密西根大学Victor C Li教授和他的团队对工程水泥基复合材料（Engineered Cementitious Composite，ECC）已有一定的理论研究，由于制备ECC所用原材料PVA纤维和磨细石英砂昂贵的价格，使得其广泛应用受到了限制。采用尾砂替代特殊磨细的石英砂来制备生态型ECC（简称ECO－ECC），可以提高ECC的性价比，同时也能很好的解决尾砂作为工业废弃物对环境的污染及避免对人身、财产的危害。首先从原材料、配合比以及工艺措施等角度探索了采用尾砂制备ECO－ECC的可行性，并进一步研究了ECO-ECC常温条件下的基本力学性能和耐久性能，从微观结构的角度分析了相关机理。为了促进ECO-ECC在工程领域的应用，对高温作用下ECO－ECC性能演化及微观机理做了深入的研究，对ECO－ECC的工程特性采用有限元方法进行了仿真计算与分析。具体内容如下： （1）ECO－ECC的制备技术和基本性能研究 系统研究了ECO－ECC的制备技术：选择不同集料（天然河砂、磨细石英砂、铁矿尾砂）、不同纤维品种（Kuraray PVA、国产PVA纤维、钢纤维）、不同纤维掺量（0．5％、1．0％、1．5％、2．0％、2．5％）和不同水胶比（0．21、0．23、0．29、0．35、0．40），对ECC的制备技术与工艺措施等进行了系统的研究。研究了各参数对ECO-ECC流变性能及力学性能如延性、多缝开裂、弯曲性能、单轴拉伸性能等的影响规律，证实了采用尾砂制备ECO－ECC的可行性，验证了ECO－ECC配合比的合理性。 试验研究了ECO-ECC的轴心压缩性能、弹性模量、泊松比以及抗压应力应变曲线。 ECO-ECC的变形性能和耐久性能也是很重要的一部分，对ECO－ECC耐久性能也进行了初步探索，数据表明，不同PVA纤维掺量的试件和基体的收缩变形、渗透性能大致相同，PVA纤维的掺入一定程度上对碳化有抑制的作用。 （2）ECO－ECC的多缝开裂特征微观机理分析。 基于“最邻近函数理论”的定量表征计算为研究新型水泥基复合材料的微观机理提供一个新的方法与手段，并借助这种方法对ECO-ECC材料粒子间距进行了定量表征计算，给出了细集料邻近粒子表面间距的分布情况。依据纤维间距理论揭示了纤维掺量、纤维品种和水胶比对ECO－ECC材料多缝开裂与应变硬化特征的影响规律及微观机理。 （3）ECO－ECC的高温性能及微观机理研究 ECO－ECC作为一种新型的结构材料，研究其遭受超常荷载（如地震）下的特性以及更进一步研究其在超常环境（如火灾等）下的高温性能，都有一定的理论价值。 首先通过MIP和SEM对经历过不同温度后的ECO-ECC、PC样品进行了微观结构分析。结果表明：在经历高温后，ECO－ECC由于纤维的熔化和水化产物的分解留下大量的微细通道，微细裂纹持续增长，出现了明显空间骨架，但ECO-ECC的裂缝扩展速度明显低于PC，并保持较好的完整性，而PC的疏松、现象较为严重。其宏观力学性能表现为，PC抗压强度衰减绝对值和相对值都要大于ECO-ECC，ECO-ECC其抗压强度的衰减主要发生在500℃，PC的抗压强度衰减主要发生在300℃。 为了深入了解高温状态下ECO-ECC的微观结构演变规律，采用带高温台的ESEM对在高温作用下ECO-ECC的微观结构演变过程进行了实时跟踪研究，并采用带原位反应器的XRD设备对升温过程ECO－ECC样品物相组成的变化进行实时检测，随后用Rietveld方法对ECO－ECC样品中的物相组成变化进行了半定量分析。综合孔结构、形貌以及物相分析的结果表明，高温对ECO-ECC材料宏观性能的影响其中很重要的原因是相组成演化的结果。此外，集料和浆体之间的热相容性对受高温作用ECO-ECC材料的微观结构的影响也不容忽视。 （4）ECO－ECC的工程特性与仿真分析 通过采用不同厚度的ECO－ECC材料对既有混凝土构件的补强试验，研究了具有应变硬化、多缝开裂特征的ECO－ECC的工程特性，并采用ANSYS有限元计算方法做了仿真计算与分析，证实采用一定厚度的ECO-ECC补强可明显提高既有混凝土构件的承载能力，为进一步的工程应用提供了理论依据，对于混凝土结构的抗震设计也给出一些依据和设计方法。