混凝土废弃材料的再生利用是我国2020年后履行巴黎协定四个承诺的重要举措之一,超期水泥作为一种水化碳化后部分失效的建筑材料,常被视为废弃物而缺乏合理利用。鉴于其高能耗、高碳排放的生产成本和剩余水化活性价值,本文将对超期水泥的特性进行深入研究。借鉴超高性能水泥材料设计思路,本文提出了合理的再生利用方案,通过测试新拌浆体和硬化浆体的微观孔隙结构及宏观性能,构建了理论模型以评价超期水泥的再生利用效果。研究分析了超期水泥的原始特性,发现该材料包括块体和粉体两种形态,块体团聚程度与水化程度有关。激光粒度分析显示,超期水泥破碎筛分后的混合粉体比普通水泥存在更多小于12.476μm粒径的颗粒,大幅增加了比表面积和表面吸附能力。通过X射线衍射发现,超期水泥矿物组成中除了四种熟料成分峰值弱化外,方解石的晶体衍射峰值最为明显,而在X射线荧光光谱中,其各种元素氧化物所对应的熟料比重显著变化,剩余熟料矿物占比重为76.3%,明显少于普通水泥。通过热重测试得知,超期水泥水化产生的氢氧化钙已经完全转化为纳米级碳酸钙,该碳酸钙成分占水泥质量的12.68%,超期水泥颗粒表面覆盖凝胶状水化产物及该碳化物后,颗粒的吸附能力增强,但也阻碍了熟料的水化发展速度。使用超塑化剂能够获取低水灰比和良好工作性的浆体材料,低水灰比条件下,超期水泥存在表层吸附作用引起的黏度降低现象,总体上看,低水灰比浆体的黏度变化由超塑化剂的浓度变化主导,而高水灰比时黏度特征由水灰比主导。超塑化剂在水泥材料界面时,将以19°接触角覆盖于颗粒表面,该特征一方面将降低孔隙溶液的表面张力,另一方面在低水灰比时能大幅改善水的分散均匀性。借鉴超高性能水泥材料的紧密堆积设计思路,可以计算获取粉体材料的最优混合比例。通过不同配合比的硬化净浆微观孔隙测试,可以发现超期水泥的水化产物对孔隙有一定的填充效果,其产物氢氧化钙也能激发超期硅灰和矿渣粉二次水化,该二次水化产物比一次水化产物对孔隙结构的填充效果更加明显。使用超塑化剂大幅降低用水量后,堆积颗粒的相互填充效果将最优。利用6nm-11nm和11nm-50nm孔径范围内的孔隙量变化和氮气吸脱附滞回曲线类型,可以构建孔隙结构的层柱模型,该模型与颗粒填充过程关系密切,能从颗粒堆积角度解释硬化浆体结构更加致密的原因,便于在材料设计环节预测硬化后浆体的微观结构变化。在新拌水泥浆体中,高水灰比、无超塑化剂的浆体在终凝前存在液相迁移的现象,而掺入超塑化剂后的浆体液相则均匀分散并未出现迁移,此时形成的黏稠浆体在搅拌过程中会裹入气泡,该气泡会根据浆体的黏稠程度发生合并或者逸出。再生超期水泥基材料的化学收缩量与其熟料矿物的比例关系密切,而掺合料的加入会显著增加其化学收缩量和干燥收缩量,但自收缩量变化不大。进一步复掺超塑化剂时,会降低超期水泥1/3比例的自收缩和一部分干燥收缩。利用本文的层柱模型和拉普拉斯方程,可以区分层状孔和毛细孔的毛细管作用力,便于分析不同尺寸孔隙对收缩量的影响。该再生超期水泥基材料施加在普通水泥混凝土面层上时,可以在不降低力学性能的基础上大幅提高混凝土的抗氯离子渗透能力,充分证实了该超期水泥基材料的再生利用可行性和巨大应用潜力,作为一种低成本绿色再生建筑材料,环保意义重大。