近几十年来,水泥混凝土作为用量最大的建筑材料,为我国的基础设施建设发挥了巨大的作用。但是水泥混凝土材料在服役过程中,由于荷载的波动性和外界环境的长期侵蚀作用,使得混凝土结构时刻经受着严峻的考验,导致混凝土出现性能劣化造成建筑物的损坏。因此,随之而来的维修、加固、延寿工程也将成为社会发展的重大需求。尤其是“强节点,弱构件”观念的加深,对高性能建筑修补材料的性能提出了更高的要求。超高性能混凝土作为一种新型水泥基复合材料,可满足诸多性能的需求,但是凝结时间相对修补要求而言较为缓慢;修补材料可实现快硬早强,但是在后期强度发展和耐久性方面存在一定的问题。因此,综合考虑修补材料快硬早强和超高性能混凝土的超高强度、耐久性的优点,研制一种快凝快硬超高性能混凝土材料具有重要意义。本文以磷酸镁材料和铝酸盐水泥两种特种水泥为基本研究对象,通过响应面优化法和最紧密颗粒堆积理论对快速修补材料进行配合比优化设计,探究不同胶凝体系材料制备快凝快硬超高性能混凝土的可能性。对优化组配合比的凝结时间、力学性能、粘结性能及微观水化等进行性能评价与分析,主要研究内容和结论概括如下:（1）为了提升磷酸镁胶凝材料的早期性能,通过响应面研究P/M、硼酸掺量和水胶比对磷酸镁材料3h抗压强度的影响,D-最优化法优化得出配比:即P/M为0.25,硼酸掺量为5%,水胶比为0.12。通过对最优组配比进行实验验证,即凝结时间15 min以内,3h抗压强度为67.0 MPa,7d强度可达96.5 MPa。（2）为了探究磷酸镁材料制备超高性能混凝土的可行性,在优化得到的磷酸镁净浆配比的基础上,采用两种不同粒径的骨料（0-0.6 mm,0.6-1.25 mm）利用最紧密颗粒堆积理论进行磷酸镁砂浆材料的设计,在集胶比为0.8时,得到3h抗压强度40 MPa以上,7d抗压强度64.7 MPa的磷酸镁砂浆;钢纤维对于磷酸镁砂浆的抗折强度提升率高于抗压强度,7d抗折强度提升率最高可达58%,对早期抗压强度的提升率高于后期强度,但仍达不到超高性能混凝土超高强度的要求。（3）为了提升铝酸盐胶凝材料的早期性能,本文使用石膏对铝酸盐水泥凝结时间进行优化;通过响应面法研究水泥、石粉、硅灰掺量对铝酸盐水泥3h抗压强度的影响,优化得出水泥含量相对较少且凝结速度快、强度发展高的最优配比。在石膏取代量为15%时可将凝结时间从120 min缩短至20 min以内;在水泥+石膏掺量65%,石粉20%,硅灰15%的配比下,实现凝结时间在20 min以内,3h抗压强度32.0 MPa,28d抗压强度达到110.4 MPa。硅灰-石粉-铝酸盐水泥体系可提高铝酸盐水泥微观结构的密实度,宏观上表现为较高的力学性能。（4）为了探究铝酸盐材料制备超高性能混凝土的可行性,在响应面优化配比的基础上,采用最紧密堆积理论对铝酸盐水泥进行配合比设计,在此配合比基础上对水胶比进行调整,得出快凝快硬铝酸盐超高性能混凝土的配比:水泥:石膏:硅灰:石粉:S1:S2:水=637.5:127.5:150:200:770:220:180,此配比凝结时间在30 min以内,3h抗压强度达到20.0 MPa,1d强度达到70.3 MPa,28d强度达到118.7 MPa;相较于未掺纤维的对照组,2.5%体积掺量钢纤维对铝酸盐超高性能混凝土3h和28d抗压强度分别可提升157.0%和46.1%,7d抗弯峰值强度比1%钢纤维的一组提升112.6%。（5）本文基于最紧密颗粒堆积理论和响应面优化法,探索不同快速修补体系胶凝材料制备快凝快硬超高性能混凝土的可行性,最终采用铝酸盐水泥制备出满足快凝快硬和超高强度要求的快凝快硬超高性能混凝土。铝酸盐超高性能混凝土的制备验证了颗粒堆积理论在不同水泥体系应用的可实施性,对于快速修补材料的深入发展具有一定的理论指导意义。