本文针对国外制备超高性能纤维增强水泥基复合材料UHPFRCC（Ultra highperformance fiber reinforced cementitious composites）有争议的问题，结合国防防护工程抗毁伤能力之急需，采用40％～50％的超细工业废渣取代水泥熟料，用普通黄砂取代磨细石英砂，并掺加最大粒径为10mm的高强度粗骨料及lf/df=65％～70％的微细钢纤维，制备出抗压强度达200MPa以上，抗弯强度达50MPa以上（纤维体积率Vf=3％时）的生态型超高性能纤维增强水泥基复合材料（ECO-UHPFRCC）。对比研究了钢纤维、玄武岩纤维和PVA纤维对超高性能水泥基复合材料力学性能的影响规律。结果表明，随着标准养护龄期的延长，超细工业废渣的活性不断激发，各配比材料的力学行为不断提高。试验结果还表明，微细钢纤维在对UHPCC的增强、增韧、阻裂方面有显著优势，且是高脆性UHPCC材料必不可少的重要组分。掺加高强粗集料之后，经优选钢纤维的品种和尺度，使其能最大限度的发挥增强增韧与阻裂效果，同时采用不同类型纤维的混杂增强方式，使在结构形成与受毁伤过程中，不同尺度的纤维在不同尺度和性能层次上发挥效果，从而提高了UHPFRCC的各项静态、动态力学行为与耐久性。　　 优选了掺与不掺粗集料的超高性能水泥基复合材料（M系列和S系列），系统研究其各项静态力学性能，其中包括抗压强度、抗弯强度、抗拉强度和弯曲韧性等。研究表明在掺加粗集料之后，材料的各项力学性能没有因粗集料的掺入而出现因结构不均匀性而有的明显降低，当纤维体积率V，相同时，其抗压强度还有不同程度的提高，抗拉强度和抗拉韧性基本等同，仅抗弯强度和弯曲韧性略有下降趋势，由此可见，制备超高性能水泥基复合材料，可以突破国外RPC材料制备技术中剔除粗骨料以增加和提高材料的均匀性和密实性的技术路线，而是考虑在有粗骨料的情况下，提高粗集料与超高强水泥基材料间的界面粘结力以及强化界面结构，从而消除了界面薄弱特征，同时增进界面整体的均匀性，使得界面粘结强度大幅提升，并且充分发挥纤维的增强、增韧与阻裂效应，这样不仅降低材料成本，而且制备出性能优异的超高性能水泥基复合材料。　　 采用分离式霍普金森压杆装置对两个系列不同纤维掺量的超高性能水泥基复合材料进行了高速冲击压缩实验。结果表明各系列超高性能水泥基复合材料具有明显的应变率效应，随着应变率及纤维掺量的提高，材料的峰值应力、峰值应变和弹性模量不断提升，应力-应变曲线下的面积相应而不断增大。运用四种不同作用方式对各系列超高性能水泥基复合材料进行多次冲击压缩实验，结果表明随着纤维体积率的提高，各系列材料的抗多次冲击的能力不断增强；随着冲击次数的增加，材料的损伤程度相应加剧，峰值应力逐渐下降，但峰值应力下降的速度则随着纤维掺量的增大而变缓；随着第一次冲击速度的提高，材料的损伤加剧，随后的损伤不断增大，材料抗多次冲击能力则随着初始损伤的增大而下降；在相同的冲击方式、相同的冲击荷载、相同的冲击次数及相同的纤维体积率Vf下，掺加粗集料的试件显示出比不掺粗集料的试件更强的抗一次和多次冲击的能力，因此，掺加粗集料制备的UHPCC材料具有更加优异的动态力学性能且能提高材料的性价比，从而强化了防护工程材料抗现代武器毁伤的能力。　　 从材料的破坏形态来看，钢纤维的增强增韧效果显著，试件首先在边缘出现细微裂纹，此后随着冲击次数的不断增多，裂纹逐渐向试件中部扩展，经过多次冲击后，出现了横贯试件中部的裂缝，但是由于纤维的阻裂作用，试件仍能保持一定的完整性，成现“裂而不散”的破坏形态，有效提高了材料抗现代武器毁伤的能力，从而对防护工程在抗毁伤中有效保护了人员和设备的安全性起到重要的作用。　　 采用SHPB装置研究了超高性能水泥基复合材料的冲击拉伸性能。结果表明，UHPCC材料具有明显的应变率效应，其层裂强度随纤维掺量的增加、应变率的提高而相应地增长。在低应变率（21/s-25/s）条件下，纤维体积率V，为3％和4％时，ECO-UHPFRCC的层裂强度分别提高到2倍和2.5倍，随着应变率的提高，层裂强度的增加幅度则相应而不断降低，而在高应变率（55/s-66/s）条件下，掺加钢纤维后的提高幅度则十分有限。掺加最大粒径为10mm的粗集料之后，在相同条件下，其层裂强度略有降低。