轻质高强化是水泥混凝土的重要发展方向,引入气孔是实现混凝土轻质化的重要技术手段。而根据吴中伟院士的中心质理论,这些引入的气孔大多属于负中心,对混凝土强度造成负面影响,怎样削弱气孔的“负中心质效应”,扩大气孔周边界面过渡区的“正中心质效应”是实现混凝土轻质高强化要解决的科学问题。针对这一问题,本文采用具有吸-释水特性的球形吸水树脂集料制备混凝土,其释水后形成具有致密界面过渡区结构的球形宏观气孔,通过提高界面过渡区承载力影响气孔的“负中心质效应”,形成一条新型的混凝土轻质高强化技术思路。本文所开展的主要研究工作与研究成果如下:制备了单颗吸水树脂集料水泥砂浆,研究了不同颗粒粒径(6mm-20mm)的球形吸水树脂集料与不同基体水灰比(高强基体、中强基体、低强基体)对砂浆强度的影响规律。研究表明,吸水树脂集料的内养护增强效应受养护龄期与水灰比影响。3天龄期,仅有高强基体组以及低强基体组的部分粒径集料(6mm、8mm)水泥砂浆强度高于空白基体强度;28天龄期,引入粒径为6mm-10.6mm吸水树脂集料的各组砂浆强度均超过空白基体。并且水胶比越低,同粒径树脂集料的内养护增强效果越明显。提出树脂集料的“临界尺寸”概念,即含有树脂集料试块的抗压强度与空白基体试块的抗压强度相等时对应的树脂集料的尺寸。不同龄期吸水树脂集料的“临界尺寸”与砂浆的水灰比及养护龄期有关;7天龄期,低水灰比砂浆基体“临界尺寸”最大,为14.4mm;28天龄期,高水灰比砂浆基体组“临界尺寸”最大,为18mm。提出界面过渡区的增强效果(树脂集料的“正中心质效应”)为树脂集料水泥砂浆的抗压强度与同粒径EPS颗粒水泥砂浆的抗压强度的差值。单个气孔的“负中心质效应”与气孔的尺寸呈现正相关,当气孔的半径与砂浆试块的边长比r/L大于0.15时,气孔的“负中心质效应”增长更加明显,当r/L达到0.25时,孔洞的存在使试块的强度仅有空白基体强度的60%。树脂集料的“正中心质效应”与含水量存在关联,在临界尺寸范围内,吸水树脂“正中心质效应”与吸水树脂粒径呈现正相关;当树脂集料尺寸大于“临界尺寸”之后,吸水树脂的“正中心质效应”受有效内养护效率限制,随粒径增大而减小。采用显微硬度、压汞分析、水化程度等手段综合分析吸水树脂集料周边界面过渡区特性。研究发现,低水胶比基体显微硬度更大、界面过渡区尺寸更小、孔结构改善效果更加突出:28天龄期,树脂集料的内养护效果可以提高界面过渡区的水化程度以及孔隙率,高强基体组界面过渡区的水化程度比基体水化程度高5%,孔隙率降低1.7%;强度基体组界面过渡区水化程度比基体高3%,孔隙率降低0.6%。借助数值模拟手段,验证了改性增强的界面过渡区可以改善含孔试块的弹性模量,吸水树脂集料试块的弹性模量比EPS试块的弹性模量高出2GPa左右。通过模拟计算的手段探究了树脂集料的空间分布与强度的关系,发现合理的空间分布可以在相同树脂集料掺量下提高试块的弹性模量。