当前粗放型的水泥生产模式给我国资源消耗和环境破坏形成了高负荷。部分工业副材作为辅助胶凝材料可以实现部分替代水泥熟料,可有效减少资源消耗和碳排放,并能调控水泥熟料颗粒级配以及改善水泥基体系的性能。随着实际工程中水泥基胶凝体系的组分增多,掺量加大,而现有单掺或双掺复合体系的研究成果并不能直接应用于多元体系,导致多元体系性能发展规律并不明确,现有理论和试验研究已跟不上细掺料实际工程应用的步伐。基于以上研究背景,本文以多元复合胶凝材料体系为研究对象,采用统计学优化方法、室内试验、计算机仿真模拟等为研究手段,对多元体系-性能之间的内在关联以及水化机理开展了系统研究,主要研究内容及创新成果如下:（1）采用统计学优化方法评估了3种活性和粒度差异较大的细掺料-水泥复合体系的性能发展规律,重点探讨了多组分-性能的非线性关系以及各组分之间的交互效应。结果表明:流动性、流变参数、水化放热量、抗压强度、干燥收缩性能的回归模型拟合的响应曲面函数具备完全显著性,模型稳定性较好。两两组分之间对复合体系的性能发展规律明显,交互项均为不显著项。采用D-optimal优化方法寻找目标区域的最优解可信度较好,具备一定实际应用价值。（2）基于等温量热法测试了多粒级复合胶凝体系的水化放热特征值,并基于化学反应动力学的方法研究了复合体系的水化动力学过程。结果表明:四元体系的整体水化放热速率较参照组明显降低,第二放热峰出现了明显延迟现象。掺入硅灰的二元组的诱导期早期放热速率曲线与参照组基本重叠,直至水化4小时后水化速率较参照组才逐渐增高。通过动力学函数拟合发现,多元体系的水化半衰期的时间均在11h～13h之间,拟合得到的累积放热总量与72h累积放热量相差10%以内,采用Krstulovic-Dabic模型模拟复合体系水化动力学的可靠度较高。（3）采用5种统计学方法分别研究了多元体系的早期水化放热特征和抗压强度的关系。结果表明:Spearman方法拟合的相关系数整体最高,Pearson方法拟合的线性相关系数次之,Kendall方法拟合的相关系数整体最小。一重相关条件下,28d抗压强度与早期水化放热特征值的相关系数整体高于3d抗压强度,而多重相关条件下,水化放热特征与力学性能的相关关系发生了根本改变,特别是四重相关条件下,3d抗压强度与早期水化放热特征值的相关系数整体高于28d抗压强度。（4）采用HYMOSTRUC3D模型模拟了多粒级复合体系的水化过程以及微结构发展规律,该模型能够直观呈现出多粒级复杂体系的细微观结构,并与试验结果基本吻合。随着水灰比的增加,体系水化度响应增加,水灰比越大,同等水化时间的水化度增量越小。在体系水化100h左右之前,水化度增长迅速并在150h达到一个较高水平,此后逐渐趋于稳定。随着水化程度的增加,不同体系的弹性模量均呈增大趋势。随着水化程度的增加,不同体系的孔隙率均呈减小趋势。通过以上研究,本文揭示了多粒级水泥基复合胶凝体系的性能发展规律,并厘清了多粒级复合体系早期水化特征与力学性能的多元统计关系。研究成果能为一些活性较低的工业副材提供合理的使用方案,进一步提升工业副材的综合利用率,最大限度降低水泥熟料用量,具有非常重要的理论意义、经济意义和环保意义。