自密实混凝土在保持大流动度的同时,具有一定的粘聚性,以确保拌合物不出现离析和泌水,硬化后具有良好力学性能和耐久性能。相对于同等强度等级的普通混凝土,自密实混凝土中骨料含量有所降低,但仍然占其总体积的50%⁶5%左右,是其重要组成部分,对拌合物的流动性及硬化后的力学性能和耐久性能均产生显著影响。本文从骨料颗粒特性角度出发,首先基于富余浆体理论探究了砂率、骨料级配及粗骨料最大粒径对自密实混凝土工作性能及抗压强度的影响,并对粗骨料级配进行优化设计;其次基于数字图像处理技术,采用Image-Pro Plus软件对粗骨料形状特征进行定量表征,在粗骨料级配不变的前提下,研究颗粒形状特征对粗骨料堆积空隙率及自密实混凝土工作性能和抗压强度的影响;最后考虑骨料与浆体的体积关系,研究不同水胶比条件下的骨料体积含量对自密实混凝土工作性能和抗压强度的影响,并提出基于浆体包裹层厚度的骨料体积含量优化设计方法。得出如下结论:（1）砂率存在最佳值;砂率由0.43增大到0.49,自密实混凝土拌合物的流动性得到明显增大,坍落扩展度从570mm逐渐增大到630mm,继续增大砂率至0.51,拌合物的填充性、钢筋间隙通过能力及均质性均有所降低,自密实混凝土7d抗压强度随砂率增大无明显规律,28d抗压强度随砂率增大呈先增大后减小的趋势。适当增大粗骨料最大粒径能够在一定程度上改善混凝土的工作性能,但最大粒径不宜超过19mm,否则会增大拌合物离析倾向,导致均质性和钢筋间隙通过性降低;自密实混凝土28d抗压强度随粗骨料最大粒径的增大而减小。（2）基于骨料裹浆厚度,研究颗粒级配对自密实混凝土工作性能的影响,试验表明骨料裹浆厚度存在最优值;在一定范围内,增大细骨料裹浆厚度能够提高砂浆的流动性,进而改善混凝土拌合物的工作性能,超过一定范围,由于砂浆粘度过小,导致拌合物出现离析现象,工作性能反而变差;增大粗骨料裹浆厚度能够提高混凝土拌合物的坍落扩展度,但对T₅₀₀流动时间影响不大,间隙通过能力有所提高,然而当粗骨料裹浆厚度过大时,拌合物极易出现离析,造成工作性能变差。（3）随着粗骨料球体率由0.524增大到0.5922,堆积空隙率呈先减小后增大的趋势;自密实混凝土拌合物的坍落扩展度从585mm逐渐增大到620mm,T₅₀₀流动时间逐渐减小,钢筋间隙通过能力呈现增大趋势,拌合物稳定性有所提高;自密实混凝土7d抗压强度由35.9MPa逐渐增大到39.6MPa,28d抗压强度由45.7MPa增至50.3MPa。（4）骨料体积含量存在最优值;在一定范围内,随着骨料体积含量的减小,自密实混凝土的坍落扩展度逐渐增大,T₅₀₀流动时间逐渐减小,钢筋间隙通过能力提高,拌合物的流动性得到显著改善;当骨料体积含量过小时,拌合物出现离析,工作性能反而变差;自密实混凝土7d及28d抗压强度随骨料体积含量的减小呈先增大后减小的趋势。（5）基于骨料裹浆厚度能够对粗骨料级配及体积含量进行优化,进而有针对性地降低自密实混凝土中胶凝材料的用量,提高混凝土的体积稳定性,达到指导混凝土配合比设计的目的。