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随着混凝土技术的不断突破,在活性粉末混凝土（RPC）基础上发展起来的超高性能混凝土（UHPC）材料,以其超高的力学和耐久性能,在桥梁建造工程中显示出独特的优越性。UHPC用于预制桥梁构件,可有效提高桥梁的承载能力、减小构件截面尺寸、降低配筋率和构件自重。但是,由于UHPC较高的胶凝材料用量、较低的水胶比及密实设计原理,导致其存在密度大（2600-2800kg/m3）和收缩大(可达8.0×10-4以上)的问题,需要蒸养来改善预制构件的体积稳定性和抗裂性能,能耗和成本均增加,限制了UHPC预制构件的推广应用。针对以上问题,本文依托国家自然科学基金项目“轻质低收缩超高性能混凝土的制备及其微结构形成机制”（51878003）,采用最紧密堆积理论,设计制备出了一种免蒸养低收缩轻质超高性能混凝土新材料,并系统研究了轻集料对其力学性能、体积稳定性能和耐久性能的影响。论文开展的主要工作和取得的成果有:提出了轻质低收缩UHPC低密度与超高强度、超高强度与低收缩的协同设计方法。通过改变UHPC胶凝材料组成和运用Andreasen&Andersen计算法对轻集料颗粒级配进行调配,并调控其钢纤维掺量、砂胶比和外加剂的适应性,完成了轻质低收缩UHPC的协同设计与优化。采用该技术制备的UHPC坍落度可达200mm以上,表观密度低于2000kg/m3,28d抗压强度超过100MPa,56d干燥收缩率不超过6.5×10-4。系统研究了轻集料（粒型、吸水率、替代量）对轻质低收缩UHPC工作性能、力学性能和体积稳定性的影响规律,并分析了轻集料“内养护”效应和“拱壳”效应对UHPC力学性能和体积稳定性的改善机理。利用球型轻集料制备的UHPC,其工作性能、力学性能和体积稳定性能均优于利用碎石型轻集料制备的UHPC;随轻集料吸水率增加,轻质低收缩UHPC的28d抗压强度和劈裂抗拉强度均呈现先增加后降低的趋势,而工作性能与体积稳定性越好;随轻集料替代量增加,轻质低收缩UHPC工作性能与力学性能均先增加后降低,但显著提升了UHPC的体积稳定性;球型轻集料固有的形态可在UHPC拌合物中产生滚珠效应,改善拌合物工作性能;而预湿球型轻集料的内养护作用可使其周围浆体水化更为充分,形成“拱壳状”界面区,其特殊的界面区形态能够均匀分散压应力,避免集料和界面区处因应力集中遭到破坏,从而有效改善UHPC的力学性能;另一方面,预湿轻集料的内养护作用可调控UHPC早期的内部相对湿度,降低自收缩,减少界面微裂缝,从而有效改善UHPC的体积稳定性。揭示了轻集料（粒型、吸水率和替代量）对轻质低收缩UHPC耐久性能的影响机制。球型轻集料UHPC的抗渗性能、抗冻性能和抗硫酸盐侵蚀性能均略优于碎石型,其形成的拱壳状界面区相对于碎石型轻集料形成的不规则界面区,更具有抵抗水分子、SO42-等在毛细孔中迁移的能力;随轻集料吸水率增加,轻质低收缩UHPC的抗渗性能、抗冻性能和抗硫酸盐侵蚀性能均呈现先增强后减弱的趋势。当轻集料吸水率过高时,其释放的过多水分成为自由水,使得界面区密实度降低,抵抗有害离子渗透和传输的阻滞作用明显降低,导致UHPC耐久性能变差;随轻集料替代量增加,轻质低收缩UHPC的抗渗性能、抗冻性能和抗硫酸盐侵蚀性能也呈现先增强后减弱的趋势,但即使在100%替代时,其耐久性能仍优于完全不替代的UHPC。具有高吸水率的轻集料可发挥较强的内养护作用,改善UHPC体积稳定性和界面区结构,从而提升UHPC耐久性能。但当高吸水轻集料替代量过高时,轻集料释放的预湿水分超过了最佳释放量,导致UHPC耐久性能降低。因此,轻集料的吸水率和替代量存在一个最佳的关联值。论文的研究成果可为轻质预制桥梁构件的设计和开发提供混凝土材料方面的技术支撑。