水泥混凝土由于脆性大、早期易收缩变形等特点，导致服役过程中易发生开裂，并诱发混凝土结构渗水漏水等问题。混凝土开裂渗漏的及时与有效修复一直是工程界关注的重点。高吸水树脂(SAP)水凝胶是近几年发展的一种新型自封堵材料，具有快速吸水，且体积显著膨胀的特性，在潮湿环境中混凝土的裂纹愈合封堵方面具有较大应用潜力。本文分析了水凝胶的裂纹自封堵机理，综述了水凝胶用于混凝土裂纹自封堵的设计方法，归纳了水凝胶对混凝土抗渗、力学及耐久性恢复的影响规律，总结了裂纹愈合封堵测试评价方法。最后，对当前水凝胶作为裂纹自封堵材料面临的主要挑战及未来方向进行了展望。

以贝壳替换部分传统水泥基材料, 研究其对污染物的吸附能力, 可扩大水泥基材料的功能型工程应用范围。本文通过吸附动力学、等温吸附等原理论证了贝壳材料的吸附机理, 讨论了pH值、接触时间和污染物浓度等影响因素对贝壳吸附性能的影响, 并综述了贝壳在建筑领域的相关应用。结果表明, 在水泥基材料中采用贝壳替代胶凝材料或天然骨料都展现出较好的吸附能力。贝壳吸附过程中最佳pH值为5~7, 贝壳颗粒表面的活性位点有限, 在一定浓度下就会达到饱和, 同时贝壳的活性位点会随着粒径的减小而增多, 选取小粒径的贝壳粉有利于增加吸收容量, 提高去除效率。本文通过分析贝壳吸附性能及贝壳在水泥基材料中的应用, 可为设计功能型水泥基吸附材料提供思路。

为了减缓建筑行业生产过程中CO2排放对全球气候变化的影响, 建筑行业提出了CO2矿化封存技术, 即利用CO2与水泥基材料中的水泥熟料以及水泥水化产物等反应生成以方解石为主的碳酸钙(CaCO3)沉淀和无定形高聚合度硅胶(SiO2·nH2O)。CO2矿化养护水泥基材料在实现永久封存利用CO2的同时, 因其矿化产物具有较好的稳定性、填充效应和成核效应, 矿化养护后的水泥基材料力学强度得以提升, 耐久性得到改善, 相比其他养护方法, 短时间内可以获得具有高性能的水泥基材料。本文总结了现阶段CO2矿化养护水泥基材料的最新研究进展, 从反应机理和影响因素两方面进行了介绍, 详细分析了预养护、相对湿度、水胶比、CO2浓度、养护压力和温度等养护条件对水泥基材料CO2矿化养护后性能、固碳率以及矿化程度的影响, 并对CO2矿化技术在水泥基材料中未来的发展和研究方向进行了展望。

构建低真空运行环境以减小空气阻力和噪声的真空管道磁悬浮高速列车系统，是高速轨道交通技术发展的重要方向。混凝土作为水泥基材料的重要代表，是真空磁悬浮管线方案中的重要备选结构材料，需应对真空服役环境的新挑战。本文总结了中/高度真空环境对硬化水泥浆体水化产物特征峰的影响，中/高度真空环境对水泥基材料水分传输、收缩变形和孔结构的影响，以及中/高度真空环境下水泥基材料力学性能变化规律。最后对水泥基材料在真空环境下的应用方向进行了讨论与展望，以期为开发适用于真空环境的高性能水泥基材料提供借鉴与参考。

砂石骨料中附带的黏土矿物对水泥基材料的工作性能具有严重劣化作用，制约了聚羧酸减水剂的分散功能。本文通过Zeta电位、吸光度、X射线衍射等方法研究了聚合氯化铝对聚羧酸减水剂黏土吸附性的影响规律，进而研究了其对掺加钙基膨润土砂浆和混凝土工作性能的改善效果，并探明了相互作用机理。结果表明，聚合氯化铝降低了钙基膨润土对聚羧酸分子的表面吸附量，但不能抑制插层吸附作用，在一定程度上改善了聚羧酸减水剂的黏土耐受性。6%(质量分数)的聚合氯化铝改善了掺加钙基膨润土砂浆和混凝土的工作性能，这为解决实际工程中含泥骨料的使用难题提供了一种性价比较高的新策略。

