Using nanomaterials to enhance concrete performance is of particular interest to meet the safety and functionality requirements of engineering structures. However, there are few comprehensive comparisons of the effects of different nanomaterials on the properties of ultra-high performance concretes (UHPCs) with a compressive strength of more than 150 MPa. The aim of the present study was to assess the coupling effects of nanomaterials and steel fibres on the workability and compressive performance of UHPC. Three types of nanomaterials, nano-SiO 2 (NS), nano-calcium carbonate (NC), and carbon nanofibre (CNF), were each added into UHPC mixes by quantity substitution of the binder; two types of steel fibres were investigated; and two mixing methods were used for casting the UHPC. In addition, the effect of curing age (7 or 28 days) on the compressive performance of the mixtures was considered. Comprehensive studies were conducted on the effects of these test variables on the fluidity, compressive strength, failure mode, and microstructure. The results show that the combination of these nanomaterials and steel fibres can provide good synergetic effects on the compressive performance of UHPC and that the addition of CNF results in a greater enhancement than the addition of NS or NC. The addition of NS, not CNF or NC, has a considerable negative influence on the fluidity of the UHPC paste. It is suggested that reducing the agglomeration of the nanomaterials would further improve the performance of the resulting UHPC. Graphical abstract

中文翻译：

---

纳米材料和钢纤维的组合使用对超高性能混凝土的可加工性，抗压强度和微观结构的影响

为了满足工程结构的安全性和功能性要求，使用纳米材料来增强混凝土性能尤为重要。但是，关于抗压强度超过150 MPa的超高性能混凝土（UHPC）的性能，很少有各种纳米材料的影响的综合比较。本研究的目的是评估纳米材料和钢纤维对UHPC的可加工性和压缩性能的耦合作用。通过粘合剂的量代入，将三种类型的纳米材料（纳米SiO 2（NS），纳米碳酸钙（NC）和碳纳米纤维（CNF））添加到UHPC混合物中。研究了两种类型的钢纤维；采用两种混合方法浇铸UHPC。此外，考虑了固化时间（7或28天）对混合物压缩性能的影响。对这些测试变量对流动性，抗压强度，破坏模式和微观结构的影响进行了综合研究。结果表明，这些纳米材料和钢纤维的组合可以对UHPC的压缩性能提供良好的协同作用，并且CNF的添加比NS或NC的添加具有更大的增强作用。添加NS，而不是CNF或NC，对UHPC浆料的流动性具有相当大的负面影响。建议减少纳米材料的团聚将进一步改善所得UHPC的性能。图形概要 对这些测试变量对流动性，抗压强度，破坏模式和微观结构的影响进行了综合研究。结果表明，这些纳米材料和钢纤维的组合可以对UHPC的压缩性能提供良好的协同作用，并且CNF的添加比NS或NC的添加具有更大的增强作用。添加NS，而不是CNF或NC，对UHPC浆料的流动性具有相当大的负面影响。建议减少纳米材料的团聚将进一步改善所得UHPC的性能。图形概要 对这些测试变量对流动性，抗压强度，破坏模式和微观结构的影响进行了综合研究。结果表明，这些纳米材料和钢纤维的组合可以对UHPC的压缩性能提供良好的协同作用，并且CNF的添加比NS或NC的添加具有更大的增强作用。添加NS，而不是CNF或NC，对UHPC浆料的流动性具有相当大的负面影响。建议减少纳米材料的团聚将进一步改善所得UHPC的性能。图形概要 结果表明，这些纳米材料和钢纤维的组合可以对UHPC的压缩性能提供良好的协同作用，并且CNF的添加比NS或NC的添加具有更大的增强作用。添加NS，而不是CNF或NC，对UHPC浆料的流动性具有相当大的负面影响。建议减少纳米材料的团聚将进一步改善所得UHPC的性能。图形概要 结果表明，这些纳米材料和钢纤维的组合可以对UHPC的压缩性能提供良好的协同作用，并且CNF的添加比NS或NC的添加具有更大的增强作用。添加NS，而不是CNF或NC，对UHPC浆料的流动性具有相当大的负面影响。建议减少纳米材料的团聚将进一步改善所得UHPC的性能。图形概要 建议减少纳米材料的团聚将进一步改善所得UHPC的性能。图形概要 建议减少纳米材料的团聚将进一步改善所得UHPC的性能。图形概要