超高性能混凝土(UHPC)是一种具有超高强度、高韧性和优异耐久性的新型水泥基复合材料。由于它的水胶比低、细颗粒用量大，导致新拌浆体黏度高、纤维易成团、泵送困难等问题，不利于混凝土的匀质性及纤维对UHPC增强增韧作用的发挥。本文从流变表征和模型层面综述了UHPC的流变特性，基于水胶比、外加剂、矿物掺合料、纤维及骨料特性等因素对UHPC流变性能的影响，讨论分析了UHPC流变行为调控技术，包括调控水膜层厚度、调控浆膜层厚度、降低间隙液黏度、掺入黏度调节外加剂、改变纤维特性等5个方面及其调控作用机理。

为探索高温对钢纤维自密实混凝土(SFRSCC)的动、静态力学性能的影响, 对常温(25 ℃)和不同温度(200、400、600、800 ℃)热处理后的SFRSCC进行动、静态力学性能试验, 结合LS-DYNA软件与HJC本构模型进行数值模拟分析。结果表明: 随着温度等级的提高SFRSCC的静态抗压强度先增大后减小, 在200 ℃时达最大值66.9 MPa; 在同等级冲击荷载作用下, 随着温度等级的提高, SFRSCC的动态抗压强度先增大后减小, 并在200 ℃时达到最大; SFRSCC的动态抗压强度随冲击荷载等级的增加而增大, 动态强度增长因子随应变率的增加而增大; 模拟与试验的破坏形态具有一致性。

韧性城市构筑需要更多高强、高韧的混凝土基础设施, 现有钢纤维增强混凝土(SFRC)细观力学模型与断裂性能模拟研究仍存在挑战。本文借助Python软件对Abaqus前处理二次开发, 建立了SFRC三维细观模型, 全局插入内聚力单元模拟骨料与混凝土基体之间的界面, 研究钢纤维体积率VSF、混凝土基体强度、骨料粒径对SFRC单轴压缩断裂性能的影响。结果表明: VSF在0%~2.0%时, VSF越大, SFRC抗裂性能越好, 且残余应力更大; VSF为20%时, SFRC应力较未加入钢纤维混凝土提高了60.64%; 当基体强度增加时, SFRC的韧性也随之提高, C60、C80混凝土所对应的最大应力值与C40混凝土相比分别提高了66.48%、91.39%, SFRC的应力-步长曲线在弹性阶段变得更陡峭; 骨料粒径在5~7 mm时, 随着骨料粒径的增加, SFRC的抗裂性能显著增强。显然将分散、不定向的韧性钢纤维加入脆性混凝土基体中可有效增强混凝土设施的抗震韧性和抗裂性能。

本文研究了水胶比、胶砂比、粉煤灰掺量、硅灰掺量、钢纤维掺量和陶砂密度等级对掺陶砂超高性能轻质混凝土(UHPLC)工作性能、力学性能、表观密度和比强度的影响, 确定了最佳配合比, 制得了干表观密度为1 950 kg/m3、流动度为233 mm(略高于超高性能混凝土)、28 d抗压/抗折强度不小于120/20 MPa的UHPLC。借助X射线衍射仪和扫描电子显微镜, 探讨了UHPLC水化产物、微观形貌随时间的变化规律, 并从微观结构角度分析了陶砂与基体、钢纤维与基体的界面过渡区特征, 揭示了相同条件下UHPLC比强度随陶砂密度等级增大而增大的变化规律。经过标准化回归系数分析, 发现钢纤维掺量对UHPLC强度、密度影响最大, 贡献率均大于40%, 而对UHPLC流动性影响最显著的因素是水胶比, 贡献率为38.18%, 胶砂比对流动性有较为明显的影响, 贡献率为27.20%。

为了改善由橡胶颗粒加入混凝土中引起的强度损失，在三种强度的橡胶混凝土(RC)中加入体积掺量为05%~2.0%的废旧钢纤维增强RC的力学性能，分别测试了各废旧钢纤维增强橡胶混凝土(SSFRC)在28 d的立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、四点抗折强度与轴心抗压强度。引入拉压比、折压比与韧性指数对SSFRC的韧性进行评价，结合宏观试验数据和SEM分析废旧钢纤维对RC力学性能的增强增韧机理。结果表明：橡胶的加入会降低不同基体强度混凝土的各力学性能；不同基体强度的SSFRC的各力学强度随着钢纤维掺量的增加呈先增加后下降的趋势，抗压强度在钢纤维掺量为1.0%时达到峰值，抗拉和抗折强度在钢纤维体积掺量为1.5%时达到峰值；钢纤维可在一定掺量下与橡胶颗粒协同作用进一步增加RC的韧性；废旧钢纤维-基体界面过渡区的微观形貌表明废旧钢纤维局部也发生了水化反应。综上，在橡胶体积掺量为10%、废旧钢纤维体积掺量为1.5%时，SSFRC的各力学强度增强效果最好，且韧性最佳。

