由于在自然环境和荷载等多重因素作用下,普通混凝土结构劣化速度快,耐久性和安全性得不到保障,缩短了混凝土结构的使用寿命。为了提高混凝土结构的耐久性及安全性,并同时进行结构性能的实时监测,需要采用超高性能水泥基复合材料取代普通混凝土,并使其自身具备自感知性能,通过监测外部应力作用下材料内部微结构的损伤演变规律,以减少和避免因重大结构失效而造成的经济性破坏和灾难性人员伤亡。目前,提高水泥基复合材料的耐久性和感知性能,一直是国内学者致力研究的方向。本文首先探索了钢渣微粉作为胶凝材料制备超高性能水泥基复合材料的可能性。测试了钢渣微粉的反应活性,研究了其对水泥水化进程、水泥基复合材料新拌浆体流动度和力学性能的影响。结果表明:钢渣微粉具有很高的活性,对新拌浆体流动性具有促进作用,钢渣微粉掺量为10%时,累积放热量达到最大,在20%掺量下对力学性能最优。氧化石墨烯及其水泥基复合材料是近年来国内研究热点,但关于石墨烯对超高性能水泥基复合材料各方面性能影响的研究极其少见。在制备超高性能水泥基复合材料的基础上,通过掺加纳米石墨烯,提高力学性能、改善微观结构、提高导电性和感知性能,并对耐久性及外界环境作用下感知性能进行了测试。探索了石墨烯在硅烷偶联剂中分散情况,优选出3-氨丙基三乙氧基硅烷等六种硅烷偶联剂,并对分散机理进行了分析。揭示了未分散和预分散石墨烯对超高性能水泥基复合材料新拌浆体流动性、力学性能、感知性能及耐久性的影响规律,探明了微结构形成机理。研究发现:随着石墨烯掺量的增加,浆体流动度逐渐降低;未分散石墨烯对超高性能水泥基复合材料的抗压、抗折强度起削弱作用;对预分散的石墨烯而言,掺量为0.05%时,力学性能达到最优,电阻率明显下降,感知性能有很大提升,耐久性良好;在外界环境因素作用下,超高性能水泥基复合材料的感知性能随着冻融循环次数和干缩时间的增加逐渐减弱,随着碳化时间的延长保持稳定,而掺量为0.05%预分散石墨烯超高性能水泥基复合材料的感知性基本保持稳定;在适量掺量范围内,预分散石墨烯降低了基体的孔隙率,细化了孔径结构,促进生成网络结构的纤维状C-S-H凝胶和排列整齐、聚集成丛花瓣状的水化产物,这些水化产物能有效的促进水泥基复合材料宏观力学性能。本文在采用钢渣微粉制备超高性能水泥基复合材料、优选石墨烯分散剂、论证石墨烯对超高性能水泥基复合材料力学及感知性能提高的可能性,以及探明石墨烯超高性能水泥基复合材料关键性能变化规律等方面的理论与实验研究结果,创新性突出,具有重要的理论意义和工程应用价值。