为了提高钢纤维的使用效率以及实现超高性能混凝土（UHPC）的性能调控，开展了钢纤维掺量及其形成的3D空间网络结构对UHPC的性能影响研究。采用改良的Andreasen和Andersen（MAA）颗粒堆积模型设计了UHPC基础配合比，提出了优化纤维取向的浇筑方式，之剖析了钢纤维3D空间网络结构的形成，并研究了钢纤维掺量及其3D空间结构对UHPC性能的影响。结果表明：采用单侧浇筑方式可优化UHPC钢纤维空间取向与分布；钢纤维掺量越高，纤维取向更加无序化且搭接概率越大，这导致了UHPC堆积结构的破坏和工作性能的下降；钢纤维的掺入可显著提高UHPC的力学性能，但掺量过高时，愈加紊乱的网络结构会导致增强效率的下降。钢纤维对UHPC的性能影响具有双面性，合理地优化与调控UHPC钢纤维掺量及其形成的3D空间网络结构，可有效提高钢纤维使用效率以及实现UHPC性能的提升。

掺2种不同形状的超细镀铜钢纤维，制备出性能优异的超高性能混凝土材料（UHPC），采用分离式Hopkinson压杆装置对UHPC材料进行了多次高速冲击压缩实验，研究了应变率、冲击次数、纤维种类及其混杂对该材料抗多次冲击性能的影响规律，采用X射线CT测试技术研究UHPC在多次冲击荷载作用下的动态损伤演变规律并对材料的损伤程度进行定量分析。结果表明：端勾型钢纤维对UHPC材料的增强、增韧效果略优于平直型钢纤维，掺加1%的平直型和2%端勾型钢纤维的材料具有最优异的静态和动态力学性能，提出了改进的动态增长因子模型解析式，与实验结果具有很好的吻合度。

对钢-聚丙烯混杂纤维超高性能混凝土（SP-UHPC）开展受压力学性能研究，通过单调和循环受压加载试验，分析纤维种类、长径比和体积掺量对SP-UHPC关键力学性能指标的影响，并基于扫描电子显微镜结果揭示钢-聚丙烯混杂纤维增强机理。结果表明：钢-聚丙烯混杂纤维可以显著提高SP-UHPC受压力学性能；与未掺入纤维的UHPC相比，SP-UHPC表现出明显的延性破坏特征，峰值强度、峰值应变和韧性明显提高，刚度退化速率减缓。建立了SP-UHPC单轴循环受压应力-应变关系数学表达式，能够准确预测含有不同纤维特征参数的SP-UHPC在单轴受压条件下的力学响应。

采用不同浓度硅烷偶联剂（SCA）溶液对憎水的聚乙烯纤维（PE纤维）进行表面改性处理，用表面改性后的PE纤维制备超高性能混凝土（UHPC），测定其直拉应变硬化与开裂行为。结果表明：对于低水胶比（0.18） UHPC，掺有3%浓度SCA溶液改性PE纤维得到了较好的应变硬化效果，多缝开裂效果更为显著。改性PE纤维影响UHPC应变硬化的机理是，附着在PE纤维表面的硅烷偶联剂官能团与基体之间建立较强的化学粘结力，其中的自由羟基（—OH）与基体中水化产物C-S-H发生缩合反应，羟基（—OH）与Ca（OH）₂中的Ca²⁺之间发生配位化合作用。

利用石灰石煅烧黏土水泥（LC³）制备了3种不同煅烧黏土掺量的超高性能混凝土（UHPC），并通过动态热机械分析、扫描电镜能谱分析、孔结构分析等测试技术评估煅烧黏土掺量对UHPC静、动态力学性能的影响。结果表明：煅烧黏土的掺入可使UHPC的损耗因子、损耗模量和储能模量最高分别提升46.7%、50.0%和102.0%；煅烧黏土掺量为35%、40%和45%时，坍落扩展度分别降低了20.5%、26.9%和29.2%；煅烧黏土掺量为35%时，抗压和抗折强度分别增加了13.78%和27.11%。综合可知，掺入30%~40%煅烧黏土制备的UHPC具有更好的静、动态力学性能和环境、经济效益。

