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。

为了降低超高性能混凝土(UHPC)的黏度，提高其工作性能，借鉴表面化学的研究成果，选用具有亲水性官能团的氨基硅烷(KH550)作为UHPC混合料的辅助外加剂，在UHPC混合料组分或配合比不变条件下，研究了水解硅烷配合比和水解硅烷的掺量对UHPC力学性能和流变性能的影响，揭示了UHPC力学与流变性能的硅烷改性机制。结果表明：KH550适合在无水乙醇和去离子水(或自来水)的混合溶剂中水解，水解最佳的配合比(质量比)为m1 (KH550)∶m2 (去离子水或自来水)∶m3(无水乙醇)=1.0∶3.0∶(2.5～5.0)，水解工艺为：三者混合后，用玻璃棒搅拌3 min，水解2 h以上；UHPC中的最佳硅烷掺量(按与UHPC中硅灰的质量比计)为1%；可以采用Bingham模型描述水解硅烷改性的UHPC的流变行为；基于水解硅烷改性的新拌UHPC流变性能大幅提升，但对力学性能的影响可忽略不计。

为研究不同工业固废粉末对自密实高性能混凝土力学性能和耐久性的影响机理, 对掺入不同比例粉煤灰、矿渣、石灰粉末、煤矸石粉末和大理石粉末的混凝土进行了试验研究。通过测试混凝土的坍落扩展度、T50流动时间、L型仪和V型仪流动时间来评估其施工性能, 通过测试混凝土超声波波速和抗压强度来分析其力学性能, 通过测试混凝土通电量和水渗透深度来表征其耐久性。结果表明: 粉煤灰、矿渣、石灰粉末、煤矸石粉末及大理石粉末可用于配制施工性能和耐久性均佳的自密实高性能混凝土; 粉煤灰和矿渣粉末的允许掺量分别为35%(质量分数, 下同)和60%, 煤矸石、石灰粉末和大理石粉末的允许掺量各为30%, 粉煤灰的添加有利于提高混凝土的流动性, 使其坍落扩展度最大可达到750 mm; 除石灰粉末外, 增加工业固废粉末掺量也可提高混凝土抗氯离子渗透性能, 但增加细粉的掺量会降低混凝土的抗渗性能和抗压强度, 其中, 掺入30%石灰粉末的混凝土抗压强度下降最明显, 降幅达到20.8%。

为研究杂散电流环境下超高性能混凝土(UHPC)的耐久性问题, 采用电迁移加速锈蚀试验方法, 研究了环境类型、氯离子浓度、胶材类型对杂散电流环境下UHPC锈蚀形态、超声波速损失率、损伤深度、孔隙率及强度损失的影响。结果表明: 杂散电流环境下UHPC试件首先在表面产生裂缝、剥落等现象, 随通电时间增加, 损伤由表及里递进发展, 内部纤维严重锈蚀并与基体分离; 杂散电流环境下UHPC损伤深度随通电时间的增加近似呈二次函数增长, 无氯离子环境或氯离子浓度小于1%(质量分数)时, 对UHPC损伤深度的影响不显著, 但随氯离子浓度增大, 影响渐趋显著, 氯离子浓度为3%时UHPC的损伤深度较1%时大1倍; 相同条件下, UHPC越密实, 抗杂散电流损伤的能力越强, 在UHPC中掺入磷渣粉或粉煤灰有助于增强其耐蚀性能。

超高性能混凝土(UHPC)水胶比较低，胶凝材料掺量较高，导致其在早龄期产生较大的自收缩，易发生收缩开裂。本文通过复掺多尺度MgO膨胀剂与高吸水树脂(SAP)内养护材料来解决此问题，探明多尺度MgO膨胀剂与内养护材料对免蒸养UHPC力学、收缩及水化特性的影响规律，并借助SEM、XRD、MIP、TG-DTG微观手段揭示复掺多尺度膨胀剂与内养护材料的协同作用机理。结果表明：与单掺MgO和纳米MgO相比，复掺多尺度MgO膨胀剂更有利于UHPC力学性能的发展，同时为UHPC体系水化过程提供稳定的膨胀源；在掺加多尺度膨胀剂的基础上继续引入SAP可以提高UHPC的工作性能，同时进一步降低UHPC早龄期的自收缩，研究结果可为解决UHPC早龄期自收缩大的难题提供数据支撑与理论指导。

