随着我国经济的迅猛发展,越来越多的大跨度桥梁应运而生,普通混凝土的性能已经无法满足,急需推广综合性能更佳,性价比更高的材料。含粗骨料超高性能混凝土(Ultra High Performance Concrete With Coarse Aggregate,UHPC(CA))是一种具有高抗压强度、高弯曲强度、以及优异的耐久性能的水泥基材料,又因其掺入粗骨料,相对RPC材料成本低廉,成型、养护过程技术要求低、耗能小,而且具有更高的弹性模量和抗收缩开裂能力。然而粗骨料加入会带来粗骨料-基体界面过渡区,而且还会影响钢纤维的分布,这给混凝土的抗弯性能和疲劳性能带来一定的隐患,因此需要探明粗骨料掺量对含粗骨料超高性能混凝土的弯曲性能和疲劳性能的影响规律,并在此基础上改变纤维掺量和纤维形态以提高其弯曲疲劳性能。本试验研究了粗骨料体积掺量(0 kg/m~3、280kg/m~3、400 kg/m~3、480 kg/m~3、560 kg/m~3)、纤维掺量(2.0%、2.5%)以及纤维形态(平直型、端钩型)对超高性能混凝土抗压强度、弹性模量、四点弯曲强度以及弯曲疲劳性能的影响,并结合SEM微观分析技术、纳米压痕技术和X-CT断层扫描技术分别研究了粗骨料-基体界面过渡区性能以及基体中纤维三维分布特性,进而揭示粗骨料和钢纤维对超高性能混凝土影响规律的微观机理。结果表明:(1)粗骨料对UHPC(CA)弯曲强度具有不利影响,并且随着掺量增大,负面影响扩大。当掺量为560 kg/m~3,弯曲强度下降了21.2%;对抗压强度影响甚微(2-7MPa);但能显著提高弹性模量,最高可达7.8%。通过增加纤维掺量或者改变纤维形态可提高UHPC(CA)弯曲强度,其中掺入端钩型长纤维对弯曲强度增强效果更为明显,弯曲强度增加了14%;钢纤维掺量和形态对弹性模量增加效果不明显(0.1%-0.5%),对抗压强度影响甚微。(2)平均疲劳寿命随粗骨料掺量的变化趋势与应力水平有关。当S=0.9时,平均疲劳寿命随着粗骨料掺量增加而降低;当S=0.7和0.8时,平均疲劳寿命随着粗骨料掺量增加呈现先增加后降低的趋势,并且在粗骨料掺量为400 kg/m~3时达到最大值,疲劳寿命最大增幅30%。在各级应力水平下,增加钢纤维掺量均可提高疲劳寿命。而纤维形态对疲劳寿命的影响与最大应力水平有关,当S=0.9时,掺入端钩型纤维可以提高疲劳寿命,当S=0.7或0.8时,端钩型纤维对疲劳寿命的影响不大。(3)随着应力水平的减小,疲劳微裂纹数目增加,表现为多缝开裂。随着疲劳循环的进行,疲劳损伤逐渐累积,并且累积速率越来越快,直至破坏;疲劳的残余挠度值与疲劳损伤程度具有很好的线性关系,当残余挠度值达到0.08 mm左右时,损伤变量D=1,即材料开始发生宏观破坏。(4)UHPC(CA)疲劳S-N曲线的相关系数都在0.9左右,说明,S-N曲线符合线性关系。粗骨料掺量对S-N曲线的影响主要体现在直线的斜率上,随着粗骨料掺量增大,S-N直线斜率越来越大。当S=0.7时,随着粗骨料掺量增加,疲劳寿命降低;当S=0.9时,呈现相反的趋势。(5)UHPC(CA)的等效疲劳寿命N_P很好的服从两参数威布尔分布,并且当保证概率P<0.9时,其单对数疲劳方程线性关系基本成立。(6)粗骨料对钢纤维取向系数具有不利影响,粗骨料掺量越多,钢纤维沿着长轴分布概率越小,导致纤维有效长度变小。粗骨料体积掺量对粗骨料-基体界面过渡区影响不大,粗骨料掺量增大,界面厚度和弹性模量几乎不变。混凝土疲劳寿命随纤维有效长度和取向系数的变化趋势与应力水平有关,当S=0.9时,混凝土疲劳寿命随着纤维有效长度的增加而增大;当S=0.7和0.8时,混凝土疲劳寿命随着纤维有效长度和取向系数的增加,呈现先增加后略微降低的趋势。