为考察白云石对水泥基材料抗硫酸盐侵蚀性能的影响，本文采用10%、20%、30%（质量分数，下同）白云石掺入水泥净浆与水泥砂浆试件中，在低温条件下浸泡于5%硫酸镁和5%硫酸钠溶液中，并进行硫酸盐侵蚀试验。定期观察试件的宏观形貌变化，并定量分析其侵蚀产物。测定水泥砂浆试件抗折强度与抗压强度并进行宏观分析，以此得出不同种类硫酸盐对试件生成碳硫硅钙石的影响。采用热力学模拟探究白云石对水泥胶凝体系产物的影响。结果表明：当白云石掺量为10%~20%时，能抑制水泥基材料中碳硫硅钙石的生成，水泥基材料的抗硫酸盐侵蚀性能有较大提高，水泥砂浆试件抗折强度有明显改善，这与热力学模拟结果基本一致。

碳化硅晶须具有高强度、高弹性模量等优良特性。以减水剂作为分散剂制备碳化硅晶须，用来改性水泥基复合材料。通过“8”字模抗拉试验、圆环抗裂试验，以及基于数字图像相关法的预制裂缝三点弯曲试验来测试断裂性能，通过压汞试验研究孔结构，并通过SEM观测碳化硅晶须改性水泥基复合材料微观结构。结果表明，碳化硅晶须能使材料在裂缝扩展时产生裂纹偏转。碳化硅晶须的桥接效应和拔出机制可以有效控制裂纹扩展，增强水泥基材料的抗裂性能和抗拉强度；碳化硅晶须的掺入会使水泥砂浆的总孔隙率略有增加，但对水泥基材料抗拉强度和断裂性能无不利影响。

矿化养护水泥基材料在提高水泥制品性能的同时又能永久封存CO2，被认为是一种非常有前景的减碳技术。水泥基材料孔结构对矿化反应的影响尤为显著，本文通过改变初始水灰比(w/c=0.35、w/c=0.40、w/c=0.45)和预处理时间(2、4、6、8、16、24、48和72 h)制备不同孔结构的水泥净浆，研究了孔结构及含水量对水泥净浆矿化反应的影响规律。结果表明，不同初始水灰比的水泥净浆均在预处理时间为8 h时固碳率达到最大值，并且固碳率随着初始水灰比的增加而增加。同时，对于早期水化(24 h标准养护+8 h预处理)的水泥净浆，初始水灰比对孔结构的影响远大于水化程度。初始水灰比为0.45的水泥净浆经8 h预处理后再进行8 h矿化养护，其固碳率、矿化深度、抗压强度分别达到20.35%(固碳率均为质量分数)、12.49 mm、61.99 MPa，与28 d标准养护试块强度(54.25 MPa)相比，经矿化养护后的试块抗压强度提高14.27%。矿化反应主要产物是CaCO3和硅胶，CaCO3的填充优化了水泥净浆的孔结构，孔径大于50 nm的孔显著减少，且产物CaCO3的主要晶型为方解石、文石。

将凝灰岩石粉作为矿物掺合料掺入水泥基材料中，可实现减少水泥产量、降低CO2等温室气体排放和利用工业固废。本文综述了凝灰岩石粉在水泥基材料中的作用机理，并系统总结了凝灰岩石粉掺入对水泥基材料的凝结时间、和易性、力学性能、耐久性能的影响规律，给出了凝灰岩石粉制备和使用建议，提出了凝灰岩石粉对水泥基材料性能影响研究中存在的不足，展望了凝灰岩石粉对水泥基材料性能影响未来需要注意的研究问题。

水泥基吸波材料可以有效缓解电磁波辐射对人们日常生活的影响。传统吸波剂所制备的水泥基吸波材料因其有效带宽窄、吸波效率低和体积厚重等缺点, 限制了其在工程中的应用。与之相比, 纳米吸波剂具有量子尺寸效应、宏观量子隧道效应和界面效应等特点, 因此纳米吸波剂改性水泥基材料为电磁辐射防护提供了一个新途径。根据纳米吸波剂种类的不同, 从碳纳米管水泥基吸波材料、石墨烯水泥基吸波材料和磁性纳米颗粒水泥基吸波材料3个方面总结了国内外相关研究成果, 并对未来该领域的发展进行了展望。