提升水泥基材料的力学性能、变形性能和耐久性等宏观性能是建筑材料领域的关注焦点。当前碳纳米管（CNTs）以其优良的微观纤维增韧和纳米填充特性受到学者们的青睐,其中掺入CNTs以改善水泥基材料的宏观性能已成为研究热点,这在当前建材资源受限、环境保护和可持续发展的大背景下具有重要意义。因此本研究针对一种羧基化CNTs,经合理的超声处理后,评估了CNTs改性混凝土的力学性能、变形性能以及耐久性;通过一系列微观试验揭示CNTs对混凝土宏观性能的微观改善机理。本文的主要工作和结论包括:（1）采用超声分散法处理CNTs悬浊液,研究超声时间和静置时间对CNTs分散效果的影响。研究结果表明,随着超声处理时间从0～75min增加,吸光度峰值先增加后减小,在45min时吸光度峰值最高,即达到分散效果的峰值。此外,CNTs悬浊液经过45min超声分散后,随着静置时间的增加,吸光度峰值不断降低。（2）研究了CNTs对砂浆力学性能的影响。试验结果表明,随着CNTs掺量的增加,砂浆抗压强度变化趋势为先略微减小再大幅上升最后减小,而抗折强度变化趋势为先增大最后减小,其中在掺量为0.10%时,砂浆的抗压、抗折强度均达到最高。当CNTs掺量为0.10%时,水泥砂浆的28d抗压、抗折强度的分别提高了34.17%、15.30%。（3）研究了CNTs掺量对砂浆变形性能的影响。试验结果表明,随着CNTs掺量的增加,砂浆干燥收缩率先减小后增大。其中在CNTs掺量为0.10%时砂浆的干燥收缩率最小,在60d时,相比空白组减小了21.26%。（4）研究了CNTs掺量对混凝土耐久性能的影响。试验结果表明,随着CNTs掺量的增加,水泥砂浆的氯离子扩散系数先轻微上升后大幅度下降最后上升,其中在0.10%处相比空白组降幅最大;随着CNTs掺量的增加,砂浆的碳化深度和碳化系数均先略微增加后大幅降低最后上升,在0.10%处降幅达到最大;随着CNTs掺量的增加,50和75次冻融循环后混凝土的质量损失率和动弹性模量损失率均呈现先减小后增大的趋势,其中C10的质量损失率和动弹性模量损失率最小。（5）研究了CNTs对混凝土微观形貌、水化特性和孔特征结构的影响。试验结果表明,适量CNTs（0.10%）的掺入会形成密实度更高的基体,CNTs能够桥联基体的微孔隙微裂缝,增强了基体的薄弱区域,并以网状结构填充孔隙,细化孔径;CNTs的掺入促进了水泥水化,随着CNTs掺量的增加,基体的Ca（OH）₂含量和绝热温升值均呈现先增加后减小的趋势,在0.10%处到达最高。适量CNTs（0.10%）的掺入CNTs可优化基体孔结构,与C0相比,C10的孔隙率降幅最大,达到18.73%,并且C10的总孔面积、中孔直径和平均孔直径在所有组中均为最低值。