高强混凝土已被广泛应用于高层建筑、桥梁、港口海洋工程、地下工程等土木工程领域。添加一定的掺合料(特别是粉煤灰)配制成的高强混凝土是一种多相复合材料,其离散性较大,如果对高强混凝土力学性能及其变异性缺乏足够的认识,可能导致这种新型材料构件或者结构质量事故的发生。而且混凝土力学性能的变化是结构或者构件承载力随时间变化的主要因素,因此为了提高构件设计安全可靠度,研究设计阶段高强混凝土力学性能的变异性及其随时间的变化规律具有重要的理论和工程实际意义。本文围绕高强混凝土力学性能变异性在以下几个方面开展了探索研究:(1)分析不同规范中混凝土抗压强度标准值和变异系数的取值差异,发现中国规范(GB50010-2010)高强混凝土变异系数(C60-C80)取值均为0.10,这与工程实际不符。因此对C80高强混凝土试验强度值进行统计调查,运用数理统计的方法得到C80高强混凝土抗压强度不确定性的统计参数。采用正态分布模型对C80高强混凝土抗压强度的分布进行检验,应用贝叶斯的计算方法给出C80高强混凝土抗压强度标准差取为11.0 9MPa,变异系数的建议取值为0.12。(2)试验研究标准养护条件下C80粉煤灰高强混凝土在不同龄期的棱柱体抗压强度值,分析试验结果显示粉煤灰掺量对高强混凝土棱柱体抗压强度均值、标准差和变异系数随时间的变化均有较大影响;建立C80粉煤灰高强混凝土棱柱体抗压强度均值和变异系数的经时变化数学模型;考虑高强混凝土棱柱体抗压强度和立方体抗压强度变异系数的差异,分析计算不同粉煤灰掺量在不同龄期棱柱体抗压强度标准值取值差异,结果显示:对于不同粉煤灰掺量高强混凝土,考虑棱柱体抗压强度和立方体抗压强度变异系数的差异计算得到的混凝土棱柱体抗压强度标准值,要小于规范的推定值,因此建议利用高强高性能混凝土在棱柱体抗压强度设计值进行结构计算分析时应通过试验确定。(3)试验研究标准养护条件下C80粉煤灰高强混凝土强度的时变规律,发现粉煤灰掺量对高强混凝土立方体抗压强度均值、方差和变异系数随时间的变化均有较大影响。通过不同规范混凝土抗压强度预测公式的预测值与试验值的对比分析,结果显示现在规范中混凝土抗压强度预测公式对于C80粉煤灰高强混凝土抗压强度的预测不再适用;基于可压缩堆积模型(CPM),考虑粉煤灰对抗压强度的贡献,建立粉煤灰高强混凝土抗压强度计算模型,通过影响因素分析发现骨料级配的最大粒径对抗压强度有比较大的影响,骨料堆积密实度对抗压强度计算结果影响不明显。(4)由于骨料分布特性对强度的影响较大,因此建立了高强混凝土随机骨料模型;然后基于随机骨料模型利用Matlab程序对最大浆体厚度的取值进行分析,得知最大浆体厚度服从正态分布,并且运用弦长密度理论对最大浆体厚度的取值范围进行了理论验证,结果表明基于随机骨料模型建立的最大浆体厚度的计算表达式是合理的;最后建立了考虑最大浆体厚度随机性的粉煤灰高强混凝土抗压强度计算模型,并与试验结果对比,结果表明该模型的预测效果较好。(5)试验研究标准养护条件下C80粉煤灰高强混凝土弹性模量的时变规律,分析试验结果显示粉煤灰掺量对高强混凝土弹性模量均值、方差和变异系数随时间的变化均有较大影响。通过不同规范混凝土弹性模量预测公式预测值与试验值的对比,分析结果显示规范中混凝土弹性模量预测公式对于C80粉煤灰高强混凝土弹性模量预测不再适用;提出基于CPM的C80粉煤灰高强混凝土弹性模量的计算表达式,然后分析计算模型中骨料弹性模量、硬化水泥浆体弹性模量和骨料堆积密实度对混凝土弹性模量的影响规律。(6)通过蒙特卡洛模拟,建立粉煤灰高强混凝土抗压强度和弹性模量的随机过程表达式,该公式可以分析粉煤灰高强混凝土抗压强度和弹性模量任意时刻的均值及其概率分布;在此基础之上,基于最大信息系数方法(MIC)分析粉煤灰高强混凝土抗压强度和弹性模量的影响因素在不同龄期与抗压强度和弹性模量相关性大小及其随时间变化的规律,为进一步理解粉煤灰高强混凝土抗压强度和弹性模量组成材料的反应机理以及为粉煤灰高强混凝土抗压强度和弹性模量计算表达式的改进修正提供借鉴。