近年来,我国基础工程建设规模空前,重大桥梁工程、隧道工程、高速铁路和高速公路工程、水利大坝工程等等全面启动。然而由于种种原因,混凝土开裂问题不断出现,工程过早失效和提前退出服役的现象时有发生,不仅需要花费巨额修补费用,而且严重危及到建筑结构的服役性能。提高重大工程的耐久性与服役寿命,已为国内外混凝土科学与工程界高度关注。纤维增强水泥基复合材料(Fiber reinforced cementitious composites,FRCC)是混凝土改性的一个重要手段,它可以使混凝土的抗拉强度、韧性和耐久性能得到大幅提高。其中钢纤维增强混凝土(Steel fiber reinforced concrete,SFRC)以其优良的物理力学性能在多个领域得到推广,被应用于一系列重大混凝土结构和工程中,极大地改善了工程结构的服役性能。此外,高延性水泥基复合材料(High ductility cementitious composites,HDCC)作为一种新型的FRCC,具有极高的弯拉韧性和优异的裂缝控制能力,用作修复材料时可以限制修复层的裂缝宽度,更好地保护被修复混凝土结构。然而,这两种FRCC在实际工程中的应用并没有预期中广泛。为了推动FRCC在实际工程中的应用,本文重点研究了荷载作用下两种FRCC的传输性能,以期定量描述其相对普通混凝土服役性能的优势。围绕这一研究目的,本文优化了SFRC和HDCC的原材料和配合比并测试了其基本力学性能;分别研究了弯曲荷载作用下SFRC的氯离子传输性能和压应力作用下HDCC的水渗透性;最后使用HYMOSTRUC模型模拟了两种FRCC的浆体微观结构,计算了浆体和FRCC的传输性能,并考虑了荷载对传输性能的影响。首先,采用粉煤灰代替部分水泥,确定了水胶比为0.35的SFRC的配合比,测试了SFRC的抗压强度、劈裂抗拉强度和和抗折强度等力学性能,研究了养护龄期和钢纤维掺量对力学性能的影响。结果表明,加入钢纤维后混凝土的抗压强度略有增长,但增幅有限,而劈裂抗拉强度和抗折强度随着钢纤维掺量的提高大幅增长,荷载-挠度曲线显示,SFRC的韧性远远高于普通混凝土。其次,对主流HDCC的原材料进行优化,使用普通聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)纤维代替表面特殊处理的PVA纤维,使用天然河砂代替了超细石英砂,提高了基体的粉煤灰掺量,并加入适量硅灰,制备出了单轴拉伸性能优异,具有应变硬化和多缝开裂特性的HDCC,极大地降低了HDCC的原材料成本。测试了HDCC的抗压强度和单轴拉伸性能,研究了基体组分、纤维掺量和加载速率等因素对其力学性能的影响。结果表明,随着粉煤灰掺量的提高,HDCC抗压强度和抗拉强度均明显下降,但延性有所改善,HDCC的极限拉伸应变提高。提高水胶比也有类似的作用。使用硅灰不仅可以提高抗压强度和抗拉强度,同时有利于改善纤维与基体的界面性能,从而提高极限拉伸应变。用砂量对抗压强度的影响不大,但提高用砂量对抗拉强度和极限拉伸应变均有较大的不利影响。改变纤维掺量和种类对抗压强度未见显著的影响,但降低PVA纤维掺量会显著降低材料的极限拉伸应变,采用聚酯(Polyesters,PET)纤维难以制备具备应变硬化和多缝开裂特性的HDCC,然而混掺PVA纤维和PET纤维可以制备得到性能较为优异的HDCC。极限拉伸应变随养护龄期的增加先提高,后开始下降并逐渐稳定。随着加载速率的提高,HDCC的强度明显提高,而极限拉伸应变则显著下降。再次,通过加载装置对SFRC施加应力水平为0.5的弯曲荷载,将试件与加载装置一同放进NaCl溶液中浸泡,通过自然浸泡法测试弯曲荷载对氯离子扩散系数的影响,根据测得的自由氯离子浓度结合Fick第二扩散定律,计算表观氯离子扩散系数。在考虑氯离子扩散系数时间依赖性的基础上,对弯曲荷载作用下SFRC钢筋锈蚀的诱导期进行了预测。结果显示,表观氯离子扩散系数随着浸泡时间的延长呈下降趋势。未加载情况下,钢纤维对混凝土氯离子扩散系数的影响不大。对于弯曲荷载作用下的混凝土而言,SFRC受拉区的氯离子扩散系数明显低于普通混凝土,钢筋锈蚀的诱导期可以延长至普通混凝土的2.2~3.6倍。采用一种改进的渗透性测试方法,不仅可以在稳态下持续地监测混凝土的水渗透系数,还可以更准确地评估加载和卸载过程对渗透性的影响。研究了HDCC和砂浆试件早龄期的渗透性变化和不同应力水平的压应力加载及卸载对渗透性的影响。结果显示,未加载的HDCC和砂浆试件渗透系数随着龄期的增长呈现出稳定的下降趋势,HDCC的渗透系数略低于砂浆。当压应力水平较低时,压应力对HDCC和砂浆的渗透系数均没有明显的影响。当应力水平超过一定的临界值(称为临界应力水平)后,对试件施加压应力会引起渗透系数的增长,而卸载压应力后渗透系数会有一定程度的下降,并且随着应力水平的提高,加载时渗透系数会出现较大幅度的增长。HDCC的临界应力水平在0.5~0.6之间,而普通砂浆的临界应力水平在0.4~0.5之间。当应力水平为0.7时,加载引起的砂浆渗透系数的增量比HDCC高两个数量级。最后,使用HYMOSTRUC水化模型,分别模拟了SFRC浆体和HDCC浆体的三维微观结构,使用有限元方法计算了SFRC浆体的氯离子扩散系数和HDCC浆体的水渗透系数。考虑集料粒径分布和界面过渡区的影响,根据广义自洽模型计算基体的传输性能,并引入应力影响因子表征荷载对传输性能的影响。结果表明,SFRC氯离子扩散系数的预测结果与试验结果吻合较好,HDCC的水渗透系数预测值低于实验值,误差在可接受范围内。