混凝土路面性能的衰退主要是源于混凝土材料的破坏,包括早期收缩开裂以及在服役过程中的疲劳开裂等,进而引起路面结构的破坏。粉煤灰具有火山灰活性,用其替代部分水泥制备的混凝土,性能可以长期发展,从而抵抗外部作用导致的性能衰退。此外,纤维的引入可以降低路面收缩开裂以及疲劳破坏的风险。然而,低钙粉煤灰火山灰反应活性低,以及纤维与水泥基体界面结合力弱等问题,是制约采用粉煤灰和纤维制备具有长期服役性能的混凝土和建造长寿命混凝土道路的瓶颈问题。纳米材料有望提高粉煤灰火山灰反应活性以及纤维与基体的界面结合力,从而提高混凝土的强度和抗裂性能,为提高混凝土的长期服役性能提供保障。另一方面,纳米材料对于路面混凝土的改善作用很大程度上依赖于其分散效果。因此,本文对纳米材料改性粉煤灰、纤维及其路用混凝土的制备工艺和性能提升规律与机理进行了系统研究,主要内容如下。首先,提出了以粉煤灰为纳米材料分散载体,制备纳米Ti O2改性粉煤灰-水泥混凝土的方法。将纳米Ti O2与粉煤灰混合,然后通过球磨法将纳米Ti O2团聚体打开并吸附在粉煤灰表面。研究了球磨时间及纳米Ti O2与粉煤灰的比例等因素对分散效果的影响,确定了分散载体比例和球磨参数等优化工艺。在不改变混凝土传统施工工艺的情况下制备了纳米Ti O2改性粉煤灰-水泥基材料。分析了纳米Ti O2改性粉煤灰水化产物特征,研究了纳米Ti O2改性粉煤灰-水泥混凝土的强度发展规律与影响因素。利用该方法制备的掺量为20%的纳米Ti O2改性粉煤灰水泥基材料,7d抗折强度和抗压强度分别提高达37.74%和39.11%,克服了低钙粉煤灰活性低所导致的混凝土早期强度低且强度发展慢的难题,表明纳米Ti O2改性粉煤灰结构既可以高效分散纳米材料,同时提高粉煤灰早期的表面反应活性及其与水泥基体的界面咬合力,显著提升了粉煤灰在路面混凝土中的应用潜力。其次,针对PVA纤维与水泥基体界面结合较差的问题,利用PVA纤维表面富含羟基的特点,提出了常温常压快捷原位生长纳米Si O2的PVA纤维表面改性方法。研究了反应时间等参数对纤维表面纳米Si O2形貌、粒度和厚度等影响特性,确定了可在PVA纤维表面均匀生长粒径38nm的Si O2改性工艺;研究了表面纳米Si O2改性层与PVA纤维之间的附着力,及其对PVA纤维表面粗糙度提升近6倍的界面机械咬合力促进效应;并揭示了纳米Si O2改性层通过与水泥水化产物氢氧化钙反应促进界面性能的改性机理;实现了1%改性PVA纤维即可大幅提高水泥基材料的抗折强度和变形性能。该方法高效、常温、适用于PVA纤维表面改性和规模化生产,为提高纤维在混凝土中的应用提供了保障。第三,综合利用纳米材料改性粉煤灰和改性纤维,基于传统施工工艺制备了纳米改性混凝土,系统地研究了纳米改性对混凝土力学性能的影响规律,并分析了混凝土抗折强度和抗压强度的关系。通过对混凝土微观结构和成分的分析,揭示了纳米改性混凝土的增强机理。针对路面混凝土长期经受循环荷载作用的特点,研究了纳米改性混凝土的弯折疲劳性能。研究发现,界面增强可以有效提高混凝土的疲劳性能。对于机场跑道所要求的疲劳周期N=104时,纳米改性混凝土对应的疲劳极限提高了23%。研究发现,纤维的引入可以提高混凝土耗散能量的能力,而且可以通过增强界面结合力进一步提高,显示了纳米改性提高路面混凝土疲劳性能和延长使用寿命的价值。最后,对混凝土在环约束收缩下的开裂性能进行研究,评价了微界面纳米改性对混凝土抗收缩开裂的影响。发现利用纳米改性的纤维可以有效地抑制混凝土收缩并降低开裂风险,保障混凝土的强度发展及抗环境侵蚀能力。然后基于COMSOL有限元进行数值计算,预测氯离子在混凝土中的时空分布,评价了纳米改性对混凝土在氯盐环境下服役寿命的影响。发现通过内掺纳米改性的粉煤灰,改善了水泥基体的孔结构,可使混凝土的氯离子扩散系数降低42%,在相同保护层厚度下,较普通混凝土的服役寿命高50%以上。最后通过对比普通混凝土和纳米改性混凝土用于路面的可靠度和耐久性设计示例,发现在相同路面等级要求下,纳米改性混凝土可以有效降低材料用量。微界面纳米改性制备的混凝土应用于配筋路面,能够有效地抑制开裂、抵抗氯离子侵蚀和综合疲劳应力作用,是发展长寿命混凝土路面的有效策略。