高吸水聚合物（Superabsorbent polymers,SAP）是水泥混凝土的一种内养护剂,对于抑制水泥混凝土早期收缩开裂具有显著作用,在混凝土领域具有良好的应用前景。SAP抑制自收缩的原理是在水泥水化过程中释放预先吸收的水分,维持混凝土内部湿度。然而,SAP在水泥基材料中的吸水能力缺乏可靠而高效的表征方法,高估或低估吸水能力都会引起额外水量计算偏差,导致水灰比的显著变化,影响混凝土力学性能和耐久性。此外,高吸水聚合物对水泥基材料力学性能影响机制尚不清楚,特别是添加SAP的混凝土是否一定削弱混凝土抗压强度缺乏定论,很大程度制约了SAP在土木工程中的推广。为了准确评价SAP在水泥基材料中的吸水能力、掌握SAP在混凝土中释水留孔的结构特征、保证SAP改性混凝土良好的力学性能,本文提出了一种SAP吸水能力测试方法,表征了添加SAP水泥石的气孔结构特征,分析了内养护作用和气孔结构对水泥石力学性能影响规律,建立了SAP改性水泥基材料的强度预测模型。具体研究内容与主要结果如下:（1）分析了SAP吸水能力传统测试方法的误差及其来源,提出SAP在水泥基材料中吸水能力测试新方法。茶袋法和过滤法测得的SAP吸水能力随时间下降,下降速度与测试溶液的流动状态、离子组成均有关;茶袋法和过滤法中SAP颗粒间水含量不同,导致24 h吸水能力测试结果差异显著。为克服以上误差给额外引水量的确定带来的困难,根据体视学原理,提出一种硬化水泥浆体气孔分析方法来评估水泥基材料中SAP的吸水能力。该方法有效克服了茶袋法和过滤法的时变特性,可准确反映SAP向水泥基体释放的内养护水量,可重复性强,操作简便、效率高,便于推广。（2）实验研究了材料变量和工艺变量对SAP释水留孔含量的影响规律,分析了SAP释水留孔孔径分布特征。定量描述了水泥类型、搅拌时间和养护温度对SAP吸水能力的影响幅度,指出了SAP粒径、水灰比、外加剂对SAP吸水能力无显著影响,分析了其内在原因。发现相同粒径的SAP颗粒膨胀倍数接近,利用SAP可以设计出稳定、含量和尺寸均可控的气孔结构。（3）通过纳米压痕测试获得了内养护区和无内养护区的基本物性参数,发现SAP释水留孔的孔壁的弹性模量分布明显高于普通引气剂孔壁,内养护区与非内养护区凝胶含量基本相等,但内养护区毛细孔含量明显低于非内养护区。基于SAP释水留孔和内养护的双重作用,建立了SAP水泥石细观力学有限元模型,数值分析了含气量、孔形、粒径分布等孔结构特征对水泥石力学性能的影响规律,给出了内养护区厚度变化、内养护区单元抗拉、抗压强度提升幅度与水泥石整体抗压强度提升幅度间的关系。（4）基于Powers水泥水化产物含量模型,推导了不同水胶比下的胶空比计算公式,通过耦合浆体强度和SAP孔含量的影响,建立SAP改性水泥基材料的长龄期强度计算模型。该模型以水胶比、浆体含量为输入,输出添加SAP和不添加SAP的混凝土的长龄期强度的比值。将文献中、原始实验的实测结果和模型计算获得的12组结果进行对比,发现该模型预测能力良好,最大误差不超过10%,对添加或不添加辅助胶凝材料的水泥石、砂浆、混凝土均可适用。参数分析结果表明,在水泥混凝土中,存在一个临界水胶比,超过该水胶比的任何数量的额外引水都会降低水泥基材料强度,其中临界水胶比取决于水泥浆体含量。