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随着我国基础设施建设的快速发展,许多重要建筑工程或特殊工程构件均需要高性能水泥基材料,如大跨度梁和板、高速公路铁路桥梁和板、高强军事防护工程及民用建筑工程特殊构件或制品等。但水泥基材料的多孔结构和较高的孔隙率严重制约了水泥基材料的高性能化,通过降低水泥基材料初始水灰比和采用加压成型技术是提高致密度并实现其高性能化的有效途径。但是降低水灰比会造成水在水泥中不能均匀分散,使部分富水颗粒之间极易形成‘液桥’,导致水泥颗粒发生非均匀团聚,以及部分贫水颗粒非均匀水化,造成水泥基材料组成和微结构的不均匀,其性能大幅度波动。因此,解决在加压和低水灰比条件下水的均匀分散性问题是低水灰比水泥基材料高性能化的关键。由于‘液桥’一旦形成便很难彻底消除,因此本文从无‘初始液桥’的角度出发,提出‘固态拌合水’微结构均匀控制技术制备超低水灰比水泥基材料,对超低水灰比水泥基材料微结构均匀控制与多尺度表征、匀质微结构超低水灰比水泥基材料水化硬化和破坏机制、微粉对超低水灰比水泥基材料性能的影响和碳纤维增强超低水灰比水泥基材料展开系统研究。并借助三维X射线显微镜（X-CT）、压汞仪（MIP）、X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、热重分析仪（TG）、水化热分析仪等仪器设备探究其作用机理。主要研究结果如下:1.采用‘固态拌合水’制备技术,在超低水灰比条件下,成功制备了组分和微结构均匀的高性能水泥基材料。采用‘固态拌合水’技术制备的超低水灰比水泥基材料抗压强度值的波动幅度低于自身强度的4.4%,降低了66.3%;超声波传输振幅提高94.4%,超声波传输傅里叶变换曲线积分值降低51.9%;硬化浆体毛细孔尺寸分布范围缩小至0.1～7μm,明显低于对照组0.01～200μm的分布范围;X-CT结果表明与对照组多孔、大孔（≥9μm）结构不同,‘固态拌合水’技术制备的硬化浆体内部不存在任何大于9μm的空隙;与对照组相比,‘固态拌合水’技术制备的硬化浆体内具有相同粒度分布的水泥颗粒,未水化水泥颗粒尺寸的波动幅度降低62.1%。2.超低水灰比条件下,水泥最大水化反应速率变化规律发生改变。一般来讲水灰比增大,最大水化反应速率会相应提高。但水灰比为0.16时,最大水化反应速率达到34.51×10-4mW/mg略高于水灰比为0.30时的34.12×10-4mW/mg。主要原因之一是由于水灰比为0.16时孔溶液Na+和K+离子浓度较大、孔溶液碱度较高,促进水泥水化。3.超低水灰比条件下,匀质微结构水泥基材料水泥水化机制发生变化。当水灰比低于0.16时,硅酸盐水泥水化机制由水灰比为0.30时的‘结晶成核与晶体生长（NG）-相边界反应（I）-扩散（D）’机制转变为‘结晶成核与晶体生长（NG）-扩散（D）’机制。4.超低水灰比和加压成型条件下,匀质微结构超低水灰比硬化水泥浆体孔隙率和抗压强度的变化规律发生改变。一般来讲水灰比增大,水泥硬化浆体孔隙率增大,抗压强度降低。但超低水灰比硬化水泥浆体孔隙率随水灰比的增大而减小、抗压强度随水灰比的增大而增大。这是由于成型压力决定了初始孔隙率,在相同养护龄期水化产物的量和水化产物对初始空隙的填充率随水灰比的增大而提高,孔隙率降低,抗压强度增大。5.匀质微结构超低水灰比硬化水泥浆体破坏机制研究表明,硬化水泥浆体抗压强度与总孔隙率之间满足y=366.2exp（-7.382x）的指数函数关系,证明总孔隙率是决定匀质微结构超低水灰比水泥基材料力学性能的关键因素。6.成型压力对超低水灰比水泥基材料孔隙率和力学性能有重要影响。超低水灰比水泥基材料初始孔隙率随成型压力的增大逐渐减小,二者之间满足y=21.68exp（-0.0062x）+16.78的指数函数关系。超低水灰比硬化水泥浆体孔隙率随成型压力的增大逐渐减小、力学强度随成型压力增大逐渐增大。适宜成型压力为300 MPa,在此压力下,28天硬化水泥浆体孔隙率降低至9.7%,抗压强度增长至215.4 MPa、抗折强度增长至27.5 MPa。7.矿渣微粉可以有效地改善超低水灰比水泥基材料的微结构和力学性能,其适宜掺量为10%。在此掺量下28天硬化水泥浆体孔隙率低至4.8%、抗压强度达到247.5 MPa、抗折强度达到35.4 MPa。此外,矿渣微粉对超低水灰比水泥水化机制有重要影响。当矿渣微粉掺量达到20%,超低水灰比水泥水化机制由‘结晶成核与晶体生长（NG）-扩散（D）’机制转变为‘结晶成核与晶体生长（NG）-相边界反应（I）-扩散（D）’机制。8.硅灰可以有效地改善超低水灰比水泥基材料的微结构和力学性能,其适宜掺量为15%。在此掺量下,28天硬化水泥浆体孔隙率低至2.8%、抗压强度达到296.3 MPa、抗折强度达到43.8 MPa。9.石英砂可以有效地降低超低水灰比水泥基材料的收缩和孔隙率、提高硬化浆体力学性能,其适宜掺量为20%。在此掺量下,水泥基材料的化学收缩率降低至0.1129 ml/g、150天干燥收缩率降低至147.4×10-6,与对照组相比分别降低37.9%和38.1%;28天硬化水泥浆体孔隙率降低至2.2%,与对照组相比降低21.4%;28天硬化水泥浆体28天抗压强度达到311.5 MPa、抗折强度达到47.4 MPa,与对照组相比分别增长5.1%和8.2%。10.碳纤维可以有效地提高超低水灰比水泥水泥基材料抗折强度、抗折强度与密度的比值和抗冻性,降低干燥收缩,其适宜掺量为0.3%。在此掺量下,28天抗折强度达到56.1 MPa、抗折强度与密度的比值达到0.0212、200次冻融循环后质量损失和强度损失降低至2.23%和12.0%、150天干燥收缩率降低至117.0×10-6,与对照组相比抗折强度提高18.4%、抗折强度与密度的比值提高19.1%、质量损失率和强度损失率降低58.6%和35.8%、干燥收缩率降低20.3%。