混凝土早强剂和膨胀剂作为提高水泥混凝土使用性能的外加剂被广泛的应用在各种桥梁、隧道、水利水电、能源、大型工业及民用构、建筑物等土木工程施工过程中。传统早强剂高碱高掺等不利因素在实际使用过程中对混凝土结构的耐久性和安全性损害较大,因此在实际使用中受到诸多限制。另外,在封闭条件下使用混凝土时,由于存在化学收缩和干燥收缩等现象,容易导致封闭部分出现“月牙形”孔隙,降低混凝土结构的强度。混凝土膨胀剂的出现为混凝土后期收缩而导致的开裂等影响施工质量的缺陷提供了解决方案,极大地减轻了其带来的不利影响。但是由于传统膨胀剂过早的参与水化反应,不仅会明显降低混凝土的早期强度,而且容易导致前期无效膨胀,造成膨胀能损失。此外,由于水泥水化反应而消耗的水分难以从外部得到补充,因而在水化反应后期,残存在硬化后的混凝土空隙中的膨胀剂由于缺乏反应所需的水分而难以持续产生膨胀作用,无法对密闭空间内的混凝土产生后期补偿收缩作用(即延迟膨胀作用),造成后期膨胀力不足。本论文以OPC体系为研究对象,针对其在实际施工使用过程中存在的早期强度较低、水泥自身由于自收缩作用导致的封闭部分容易出现“月牙形”孔隙等缺陷,对复合早强剂及改性微胶囊膨胀剂的复配性能进行了较为系统的研究。分别通过递进复配法和单因素分析法考察并确定了复合早强剂组分及微胶囊膨胀剂组分的最优配方和聚合配比,并对其多能效复合性能进行了进一步研究,通过实验和微观表征等分析手段对其早强-延迟膨胀机理进行了探讨,并得出以下结论:在水灰比0.4(w/c=0.4)、养护温度20℃、养护湿度97%的条件下,研究了C11·A7·CaF2、Ca(SCN)2及有TEA早强组分分别对水泥试块早期物理性能及抗压强度的影响,并通过递进复配的分析方法得到复合早强剂的最优配方。其中,各组分比例分别为:C11·A7·CaF2 4%+Ca(SCN)2 0.1%+TEA0.02%+PC 0.1%。实验得到的早强剂对水泥早期抗压性能的提升效果明显,且流动度和凝结时间完全满足国家相关规定。试块水化反应1d后的抗压强度达到14.5MPa,分别比基准组提高了98.6%,比对照组提高了 35.5%。利用微观表征手段对试块进行分析后发现,复合早强剂能够在水泥水化反应过程中提供大量Ca2+并与液相中的金属离子发生络合反应。促进水泥熟料的水化反应速率,生成铝胶、晶体结构稳定的C3AH6并增加AFt、C-S-H的产物数量,降低了水化反应诱导期的持续时间和水泥石中累积孔体积,提高了试块的整体强度和致密度。通过使用St为硬单体,BA为软单体,AIBN为引发剂,IPA为分散溶剂,利用溶液聚合法在HCSA膨胀剂表面聚合成St-BA共聚物,形成以HCSA膨胀剂无机颗粒为囊芯,以St-BA共聚物为囊壁的微胶囊。以普通硅酸盐水泥膨胀性为考核指标,通过单因素考察法的实验并借助XRD、DTG、SEM等分析方法对微胶囊膨胀剂及其膨胀效能进行了研究。实验数据说明,反应温度的升高和反应时间的增加对聚合物包覆效率的提升是有利的。但是反应温度过高会影响引发剂活性,导致包覆率下降,单体配比和引发剂用量的变化会引起聚合物分子大小的变化,从而影响聚合物的包覆效率。在反应温度80℃、反应时间5h、BA和St单体配比为2:1、单体和IPA体积比1:2、AIBN用量2%的条件下,制成的聚合物包覆性能最好。在HCSA掺入质量比为10%的情况下,试块膨胀延迟约为2h,最大自由膨胀率为3.39%,30h后膨胀率趋于稳定,约为0.67%,分别比未包覆膨胀剂提高了12.6%和63.4%,提高了 HCSA的有效膨胀效能。将最优复合早强剂与最优微胶囊膨胀剂进行复配,在标准养护条件下养护1d后,对其多能效复合性能进行了实验与研究。当各组分配比为C11·A7·CaF24%+Ca(SCN)2 0.1%+TEA 0.02%+PC 0.1%+微胶囊膨胀剂10%时,得到的早强延迟膨胀型水泥注浆材料的早强性能与早期膨胀性能最为优异。其中,1d强度达到16.4MPa,是基准组的2.25倍;流动度为201mm;初凝时间为331min,终凝时间为376min,完全满足施工使用要求。此外,在掺入早强膨胀延迟型水泥注浆材料后,水泥试块的早期膨胀率有大幅度的提升,并且伴有一个明显的延迟膨胀的过程。在水化反应进行到5h左右后,浆体的膨胀率达到峰值,约为3.61%。随后,随着水化反应时间延长而降低。当水化反应进行到30h后,其膨胀率逐渐趋于稳定,此时膨胀率达到0.84%,相较于基准组提高了 195%。