制备了碳纤维网格增强超高性能混凝土（TR-UHPC），开展了纤维网格拉伸、UHPC拉伸、网格-UHPC拔出和TR-UHPC拉伸试验，并结合数值模型研究了TR-UHPC的拉伸刚化响应以及碳纤维网格和钢纤维协同作用。结果表明：TR-UHPC呈现出显著的应变硬化和多裂纹开展特性，拉伸强度、裂后刚度和延性有效提高；在钢纤维体积掺量为0.5%~1.5%时，TR-UHPC性能的提升主要由钢纤维桥连作用控制，当体积掺量为1.5%~2.0%时，纤维网格-UHPC粘结滑移性能起主要作用。数值模型考虑了包括纤维网格拉伸性能、UHPC拉伸应力-裂缝宽度响应、纤维网格-UHPC界面粘结滑移性能在内的主要作用机理，计算结果与实验结果符合较好。

为研究相同流动度下偏高岭土对超高性能混凝土（UHPC）浆体流变性能和静置状态下纤维分布的影响规律，采用流变性能试验、结构重建速率测试和图像分析技术，探讨了偏高岭土对UHPC浆体流变性能的作用机理，并使用结构重建速率表征纤维分散情况。结果表明：流动度相同时，浆体的屈服应力基本相同；随着偏高岭土掺量的增加（5%~10%），UHPC浆体的表观黏度逐渐增加，但其流变特性无明显变化；掺入偏高岭土可以提升浆体的结构重建速率，但减水剂用量的增加会削弱这种提升效果；浆体结构重建速率与静置状态下UHPC中的纤维分散具有良好的相关性，结构重建速率越高，纤维分散越好。

采用电磁无损检测分析自由流动浇筑的应变硬化超高性能混凝土（SH-UHPC）薄板内纤维取向分布，对沿垂直流动方向切割的试件进行直接拉伸试验（DTT）、四点弯曲试验（4PBT）及反分析。结果表明：在水平自由流动状态下，SH-UHPC薄层中纤维趋于垂直流动方向分布；SH-UHPC薄板内抗拉性能（非弹性段）波动大，主要由于纤维取向随着流动距离而不断变化；相比于4PBT，DTT能够更直接、更全面且更准确的得到SH-UHPC的抗拉性能。此外，基于试验及统计数据分析表明，SH-UHPC薄板中（90°方向）抗拉强度修正系数K_f=1.12，低于法国AFGC的推荐值；极限应变修正系数K_ε=1.25。

研究了超高性能混凝土（UHPC）湿接缝界面破坏特性、拉伸强度以及拉伸强度比（接缝试件界面拉伸强度相对于整体试件的比值）等。结果表明：所有UHPC湿接缝试件的破坏模式均为脆性破坏；相比于未掺纤维湿接缝试件（界面拉伸强度2.24 MPa），掺纤维UHPC湿接缝试件具有更好的界面粘结性能（界面拉伸强度可达6.64 MPa，拉伸强度比可达68.6%）；当纤维体积掺量不大于2.5%时，湿接缝试件的界面拉伸强度、拉伸强度比以及界面断裂韧性均随纤维体积掺量的增大而增大，最佳纤维体积掺量为2.5%；长纤维对UHPC湿接缝界面拉伸强度、拉伸强度比以及界面断裂韧性的提升效果优于短纤维，异形纤维优于平直形纤维；配筋UHPC湿接缝试件延性特征显著优于未配筋试件，增加钢筋锚固长度、界面配筋率是提高UHPC湿接缝延性特征和界面拉伸强度的较有效方法；当钢筋锚固长度达到6倍钢筋直径时，湿接缝处界面拉伸强度大于整体浇筑UHPC拉伸强度。此外，构建了不同纤维参数下UHPC湿接缝界面拉伸应力-相对位移简化模型。

