超高性能水泥基材料(Ultra-HighPerformanceConcrete，UHPC)是一种新型的具有超高强度、超高韧性、超高耐久性的水泥基复合材料，不仅可以预制特殊构件，也可以应用于基础设施建设和加固工程中，但在道路工程中鲜有研究和应用。本文主要围绕常规超高性能水泥基材料作为旧路面的新型超薄罩面层时，所存在的早期收缩大、养护方式苛刻、强度与工作性之间的矛盾、材料成本较高等方面的问题展开研究，尤其是作为罩面层时必须考虑路面标高限制而带来的罩面层厚度问题以及旧混凝土路面潜在裂缝发展后的反射裂缝问题。综合以上方面，本文开展超高性能水泥基薄层罩面材料的路用性能研究具有重要的工程意义和实用价值。本文通过借鉴UHPC的设计思路，调整配合比，研制出满足工程要求的高强、高韧性、低收缩、高早强的超高性能水泥基罩面材料，并对材料的力学性能、耐久性能、抗裂性能进行了试验研究。此外，本文还基于ABAQUS有限元软件模拟了实际工程中超高性能水泥基薄层罩面结构的开裂行为。论文主要研究内容及成果如下：
　　①在试验配合比设计及优化阶段，本文通过材料施工性能和抗折强度的关系对水胶比进行了优选，结果表明在0.22水胶比下，超高性能水泥基材料在拌和完成及1.5h经时损失的条件下均能达到自密实混凝土的要求，1～7d龄期的抗折强度表现优异；
　　②本文研究了HCSA高性能膨胀剂和减缩剂单掺及复配的方式对超高性能水泥基材料早期收缩性能的影响，其结果表明：10%水泥掺量的膨胀剂和8L/m3的减缩剂很好地起到了收缩补偿和限制收缩的作用，二者复配相较于单掺高性能膨胀剂收缩减小了约13%，相较于单掺减缩剂减小了约70%，且在试验过程中复配后的材料收缩表现更加稳定，在室温养护1d龄期时材料表现出微膨胀的状态，28d龄期时仅收缩了267με，相较于未掺加膨胀剂和减缩剂的超高性能水泥基材料收缩减小了近75%；
　　③本文通过对超高性能水泥基试件的常规力学性能测试，研究了材料的抗折、抗压强度随龄期的变化趋势及其抗拉性能。试验结果表明：1d龄期的抗折强度可达12.6MPa，抗压强度可达79.7MPa，已具备1d开放交通的条件；28d龄期的抗折强度约为20MPa，抗压强度为125.6MPa；28d平均抗拉强度8.22MPa，增益比约为无纤维高性能素水泥基试件的169%，应力-应变曲线反映了试件在初裂后仍具有较高的持荷能力；
　　④本文研究了不同配比的聚合物界面剂对于界面粘结强度的改善效果，结果表明：聚合物乳液与水泥混合比例为1∶2的界面剂效果最佳，粘结试件1d抗折强度为4.2MPa，28d抗折强度可达6.9MPa，约为未掺加钢纤维的高性能素水泥基试件抗折强度的68%；
　　⑤本文通过对超高性能水泥基材料弯曲韧性、断裂韧性及冲击韧性的试验研究，分析了钢纤维对材料韧性的影响，其结果表明：2%体积掺量的钢纤维对材料弯曲韧性的提升在整个加载阶段均有体现，弯曲韧性指数I5约为无纤维高性能素水泥基试件的4.3倍，I10约为6.4倍；在断裂韧性方面，材料的断裂能约为素水泥基试件的60倍，断裂韧度的增益比约为186%；冲击韧性方面，超高性能水泥基试件的终裂次数和冲击能量约为素水泥基试件的2.2倍。对比相似原材料组成的钢纤维增强水泥基材料，本文所研究的材料在强度和抗裂性能方面表现更优；
　　⑥本文通过有限元软件模拟了超高性能水泥基薄层罩面结构在不同轴载下的开裂行为，研究了罩面层厚度对于反射裂缝生成及扩展的影响，结果显示：在旧混凝土路面开裂的情况下，随着罩面层厚度的增加，罩面结构中的剪应力τxy和拉应力σ1均会不同程度地减小，开裂风险降低。厚度为2cm时，超高性能水泥基罩面结构在重载环境下开裂，形成了反射裂缝，但厚度为3～4cm时均未产生裂缝。相同厚度下相较于普通混凝土罩面，超高性能水泥基材料可有效降低罩面层结构内部的荷载应力。