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水泥基材料的低能耗和环境友好设计理念使其在制备时高掺富铝矿物掺合料（粉煤灰、矿粉等）,而矿物掺合料水化释放的Al3+易掺杂进入水化硅酸钙（C-S-H）凝胶结构中,形成水化硅铝酸钙（C-A-S-H）凝胶。C-A-S-H凝胶作为水泥基材料的主要水化产物与胶结相,其微结构和性能是决定水泥基材料服役性能的基本单元。然而,目前关于C-A-S-H凝胶在分子尺度的结构和性能以及其在侵蚀环境下的演变机理尚未明确。本文利用实验结合分子动力学模拟的方法,研究了Al掺杂对C-A-S-H凝胶纳米尺度结构和性能的影响机理,探明了C-A-S-H凝胶固化Cl-的机理,揭示了硫酸盐侵蚀条件下C-A-S-H凝胶组成、微结构和力学性能的演变规律。论文取得了如下创新性成果:（1）分子尺度上,C-A-S-H具有类似Tobermorite晶体的层状结构特性。常温下,当Al/Si低于0.1时,Al全部进入C-A-S-H结构中,Al/Si超过0.1时,部分Al会进入C3AH6相。Al[4]在C-A-S-H中可桥接断裂的硅氧链,与同摩尔量的Si相比,Al掺杂对硅铝氧链MCL的影响相同,但导致C-A-S-H凝胶层间距增大;（2）分子尺度上,C-S-H呈现层状材料的力学特性,沿主层方向的化学键密度较大,力学性能较高,而层间方向上主要依靠氢键和少量离子键结合,力学性能较弱;常温下,掺杂Al桥接了断裂的硅氧链,形成的硅铝氧长链有助于提升C-A-S-H沿y轴方向的力学性能,但对C-A-S-H沿x和z轴方向力学性能影响较小,C-A-S-H仍表现层状材料的力学特性。（3）80°C高温养护时,Al掺杂可促使C-A-S-H凝胶层间形成交联结构,生成交联C-A-S-H凝胶。Al引导的交联显著改变了C-A-S-H中硅铝酸钙骨架结构。Al-O键桥接有缺陷的硅氧链短链,并形成硅铝氧链支链,将层状的C-S-H转化为网络状的交联C-A-S-H。另一方面,硅铝氧链支链的形成降低了层间空间连通性,阻碍了层间水分子运动,增强了硅铝酸钙骨架对水分子吸附,大幅度下降层间水分子的运动能力,提升了硅铝酸钙骨架的稳定性。Al引导的交联显著增强C-A-S-H沿层间方向的杨氏模量和抗拉强度,层间所有桥位置均形成交联时,交联C-A-S-H沿层间方向的力学性能与其沿主层方向力学性能相当。（4）C-（A-）S-H纳米孔表面的硅氧链和平衡电荷的Ca2+使得周围水分子具有玻璃态的结构和动力学特征,水分子呈层状分布、有序取向结构,其偶极矩增加、扩散系数降低。C-（A-）S-H表面硅氧链上的非桥氧可作为阳离子吸附位点,吸附的阳离子与Cl-形成离子对,使C-（A-）S-H对Cl-产生吸附,即C-（A-）S-H通过表面阴阳离子对固化Cl-;Ca/Si不变时,掺杂Al桥接了C-S-H结构中断裂的硅氧链,降低了其对表面Ca2+的吸附,减少了表面阴阳离子对数目,削弱了C-A-S-H对于Cl-的吸附固化能力。相比同聚合度的纯硅氧链,Al取代Si增加了C-A-S-H主层的负电荷,增强了其对表面Ca2+的吸附,增加C-A-S-H表面的离子对数量,其吸附固化Cl-的能力增强,故提升C-A-S-H的Ca/（Al+Si）或固定Ca/（Al+Si）时提升其Al/Si可增强其固化Cl-的能力;阳离子也会影响C-A-S-H固化Cl-的能力。与氧原子和Cl-结合较强的阳离子,能同时与C-A-S-H表面硅铝氧链和Cl-之间形成稳定的化学键,阴-阳离子对结构稳定,有助于C-A-S-H固化Cl-。C-A-S-H纳米孔溶液阳离子固化Cl-能力的大小顺序为:Mg2+>Ca2+>Na+>K+。（5）SO42-侵蚀作用会导致水泥浆体中C-A-S-H凝胶脱钙和脱铝,C-A-S-H凝胶的Ca/Si和Al[4]/Si降低,MCL增加,微结构发生演变,导致结构中钙硅铝骨架破坏,C-A-S-H凝胶的力学性能（压痕模量和硬度）降低。胶凝浆体中掺入矿渣后,水化后期矿渣的火山灰反应可释放Al3+与孔溶液中侵入的SO42-反应,减轻SO42-侵蚀对C-A-S-H凝胶的脱钙、脱铝作用,从而削弱了SO42-侵蚀对C-A-S-H凝胶钙硅铝骨架的破坏,延缓C-A-S-H凝胶的力学性能退化。论文的研究成果可为可持续、环境友好水泥基材料的设计制备及其在海洋服役环境中的长寿命调控提供理论依据。