高强与超高性能化是混凝土材料的重要发展方向,但较低的水胶比导致其存在早期自干燥程度高、易收缩开裂等工程问题。内养护通过混凝土内部水分补偿作用为解决高强低水胶比混凝土收缩开裂提供了重要技术途径。但是内养护材料在混凝土中吸释水过程复杂、多变,由于吸释水机理不清,应用中缺乏理论指导,难以稳定控制,造成实际使用效果并不理想,从而阻碍了内养护混凝土技术的发展及工程应用。本文依托国家十二五科技支撑计划“南海岛礁工程快速建设关键建筑材料研究与应用”课题,利用球形大颗粒高吸水树脂(SAP)特殊表面及界面区特性,探明内养护材料在混凝土内部的水分迁移交换机制、界面区结构与性质,揭示内养护材料对混凝土微观结构与性能的影响机制,以指导内养护混凝土的实际工程应用。论文进行的主要工作及取得的主要创新成果有:系统探明了SAP的状态演变过程,揭示了SAP在水泥浆体内部的吸释水机理。采用抽滤法研究了SAP在不同水化时间、不同水灰比水泥浆体孔溶液中的状态变化,表明SAP在孔溶液中的真实吸水率并不是一个固定值,而会受到水灰比、水化时间的潜在影响;采用水化放热峰位、环境扫描电镜等方法表征了SAP在水泥浆体中的早期状态变化,表明过低引入水倍率导致SAP的继续吸水,表现为水化放热峰提前,而过高引入水倍率导致SAP快速释水或过量水的产生,表现为水化放热峰滞后及SAP周围富水区的产生;通过模拟混凝土内部溶液浓度、碱度及相对湿度,揭示了混凝土不同发展阶段中各个因素在SAP释水过程中的作用机制。SAP在混凝土内部的释水过程主要受渗透压及湿度差的影响,毛细管压力则主要起水分传输作用;SAP早期释水主要受混凝土内部离子浓度差引起的渗透压影响,而后期释水主要受湿度差影响,在中间阶段两种因素处于一个相对较低的作用水平;采用SAP的水分含量变化直接量化了SAP与水泥浆体之间的水分迁移交换过程,推导并建立SAP内部水分在不同阶段的释放比例及内养护水有效利用率评价方法,提出缩短早期渗透压释水过程,延长后期湿度差释水的原则,以提高SAP内养护水有效利用率。基于上述释水机理,利用大颗粒球形SAP以放大其界面过渡区,填补了SAP界面过渡区性质定量表征的研究空白,揭示了SAP界面区孔结构对水泥石性能的影响机制。系统研究了SAP周围环形养护区的形成机制及其对界面区水分含量、水化特性、形貌结构、显微硬度等方面的影响规律,结果表明SAP的释水行为明显提高了界面区的自由水含量;界面区水化程度比基体处约高5%,且相当于0.04附加水灰比带来的水化效果,这一结果与BSE图像分析结果吻合;界面区表现出比基体处更高的硬度值,这与水分含量分布、水化程度、微观形貌结构所表现出的规律相互印证;通过压汞法、氮吸附法及小角散射法获取了界面区及基体处不同龄期下的孔结构参数及形态特征,表明SAP没有改变界面区孔形态特征,但其释水行为会在水化前期明显增大界面区的孔隙量,但后期养护作用使界面区孔隙量最终低于基体处,胶空比高于基体处;采用不同分形模型计算了SAP界面过渡区及基体处的孔表面分形维数,结果表明所有样品均表现出在微观及宏观分形区域内的多重分形特征,且界面区的表面分形维数及质量分形维数均高于基体处;从孔结构的角度进行了界面区数值计算,发现在内养护作用下界面区的力学强度及渗透率均高于基体处,且SAP对收缩的补偿作用还在于其明显降低了周围水泥浆体中对收缩具有重要贡献的毛细孔量。基于上述吸释水理论,深入系统阐明了SAP吸释水行为与混凝土结构、性能的关联。系统研究了SAP吸释水行为对水泥基材料工作性能、力学强度、电阻率、孔结构、毛细管负压及自收缩的影响规律;量化了因过量引入水而产生的剩余水及实际有效水灰比,证明剩余水量是导致力学强度及电阻率明显降低,流动度及毛细孔隙率明显升高的内在因素,但其并没有对自收缩、内部相对湿度的发展及其驱动力产生不利影响;提出在满足内养护理论需水量的前提下,以接近于SAP在初始水泥浆体中的平衡吸水率设计内养护引入水倍率,可使SAP在新拌浆体内部稳定存在,从而最大程度减小其对砂浆工作性能、力学性能及微观结构的负面影响。利用上述理论研究成果,采用SAP内养护技术在夏季高温炎热环境中进行了预拌混凝土道面现场施工应用,表面未开裂,且目前仍在稳定使用;同时,发明了一种新型多功能SAP树脂集料混凝土,该混凝土同时具有密度可设计调控、自养护、保温隔热、吸声降噪等多种功能,证明了该种混凝土强度来源于球形SAP周围所形成的致密水化层结构。最终,采用该种新型混凝土在多个近远海工程成功进行了道面施工应用,且使用效果良好。本文研究成果对于促进内养护混凝土理论与技术进步,推动内养护混凝土的实际工程应用具有重要意义。