考虑到抗压强度对混凝土设计的重要影响，本文提出了改进麻雀搜索算法(ISSA)和门控循环单元(GRU)结合的ISSA-GRU预测模型，实现对高性能混凝土抗压强度的精准预测。对收集的数据集进行归一化处理后，利用基于光谱-理化值共生距离(SPXY)法对数据集进行训练集和测试集划分，采用GRU对高性能混凝土抗压强度进行回归预测，并通过引入动态惯性权重的ISSA，加强对GRU网络参数的寻优效率。结果表明，在使用相同数据样本的情况下，将ISSA-GRU模型与长短期记忆(LSTM)网络、核极限学习机(KELM)和支持向量回归(SVR)模型进行比较，其均方根误差RMSE分别降低了93%、375%、335%，平均绝对误差MAE分别降低了135%、385%、417%。同时，研究了训练集数据量和输入变量对模型预测性能的影响，研究结果表明，所提出的模型能高效寻找超参数，具有较高的预测精度和较好的适应性，为多样化原材料和混凝土特定性能的发展提供可行参考。

轻质高性能混凝土(HPLC)具有密度小、强度高、耐久性优良的特点，在土木工程领域具有广阔的应用前景。根据改进的 Andreasen and Andersen模型设计HPLC初始配合比，探究不同掺量的页岩陶砂(SCS)对HPLC的工作性能、力学性能及耐久性的影响。此外，还探究了SCS对HPLC的微观形貌和孔结构的影响。研究表明：1)当SCS替代率为100%时，HPLC的表观密度为1 848.3 kg/m3，抗压强度达到123.22 MPa；2)掺入 SCS可以改善HPLC的力学性能，不同掺量的SCS使HPLC的抗压强度、抗折强度、弹性模量分别提高了8.88%~47.92%、22.50%~56.30%和3.49%~14.03%；3)掺入SCS可以改善HPLC的耐久性能，当SCS的替代率为100%时，HPLC的氯离子迁移系数较基准组降低了32.52%；4)由于SCS的掺入，HPLC的微观结构得到明显改善，使HPLC的孔隙率降低了14.86%~28.24%。

为了研究再生砂超高性能混凝土(UHPC)的抗硫酸盐侵蚀性能,对掺再生砂和超细粉煤灰的超高性能混凝土进行了硫酸盐干湿循环侵蚀试验,测试了硫酸盐溶液侵蚀前后试件的抗压强度、相对动弹性模量、质量变化。通过离子滴定测定了不同侵蚀深度下硫酸根离子的分布,分析了再生砂和超细粉煤灰对硫酸根离子传输的影响。结果表明: 经过90次硫酸盐干湿循环后,UHPC的耐侵蚀系数随着超细粉煤灰掺量的增加呈先增大后减小的趋势; 超细粉煤灰掺量为20%(质量分数,下同)时,侵蚀全过程中UHPC的耐侵蚀系数、相对动弹性模量最大,硫酸根离子含量较低; 再生砂掺量为50%时,UHPC在干湿循环45次之前的相对动弹性模量最大,相同深度下的硫酸根离子含量最低; 复掺20%超细粉煤灰和50%再生砂的UHPC抗硫酸盐侵蚀性能最优。

传统的扩展度已不能全面反映超高性能混凝土(UHPC)的施工性能，必须辅之以流变性能。但流变性能测试的专有设备较昂贵，不便工地直接采用。为此，改变水胶比和减水剂掺量，制备了18种配合比。通过对相应配合比进行扩展度、特征扩展时间(扩展直径为0.7和0.8倍扩展度所需时间)、流变参数测试，以及固化后的力学性能测试，得到多种配合比的流动参数与流变参数，建立了力学性能属于UHPC (掺钢纤维)的素UHPC (不含钢纤维)流动性与流变性关系。结果表明：可以采用Bingham模型描述素UHPC的流变行为；提出的特征扩展时间指标，测试精度相对较高；新拌素UHPC流变参数可以通过所建立的流动-流变关系得出，计算值与试验值吻合较好。

纤维网格增强超高性能混凝土(TR-UHPC)利用短切钢纤维与连续纤维网格协同增强机制进一步提高超高性能混凝土(UHPC)力学性能和应变硬化效应。为研究TR-UHPC薄板的弯曲性能及其设计方法，开展了四点弯曲试验，分析了钢纤维和纤维网格的协同增强增韧效应。在此基础上，提出了基于拉伸模型和弯曲模型的TR-UHPC弯曲构件设计方法，并分析了拉伸刚化效应对TR-UHPC构件受弯性能的影响。研究结果表明，TR-UHPC薄板的受弯承载力随着钢纤维掺量及纤维网格层数的增加而增大，而多组试件在钢纤维掺量为1.0%或1.5%时达到最高弯曲强度，钢纤维用量可有效降低。弯曲模型计算结果与试验数据吻合较好，并能够匹配拉伸模型的计算结果，该方法可在材料已知的条件下对构件的承载力进行预测，或根据构件性能需求进行材料调配，实现从材料到构件的协同设计。