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本文依托国家高新技术研究发展计划（国家“863”计划2005AA332010）“高抗渗长寿命大管径隧道管片材料结构设计与工程应用”，研究了长江隧道盾构管片混凝土的高温特性。具体研究内容包括四个部分：混凝土高温性能测试方法，混凝土高温性能，超声波检测技术在混凝土高温损伤中的应用，混凝土高温性能劣化机理。主要的工作与成果包括：1．混凝土高温性能测试方法根据混凝土高温性能劣化的特征，分析了耐火极限的设计原则，提出了一种混凝土高温性能测试方法：在800℃时，以所设计的混凝土钢筋保护层厚度处（50mm）温度达到250℃的时间确定为耐火极限。然后以该耐火极限为基准，根据混凝土试件内部温度场的变化、高温后的物理力学性能、混凝土试件的超声波检测、爆裂程度，测试不同混凝土达到耐火极限时其性能的劣化程度。2．混凝土高温性能（1）掺加25％矿粉制备混凝土（J2）高温综合性能优于掺加20％Ⅱ级粉煤灰混凝土（J3）和纯水泥混凝土（J0）。J2与J3的耐火极限分别比J0提高了26.7％与13.3％，J2爆裂程度明显低于J0和J3，其质量损失率为5.87％，爆裂试件数为1件，爆裂形式为表面局部，平均最大爆裂面积为7.06cm2，最大爆裂深度小于1mm。（2）隧道防火涂料可有效改善混凝土高温性能。抹涂隧道防火涂料的混凝土，其耐火极限得到了大幅度提高，所有混凝土试件均未发生爆裂。抹涂隧道防火涂料的混凝土高温后抗压强度与弹性模量均高于未抹涂隧道防火涂料的。3．超声波检测技术在混凝土高温损伤中的应用（1）混凝土经历高温作用后的超声波声参量发生了明显衰减，混凝土内部结构严重破坏。J0，J2和J3经历高温作用前的声速值约5.5km／s，而高温作用后声速值减小到2.5km／s左右。混凝土试件达到耐火极限后取出冷却4h和36h的超声波频率损失率表明，J2和J3的损伤程度随着冷却时间的增加而产生进一步的损伤。高温作用后混凝土的超声波首波产生畸变，波形变宽，声时增加，波形整体由规则有序状态变为混乱无序状态。（2）混凝土试件达到耐火极限后取出冷却36h，损伤层厚度达到56～100mm。4．混凝土高温性能劣化机理（1）水泥石的劣化表现为水化产物的分解与高温膨胀收缩。不同掺合料制备水泥石的DSC曲线吸热峰峰值主要集中于三个温度范围：70～110℃，自由水、钙矾石与石膏脱水；430～450℃，Ca（OH）2脱水；650～690℃，CaCO3分解。加入矿物掺合料的水泥石中Ca（OH）2分解热焓值低于纯水泥的，而且矿物掺合料的活性越高，其分解的热焓值越低。Ca（OH）2的XRD特征峰（d=2.6292）强度随着温度增加而逐步减少。从25℃至800℃，Ca（OH）2的XRD特征峰由独立峰宽化变为非晶态隆起包。经历高温作用时，水泥石的一维尺寸表现为先膨胀，后收缩的特点。适量的掺合料有助于改善水泥石的高温变形，增强水泥石的高温体积稳定性。此外，纯水泥（Sample 0），掺20％矿粉水泥石（Sample 2）和掺入10％硅灰与20％粉煤灰水泥石（Sample 4）的热膨胀收缩曲线变化特点可将其热膨胀收缩分为四个阶段：20℃～130℃，微膨胀阶段；130℃～420℃，急剧收缩阶段，Sample 0和Sample 4线膨胀率高于Sample 2；420℃～500℃，继续收缩，线膨胀率Sample 0＞Sample 4＞Sample 2；500℃～1000℃，收缩变缓，Sample 0＞Sample 2＞Sample 4。（2）不同掺合料制备试件在不同温度下的爆裂存在差异；聚丙烯纤维的长径比、掺量和混杂对试件爆裂性能有明显影响。不同掺合料制备试件在100℃与300℃时，未发生爆裂；600℃时，所有试件粉碎性爆裂。100℃时，随着矿物掺合料的活性增加，试件的抗压强度损失系数逐渐缩小。300℃时，试件抗压强度与与抗折强度都明显比100℃时的强度高。高长径比纤维改善试件抗爆裂性能的效果比低长径比纤维优异。在纤维长径比一定的条件下，高长径比纤维改善试件抗爆裂性能的临界掺量少于低长径比纤维的。300℃时，掺入聚丙烯纤维的试件经历高温作用后，抗压强度与抗折强度将不同程度地得到增加。600℃时，高纤维掺量试件的抗压强度与抗折强度比低掺量试件降低幅度大。此外，混杂纤维（不同长径比纤维复合）可有效改善试件的爆裂性。（3）考虑混凝土内部因素，从材料学的角度出发，分析了水泥石结构，水泥石+细集料结构，水泥石+细集料+粗集料结构的爆裂机理，提出综合考虑热应力，蒸气压力与结构体积变形三者相互作用的爆裂模型，定性解释了试验中的爆裂现象。