水泥基材料是目前应用最广泛的建筑材料之一,研究其力学性能,特别是断裂性能有着极为重要的工程意义。水泥基材料具有显著的多尺度特征,由于实验技术和方法的限制,微观尺度研究相对较少。纳米压痕测试技术是目前研究材料微观力学性能的有力手段之一,已广泛应用于表征水泥基材料的弹性性能。本研究尝试利用纳米压痕测试技术,开辟水泥基材料微观断裂性能研究新方法。本研究根据纳米压痕能量法的基本原理和加载、卸载过程中的荷载-位移曲线,建立了考虑持荷作用下能量法弹性参数和塑性能断裂参数表征模型,通过该模型和压痕曲线能够直接计算材料的硬度、弹性模量、断裂能、能量释放率和断裂韧度等力学参数。在此基础上,研究了压入荷载、加载和卸载速率以及持荷时间变化对材料力学参数的影响,分别对龄期为3 d和28 d水泥净浆的5个大组(23个小组),共72个测点进行了微观压痕测试,同时利用扫描电镜和背散射技术研究了压痕区域硬化水泥净浆的微观形貌和组成。方法学研究结果表明:能量法弹性参数表征模型可以准确估算水泥基材料的有效深度、卸载刚度、硬度和弹性模量,估计值与常用Oliver-Pharr方法得到结果之间的偏差在10%以内;在塑性能断裂参数表征模型中考虑持荷作用是十分必要的,可以使估算结果的准确性提高25%-80%,改进的塑性能断裂参数表征模型可以获得稳定的水泥基材料断裂韧度值,且该值与宏观断裂测试方法得到的数据较为一致。水泥基材料压痕测试结果表明:早龄期水泥净浆的断裂韧度远小于完全水化水泥净浆;龄期相同的水泥净浆中,水化产物基体的断裂韧度远小于未水化颗粒;纳米压痕测试的最大压入荷载、加载和卸载速率以及持荷时间并不会显著影响断裂韧度的计算结果。本研究建立的基于能量方法的力学性能表征模型有望发展为综合表征水泥基材料微观力学性能,特别是断裂性能的一般性方法。