近年来，随着我国工程技术和社会经济的发展，桥梁工程建设需求日益增多，普通混凝土结构是目前桥梁建设中的主导结构，但由于普通混凝土强度低、自重大、耐久性能差等原因限制了其在大跨度桥梁结构中的应用，混凝土材料的轻质高强化是当前重要的发展方向。因此，本课题组以轻集料和钢纤维为骨架，采用硅灰、粉煤灰和水泥等胶凝材料密实堆积，研发出了轻质超高性能混凝土（Lightweight Ultra-high Performance Concrete,简称LUHPC），其具有密度小（表观密度≤2100kg/m3）、强度高（抗压强度≥110MPa）、内部结构致密等优点。目前，关于LUHPC材料和构件的力学性能，已经取得了重要的研究成果，但是， LUHPC材料与构件的耐久性深入研究尚未开展，亟需开展其耐久性试验研究。
本文通过开展LUHPC材料和构件耐久性试验，掌握了钢纤维掺量对LUHPC耐久性的影响规律，获得了LUHPC的氯离子扩散系数、28d碳化深度和500次冻融循环性能指标，建立了LUHPC临界钢筋锈蚀深度模型，提出了LUHPC最小保护层厚度建议值，为LUHPC在桥梁工程上的应用提供了试验依据。本文主要的研究工作有：
（1）设计制备9组LUHPC试件，经过养护28d后，开展加速氯离子侵蚀、快速碳化和冻融循环试验，获得了1.5%、2.0%、2.5%钢纤维掺量下LUHPC材料的耐久性能，分别为：①钢纤维掺量增加，LUHPC氯离子扩散系数增大，变化范围为2.4×10-13 m2/s~3.9×10-13 m2/s，抗氯离子侵蚀性能等级为RCM-Ⅴ；②28d碳化试验的碳化深度均为0mm，抗碳化性能等级为T-Ⅴ；③500次冻融循环下质量损失率和相对动弹性模量变化范围分别为 0.51%~0.68%和97.45%~ 95.24%，抗冻等级为F500。试验表明，LUHPC材料耐久性优异，能够满足桥梁结构对材料的耐久性要求。
（2）设计制备9组共27根LUHPC构件，经过养护28d后，开展LUHPC构件保护层锈胀开裂试验研究，探明了不同保护层厚度和钢纤维掺量对LUHPC构件锈胀开裂时间、钢筋锈蚀率和锈蚀深度的影响规律，建立了LUHPC临界钢筋锈蚀深度模型。结果表明，保护层厚度和钢纤维掺量均能提高开裂时间、钢筋锈蚀率和锈蚀深度，说明保护层厚度和钢纤维掺量能提高LUHPC构件抗开裂能力；同时，钢筋锈蚀深度变化范围为0.170mm~0.493mm，模型计算值与试验值吻合良好，验证了模型的正确性。
（3）基于LUHPC材料与构件耐久性试验，计算了不同环境下LUHPC构件的最小保护层厚度，给出了LUHPC构件在不同环境下的最小保护层厚度建议值。结果表明，按使用年限为100年计，LUHPC构件在一般环境、冻融环境和氯化物环境下的最小保护层厚度取值分别为20mm、20mm和27mm。
本文的研究为LUHPC的耐久性分析提供了计算方法和理论依据，对推动LUHPC在桥梁工程中的应用具有重要的理论意义和工程价值。
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