以矿渣、粉煤灰和硅灰为原材料制备高强地聚物，利用单一质心设计法对原材料组成进行设计优化，研究了硅灰对凝结硬化过程以及对硬化浆体抗压强度的影响。结果表明：硅灰充分发挥了细颗粒作用，充填在矿渣和粉煤灰堆积空隙中，由此释放的激发剂提高了固体颗粒表面的液膜厚度，从而改善地聚物的流动性，降低浆体的触变性、屈服应力和塑性黏度；由于高活性，部分硅灰在强碱性溶液中快速溶解，使得激发剂中硅酸根离子浓度提高，碱度降低，从而使矿渣和粉煤灰的反应速率降低，减缓C—A—S—H凝胶形成，宏观上表现为凝结时间延长，加速期迟滞，反应热峰值和累计放热量降低，硬化体早期强度发展受到影响。当矿渣含量>50%、粉煤灰含量<30%且硅灰含量<30%时，地聚物砂浆强度超过100 MPa，满足新拌性能要求，具有制备超高性能混凝土的可行性。

通过建立的收缩约束应力计算方法和设计的收缩约束试验评估了超高性能混凝土（UHPC）钢桥面铺装结构的收缩约束应力发展行为。结果表明：钢桥面对UHPC收缩约束作用占据主导，约束度可达0.41，配筋率对UHPC收缩约束作用呈指数增长趋势；UHPC收缩约束应力水平与约束度基本呈线性相关，但UHPC收缩约束应力水平增长幅度随着配筋率的提升逐渐降低；用于钢桥面铺装的UHPC材料收缩变形宜控制在300×10^-6以内，且具备应变硬化特性；密配筋（≥3%）会显著增加结构开裂风险，但也可以有效提高等效结构刚度。

为降低或完全补偿超高性能混凝土（UHPC）的自收缩，研究了膨胀剂单掺、内养剂单掺、膨胀剂与内养剂复掺对UHPC的流动性、凝结时间、强度和自收缩的影响。结果表明：膨胀剂的加入明显降低和缩短了UHPC的流动性和凝结时间，内养剂的加入可以提高和延长掺膨胀剂UHPC的流动性和凝结时间；4%掺量的膨胀剂能小幅提高UHPC的强度，8%掺量的膨胀剂会降低UHPC的强度，内养剂的加入能改善掺8%膨胀剂UHPC的强度；4%掺量的膨胀剂能降低34.4%的自收缩，8%掺量的膨胀剂能完全补偿UHPC的自收缩，但存在体积安定性不良的问题，内养剂的加入能进一步降低掺4%膨胀剂UHPC的自收缩和改善掺8%膨胀剂UHPC的体积安定性。因此膨胀剂与内养剂复掺是一种较理想的用于降低UHPC自收缩的方法。

为提升超高性能混凝土（UHPC）的工作性能，研究了两类减水剂对低水胶比水泥-硅灰浆体流变性能的影响，并通过分析减水剂的吸附行为、浆体中颗粒堆积密实度以及间隙液黏度等，揭示减水剂的吸附行为对UHPC浆体黏度的影响机制。结果表明：减水剂在不同粉体表面具有显著的选择性吸附行为，羧酸基减水剂对水泥具有优异的吸附能力，膦酸基减水剂对硅灰吸附能力更强；对于流动度相近的纯水泥浆体，低间隙液黏度是导致掺入羧酸基减水剂浆体黏度更低的主要原因；而膦酸基减水剂对硅灰更强的分散能力导致了水泥-硅灰浆体中颗粒堆积密实度大幅度增加，浆体黏度显著低于掺羧酸基减水剂的浆体。

通过开展超高性能混凝土（UHPC）基体的再水化试验，测试了不同再水化时间水泥石的化学结合水量、试件膨胀率和抗压强度，基于Krstulović-Dabić的水泥水化动力学和水泥水化微观信息，建立了再水化模型，同时结合微观形貌变化和孔结构变化，基于建立的模型，分析了再水化作用对其水稳定性的影响机理。结果表明：在低水灰比（0.15~0.30）范围内，水灰比越低，再水化结合水量在前期越大，后期反而越小；再水化过程中，试件膨胀率随水灰比的降低呈增大趋势；不同水灰比水泥石的抗压强度随再水化时间的增长呈增大和减小交替出现的趋势。根据再水化模型计算的水泥水化度模型预测结果和试验结果吻合良好，表明所建立的模型可以较准确地模拟UHPC基体的再水化过程。水灰比0.30水泥石较大的水泥水化速率导致其具有较高的抗压强度增长幅度。再水化前期，水泥水化速率快，再水化产物不断填补水泥石内部初始孔隙，后期水泥水化速率缓慢，再水化产物体积膨胀导致水泥石出现微裂缝，UHPC基体性能劣化。