通过硅烷偶联剂(SCA)对钢纤维进行表面改性，使用扫描电子显微镜和红外光谱仪对改性后的钢纤维进行微观表征，利用弯曲试验和单纤维拔出试验研究了两种SCA(KH560与KH550)改性钢纤维水泥基复合材料的弯曲性能和单纤维的拉拔性能。结果表明，KH560改性钢纤维能提高水泥基复合材料早期的弯曲强度和韧性、单纤维的峰值黏结应力和拔出功，而在后期，KH560劣化了钢纤维-基体界面，对弯曲性能和单纤维的拉拔性能产生了不利影响。KH550则呈现出与KH560相反的规律。KH550与KH560体积比为5∶5和7∶3的改性组能提高钢纤维水泥基复合材料早期和后期的弯曲性能，并有效改善钢纤维-基体界面黏结性能。复合SCA提高了钢纤维表面的粗糙度，并能在钢纤维-SCA-基体界面实现化学键连接。复合SCA有效提高了钢纤维水泥基复合材料的弯曲强度和韧性。

为研究纤维增强轻骨料混凝土抗疲劳性能，开展了恒应力循环压缩试验，对疲劳应力-应变响应进行了研究。试验采用质量分数为20%的粉煤灰和50%的粒化高炉矿渣部分替代水泥，变量为单掺或混掺不同掺量的钢纤维和聚乙烯醇（PVA）纤维。结果表明：随着循环加载次数的增加，钢纤维混凝土的宏观裂纹数量比PVA纤维混凝土多，试件的破坏形态表现为轻骨料的破裂和纤维的渐进拔出(钢纤维)或断裂(PVA纤维)；钢纤维混凝土的疲劳应变及残余应变均最大，而混杂纤维混凝土的最小；在同一应力水平下，混杂纤维混凝土的疲劳寿命最长，而钢纤维混凝土的最短；钢纤维混凝土的极限疲劳损伤高于PVA纤维混凝土和混杂纤维混凝土，且随最大应力水平的降低，该差异逐渐缩小。

自行研发的纤维定位装置可较为精准地控制钢纤维的空间位置，基于此，研究了钢纤维埋置深度、直径和埋置角度对超高性能纤维增强混凝土(UHPFRC)中钢纤维拔出行为的影响。结果表明：随着钢纤维埋置深度增加，钢纤维最大拔出力、拔出功、最大拔出应力及钢纤维强度利用率均呈不断提高的趋势，而最大平均黏结强度却呈减小的趋势；随着钢纤维直径增加，钢纤维最大拔出力、拔出功和最大平均黏结强度相应增加，而钢纤维强度利用率和最大拔出应力均减小；随着钢纤维埋置角度增大，钢纤维最大拔出力和拔出功呈先上升后下降的趋势，分别在埋置角度为45°和30°时达到最大，而埋置角度为75°时，试件破坏模式表现为钢纤维拉断失效。

为改善再生混凝土(RAC)的断裂性能，通过三点弯曲断裂试验，研究了钢纤维、剑麻纤维及钢-剑麻混杂纤维对RAC试件断裂性能的影响。同时，采用数字图像相关(DIC)技术测得RAC试件的裂缝扩展全过程。结果表明:未掺纤维的RAC试件断裂性能较差，而掺入纤维后的RAC试件断裂性能明显提升；单掺钢纤维时，试件的起裂韧度与纤维掺量无关；单掺剑麻纤维时，最佳体积掺量为0.15%，其试件的起裂荷载较未掺纤维RAC试件提高了67%。单掺纤维和混掺纤维均可提高失稳韧度和断裂能，但混掺纤维效果更佳。当体积掺量为1.0%的钢纤维和体积掺量为0.30%的剑麻纤维混杂时，其起裂韧度、失稳韧度和断裂能较未掺纤维的RAC试件分别提高了83.92%、575.86%和1 244.05%。

采用楔入劈裂法和抗热应力损伤因子评价了不同钢纤维加入量时［0~2.5% (质量分数)］莫来石质浇注料的抗热震性能，并进一步通过1 100 ℃急热-空气急冷试验法以及3种不同抗热震表征方法(抗折强度保持率、弹性模量保持率和超声波波速保持率)综合分析了浇注料抗热震性的变化趋势。结果表明：当钢纤维加入量在1.0%~2.0%，断裂韧性和抗裂纹扩展能力(R′′′′)随其加入量增加而增加，进而提高了浇注料的抗热震性能。当超过2.0%后，裂纹的快速生成和扩展会导致R′′′′和抗热震性的降低。