高温作用下普通硅酸盐混凝土基体内会形成大量的高温损伤,造成混凝土力学强度严重下降,严重威胁混凝土结构的安全性。提高硅酸盐水泥基材料的高温力学强度一直是国内外学者致力于解决的问题。虽然掺入矿物掺合料、纳米材料或纤维增强材料,改变骨料种类等措施对硅酸盐水泥基材料在高温作用下的力学强度严重下降的现象有一定缓解作用,但是高温作用下硅酸盐水泥基材料力学强度的下降幅度仍然高达70%以上。掺入矿物掺合料、纳米材料或纤维材料,改变骨料种类等措施对硅酸盐水泥基材料在高温作用下力学强度下降幅度的缓解作用十分有限,和保持硅酸盐水泥基材料的高温力学强度与常温力学强度相近或高于其常温力学强度的目标相距甚远。因此,如何有效地提高普通硅酸盐水泥基材料的高温力学强度仍需要深入的研究。本文从改变硅酸盐水泥基材料组成的角度出发,将研制的梯级相变材料（Stepwise Phase Change Material,SPCM）与普通硅酸盐水泥基材料复合形成梯级相变水泥基材料（Stepwise Phase Change Cementitious Material,SPCCM）。梯级相变水泥基材料为在不同的温度作用下组分可逐级发生固-液相变的胶凝材料。通过梯级相变材料在高温作用下逐级发生固-液相变、修补基体结构的高温损伤,从而达到重构基体、强化基体结构,进而有效改善硅酸盐水泥基材料高温力学性能的目的。为解决有效改善硅酸盐水泥基材料高温力学性能的问题,本文在以下几个方面做了探索性和创新性的工作:（1）梯级相变材料与硅酸盐水泥的相容性研究研制了一种升温过程可逐级相变的梯级相变材料。根据梯级相变材料对普通硅酸盐水泥水化产物、力学性能、流动性能及硬化水泥石微观结构的影响规律,研究了梯级相变材料与普通硅酸盐水泥基材料的相容性。研究结果表明,高温作用下梯级相变材料可逐渐发生固-液转化形成具有一定流动能力的液相。并且,液相的流动能力随着温度的上升而逐渐增加。梯级相变材料掺入至水泥浆体时,浆体的流动性能被削弱。随着掺量的增加,梯级相变材料对浆体流动性能的削弱效应越来越弱。同时,梯级相变材料可以消耗水化产物Ca（OH）2、促进水泥颗粒的水化程度、优化水泥石的微观结构、提升硅酸盐水泥基材料的力学强度,与硅酸盐水泥基材料具有较高的相容性。（2）梯级相变水泥基材料高温力学特性演化规律研究通过梯级相变水泥基材料的高温力学强度、高温抗压强度应力-应变曲线、高温孔隙率和高温质量损失等特征,研究了梯级相变水泥基材料高温力学性能随温度的变化规律。研究结果表明,梯级相变材料显著抑制了硅酸盐水泥基材料的高温力学性能的退化。高温作用下,梯级相变水泥基材料的高温抗压应力峰值和高温抗压应变峰值随温度的的增加分别呈现“先增后减”、“先减后增”的特征。随着温度的增加,梯级相变水泥基材料的抗压应力-应变曲线逐渐由“向左、向上”的移动趋势变为“向右、向下”的移动趋势。（3）梯级相变水泥石高温基体重构机制研究从微细观角度研究了梯级相变水泥石的物相组成、微细观结构特征和孔隙结构随温度的变化规律,分析了梯级相变修复基体结构高温损伤的作用机制,提出了梯级相变水泥石基体重构的作用机理。研究结果表明,高温作用下梯级相变水泥石基体结构的孔隙逐渐变得粗大。随着温度的逐渐上升,梯级相变水泥石的孔隙组成由以凝胶孔和小毛细孔为主逐渐发展为以大毛细孔为主。高温作用下,水泥石中的梯级相变材料能够形成液相并对水泥石的高温损伤进行填充,并且填充效果随着温度的增加、梯级相变材料掺量的增加而逐渐增加。梯级相变材料对高温损伤的填充作用使得基体结构得以重构,从而有效地优化了梯级相变水泥石的基体结构。（4）基体重构效应对梯级相变水泥基材料高温力学性能演化的作用机理本章通过结合处理无序结构的逾渗理论,对梯级相变水泥石基体结构进行量化、建立能够联系梯级相变材料的高温力学强度与梯级相变材料和高温损伤的基体结构逾渗模型,并分析逾渗模型组成对梯级相变水泥基材料高温力学强度的影响规律。研究结果表明,梯级相变水泥石的基体结构具有随机几何结构的特征。梯级相变水泥石基体结构逾渗模型中,C-S-H为具有一定强度的连续均匀相,孔隙、裂缝为不具有强度的分散劣化相,Ca（OH）2等结晶相、未完全水化的水泥颗粒和梯级相变材料颗粒为具有一定强度的分散增强相。高温作用下,梯级相变水泥基材料的宏观性能与连续均匀相、分散劣化相和分散增强相的相对含量及相互联结情况有关。当分散劣化相的逾渗概率不断增加直至超过逾渗阈值时,梯级相变水泥基材料将表现出分散劣化相不具有强度的特征,即梯级相变水泥基材料高温力学强度下降。当分散劣化相的逾渗概率小于逾渗阈值时,梯级相变水泥基表现出分散增强相具有一定强度的特征,即梯级相变水泥基材料的高温力学强度得到提升。本论文有图72幅,表14个,参考文献200篇。