为明确常温和低温环境下超高性能混凝土（UHPC）材料弯拉性能的不同特征，对-20 ℃和20 ℃两种温度下UHPC的弯曲性能进行了研究。结果表明：随着温度的降低，UHPC的强度和弹性模量均有所提高，且强度的提高幅度更为显著。与20 ℃时的相应值相比，-20 ℃时UHPC的立方体抗压强度、棱柱体抗压强度、劈裂抗拉强度、弯拉开裂强度、弯拉极限强度和轴压弹性模量分别提高了7.3%、8.0%、10.8%、13.7%、9.0%和4.1%；随着温度的降低，UHPC材料的变形性能和延性性能总体上有所降低。与20 ℃时的相应值相比，-20 ℃时虽然由于UHPC的开裂强度较其弹性模量提高的幅度更大使得弯拉试件的初裂应变提高了6.3%，但其峰值应变、极限应变、残余应变以及延性系数则分别降低了2.9%、8.2%、5.5%和6.4%。

通过3个强度等级、2种钢纤维类型和4组钢纤维掺量超高性能混凝土（UHPC）小梁试件的抗折试验，研究了强度等级、钢纤维类型和体积掺量对超高性能混凝土抗折强度及尺寸效应的影响。结果表明：随UHPC强度等级的增加，小梁试件抗折强度尺寸效应趋于明显，R160级试件抗折强度尺寸效应约为R120试件的1.26倍。钢纤维掺量对UHPC抗折强度尺寸效应有较大影响，钢纤维掺量越大，尺寸效应越明显，掺入3%（体积分数）平直型钢纤维和端勾型钢纤维的R120级UHPC小梁试件抗折强度尺寸效应比未掺加钢纤维的试件提高了71%和78%。建议了UHPC抗折强度尺寸换算系数，提出了UHPC抗折强度尺寸效应律计算公式。

采用河砂替代石英砂并添加粗骨料的方式制备含粗骨料的超高性能混凝土（UHPC），研究不同粗骨料掺量和粒径对UHPC力学性能的影响。结果表明：粗骨料掺量的增加对UHPC基体新拌混合物的流动性具有降低作用，粗骨料粒径对新拌混凝土的流动性具有不规则增强效应；当粗骨料掺量不大于400 kg/m³时，UHPC基体立方体抗压强度和轴心抗压强度呈现不同程度的增长，当粗骨料掺量继续增加，UHPC基体立方体抗压强度和轴心抗压强度出现下降；粗骨料粒径的增加对UHPC基体的立方体抗压强度和轴心抗压强度具有增强效应，而对UHPC抗折及劈裂抗拉强度影响不大。骨料掺量对UHPC基体的弹性模量具有增强效应，骨料粒径越小，弹性模量越大；UHPC初裂强度、峰值强度、初裂挠度、峰值挠度以及各阶段耗能均随粗骨料掺量的增加缓慢降低；初裂强度、峰值强度、各阶段耗能均随粗骨料粒径的增大而降低，初裂挠度与峰值挠度随粗骨料粒径的增加呈现缓慢上升的趋势；韧性指数I₅、I₁₀、I₂₀均随骨料掺量和粒径的增加而逐渐减小。

将细短钢纤维定向分布在水泥浆中制备超高性能混凝土（UHPC），在不同的钢纤维体积掺量下，对比分析了定向分布钢纤维UHPC（D-UHPC）与乱向分布钢纤维UHPC（L-UHPC）的抗压、抗折和弯曲抗拉等强度，通过弯曲韧性、钢纤维与UHPC基体的界面黏结强度及宏观、细观照片来揭示其增强作用机理。结果表明：随着钢纤维掺量的增加，L-UHPC的抗压强度先增大后减小，D-UHPC的抗压强度则持续增大；两种UHPC的抗折强度均随着钢纤维体积掺量的增加而不断增大；在相同的钢纤维体积掺量下，D-UHPC的抗折强度均比L-UHPC的更高；试样受弯断裂过程中，D-UHPC所产生的裂缝宽度比L-UHPC的更窄，且出现了更多细小裂缝，可通过分散吸收荷载而表现出更高的弯曲韧性；D-UHPC的初裂挠度、极限抗拉挠度、初裂强度、极限抗拉强度和韧性指数在相同的钢纤维体积掺量时均比L-UHPC的有大幅度增加；钢纤维的埋入角越大，拔出荷载峰值越小，且荷载峰值对应的挠度越大，显示出钢纤维方向对UHPC力学性能的显著影响。

