1、人類創(chuàng)造了一個又一個輝煌，但同時又為地球和人類本身留下了一個又一個的創(chuàng)傷或隱患。時至今日，人類面臨人口劇增、土地面積劇減、資源和能源過度消耗、環(huán)境污染嚴重等幾大難題，人類的生存受到嚴重的挑戰(zhàn)。為了適應生存與發(fā)展，人類撥動了向高空發(fā)展、向沙漠和草原進軍、向南北極地探索、向海洋擴張、向太空邁進的主旋律，于是，就有了“空中城市”、“海市蜃樓”、“海洋站”、“空中電梯”、“太空基地”等設想；也有了可持續(xù)發(fā)展策略和“綠色革命”口號。 人類

2、要解決生存和發(fā)展難題，要滿足城市化和基礎設施建設需求，要實現(xiàn)自己的眾多美妙設想，大力研究、開發(fā)和應用新型材料將是必然趨勢，而首當其沖的將是新型結構材料的開發(fā)和應用?？梢灶A見的是，未來的新型結構材料應是能滿足超大高度或超大跨度要求的結構材料?；诖它c，本文提出了千米承壓材料的定義、性能要求和制備途徑，并展望了此種新型結構材料的應用前景。在全面考察目前可供大量應用的結構材料以及展望了兩大主流結構材料——鋼材和混凝土的發(fā)展趨勢后，作者認為鋼管

3、特超強混凝土是千米承壓材料的有力候選者。文末，通過對超高強鋼管特超強混凝土與5種型鋼的計算承載力、名義強度、質量比強度、柱質量比較、柱經濟成本的比較，提出了超高強鋼管特超強混凝土是千米承壓材料的最佳候選者的結論。 特超強混凝土擁有強度高、彈性模量大、耐久性優(yōu)異等諸多優(yōu)點，但是其脆性很大，普通的配筋方式已不適宜；采用鋼管套箍的形式是目前最佳的選擇。要使特超強混凝土真正能夠滿足工程要求，除此之外，尚需要解決其工作性能問題和收縮，特別

4、是自收縮過大的問題，以及提供必要的基礎力學性能指標。在解決了特超強混凝土自身的基本問題后，將其應用于鋼管混凝土結構中，則必須掌握其制作技術，知曉其力學性態(tài)和本構關系，明了鋼管和特超強混凝土的協(xié)同工作機理，由此，本文開展了如下研究工作： 1)研制強度為100～160MPa的特超強/超高強混凝土，分析混凝土內部的微觀結構； 2)研究特超強/超高強混凝土的收縮(主要是自收縮)問題，探討有效降低特超強/超高強混凝土收縮的途徑；

5、 3)測試特超強/超高強混凝土的力學性能，包括抗壓強度、劈拉強度、抗折強度、軸壓強度、軸壓應力-應變曲線，分析軸壓應力-應變曲線特點，并對其本構關系進行構造、擬合； 4)制作鋼管特超強/超高強混凝土構件，測試構件的極限荷載、極限變形以及荷載-位移關系； 5)分析鋼管特超強/超高強混凝土的荷載-位移曲線，建立其本構關系模型，并探討其協(xié)同工作機理。 通過對特超強混凝土和鋼管特超強混凝土的試驗研究和數(shù)值分析，本文

6、取得了以下研究結果： 1)采用背散射電子顯微鏡觀察了特超強/超高強混凝土的微觀形態(tài)，并根據(jù)物質元素背散射電子圖像的灰度規(guī)律，運用顏色分離和局部區(qū)域去斑等圖像處理技術，對特超強混凝土的亞微觀組成進行了分析； 2)研究了42組抗壓強度為50MPa～165MPa的混凝土的收縮(主要是自收縮)，發(fā)現(xiàn)特超強混凝土的自收縮比較大，特別是3天前的自收縮很大。采用摻減縮劑、惰性礦物摻合料、微孔摻合料和加強早期，特別是3天前的水養(yǎng)護，較為

7、完美地解決了特超強/超高強混凝土收縮過大的問題； 3)通過對特超強混凝土的早期小時抗壓強度、劈拉強度和收縮的研究，提出了超高強混凝土與特超強混凝土的收縮測量方法； 4)獲得了立方體抗壓強度為50MPa～165MPa范圍內的高強、超高強、特超強混凝土的各種強度性能、變形性能與抗壓強度的關系式，以及各種強度等級的超高強、特超強混凝土的系列力學性能指標； 5)提出了抗壓強度為50MPa～165MPa范圍內的混凝土的應力

8、-應變本構關系，只需要給出混凝土的立方體抗壓強度，就可以確定軸心受壓應力-應變關系；6)通過對23組68根鋼管特超強/超高強混凝土短柱的研究，回歸得出了極限荷載、極限變形、低谷荷載、低谷變形的計算關系式，并介紹和分析了鋼管混凝土軸壓試驗結束后的外觀形態(tài)、體積變形以及核心混凝土的破壞形態(tài)； 7)采用數(shù)值分析方法，將鋼管混凝土視為統(tǒng)一材料，提出了其荷載-變形本構關系，通過上升段參數(shù)c和下降段參數(shù)b，只需要給出混凝土的抗壓強度、鋼管外