥接应力本构关系及其影响因素,离散化考虑纤维分布状态及其对裂纹桥接应力的贡献,建立了纤维水泥基材料桥应力-裂纹宽度关系数值计算模型。离散化考虑纤维弹性模量、距裂纹开口距离对裂纹尖端应力强度因子的影响,提出了中高模量纤维增强水泥基复合材料断裂韧性和开裂强度计算方法,修正了纤维水泥基复合材料多缝开裂判别准则,构建了桥接应力（强度）和多缝开裂能力（韧性）协同提升的强韧化设计模型,得到了基于强韧化目标的纤维弹性模量及掺量、基体强度和界面强度之间的多参数匹配关系和临界值确定方法,提出了基于上述参数调控的强韧化实现途径。其次,研究纤维-基体界面参数调控方法及强韧化实现途径。发明了一种碳纤维表面水化活性纳米SiO2层改性方法,该纳米SiO2层可与水泥反应提高界面结合强度。通过环境扫描电镜、原子力显微镜、能谱分析、红外光谱等观测方法对改性纤维表面形貌、纤维-基体界面产物与结构进行分析并优化了改性工艺。通过单丝拔出试验确定了改性碳纤维界面性能参数,其界面强度提高2倍以上。设计了改性碳纤维水泥基复合材料,并通过桥应力试验和宏观抗拉、抗折试验研究了改性碳纤维水泥基复合材料力学性能,实现了强度和韧性大幅度协同提升。再次,研究水泥基体参数调控方法及强韧化实现途径。提出了纳米SiO2改性基体实现强韧化的方法,研究了纳米SiO2对大掺量粉煤灰水泥基体性能及PE纤维-基体界面性能的影响特性,发现基体纳米SiO2改性可以协同提升基体和界面性能。当纳米SiO2掺量为2%时,PE纤维-基体界面结合强度增加113.25%,水泥基材料初裂强度提高了30.93%、纤维桥接应力提高了31.17%,实现了强度和韧性协同提升的强韧化。通过孔结构分析、XRD衍射分析和微观结构表征揭示了纳米SiO2改性机理。结合图像处理方法和强韧化设计方法对桥应力试验进行深度分析,通过单轴拉伸试验验证了调控基体参数实现强韧化的可行性,并得到了其强韧化特征。最后,研究混杂纤维（碳纤维和PE纤维）参数调控方法及强韧化实现途径。离散化考虑混杂纤维对裂纹尖端应力强度因子的影响,计算得到了中高模量混杂纤维增强水泥基复合材料的断裂韧性和开裂强度,提出了混杂纤维桥接应力和多缝开裂能力协同提升的强韧化设计思路与计算方法,并预测了CF-PE混杂纤维体系多缝开裂所需的临界纤维掺量。通过桥应力试验分析和验证了混杂纤维掺量匹配关系与协同工作机理。通过纳米SiO2改性基体和纳米SiO2改性纤维与混杂纤维协同作用进一步实现材料性能提升,研发了基于多参数调控的强韧化水泥基材料。