以珊瑚砾石、珊瑚砂拌和海水、水泥及减水剂制备全珊瑚砂混凝土。开展不同上限应力、下限应力及不同加载频率下的正弦波循环加载、卸载试验，得到了珊瑚混凝土阻尼比随变形破坏全过程演化曲线，分析了荷载波形参数对珊瑚混凝土阻尼特性的影响及机理。结果表明：阻尼比随循环周次呈现初始衰减、稳态和加速3阶段演化特征；珊瑚混凝土平均阻尼比为3.9%~5.9%，高于普通混凝土，主要归因于珊瑚骨料多孔隙、多棱角和易破碎性质；提高上限应力、降低下限应力水平或提高加载频率均会使珊瑚混凝土阻尼比增大，且阻尼比对上限应力的变化最为敏感，对下限应力变化次之，对频率变化敏感度最低。

研究了经冲刷的鹿角状珊瑚、轻质珊瑚礁和重质珊瑚礁作为粗骨料对珊瑚混凝土力学性能的影响。结果表明：鹿角状骨料对珊瑚混凝土立方体和棱柱体抗压强度的提高作用最显著，其次是重质珊瑚礁骨料，最后是轻质珊瑚礁骨料；珊瑚混凝土90 d与28 d立方体抗压强度具有正相关性，棱柱体抗压强度随立方体抗压强度增大而线性增大，与骨料种类无关；珊瑚混凝土棱柱体峰值应变随峰值应力增大而对数增大，应力-应变曲线方程以及棱柱体的受压破坏形态都不受珊瑚骨料种类的影响。

对比研究不同喷射工艺下的硬化喷射混凝土气泡结构特性、抗水渗透及抗冻性能，并对冻融破坏区的微观特性进行了探究。结果表明：湿法喷射后混凝土的内部直径40 μm以下类圆形及不规则多边形气泡显著增多，彼此并不完全独立，造成混凝土后期力学强度下降，而干法喷射后混凝土内部直径280 μm以上大气泡占比较高，早后期力学强度及抗水渗透性能均低于湿喷体系。快速冻融试验中，喷射混凝土历经冻融极限150~175次，抗压强度损失率达40%~48%，抗冻性能要弱于同水灰比无喷射混凝土但明显优于同28 d强度无喷射体系。受冻胀效应形成的静水压作用，硬化湿法喷射混凝土内部并不独立的气泡相互连通形成冻胀裂纹，造成了喷射混凝土微观结构破坏，从而削弱了其抗冻性能。

利用丝束电极技术研究0.1~0.3 mm裂缝砂浆保护下电极表面腐蚀电流分布与电化学阻抗谱。在海洋浪溅区对0.1~0.3 mm裂缝混凝土暴露700 d，测试钢筋混凝土阻抗谱并计算腐蚀电流演变。结果表明：无裂缝砂浆中钢筋钝化时间大约为10~17 d，裂缝使得混凝土中钢筋钝化时间提前。混凝土中钢筋钝化与锈蚀均是由点到面的非均匀过程，裂缝使得氧气快速渗透至钢筋表面并在裂缝处形成阴极区；随着氯离子通过裂缝扩散至钢筋，裂缝处钢筋氧化形成若干阳极区。当横向裂缝小于0.1 mm时，海洋环境下的混凝土微细裂缝自愈合降低了氧气供给，使得裂缝处阳极区再次转化为阴极区从而延缓钢筋腐蚀。当横向裂缝为0.3 mm时，混凝土裂缝处钢筋快速锈蚀并向裂缝两边扩展，海洋浪溅区钢筋腐蚀速度可达到0.484 μm/a。

提出一种基于最紧密堆积材料体系设计理论的可浇筑成型的高性能可碳化混凝土（HPCC）。以钢渣粉为主要胶凝组分，利用少量普通硅酸盐水泥的高水化活性提供脱模强度，掺入适量硅灰提高材料体系的密实度，研究了快速碳化养护对HPCC的力学性能与显微结构的影响规律。结果表明：1 d密封养护后HPCC的抗压强度为5.2 MPa，经干燥预处理与24 h碳化养护后HPCC的抗压强度接近90 MPa；适当的干燥预处理有利于碳化反应的进行，且最佳失水率为74.4%；碳化反应形成的碳酸钙晶体以方解石为主，含微量文石，在最紧密堆积体系内填充并进一步密实基体结构是HPCC高强的主要作用机理；碳化养护后HPCC的安定性良好。

为深入揭示水泥基材料渗透率与孔结构间的关系，以不同水灰比、不同温度水养的白水泥砂浆为研究对象，利用低场磁共振与压汞技术分别测试了砂浆在饱水与干燥状态下的孔径分布，并利用稳态渗透法测试其水分渗透率。结果表明：砂浆在饱水与干燥状态下的孔结构差异显著，临界孔径相差1个数量级左右，原因在于水化硅胶钙（C-S-H）凝胶具有显著的水敏性。经历56 d 80 ℃热水养护后，由于C-S-H凝胶高温老化加速，饱水砂浆的孔隙率及临界孔径显著增大，孔结构明显粗化，水分渗透率增大，对耐久性不利。干燥预处理对压汞测试所得孔结构的影响可能远超高温老化，在分析孔结构变化时必须考虑水敏性的影响，否则可能得出错误结论。将孔隙视作不同大小的毛细管束，经典Kozeny-Carman模型可基于低场磁共振测试所得饱水孔径分布曲线来准确预测水分渗透率，将比例系数取为1.09所得理论值与实测值的相对误差在[-42.7%，71.1%]范围内，预测精度接近极低渗透率测试的误差水平。

