在海洋等严酷环境中,超高性能混凝土（UHPC）中钢纤维仍存在腐蚀风险。此外,对于远海工程如岛礁建设而言,使用海水、海砂等海洋地材制备UHPC有着重大工程意义,但传统UHPC使用的钢纤维难以抵御随海洋地材掺入的侵蚀物质的腐蚀作用。碳纤维有着优异的化学稳定性和力学性能,在增强增韧UHPC的同时能避免腐蚀。众所周知,纤维与UHPC基体间的界面粘结对UHPC力学性能有着关键影响。然而,目前尚未有碳纤维与UHPC基体间界面粘结的深入研究,使基于改性碳纤维的UHPC的设计制备缺乏关键数据支撑。本课题以分子动力学模拟技术研究碳纤维表面官能团种类及数量对碳纤维/水泥基体界面间化学粘结性能的影响,探明表面官能团对两者化学粘结的影响规律;测试不同表面状态的碳纤维与UHPC基体的粘结-滑移行为,量化两者间化学脱粘能,结合分子动力学模拟结果及拔出纤维表面形貌分析碳纤维与UHPC基体的粘结-滑移机理;通过纳米压痕技术、纳米划痕技术量化碳纤维/UHPC基体界面的微观弹性模量、微观硬度、微观断裂韧性和摩擦系数等微观力学性能,分析碳纤维表面改性、混凝土基体的硅灰掺量对两者界面微观力学性能的影响,从而多尺度阐明改性碳纤维/UHPC基体界面的粘结及滑移机理。主要研究内容与结果如下:（1）基于分子动力学模拟研究了碳纤维表面官能团种类及数量对碳纤维/水泥基体界面化学粘结性能的影响。模拟结果表明碳纤维/改性碳纤维与水泥基体间的粘结作用以范德华力、静电力和氢键为主。碳纤维表面含氧官能团能增强碳纤维与水化硅酸钙（CS-H）的界面粘结。随着官能团数量的提高,碳纤维/C-S-H界面粘结力和粘结能也逐渐提高。在氧原子数相同的情况下,羟基和羧基对碳纤维/C-S-H界面粘结力和粘结能的提升比羰基更明显。这是由于羟基和羧基能与水泥基体中C-S-H凝胶的桥氧原子形成作用更强的氢键。此外,在相同的氧原子浓度下,羧基与C-S-H凝胶的桥氧原子形成氢键的数量为羟基的1.5～2倍。表面改性使碳纤维表面的羟基和羧基含量提高,对增强碳纤维/水泥基体界面化学粘结力具有重要的意义。（2）通过单纤维拔出实验确定碳纤维/UHPC基体界面粘结强度,量化分析碳纤维表面改性及基体硅灰掺量对碳纤维/UHPC界面粘结强度的影响。结果表明,电化学阳极氧化表面改性使碳纤维/UHPC基体界面粘结强度提高了88.6%,界面摩擦粘结强度提高了67.8%,化学脱粘能提高了117.0%,与分子动力学模拟结果趋势基本一致。向UHPC基体中掺入适量的硅灰也能提高碳纤维/UHPC基体界面粘结强度。10%硅灰掺量时碳纤维与UHPC基体的界面粘结强度最高。适量的硅灰能有效填充界面孔隙,且能提高界面摩擦力。（3）通过纳米压痕和纳米划痕技术研究了碳纤维/UHPC基体界面微观力学性能,并分析碳纤维表面改性及基体硅灰掺量对界面微观力学性能的影响规律。与未改性碳纤维相比,通过电化学阳极氧化改性使碳纤维与UHPC基体间界面区域的微观硬度、摩擦系数和断裂韧性提高了12.1%、18%和53.4%,界面区厚度减小了53.8%,表明改性碳纤维表面含氧官能团与水泥浆体中水化产物发生化学键合并促进了其与基体界面微观结构的致密发展,从而提高了界面粘结性能。此外,当UHPC基体的硅灰掺量达10%～15%时,碳纤维/UHPC基体界面的微观硬度、断裂韧性以及摩擦系数等界面微观力学性能较好,界面过渡区厚度较小,与上述单纤维拔出实验测得的碳纤维/UHPC基体界面强度的变化趋势基本一致。