针对现有防辐射混凝土力学强度、抗冲击性能和防辐射性能难以兼顾的问题，研制了一种具有超高强度、低收缩、高防辐射和高抗冲击性能的超高性能混凝土（UHPC），并分析了其主要性能的形成机理。结果表明：制备的低收缩防辐射超高性能混凝土28 d抗压/抗折强度可达120/20 MPa，180 d收缩率可低至385×10^-6，辐射屏蔽效率可达85%，动态冲击终裂总能耗可达5 600 kJ/m³；其性能主要源于UHPC密实设计原理，高钛重矿渣砂界面增强和“销钉结构”作用，高钛重矿渣砂内养护与膨胀剂交互作用，重晶石粉/砂、高钛重矿渣砂和钢纤维中Ba、Fe等主要组成元素的射线屏蔽作用，以及钢纤维和聚合物纤维的复合增韧作用。

完成了4组粗骨料含量，3个水胶比和4个几何尺寸含粗骨料超高性能混凝土（UHPC）立方体试件的抗压强度试验，分析了粗骨料含量和水胶比等对含粗骨料UHPC立方体抗压强度尺寸效应的影响，结果表明：粗骨料含量对UHPC立方体抗压强度尺寸效应影响较大，含粗骨料UHPC立方体抗压强度尺寸效应度约为不含粗骨料UHPC的1.39倍。随水胶比的提高，含粗骨料UHPC立方体抗压强度尺寸效应逐渐减弱。建议了含粗骨料UHPC立方体抗压强度尺寸换算系数，提出了尺寸效应律参数计算公式，可预测含粗骨料UHPC的立方体抗压强度。

比较了超高性能混凝土、纤维增强高强混凝土以及高延性混凝土厚靶在不同尺寸刚性弹丸及侵彻速度冲击作用下的破坏模式，并量化了损伤程度。分析了混凝土材料侵彻深度随抗压强度、弹丸相对骨料大小以及等效硬度的变化规律。采用校准的K&C模型模拟了刚性弹丸冲击超高性能混凝土的破坏结果，模型预测的侵彻深度和开坑面积均与试验结果吻合较好，验证了其有效性。

制备了以不同超高性能混凝土（UHPC）为基础的功能梯度混凝土（FGC）靶，研究了提高混凝土材料抵抗超高速射流的方法，开展了功能梯度混凝土防护工程材料抗超高速侵彻性能实验及数值模拟。通过射流侵彻试验，采集靶体的损伤分布、子弹破碎程度、侵彻破坏深度和破坏形态等各个方面的实验数据，进而分析功能梯度混凝土靶体的抗超高速侵彻性能；采用ANSYS/AUTODYN建立有限元计算模型，并与射流毁伤实验数据对照，验证了模型正确性；利用AUTODYN软件预测了射流和超高速弹体侵彻耦合破坏的结果。结果表明：功能梯度混凝土靶板能够有效阻挡超高速射流侵彻，侵彻深度为241 mm；通过数值模拟对射流形成以及侵彻靶板过程进行了分析并验证其有效性，误差为3.7%。

超高性能混凝土（UHPC）是一种新型的水泥基材料，具有良好的裂缝自愈合潜力。对UHPC裂缝自愈合的研究进展进行了综述，归纳了UHPC基本特性及裂缝自愈合机理，讨论了裂缝自愈合行为对UHPC性能的影响，分析了最新的裂缝自愈合表征技术及自愈合理论模型，总结了目前UHPC裂缝自愈合研究中存在的关键问题，并提出了发展展望。

