随着我国基础设施建设的规模逐年增长,对于建筑材料的需求日益提高。其中,混凝土细集料的主要来源天然砂被过度开采导致资源枯竭和环境破坏,采用机制砂替代天然砂作为混凝土细骨料是解决途径之一。机制砂的石粉含量是实际工程中较难控制的问题,石粉是机制砂生产过程中的副产品,适量的石粉可改善混凝土级配,对混凝土的性能起到积极的作用;而石粉含量过高会导致混凝土强度降低、强度离散性增大等问题。同时,废弃的石粉会对环境和水资源产生较大的污染,对其综合治理费用高、难度大。因此,本论文基于实际工程中机制砂石粉含量偏高的情况,考虑在高石粉掺量的机制砂混凝土中掺入纤维来改善混凝土的力学性能。本文主要进行了如下工作:1、通过试验研究了掺入不同纤维对高石粉含量机制砂砂浆的力学性能改性规律:设计了10%、15%和20%种石粉质量含量的机制砂砂浆,采用硫酸钙晶须(CSW)和聚丙烯纤维(PPF)两种纤维,制备了5kg/m~3和10kg/m~3的CSW、1kg/m~3和1.5kg/m~3的PPF共4种纤维掺量掺入比例,共15组试件,测试了不同石粉含量与纤维掺量组合下砂浆的立方体抗压强度和抗折强度。试验结果显示,掺入CSW对高石粉机制砂砂浆的力学性能有明显的改善作用:掺入CSW的机制砂砂浆,在所有的石粉含量下,抗压强度及抗折强度均高于普通机制砂砂浆,改性效果较好,当CSW掺量为5kg/m~3时改性效果最佳;PPF对砂浆抗压强度改性作用较低,但对抗折强度影响较为明显,PPF的最佳掺量为1kg/m~3。2、通过试验研究了掺入不同CSW和PPF对高石粉机制砂混凝土的抗压强度及弹性模量改性规律:通过砂浆力学性能试验确定了CSW和PPF的最佳掺量,设计了2种纤维(5kg/m~3CSW、1 kg/m~3PPF)和3种石粉含量(10%、15%和20%)机制砂混凝土试件共27组测试了试件的立方体抗压强度、棱柱体抗压强度和弹性模量。试验结果表明,CSW与PPF的掺入均改变了石粉的最佳掺量:掺入CSW后,石粉最佳掺量为15%,掺入PPF后,石粉的最佳掺量为15%;同时,由于CSW自身的强度及弹性模量较高,掺入混凝土后对混凝土力学性能的改性作用较PPF明显。3、考虑石粉的掺入对骨料堆积密度的影响,基于混凝土可压缩堆积模型,建立了考虑石粉含量的机制砂混凝土强度模型;基于复合材料理论,从纤维对水泥浆体的影响,以及纤维对混凝土空间结构的增强作用两个方面考虑纤维对混凝土的改性作用,建立了纤维改性高石粉机制砂混凝土强度模型,并根据试验数据确定了模型参数。4、基于混凝土弹性模量三重球模型和复合材料理论,考虑石粉在骨料表面附着特性进而对混凝土界面过渡区产生影响,定义了界面过渡区对混凝土弹性模量的影响系数,并利用试验数据回归分析了该系数与石粉含量的函数关系式;考虑纤维对水泥浆体和骨料空间结构的改性作用,建立了纤维改性高石粉机制砂混凝土弹性模量模型。5、将纤维改性高石粉含量机制砂混凝土应用于实际工程结构,采用Plaxis 3D建立了西部某城市地铁地下混凝土车站的有限元模型,研究了采用不同纤维改性高石粉机制砂混凝土时车站结构的变形差异,以采用普通机制砂混凝土的地铁车站结构变形为基准,计算了采用纤维改性混凝土施做车站局部构件可以降低的构件几何尺寸,采用明挖车站施工定额清单和CLCD本土化LCA数据库,从材料角度分析了采用纤维改性机制砂混凝土带来的经济和环境效益。