以深圳各港口实测海水盐类成分为基准，配置了不同盐类比例和浓度的侵蚀溶液，研究了侵蚀溶液成分及浓度比例对砂浆性能劣化和氯离子扩散的影响。结果表明：多离子溶液浸泡环境下硫酸根离子对氯离子在砂浆中传播的影响与盐类浓度有关，高浓度硫酸根离子和镁离子对氯离子在砂浆中传播前期抑制后期促进的规律不适用描述海水浸泡环境多离子相互作用对氯离子传播的影响；海水中低浓度硫酸根离子和镁离子的存在并未对氯离子的传播产生抑制作用，甚至有轻微的促进作用。

通过研究200 ℃超高温环境下2种不同目数硅砂以及微硅等外掺料加量和配比对水泥石矿物成分及物理力学性能的影响，发现优化颗粒级配可以显著提高水泥石7 d抗压强度，同时提高SiO₂总加量可以明显改善30 d长期强度。经过优化后的2套配方30 d抗压强度达到40 MPa以上，水测渗透率低于2×10^-6 μm²。通过分析该两套配方物理力学性能在30 d内物理力学性能及微观结构成分随养护时间的演化规律，发现水泥石矿物成分及矿物结晶状态在7 d至30 d基本没有变化，但微观结构有粗化现象，从而导致其抗压强度、弹性模量等力学性能随时间降低，水测渗透率随时间近乎线性增长。

以不饱和季铵盐单体与不饱和非（阴）离子单体进行水溶液自由基共聚，合成了系列阳离子聚合物型牺牲剂（CSA）。采用水泥净浆流动度来评价牺牲剂对加蒙脱土水泥中聚羧酸减水剂（PCE）分散性能的影响。结合有机碳吸附、热重分析、X射线衍射等测试手段，不仅考察了聚合单体比例、季铵盐单体种类、非（阴）离子单体种类对牺牲剂作用效果的影响，确定了三甲基烯丙基溴化铵-丙烯酰胺（ATMA-AM 2∶1）为最佳结构，同时也探明了其作用原理。加入ATMA-AM（2∶1）后，有效阻止了PCE分子聚醚侧链进入到蒙脱土层间，显著降低了PCE分子在蒙脱土上的吸附量，增加了其在水泥颗粒上的有效吸附，掺蒙脱土水泥中PCE的流动度由156 mm提升至225 mm，显著改善了蒙脱土对PCE分散性能带来的负面影响。

制备不同水灰比硬化水泥砂浆试样并进行盐冻实验（CDF冻融），通过X射线断层扫描获取不同冻融循环次数下硬化水泥砂浆的细观图像及三维孔隙结构，分析了冻融循环过程中细观结构演化过程及其机理，研究了CDF冻融循环作用下硬化水泥砂浆孔隙参数变化规律以及水灰比对砂浆试样抗冻性的影响。结果表明：冻融微裂缝沿着水泥集体与细骨料的多孔界面发展，降低水灰比可减少界面孔隙量，从而提高水泥基材料抗冻性能；水灰比0.30的水泥砂浆具有较强的抗冻性；水泥砂浆的冻融损伤演化及破碎过程可用分形维数曲线来表征。

提高聚羧酸高性能减水剂（PCE）在含泥水泥浆体中的分散性是国内外研究的热点，尤其是最近几年利用新的技术手段研究PCE与黏土之间的相互作用实现了不小的突破，与此同时也获得多种提升PCE抗泥性的手段。综述了聚羧酸减水剂抗泥性的研究进展，主要包括PCE与蒙脱土之间的相互作用机理、抗泥型PCE的制备、牺牲剂与PCE互配使用提升PCE在含泥水泥浆体中的分散性能，并对该研究领域今后的发展方向进行了展望。

以KMnO₄和醋酸铵为原料，无需额外的模板剂，采用简单水热法制备超长纳米线状MnOOH，利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、热重分析，循环伏安法、恒流充放电法和电化学阻抗法对合成样品进行表征。结果表明：MnOOH纳米线的长度在10 μm以上，直径约为20 nm，在电流密度为1 A/g时，比电容为285 F/g；在电流密度为10 A/g时，4 000次充放电循环后电容保持率达96.2%；MnOOH纳米线材料可以形成出色的电子传输通道，表现出较为优异的超电容性能，作为超级电容器的电极材料具有广阔的应用前景。