水泥基材料广泛应用于建筑、交通、水利等工程,矿物掺合料可以改善其性能并降低工程成本。碳酸钙产业(大理石产业)是广西重点打造的千亿元产业之一,每年产生约80万吨大理石废粉,严重污染环境。将大理石废粉用作矿物掺合料,形成一种新型绿色建筑材料,具有良好的环保、技术和经济效益。由于大理石纯粉和大理石废粉的化学成分、颗粒粒度及形貌等性能与传统矿物掺合料存在明显差异,开展大理石粉上述性能对水泥基材料性能影响规律及作用机制的研究具有重要实用价值和理论意义。本文主要研究了大理石粉的颗粒构造、矿物成分等理化特性,大理石粉对水泥水化过程的影响及大理石粉水泥水化过程微观结构的演化,大理石粉细度、掺量对水泥物理力学性质的影响,大理石粉混凝土的塌落度、泌水率等工作性能,大理石粉混凝土的表观密度、密实度、毛细孔系数等物理性质,以及大理石粉混凝土的立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度、轴心抗压强度、弹性模量等力学特性。本文取得如下成果:1、建立了粉体颗粒体积分布分形几何模型。粉体的分形维数越大,其比表面积越小;粉体互掺以后,其分形维数越大,堆积越紧密。2、大理石粉水泥水化产物中氢氧化钙含量的变化,表明大理石粉促进了水泥的早期水化,而对14天以后的中晚期水化不利,人造大理石废粉因含有聚酯树脂成分而对水泥的水化反应起到抑制作用。3、随着大理石粉掺量的增加,大理石粉水泥的标准稠度用水量均在减小,大理石粉的需水量小于水泥。大理石粉水泥的凝结时间受用水量控制,同时也与大理石粉细度有关。大理石粉水泥胶砂强度主要取决于水泥用量,而粉体的骨架作用和填充作用相对较弱。4、提出内掺时混凝土立方体抗压强度的二元变量数学计算模型,分别回归分析了大理石粉混凝土立方体抗压强度与劈裂抗拉强度、抗折强度、轴心抗压强度、弹性模量等基本力学性能之间的关系,提出了适用于大理石粉混凝土的应力-应变本构模型。5、大理石粉对水泥性能的影响机制为:大理石粉需水量小,减少了体系实际需水量,相对增加的水分转化为自由水充填于体系内部使体系孔隙率增加,水泥用量减少导致强度降低和水化进程的加速。大理石粉对混凝土性能的影响机制为:大理石粉片状形貌及光滑外观使吸附水量减少引起体系自由水量的变化,从而改变混凝土的工作性能;大理石粉掺加方式差异改变体系内部相对水量,而使混凝土工作性能和力学性能出现较大差异;颗粒细小的大理石粉部分填充于水泥颗粒及骨料之间,并成为水泥水化结晶核;大理石粉与水泥表观密度差异导致的混凝土“体积增溢”,使部分大理石粉在混凝土体系内具有骨架支撑作用。6、5%以下的600目大理石纯粉和切割大理石废粉可用于生产水泥,10%以下的切割大理石废粉内掺取代水泥可用于普通混凝土,25%以下的切割大理石废粉和人造大理石废粉外掺可用于普通混凝土。