ECC(Engineering Cementitious Composites)是一种乱向分布短纤维增强水泥基复合材料,自上个世纪90年代问世以来得到广泛关注。ECC具有很好的变形能力、超高的韧性、良好的能量吸收能力和裂缝无害化分散能力,能有效提高结构的耐久性和抗震性能。本文在传统ECC的基础上,采用高掺量粉煤灰代替部分水泥、加入聚乙烯醇纤维(Polyvinyl Alcohol Fiber,简称PVA纤维)和聚羧酸高效减水剂,研制绿色高性能纤维增强水泥基复合材料(Green High Performance Fiber Reinforced Cementitious Composites,简称GHPFRCC),通过试验研究和数值模拟,研究了GHPFRCC的力学性能以及采用GHPFRCC加固震损钢筋混凝土柱的抗震性能,主要研究内容如下:(1)GHPFRCC弹性模量的试验研究。通过棱柱体静力受压弹性模量试验测得GHPFRCC的轴心抗压强度和弹性模量,分析水胶比、砂胶比、PVA纤维掺量、减水剂掺量、粉煤灰替代率等因素对抗压强度和弹性模量的影响。试验测得16组不同配合比的GHPFRCC抗压强度在14~40MPa之间;弹性模量在16~35GPa之间,略低于普通混凝土。分析结果表明:水胶比对GHPFRCC抗压强度和弹性模量的影响最大,PVA纤维掺量为1.5%-2.0%时试验结果较好,粉煤灰掺量越低力学性能越好。(2)GHPFRCC本构关系的试验研究。进行棱柱体抗压试验,得到GHPFRCC的应力-应变曲线,以此为基础研究GHPFRCC的本构关系。利用Minitab软件分析水胶比、砂胶比、PVA纤维掺量、减水剂掺量、粉煤灰替代率等因素对GHPFRCC抗压强度和峰值应变的影响。结果表明:GHPFRCC应力-应变曲线为偏态单峰曲线,其下降段比较缓慢;峰值应变为0.004~0.01,明显大于普通混凝土;上述因素对峰值应变影响最明显的是粉煤灰替代率,其次是水胶比。(3)采用有限元软件ABAQUS模拟分析GHPFRCC加固钢筋混凝土柱的抗震性能,为下一步试验做铺垫。模拟分析结果表明:GHPFRCC加固钢筋混凝土柱的承载力比同尺寸混凝土柱提高33%,极限位移提高了1.88倍。(4)二次受力下GHPFRCC加固震损钢筋混凝土柱抗震性能试验研究。对4根预震损的钢筋混凝土柱采用GHPFRCC进行加固(其中2根在竖向荷载存在的情况下进行加固,即为二次受力),加固高度分为300mm(近似取柱高1/3)和500mm(近似取柱反弯点高度)两种,共4种加固方案。对GHPFRCC加固震损钢筋混凝土柱进行拟静力试验,得到滞回曲线和骨架曲线,分析GHPFRCC加固震损钢筋混凝土柱的刚度、延性,对比各加固方案,并探寻二次受力对抗震性能的影响。结果表明:GHPFRCC加固高度为500mm方案下试件的承载力、刚度和延性能够恢复并超越了受损前的水平;GHPFRCC加固高度为300mm方案下试件的抗震性能没有完全恢复到受损前的水平;二次受力有效提高了构件的初期抗裂能力、对极限位移和后期刚度的影响不明显;二次受力下构件的延性低于一次受力但仍高于受损前的水平;加固区高度越大,抗震性能恢复越好,加固区高度至少得超过柱高三分之一以上方可满足抗震要求。