超高韧性水泥基复合材料(Ultra High Toughness Cementitious Composites,简称UHTCC)是一种具有应变硬化和多缝开裂特性的纤维增强水泥基复合材料,基于其卓越的变形性能、良好的裂缝控制能力和耐久性,UHTCC在科学研究和工程应用领域都得到了广泛的关注,在混凝土结构修复加固工程中具有巨大的应用潜力。传统的UHTCC现场施工工艺主要为浇筑、抹面,施工效率较低,施工人员工作强度较大,不利于大面积和机械化施工。适合喷射施工的UHTCC的研发和性能优化对UHTCC的推广应用、实现其工程应用潜力具有重要的意义。本文基于国家自然科学基金(编号:51578495)和浙江省交通厅科技项目(编号:2014H13),对喷射UHTCC的基本力学性能进行进一步优化,并就喷射UHTCC在混凝土构件的加固修复中的应用展开研究,具体工作如下:1、通过对粉煤灰理化性质的分析及其所配制的喷射UHTCC的基本力学性能对比,选出与喷射UHTCC材料体系适应性良好的粉煤灰,该粉煤灰具有需水量小、烧失量少、玻璃微珠含量高且表面光滑的特性;基于此,采用均匀试验对喷射UHTCC的力学性能进行优化,并研究了砂率和引气剂掺量对喷射UHTCC基本力学的影响;结合环境扫描电镜(SEM)分析了喷射UHTCC基本力学性能优化的机理。优化后的喷射UHTCC 7天抗压强度可达20MPa以上,28天抗压强度可达30MPa以上;28天龄期的薄板直接拉伸、棱柱体抗折、薄板四点弯曲强度分别可达2.5MPa、13MPa和12MPa以上,直接拉伸、棱柱体抗折极限应变分别可达2.5%、5%;、薄板四点弯曲极限跨中挠度可达15mm以上(净跨300mm)。2、研究了碳纤维编织网/钢丝网复合喷射UHTCC的直接拉伸性能和薄板弯曲性能,结果表明碳纤维编织网或钢丝网与喷射UHTCC具有更好的协同工作能力,二者结合能实现远优于普通TRC和钢丝网复合砂浆的力学性能。钢丝网-喷射UHTCC 28天直接拉伸和弯曲强度分别可达4MPa和20MPa以上,直接拉伸应变可达4.46%,薄板四点弯曲极限跨中挠度可达25mm;碳纤维编织网-喷射UHTCC 28天直接拉伸和弯曲强度分别可达7.22MPa和33.67MPa,极限拉伸应变可达3.34%,薄板四点弯曲(跨距300mm)极限跨中位移可达19mm以上。3、通过正交试验研究了喷射方向、界面粗糙度和是否使用界面砂浆对喷射UHTCC与既有混凝土基底粘接性能的影响,并结合SEM细观结构分析了其影响机理。结果显示喷射方向对二者界面粘接劈拉强度和剪切强度均有显著的影响,界面粗糙度对二者界面剪切性能影响显著,而是否使用界面砂浆对二者粘接性能无显著影响。4、分别开展了薄层喷射UHTCC加固素混凝土梁(包括带预制裂缝素混凝土梁)和钢筋混凝土梁(包括带预制裂缝且配筋率降低的钢筋混凝土梁)弯曲性能的试验研究,结果表明采用薄层喷射UHTCC对素混凝土梁、钢筋混凝土梁进行加固均具有良好的加固效果,对裂缝开展也具有良好的控制作用。薄层喷射UHTCC对带预制裂缝素混凝土梁、带预制裂缝钢筋混凝土梁的加固效率分别高于其对完整素混凝土梁和钢筋混凝土梁的加固效率。5、开展了薄层喷射UHTCC加固隧道衬砌模型试件的力学性能试验研究,并与未加固模型试件、粘贴碳纤维布加固模型试件以及同时采用薄层喷射UHTCC和粘贴碳纤维布进行复合加固模型试件进行对比研究,结果表明几种加固方式都可以显著提升衬砌模型试件的刚度,约束其径向变形;薄层喷射UHTCC可显著提升衬砌模型试件的各阶段承载能力,其初裂荷载、屈服荷载和极限荷载较未加固试件分别提高了 13.6%、68.9%和29.9%,加固补强效果非常明显。6、对喷射UHTCC加固钢筋混凝土梁(包括带预制裂缝钢筋混凝土梁)弯曲性能,以及喷射UHTCC加固隧道衬砌模型试件承载能力进行理论计算分析,理论计算结果与试验值较为吻合;对薄层喷射UHTCC加固钢筋混凝土梁和隧道衬砌缩尺试件的理论计算分析可合理解释薄层喷射UHTCC对此二种结构的加固机理。