从破坏形态来看，UHPCC基体材料很脆，在反射拉伸波作用下出现整体断裂，且随着应变率的提高，断裂程度加剧。加入纤维后，由于纤维的阻裂和桥接作用，基体发生了开裂，但裂纹细小，随着应变率的提高，虽然裂纹宽度略有增大，却不发生断裂现象。低应变率作用下UHPCC材料多发生一次层裂，而高应变率下则产生二次甚至多次层裂现象。　　 采用φ25mm弹道滑膛炮对五种不同强度等级的高与超高性能水泥基复合材料进行了两种不同速度（510m/s和850m/s）下的正侵彻试验，获得了弹丸着靶速度及对应的侵彻深度、弹坑直径、靶体破坏形态等实验参数，并采用高速摄像机对弹体的着靶姿态进行了观测。结果表明同一种材料在高速侵彻条件下的侵彻深度要明显大于低速条件下的侵彻深度。在相近侵彻速度条件下，C40等级的靶体侵彻深度要明显大于其他强度等级水泥基复合材料的靶体，对强度等级C100以上的靶体，随着混凝土材料强度等级的提高及钢纤维体积率的增大，侵彻深度略有减小，但变化不是很明显。通过对侵彻深度的对比分析发现，相比较普通混凝土（C30），高与超高性能纤维增强水泥基防护材料抗钻地弹高速侵彻能力可提高47％-53％。与同等强度的素混凝土靶体相比，掺加1.5％（体积含量）的钢纤维时靶体抗侵彻能力提高6.5％。粗集料对靶体材料抗侵彻能力的提高效果要优于掺加钢纤维的效果，靶体内若掺加有玄武岩碎石作为粗骨料，靶体抗侵彻能力可提高8％。　　 采用经典经验公式对侵彻试验结果进行了对比分析，结果均存在一定的偏差。针对目前计算侵彻深度的经验公式多适用于强度等级低的素混凝土或钢筋混凝土的不足，本文利用空腔膨胀理论对侵彻试验进行了一定程度的理论分析，结合对试验结果的分析，提出了计算超高性能水泥基复合材料侵彻深度的半经验公式。　　 对五种高与超高性能水泥基复合材料靶体进行了接触爆炸试验。结果表明，靶体表面的破坏情况随着装药量的提高而趋于严重，迎爆面的破坏情况随着靶体强度等级的提高而减弱。钢纤维增强水泥基复合材料（UHPSFRCC）最大最显著的优势在于抗震塌，而且Vf越大，震塌破坏程度越轻。对各系列靶体的压缩破坏半径及压缩系数进行了计算与分析，发现同高强素混凝土靶体比，钢纤维体积含量为1.5％时，压缩系数降低约18％，钢纤维体积含量为2％时，压缩系数降低约22％，钢纤维体积含量为3％时，压缩系数降低约30％。在相同装药量爆炸条件下，各系列UHPSFRCC靶体的震塌破坏程度随着纤维掺量的提高和靶体强度等级的提高有所改善，但差别不大，故对抗爆炸抗震塌的防护工程来说，充分发挥钢纤维的作用比单纯提高混凝土基体强度等级更为重要。　　 二次爆炸试验结果表明，随着靶体强度等级的提高以及第一次爆炸对靶体产生损伤破坏程度的减小，靶体抵抗第二次爆炸破坏的能力得到提高。超高性能水泥基复合材料靶体二次爆炸后能保持靶体的完整性，裂而不散，体现了优异的抗一次和二次爆炸、抗震塌性能，从而大大提高了防护工程的安全性与防护能力。　　 采用非线性有限元方法对抗侵彻试验和抗接触爆炸试验全过程进行了数值模拟，模拟结果同试验结果比较吻合。　　 采用激光粒度分布仪（LSA）、X射线衍射分析（XRD）、压汞分析（MIP）、环境扫描电镜（ESEM）等现代分析测试手段，对高与超高性能水泥基材料的微观结构与性能形成的机理进行了研究。结果表明，掺加粉煤灰、硅灰等工业废渣改善了整个复合材料体系的颗粒级配，使系统的颗粒堆积更加紧密与合理，从而改善了水泥基复合材料的工作性及微观结构。火山灰效应消耗了绝大部分Ca（OH）2，生成了大量的C-S-H凝胶，改善了界面过渡区，使得整个凝胶体微观结构更加致密、优异、无明显缺陷，并且总孔隙率显著降低，孔径得到了细化，致密的结构使其具有优异的力学性能和耐久性能。　　 相比于普通C40混凝土界面明显存在微细裂纹，且基体中的裂纹一直延伸到骨料，基体同骨料之间的粘结较差，存在明显的界面薄弱区，UHPCC材料不仅不存在明显的界面过渡区，且纤维表面被水化产物紧密包裹，两者之间有着很强的物理结合，从而使得钢纤维在基体材料中的增强、增韧及阻裂效果得以充分的发挥。采用环境扫描电镜对UHPCC材料内部的微裂纹进行了三维重构，分析发现通常在高真空观测模式所看到的水泥基复合材料微结构并非样品的真实内部结构，而UHPCC材料内部中的主要缺陷（微裂纹）的尺度在纳米层次，因此UHPCC具有优异的力学性能。