充填体是多相复合水泥基材料，被广泛应用于矿山采空区充填。为研究充填体在覆岩作用下的破坏规律，利用单轴压缩声发射试验研究不同灰砂配比的组合充填体受压条件下的声发射特性和材料裂隙演化。结果表明：尾砂占比对组合充填体的声发射特性存在显著影响，在破坏过程中组合充填体的声发射活动由冷缝及软弱面主导，并在试样79%~88%应力峰值时，声发射参数具有显著下降趋势；组合充填体在应力峰值前，声发射能量波动剧烈，b值平稳上升；应力峰值过后，声发射能量降低，b值迅速上升且剧烈地上下波动。利用声发射参数的变化规律可为充填体的破坏进行预测。

借助纤维素/聚乙烯醇（PVA）水凝胶对温度变化的响应特性，可缓解由正负温变化导致的水泥基材料损伤破坏。在分析纤维素/PVA对水泥基材料流动性、冻融循环前后力学性能影响基础上，研究了水凝胶复合水泥基材料水化产物、孔、裂缝等微结构特征。结果表明：纤维素/PVA溶液提高了水泥浆体的流动度；经冻融循环的纤维素/PVA溶液形成了交联网络状结构，提高了水泥基复合材料的总孔隙率，但有效缓解由于冻融循环作用而导致的强度下降和损伤。

研究了氙灯老化和表面磨损对硅树脂乳液表面浸渍混凝土防水效果的影响。结果表明：硅树脂用于表面防水处理能显著提高混凝土的憎水性能，明显降低混凝土的毛细吸水性能，且随着涂覆量的增加效果更为明显；氙灯老化90 d后硅树脂表面浸渍处理混凝土的接触角变化不大，混凝土试块的吸水曲线几乎没有变化，仍表现出良好的憎水性。Si—O—Si主链的存在使得硅树脂具有良好的抗老化性能；随着磨损深度的增加，硅树脂表面防水处理混凝土试块的憎水性逐渐下降。

利用分离式Hopkinson压杆（SHPB）装置对不同掺量（占水泥的质量分数）碳纳米管（CNTs）的水泥净浆试样在冲击荷载下的动力学特性展开研究，并利用扫描电子显微镜揭示了含CNTs水泥净浆的微观形貌特征。结果表明：在恒定冲击荷载下，试样的动态抗压强度、弹性模量和峰值韧度均随CNTs掺量的增加呈现出先增加后减小的趋势；CNTs掺量为0.1%时，三者达到最大值，与空白对照试样相比，其增幅分别为34.1%、70.0%和15.4%；试样的破坏程度表现出相反的变化规律，0.1%CNTs掺量的试样破碎程度最低，分形维数较空白试样减小了22.3%；适量的CNTs可改善水泥基体的孔径分布，对孔洞、裂缝进行填充与桥接，使其更加致密，但当其掺量过高极易发生团聚，降低基体的力学性能。

研究约束（膨胀约束、收缩约束）对单面盐冻混凝土表面损伤的影响及作用机理，测试了水灰比为0.40的自由态和约束态混凝土每4次盐冻循环的表面剥落量和首次盐冻循环降温过程中的混凝土应变，计算了混凝土表面冰层中的拉应力。结果表明：约束态混凝土表面剥落量比自由态混凝土大；约束态混凝土表面剥落量随膨胀约束应力增大而增加，受收缩约束应力影响较小。与自由态混凝土相比，约束态混凝土表面冰层中的拉应力较大且随膨胀约束应力增大而增大；根据“粘贴-剥落”理论计算并证明了膨胀约束导致冰层更易开裂，引发了冰层下混凝土发生更严重表面损伤。

将多壁碳纳米管（MWCNTs）掺入混凝土中能提高混凝土的断裂韧性。通过带预制裂缝的三点弯曲梁断裂试验对MWCNTs增强混凝土的断裂性能进行了研究，采用双K断裂参数分析了MWCNTs增强混凝土的断裂性能。结果表明：MWCNTs提高了混凝土的断裂韧性。当MWCNTs的掺量为0.10%（占水泥的质量分数）时，混凝土的28 d抗压强度和劈裂抗拉强度分别提高了1.7%和11.7%；当MWCNTs的掺量为0.15%时，混凝土的起裂韧度、失稳韧度和断裂能分别提高了31.0%、32.4%和24.6%。MWCNTs主要通过桥接混凝土里的微裂缝和增强骨料界面过渡区，延缓微裂缝的扩展。

