城市生活垃圾产量的持续增长造成了严重的生态环境污染,热解作为一种垃圾资源化处置技术,在我国正逐步推广应用。然而,垃圾热解后的固体残渣,即垃圾炭的处置处理去向受到人们广泛关注。水泥是混凝土制造中主要的胶凝材料,但水泥属于粗放式资源消耗型产业,在生产过程中不仅需消耗大量能源,而且会造成严重的大气污染。如果将垃圾炭替代部分水泥应用于混凝土制备,可以大大缓解当前垃圾处理压力,减轻水泥生产三废排放污染。但垃圾炭替代水泥是否能有效提高混凝土强度,改善混凝土界面结构尚不清楚。针对这一科学问题,本试验分别以0%、1%、2%、3%、4%、5%、10%、20%、30%垃圾炭替代等重量的水泥,制作水泥净浆、胶砂和混凝土试件,研究垃圾炭替代部分水泥后对水泥物理性能的影响,探究垃圾炭混凝土的力学性能和抗冻性能,同时结合微观技术探究加入垃圾炭后水泥和混凝土性能提升的内在机理,并进一步对垃圾炭混凝土的生态效益进行评价,其主要研究结果如下:（1）垃圾炭替代水泥后,水泥标准稠度用水量增加,初凝时间和终凝时间缩短;随着垃圾炭替代量的增大,胶砂流动度和混凝土坍落度降低;垃圾炭的吸水性较强,替代水泥后复合材料的需水量增大。（2）在胶砂中,垃圾炭替代量在5%以内时,胶砂抗压强度和抗折强度增强;当替代量增大至10%及以上时,力学性能被削弱。（3）C40、C30、C20垃圾炭混凝土的抗压强度随垃圾炭替代量的增大呈先增后减的趋势。当替代量在5%内时,垃圾炭混凝土抗压强度最高可提升约10%;替代量为10%时,垃圾炭混凝土性能有所下降,但仍满足配合比设计要求的最低强度;替代量为20%时,垃圾炭混凝土力学性能明显下降,可考虑作为低标号水泥使用,替代量增大至30%,强度被明显削弱。（4）垃圾炭混凝土的抗折强度和劈裂抗拉强度随着抗压强度的增加而增加;随着垃圾炭替代量的增加,混凝土的拉压比和折压比增大,韧性提高。（5）垃圾炭可促进水泥发生二次水化,垃圾炭中富含活性二氧化硅,极易与氢氧化钙发生反应生成水化硅酸钙,水化产物增多,混凝土孔隙率降低、界面密实性提升。（6）垃圾炭混凝土抗冻性能良好。冻融循环前期,垃圾炭混凝土吸水带来的质量增加大于冻融破坏导致的质量损失,质量损失率出现负增长现象;随着冻融次数增多,质量损失率增加,混凝土孔径增大。垃圾炭未对冻融后混凝土的抗压强度损失率造成显著影响。（7）垃圾炭混凝土生态效益可观。若垃圾炭以5%的替代量应用于混凝土建设中,在全球范围内,预计每年可节约2.1亿吨水泥,处理6.1亿吨垃圾,减少11.8亿吨二氧化碳排放,节省水泥费用909.3亿元。