高强混凝土具有占地面积小、强度高、抗腐蚀性能好等优点,是当前建筑材料方面应用和研究的热点内容。但是高强混凝土在高温下会发生爆裂,众多学者就这一现象展开了大量的研究工作,但至今对于高强混凝土爆裂的原因、机理等问题未形成一致意见。纤维的掺入会延缓爆裂的发生、改变高温后混凝土残余力学性能。目前有关纤维混凝土的研究主要集中在钢纤维和聚丙烯纤维(PP)对混凝土性能的改善方面,事实上碳纤维和PVA具有更好的力学性能及更细的直径,可能会对高强混凝土的高温爆裂有显著抑制效果。本文研究了PVA纤维和碳纤维对100MPa高强混凝土的高温改性问题,测试了830余个混凝土试件的常温力学性能、高温中的爆裂行为及高温后残余性能,探索了两种材料对提高混凝土高温耐爆性的最优纤维掺量,并通过理论分析与数值仿真手段对混凝土的爆裂蒸气压问题进行了分析,给出了考虑蒸汽压和热应力共同作用下高温爆裂的力学模型,得到了高强混凝土高温蒸汽压变化规律与爆裂临界蒸汽压,主要开展了以下几方面工作:1.进行了系列碳/PVA纤维混凝土的常温力学性能试验,得到纤维高强混凝土的抗压强度、劈裂强度、抗折强度、轴压强度等力学性能变化规律。试验结果表明:PVA和碳纤维作用效果差别显著,PVA纤维会降低混凝土的抗压强度,但是会增强混凝土劈裂强度与抗折强度,使轴压强度先增大后减小,综合性能最优的掺量在0.1%-0.2%左右。碳纤维的加入对高强混凝土抗压强度、劈裂强度、抗折强度、轴压强度的影响均为先增大后减小,最优掺量为0.2%。2.进行了碳/PVA纤维高强混凝土高温爆裂全过程试验研究,得到了不同纤维掺量、升温制度、含水率以及不同尺寸下高强混凝土高温爆裂的过程图像,对比分析了以上因素对高强混凝土爆裂行为的影响,得到抑制爆裂纤维最优掺量,并对高强混凝土爆裂后的碎渣级配进行了分析。研究发现:PVA纤维具有良好的抑爆效果,当掺量大于0.1%时就可以完全抑制爆裂的发生;当碳纤维掺量在0.2%附近时碳纤维的掺入可以减轻爆裂强度,碳纤维掺量大于0.2%时,使试件的突发爆裂变成有阶段性的持续性爆裂。升温速率的提高,会提前首爆时间,并缩短爆裂持续时间;低含水率使碳纤维混凝土试件首爆时间延后,但爆裂会变得更突然更剧烈;体积较大的试件更容易爆裂。碎渣级配方面,不掺碳纤维及碳纤维掺量在0.2%-0.4%时,高强混凝土爆裂形成的大块较多,其余掺量在2.36mm-26.5mm之间的碎屑较多。3.考虑混凝土中蒸气压作用的特性,采用空心球模型分析高温下混凝土中气压变化与温度应力耦合作用,得到蒸汽压和温度作用下空穴周边混凝土环向和径向应力计算公式,参照高强混凝土爆裂试验记录中的温度及混凝土极限拉应力强度,得到该试验情况下所需的爆裂临界蒸汽压。利用该模型还分析得到了高强混凝土内外温差、孔隙率对爆裂的影响规律。结果表明:内壁环向拉应力起破坏的控制作用。当蒸汽压一定时,随着孔隙率的增加(壁厚变薄),爆裂风险增加;当温差减小,爆裂风险减小。4.依据欧洲规范,考虑纤维带来的孔隙及熔融后增加的孔隙,采用Maxwell模型,给出了纤维混凝土导热系数计算公式,计算了考虑纤维作用试件温度场。给出高强混凝土中蒸汽压计算的相关方程,利用这些方程通过有限元软件计算了蒸气压,并讨论了受热机制,尺寸大小等因素对温度场及蒸汽压变化的影响。计算结果表明:受火面的增多,混凝土试件内部温度升温速度加快,蒸汽压峰值时间提前,峰值增加;试件尺寸的增加,混凝土试件内外温差增大,混凝土试件各点蒸汽压峰值推后,内部点蒸汽压峰值增加,表面点蒸汽压峰值减小。5.分别研究粗骨料、细骨料、净浆、砂浆不同温度后性状的变化规律,采用电镜观察纤维与水泥浆体的形态变化,并记录了纤维高强混凝土不同高温后外观变化及质量损失、获得了残余强度。试验结果表明:粗骨料、细骨料在25℃-600℃,压碎值升高较慢,在600℃-800℃压碎值快速升高;净浆试件试件和砂浆试件抗压强度均呈现先增大后减小的规律,但由于细骨料和胶凝材料间热膨胀系数不同,砂浆强度峰值降低明显。对于纤维混凝土,高温后抗压强度呈现先增大后减小规律,劈裂强度、抗折强度、轴压强度基本呈现随温度升高而降低的趋势。分析纤维微观图像发现,PVA纤维与碳纤维的作用机理不太一样,PVA纤维高温气化减轻了混凝土高温损伤程度,而碳纤维则起到对混凝土的拉接作用,均对残余强度的提高起有利作用。综上,混凝土受高温后残余强度受凝胶体系强度、粗骨料、细骨料以及所采用的纤维高温性能变化特征有关,同时细骨料和胶凝材料热膨胀系数不匹配的影响也很重要。