采用低场核磁共振技术研究了钙镁膨胀剂及其与温升抑制剂（TRI）复掺对水泥浆体早龄期水化的影响。结果表明：随着钙镁膨胀剂掺量的增加，诱导期横向弛豫T₂信号量降低，稳定期T₂信号量升高。复掺钙镁膨胀剂和TRI的水泥浆体随钙镁膨胀剂掺量的变化趋势与单掺钙镁膨胀剂时相似，但随TRI掺量的增加，水泥浆体的加速期和减速期显著延长，水化速率明显下降。养护温度对掺钙镁膨胀剂和TRI的水泥浆体的水化影响较大，养护温度促进了TRI的溶解与扩散，在加速期进一步降低了水化速率。

为了研究珊瑚混凝土（CAC）的静、动态力学行为及损伤破坏机理，基于CAC的细观组成及结构特点，建立了包含珊瑚骨料、砂浆及二者之间界面过渡区（ITZ）的三相随机细观混凝土模型。根据破碎珊瑚骨料细观结构特征，提出采用三维随机多面体模型来表征其在形状和空间分布方面的随机特性的新思路。基于所建立的三维随机细观模型，结合CONCRETE_DAMAGE_REL3和HOLMQUIST-JOHNSON-COOK材料模型，利用ANSYS软件研究了静、动态荷载作用下CAC的力学响应，如应力-应变关系、细观破坏特征及破坏过程、应变率效应等，并分析了其细观破坏机理。结果表明：三维随机细观模型及相关材料模型参数在模拟CAC静、动态力学性能方面具有很高的可靠性，可以有效描述CAC的损伤破坏过程及形态，对于分析不同荷载作用下CAC失效机理具有重要意义。

研究了在5%（质量分数，下同）及10%硫酸盐溶液中干湿循环条件下，碱矿渣水泥砂浆中水化硅酸钙[C（N）-A-S-H]凝胶结构的变化。使用Fourier变换红外光谱，综合热分析，²⁹Si魔角自旋核磁共振，背散射扫描电子显微镜及透射电子显微镜-能谱分析了砂浆中物相组成及C（N）-A-S-H凝胶的化学结构变化。结果表明：硫酸盐侵蚀使碱矿渣（AAS）水泥砂浆中矿渣的水化程度增加且改变C（N）-A-S-H凝胶结构。在MgSO₄溶液干湿循环侵蚀后，产生的主要侵蚀产物为石膏；Na₂SO₄溶液侵蚀后，则未检测到石膏；当MgSO₄溶液侵蚀后，C（N）-A-S-H凝胶的部分长链发生了断裂；但Na₂SO₄溶液侵蚀从C（N）-A-S-H短链或长链端部开始，从而造成了平均链长显著增加。在水中干湿循环下，AAS砂浆中的C（N）-A-S-H凝胶可解释为托贝莫来石/羟基硅钙石二聚体至十一聚体（T/J2 ~ T/J11）混合物，而Na₂SO₄溶液侵蚀后，可以视为短链破坏且质子化（或Na取代率）提高的新的C（N）-A-S-H凝胶。

混凝土3D打印是一种基于三维建筑模型的快速成型技术。由于无需模具、劳动力需求低、施工速度快等特点，3D打印在近10年里受到了越来越多的关注。纤维增强混凝土具备传统混凝土的可塑性和成本优势，同时具有优异的抗拉性能和裂缝控制能力，因此3D打印纤维增强混凝土也成为了世界范围内的研究重点之一。主要从可打印纤维增强混凝土材料、打印中的工作性能和硬化后的力学性能3个方面详细介绍了3D打印纤维增强混凝土的国内外研究现状，并讨论了3D打印纤维增强混凝土未来发展的机遇以及所面临的挑战。