天然水硬性石灰（Natural hydraulic limes,简称NHL）同时具有水硬性和气硬性,其附着力强、透气性好、自修复能力强、并具有很好的抗冻性和耐碱性等特点,被认为是一种节能、环保、绿色和可持续的无机胶凝材料。目前,国内对NHL了解尚不充分,其制备工艺及应用研究也未展开。本论文选取国内低品位高硅石灰石尾矿为原料,研究了NHL的制备工艺及性能。此外,为提高NHL的早期力学性能和耐久性,在NHL体系引入了Nano-SiO₂（NS）,研究了NS对NHL水化硬化、胶砂性能及硬化结构的影响。首先,根据CaO-SiO₂二元相图,研究了NHL生料的配合比设计,并确定了NHL制备的工艺制度:烧成温度1200℃,升温速率10℃/min,保温时间1 h;消化湿度为70±5%RH,消化时间为8天。上述制备的NHL可分别满足NHL5、NHL3.5和NHL2标准要求。然后,将本研究所制备NHL与市售产品进行了对比研究,发现市售NHL2与NHL5的主要矿物相分别为CaCO₃、C₂S、SiO₂、Ca（OH）₂及C₄AF,而本研究制备的NHL2和NHL5的主要矿物相分别为C₂S、C₃A、Ca（OH）₂及C₄AF;本研究制备的NHL5与NHL2在不同龄期的抗压强度均高于市售产品。市售NHL砂浆碳化后抗压强度的增长率要高于本研究制备的NHL砂浆;冻融循环20次后,市售NHL2砂浆质量损失率比本研究制备的NHL2砂浆高14.9%,市售NHL5砂浆块的质量损失率比本研究制备的NHL2砂浆高23.2%,本研究制备的NHL2与NHL5的抗冻性优于市售产品。最后,将NS引入NHL发现:在NHL浆体的早期水化过程中,由于NS在C₂S颗粒上的吸附和NS对水的竞争吸附,C₂S的初始水化速度会减慢;但后期NS与Ca（OH）₂的火山灰反应会加速水化。无论在空气还是加速碳化条件下,NHL砂浆的碳化深度和碳化速率均随NS含量的增加而增加,NS的加入降低了NHL砂浆的孔隙率和大孔数量,增加了中孔的比例,提高了NHL砂浆的密实度。含NS的NHL2砂浆可以捕获和利用更多的CO₂,特别是在加速碳化条件下。CO₂的捕获和固化也能改善含NS的NHL2砂浆在固化3、7和28d后的力学性能。