近年来,应变硬化水泥基材料(Engineered cementious composite,简称ECC)在沿海交通基础设施等承受环境侵蚀和周期性疲劳荷载作用的结构中的应用成为热点问题,但传统ECC的强度和韧性有限(抗压强度约为50 MPa,抗拉强度不超过5 MPa,极限拉应变不超过5%),因此在需要承受高应力的沿海交通基础设施结构中应用受限。通过开展ECC配比和性能的持续优化设计,研究者所在团队采用弹性模量较高、纤维强度较强的超高分子量聚乙烯(PE)纤维,设计出超高性能应变硬化水泥基材料(Ultra-high performance engineer cementious composite,简称UHP-ECC)和轻质高强应变硬化水泥基材料(High strength light-weight engineer cementious composite,简称HSLW-ECC)。前者抗压强度接近120 MPa,抗拉强度可达到12 MPa,极限拉应变达到8%以上;后者抗压强度接近60 MPa,抗拉强度达到8 MPa,极限拉应变达到8%左右。超高性能ECC的出现,一方面有利于改善交通基础设施的疲劳性能,另一方面可用于沿海结构的修补,从而大大提高结构的耐久性。本文通过研究超高性能ECC的疲劳性能以及氯盐侵蚀后的疲劳性能,得到其疲劳寿命和劣化机理,主要内容包括:(1)对UHP-ECC不同应力水平下拉伸疲劳性能进行试验研究,即在不同应力水平下、不同疲劳次数后的拉伸疲劳性能以及疲劳后进行单裂缝拉伸试验。通过对比其应力-应变关系曲线、破坏断面、裂缝形式以及纤维破坏形态,由此可知,疲劳循环次数对UHP-ECC试件的劣化机理有显著影响,且其韧性随疲劳循环次数的增加而降低。基于伪应变硬化准则(PSH),对其不同拉伸疲劳加载次数后的韧性进行评价,结果表明随着疲劳加载次数的增加,PSH值明显降低,降低率达到51%。(2)对UHP-ECC与HSLW-ECC不同应力水平下的弯曲疲劳性能进行试验研究。对比不同应力水平下的疲劳寿命,跨中挠度变形以及底部纯弯段变形,试件弯曲疲劳加载过程中的跨中挠度均随着疲劳应力水平的增加而增加,其发展经历了三个阶段,即快速变形增长(第I阶段)、变形稳定(第阶段)、失稳破坏(第III阶段)。第II阶段的变形主要由原裂缝的扩展和新裂缝的产生引起。疲劳寿命主要取决于第II阶段的长度和变形的大小,这与裂缝的数量和宽度密切相关。其次运用数字图像相关技术(Digital Image Correlation,DIC)对静载和应力水平S=0.8下的裂缝开展过程进行观测,得到其裂缝开展图。最后运用环境扫描电镜对不同应力水平断面处的纤维形貌进行观察分析,建立疲劳寿命S-N曲线和疲劳寿命预测方程,并得出UHP-ECC在不同循环荷载作用下的疲劳损伤规律和破坏模式,试件循环加载后的破坏断面表现出不同的断裂特征。(3)基于对UHP-ECC以及HSLW-ECC的弯曲疲劳性能的研究,建立了UHP-ECC以及HSLW-ECC的疲劳寿命方程,现有研究普遍采用具有拐点的发展阶段模型来预测UHP-ECC的疲劳寿命,然而,准确量化拐点的数据非常有限,所有现有的发展阶段模型在拐点上都不是连续的。因此,本文提出了一个连续的非线性方程来描述UHP-ECC的S-N曲线。结果表明,所建立的疲劳寿命模型具有较好的预测效果。而本文对轻质ECC疲劳寿命方程则采用线性回归的方法,得到HSLW-ECC的疲劳寿命方程与已有研究中的疲劳方程吻合,但其弯曲强度比已有研究中的6.4 MPa提高了两倍,表明HSLW-ECC具备更加优异的疲劳性能。(4)对UHP-ECC和HSLW-ECC氯盐侵蚀下的疲劳性能和抗氯离子侵蚀性能进行试验研究,试验表明,自由氯离子含量表现出不同的变化特征,整体来说,随着渗透深度的增加,自由氯离子含量显著下降。但是同一渗透深度处,随着浸泡时间的增加,UHP-ECC的自由氯离子含量先增加后减小,HSLW-ECC的自由氯离子含量则一直呈增加趋势,这与HSLW-ECC自身孔隙率较大有关。随着浸泡时间的增加,UHP-ECC与HSLW-ECC的直接静载与疲劳加载试验破坏的纯弯段裂缝数目增加,韧性增强。此外,其疲劳破坏的模式与纯弯段的裂缝数目有关,纯弯段的裂缝数目越多,纤维拔出区域面积占整个断面的面积的比例越大,试件的韧性越强。