ECC(Engineered Cementitious Composites)材料具有显著的应变-硬化特性和多缝开裂现象,目前广泛应用于建筑物特殊构件、水电大坝修补和钢桥面铺装。传统的薄层罩面材料缺点显著,阻碍薄层罩面技术的推广应用。本文将ECC材料应用于水泥混凝土路面薄层罩面层,配合早强水泥的使用,该材料在1d龄期抗折强度达到5MPa以上,能够快速开放交通,同时拥有抗冲击性能高,耐磨性能好等特点,具有良好的社会和经济效益。本文从ECC材料配合比出发,前期通过抗折强度、弯曲韧性指数、干缩性能等确定初步配合比,在初步配合比基础上,变化纤维种类、掺量与二元纤维混掺比例,对ECC薄层罩面材料从力学性能和路用性能上进行系统研究,最后建立反射裂缝扩展有限元模型,对反射裂缝进行分析。具体试验和结论如下:(1)通过查找以往研究资料,初步确定水胶比,通过试验研究,以抗折强度、弯曲韧性指数和干缩性能为评价指标,确定砂胶比,集料粒径,纤维长度,膨胀剂和粉煤灰掺量,最终确定试验材料使用情况和试验配合比。最终结果为:水胶比0.28,砂胶比1,细集料粒径2.36mm以下中粗砂,纤维长度采用12mm,膨胀剂掺量10%,粉煤灰掺量30%。(2)本文配制6组单一纤维掺入的配合比和1组对照配合比,对7组配合比对抗折、抗压强度、弯曲韧性、断裂韧性和弯拉弹性模量进行了试验研究。对9组二元纤维混杂的配合比,进行对抗折、抗压强度,弯曲韧性和断裂韧性进行试验研究。研究结果表明:相比于加纤维的配合比,不加纤维的配合比在以上基本力学性能上都明显较差,纤维掺量增加能够提高以上性能,但纤维掺量较大时,纤维结团现象严重,试件内部孔隙较多,对抗折抗压强度有较大影响。二元纤维混杂中,纤维掺量增加,PVA纤维占比越大,力学性能随之增强,存在一组二元混杂纤维配合比使得基本力学性能优于单一纤维掺量的配合比,达到“1+1>2”的混掺效应。(3)本文对7组配合比进行耐磨性能、干缩性能和抗冲击性能试验。在固定配合比下,通过六种不同的界面处理方式,对薄层罩面材料与旧水泥混凝土的粘结性能进行了界面抗折试验和“Z”字型试件剪切试验。试验结果表明:纤维掺量增加对耐磨、干缩、冲击性能具有积极作用。PVA纤维对耐磨性能、干缩性能和抗冲击性能的提升作用大于PP纤维。六组不同界面处理方式中,涂刷聚合物界面剂能够有效提升界面抗折强度和剪切强度,其中(6)水泥:聚合物=2:1的聚合物界面剂在界面抗折试验和“Z”字型试件剪切试验中强度最高。(4)本文应用ABAQUS有限元软件,建立了带有罩面层的扩展有限元模型,通过分析不同的罩面层材料、不同轴载参数,对预设裂纹尖端的应力强度因子、罩面层拉应力和剪应力以及反射裂缝扩展形态进行研究,结果表明:PP-ECC材料在裂纹尖端应力强度因子、罩面层拉应力和剪应力以及反射裂缝扩展形态的表现上都优于PVA-ECC材料,普通混凝土材料最差。