超高性能混凝土是一种高强度、高耐久的新型建筑材料,在工程实践中具有广阔的应用前景。但随着混凝土抗压强度的提高,混凝土的脆性越发显著。为改善这一缺陷,常常在混凝土基体中掺加短切纤维以提高混凝土的韧性。当混凝土承受荷载时,混凝土通过纤维-混凝土界面将荷载传递至纤维,再依托纤维-混凝土间的粘结特性共同承受荷载。但由于常用于改善混凝土基体韧性的纤维,如钢纤维、聚乙烯纤维等,都是疏水性表面,难以与混凝土基体建立牢固的粘结,容易形成复合材料的薄弱层。纤维/基体的界面强度决定了纤维性能是否可以最大程度地利用。只有适当的界面结合才能充分利用纤维的桥接效应。如果界面粘合过弱,则纤维的桥接应力将不足以引发裂纹扩展,并且纤维的桥接作用也不能充分发挥。因此纤维-混凝土间的界面粘结性能对应力的传递以及对纤维在增韧、阻裂方面的作用具有重大影响。纤维表面进行改性是改善纤维-基体界面性能的一种有效方法,因为它有针对性地解决界面过渡区薄弱的问题。本文通过使用表面改性剂对纤维表面进行表面改性处理,研究了纤维表面特性对混凝土直拉性能、应变硬化行为以及能量耗散能力的影响,以获得高韧性、高耗能的超高性能混凝土材料。本文先从未进行纤维表面改性的PE-SHCC入手,研究了水胶比以及纤维尺寸对混凝土直拉性能和应变硬化行为的影响,明确了进一步研究的目标与方向;其次在已有数据的基础上,研究了使用表面改性剂对PE纤维表面改性处理对超高性能混凝土直拉性能和应变硬化行为的作用效果;更进一步的,将研究的范围扩大到UHPC中更为常用的钢纤维,研究了钢纤维表面改性对超高性能混凝土直拉性能和应变硬化行为的作用效果。本文主要取得的结论如下:(一)在掺加PE纤维的混凝土试件中,随着混凝土基体水胶比的降低,混凝土的直拉抗拉强度随之提高,但基体的韧性会先增加后降低,尤其是在超低水较比的超高性能混凝土基体中,混凝土的韧性未能得到充分的增强。低水胶比使得混凝土基体更加密实,孔隙率显著降低,因而混凝土的抗拉强度得到提升。但在低水胶比试件中,由于存在大量的未水化的胶凝材料颗粒,纤维-基体间的界面粘结无法充分建立,纤维易从基体中拔出,使试件的韧性未能得到有效的增强。(二)使用表面改性剂可以有效的改善PE纤维与混凝土基体的粘结。表面改性剂通过形成共价键、氢键和静电吸附等方式在纤维-基体间进行偶联,显著提升了混凝土基体对PE纤维的化学粘附力。同时通过改变纤维表面极性的方式,使得纤维表面亲水,增强了PE纤维的分散性能。当使用3%浓度的改性剂对纤维表面进行处理后,试件直拉应力-应变曲线呈现了充分的应变硬化阶段,试件呈现明显的多缝开裂现象,裂缝细密,且在较大范围内均匀开裂,试件在极限荷载时仍未出现裂缝局部化扩展的现象。试件的初裂应力,极限抗拉强度,极限拉应变,单位体积能量耗散达到了7.26MPa,8.01MPa,5.06%和337.6 k J/m~3,较对照组分别提高了39.6%,31.1%,295.3%,2178.2%。但表面改性剂存在一个最佳浓度(3%),在此范围内对混凝土基体的力学性能和应变硬化行为提升效果最佳,使用过高浓度的表面改性剂会产生不利的影响。(三)使用表面改性剂可以有效的改善钢纤维与混凝土基体的粘结。表面改性剂可以通过使纤维表面亲水和粗糙化等方式增加钢纤维拔出时的能量耗散(如表面改性剂B),或通过与混凝土基体形成共价键等方式提升了混凝土基体对纤维的化学粘附力(如表面改性剂C)。这两种表面改性方式的不同,主要体现在应力-应变曲线的应变硬化段上,前者发展较为饱满,曲线更为平滑;而后者曲线起伏较大呈锯齿状,试件的最终破坏形态皆为一条主裂缝及若干条细密的微裂纹。通过使用1%浓度的表面改性剂B处理钢纤维表面,混凝土的抗拉强度、极限拉伸应变、能量耗散能力分别达到9.80MPa,0.55%,49.44k J/m~3,较未改性的对照组提升了15%,17倍,和45倍,近乎达到了应变硬化混凝土分类中的高能量吸收混凝土(能量耗散≥50k J/m~3)的级别。而通过使用3%的表面改性剂C处理钢纤维表面,混凝土的初裂应力和拉伸强度提高了15%和17%,性能得到了有效的提升。(四)通过对纤维进行表面改性处理,UHPC的韧性和裂缝开展方式都得到了显著的改善,力学性能得到了明显的提升。因此,纤维表面改性处理是一种增强纤维-基体界面,进一步提升纤维增强超高性能混凝土韧性的有效途径,同时相较于国内外其他的纤维表面处理方式,本文所用的纤维表面改性方式具有效果优异、工艺简单、对环境污染小、不影响纤维耐久性的诸多优点,具备工业化推广的潜力。