随着经济建设的高质量发展,我国高速公路、大型桥梁和机场跑道等重要民用工程的建设已取得了重大的成绩。水泥混凝土由于适用环境广、性能可设计以及成本低廉等特征,在重大工程的建设和加固过程中发挥着至关重要的功能。可是近年来,我国大量基础设施的建筑结构往往未达到设计使用年限就已提前破坏,其原因在于日益增加的交通量和结构服役环境的复杂性。鉴于重要结构修补对时效性和功能性的要求,具有早期强度高、凝结速度快、耐久性优异以及粘结性好等优点的磷酸镁水泥逐渐受到建筑市场的青睐。然而,我国关于磷酸镁水泥(MPC)在混凝土路面快速修补方面的实践应用还在起步阶段,常出现脆性较大、凝结速度过快、路面结构破坏无法及时识别等问题。为解决MPC在工程中出现的问题,本课题提出利用碳纤维对MPC材料进行改性,制成一种工作性能和力学性能良好且具有一定自诊断功能的快速修补材料,研究了碳纤维改性MPC材料的工作性能和力学性能,并对其修补后的新旧混凝土粘结性能和MPC材料的压敏性能进行研究,使得修补材料的力学性能和粘结性能最佳,并且符合经济性、功能性和安全性的要求。在本课题中,首先研究了氧化镁和磷酸盐的比值、硼砂和粉煤灰掺量对MPC材料工作性和基本力学性能的影响;之后研究了不同尺寸和掺量的碳纤维对MPC材料性能的影响规律;然后研究了不同尺寸和掺量碳纤维的MPC材料与旧混凝土基体的界面粘结性能,并借助微观分析手段揭示粘结机制;最后研究了MPC材料在荷载作用下,其荷载、应变及电阻率的关系,并建立模型揭示规律。试验结果表明:M/P值存在一个合理的范围;硼砂掺量越多,MPC强度损失也越大;粉煤灰掺量在20%以内,可以适度延长MPC的凝结时间。碳纤维掺量越多、长度越长,MPC流动性和分散性就越差;在各龄期,MPC抗折强度随碳纤维掺量先上升后下降,但早期抗压强度可能出现强度倒缩;碳纤维尺寸对MPC抗折强度影响明显,而对抗压强度几乎无影响;碳纤维对MPC早期粘结强度无影响,后期强度影响较大;粘结界面破坏有三种形式,发生的位置与浆体自身有关;加入碳纤维后,MPC试件的荷载-应变-FCR曲线出现三个阶段,其中稳定开裂阶段的FCR-应变大致呈线性关系;MPC试件在最佳碳纤维掺量处压敏性能最佳。