裂缝普遍存在于建筑、交通、海洋、国防等混凝土结构工程中,严重影响了结构承载力及耐久性。为了防治混凝土早期开裂,在水泥基材料中添加矿物掺合料是提高抗裂性及耐久性的主要技术途径之一。纳米偏高岭土(Nano Metakaolin,简称NMK)、纳米凹凸棒石粘土(Nano Attapulgite Clay,简称NMA)、纳米蒙脱土等由纳米矿物制成的纳米材料颗粒极细,可达到纳米级别,能充分填充水泥颗粒间孔隙,促进水泥水化反应,增强结构密实程度,提高材料抗裂性。结合国内外现有纳米粘土水泥砂浆(NCM)、纳米粘土混凝土(NCC)开裂性能研究现状,本文对纳米粘土水泥基材料开裂性能进行了试验研究,主要研究内容及成果如下:(1)纳米粘土在水中分散性试验研究。基于超声分散试验,共制作63个试件,观测分析NMK、NMA在水中分散均匀程度及沉降速率,结合透射电镜(TEM)试验,提出了一种纳米粘土悬浊液灰度值的定量描述方法,得到了纳米粘土团聚颗粒粒径大小关系。(2)纳米粘土水泥基材料力学性能研究。完成150个试件的砂浆抗折试验、砂浆及混凝土立方体抗压试验,分析纳米粘土对水泥基材料力学性能影响规律,建立弹性模量、抗拉强度与抗压强度、抗折强度之间关系,得到了表征纳米粘土水泥基材料强度发展规律的强度预测模型。(3)NCM开裂性能研究。利用平板刀口诱导约束和圆环约束试验,研究分析不同种类、不同粒径的纳米粘土对水泥砂浆抗裂性能的影响,得到了NMK显著提高材料抗裂性能;基于分形理论描述平板试件表面裂缝的不规则性;利用BP神经网络对NCM抗裂性能的预测,得到了试件表面裂缝分形维数与其力学性能关系,可作为强度无损检测方法。(4)纳米粘土在水泥砂浆中的拌制工艺试验研究。利用平板刀口诱导约束试验,制作45个平板试件,对比分析超声分散、机械搅拌及直接干拌三种拌制工艺对纳米粘土水泥砂浆开裂性能的影响,得到经超声分散的拌制工艺为最佳,显著改善了NCM抗裂性能。