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超高韧性水泥基复合材料(Ultra High Toughness Cementitious Composites,简称UHTCC)是一种具有优异变形能力的乱向短纤维增韧水泥基材料,材料设计时为实现纤维与基体间良好的协同变形,提高材料变形控裂性能,粉煤灰作为胶凝材料被加入UHTCC中。相对水泥而言,粉煤灰反应活性较低、水化速度较慢,从而一定程度影响UHTCC材料早期强度及耐久性能。因此,本文在国家科技支撑计划(编号：2012BAJ13B04)和国家自然科学基金(编号：51378462)的资助下,通过掺加纳米SiO2得到具有高强、高韧及高耐久性的高性能水泥基材料,具体研究如下：1、研究了纳米SiO2对UHTCC材料工作性能、干缩性能及导热性能的影响,试验结果发现通过调整减水剂用量可抵消纳米SiO2对UHTCC流动性影响,但干缩应变和隔热能力随着纳米SiO2掺量的增加先增大后减小。基于材料优异的隔热性能,本文计算得到了将UHTCC作为大坝永久性保温模板的最小厚度,为解决大坝混凝土开裂提供一种较为有效的设计方法。2、研究了纳米SiO2对于UHTCC材料水化产物、微观形态、孔隙结构的影响,试验结果发现随着纳米SiO2掺量的逐渐增加,粉煤灰水化程度不断提高,Ca(OH)2含量显著降低,而材料平均孔径从22.6nm降低到13.8nm。3、研究了纳米SiO2改性UHTCC材料的耐久性能,试验结果发现随着纳米SiO2掺量的增加,UHTCC材料相对渗透系数显著降低,耐久性能得到明显改善。通过海水拌养试验进一步发现配筋纳米SiO2改性UHTCC梁的抗海水侵蚀能力远高于配筋混凝土梁,因此该材料在海岛建设项目中具有广阔应用前景。4、研究了不同纳米SiO2掺量对于PVA-UHTCC材料力学性能的影响并通过孔结构复合体模型分析了纳米SiO2的增强机理,试验结果发现材料抗压、抗折强度随着纳米SiO2掺量的增加逐渐增大,但是弯曲裂缝宽度也随之不断增大。5、研究了混杂纤维对于纳米SiO2改性UHTCC材料力学性能的影响并提出材料具有应变硬化特征的纤维掺量设计准则,试验结果发现混杂纤维可显著提升纳米Si02改性UHTCC材料抗压、抗折及拉伸强度,并重新实现裂缝的无害化分散,但钢纤维掺量过大将导致材料变形能力显著下降。6、研究了高温对于纳米SiO2改性UHTCC材料微观结构及力学性能的影响,试验结果发现只有当温度达到600℃时材料微观结构开始后出现劣化,而材料残余抗压强度变化规律与微观结构完全一致。将纳米SiO2改性UHTCC材料作为钢筋混凝土柱的外包防火材料,发现钢筋混凝土柱残余强度及抗爆能力均得到显著提升。7、将纳米SiO2改性UHTCC材料应用于桥面板现浇连接缝,计算得到连接缝最小设计长度,并通过三点弯曲试验模拟车辆集中荷载对桥面板的外部作用,试验结果发现当现浇连接缝长度大于最小设计长度时,桥面板在正常使用极限状态下的承载力可得到显著提高。