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随着土木工程装备与技术的不断发展进步,现有混凝土结构修复材料已经逐渐无法满足结构工程修复所提出的高难度、高性能、高效率要求。此外,传统施工方法工序复杂、工作效率较低且施工成本较高,在有时效要求或者施工环境恶劣的工程作业中已经逐渐被淘汰。因此,急需开发一种具有优异早期力学性能、高韧性、低收缩,低成本以及凝结时间可控等优异性能和具有高效施工特点的新型工程修复材料。本文基于快速开放、优异性能和高效施工三个特点制备了一种新型工程修复材料—喷射超高韧性超早强水泥基材料(ITSCC)。在此基础上,首先研究了ITSCC的工作性能,包括流动性、凝结时间、流变性能、泵送模型以及户外试喷;其次研究了ITSCC的力学性能,包括抗压抗折强度、弯曲性能、拉伸性能、破坏形态以及关键影响因素分析等;最后研究了ITSCC的界面粘结性能,包括新老混凝土配合比设计以及其变形匹配,既有混凝土强度等级和界面粗糙度、养护龄期以及界面处理方式等对界面粘结性能的影响。基于以上研究,可得出以下结论:(1)ITSCC工作性能水胶比、减水剂和缓凝剂可协同改善ITSCC的工作性能。水胶比和减水剂掺量的增加能明显提高ITSCC的流动度和延长其流变第一阶段;缓凝剂对体系的流动度并无实质影响,但能够延长流变第一阶段;PVA纤维的引入会大幅度降低体系的流动性和缩短流变第一阶段,因此纤维的引入会大幅度降低体系的工作性能。其次,随水胶比、减水剂掺量和缓凝剂掺量的增加,体系的凝结时间都不断增加。但从缓凝效果分析,改变水胶比和缓凝剂掺量其缓凝效果的提升优于改变减水剂,考虑到缓凝剂的引入在体系中不会发生其他化学作用进而影响水化,因此改变缓凝剂掺量是控制体系凝结时间最有效的方式。第三、ITSCC是一种具有正触变性的宾汉姆流体。从滞后环面积分析:水胶比增加,体系触变能降低;减水剂和增稠剂掺量增加,体系触变能增加。从流变参数分析:水胶比的增加会降低体系的屈服应力和塑性粘度;减水剂掺量的增加会降低体系的屈服应力,但其塑性粘度却随之增长;在体系中引入0.1%掺量HPMC后,其塑性粘度增长321.1%,屈服应力增长92.0%。第四、户外试喷结果表明,喷射成型的ITSCC力学性能和界面粘结性能均与室内成型的结果一致,甚至有所超出。(2)ITSCC力学性能早强胶凝体系的采用和基体中PVA纤维的引入提高了ITSCC的24h抗压强度,可达到50MPa以上,并且相较于普通快硬硫铝酸盐水泥体系,ITSCC的24h抗折强度达到14.80-19.35MPa,抗折性能提高64.4%-115.0%,但其28d抗折强度却出现不同程度的倒缩。其次,ITSCC在承受弯曲荷载和拉伸荷载作用下具有明显的应变硬化特性和多缝开裂现象,相比于普通混凝土的极限应变,ITSCC的极限应变高出两个数量级,表现出远超普通水泥基材料的高韧性和高延性特点。第三、通过极差分析,纤维掺量的拉伸性能R值和弯曲性能R值均为最大值,水胶比、减水剂和粉煤灰三个因素的材料拉伸性能R值和弯曲性能R值均小于或远小于纤维掺量R值。因此,纤维掺量是影响ITSCC材料拉伸性能和弯曲性能的最主要因素,其他三个因素均为次要要素或辅助因素,且纤维掺量的增加可同时提高材料的拉伸性能和弯曲性能,但水胶比、减水剂和粉煤灰三个因素对于材料拉伸性能和弯曲性能的影响却是利弊参半的。(3)ITSCC界面粘结性能ITSCC的7d收缩量达292με,28d收缩量达475με,在不采用其他措施调控材料收缩时,其与既有混凝土复合时会产生收缩应力导致裂缝出现。通过掺加3.0%减缩剂,可明显降低体系的收缩量,其7d收缩量仅为75με,28d收缩量仅为155με。继续增加减缩剂掺量,会改变体系的凝结时间。但将3.0%~6.0%掺量膨胀剂和3.0%掺量的减缩剂配合使用时,会进一步降低体系的收缩量且不会大幅度改变体系的凝结时间。其次,既有混凝土强度等级、界面粗糙度、养护龄期以及界面处理方式等因素直接影响ITSCC与既有混凝土结构的界面粘结性能。在其他浇筑条件相同时,既有混凝土强度等级与界面粗糙度和复合试件的粘结劈拉强度近似为线性关系;养护龄期和复合试件的粘结劈拉强度近似为对数函数关系,复合试件粘结劈拉强度在1d就可达到3.20~3.63MPa,为28d粘结劈拉强度的90%左右;此外,不同的界面处理方式对复合试件粘结劈拉强度有很大影响,采用界面胶处理的ITSCC复合试件的粘结劈拉强度相比空白组粘结劈拉强度提升30%左右,相比净浆处理后复合试件的粘结劈拉强度提升20%左右。