第 1 章 绪论
1.1 研究背景、目的及意义
走资源节约型发展道路已成为桥梁建设可持续发展的必然，提高桥梁施工建设质量、延长工程使用寿命是建设发展的核心。截至 2012 年，我国公路桥梁数量已达 71.34 万座，其中混凝土桥梁占 90%以上，成为公路桥梁的主力桥型。提升混凝土桥梁建设品质是保障交通安全和畅通的关键因素。桥梁混凝土施工开裂问题普遍存在，并随高强混凝土广泛应用，开裂问题加剧，造成桥梁质量存在先天不足，严重影响服役期桥梁的安全、适用和耐久[1~3]。如何提升桥梁混凝土施工裂缝防治技术，保证混凝土桥梁建设品质，成为亟待解决的技术问题。
桥梁混凝土养生不到位，是目前导致混凝土桥梁施工开裂严重的重要原因。混凝土养生方法包括外养生和内养生，外养生为当前混凝土桥梁施工规范普遍采用，对于防治桥梁施工开裂，存在技术问题如下：（1）外养生作用范围局限于结构表层混凝土，对结构内部混凝土养生作用有限，尤其低渗透性的高强混凝土问题更为严重；（2）在干旱或夏季高温地区，养生水蒸发快，养生质量难以保证，混凝土收缩开裂倾向加剧；（3）外养生不能及时对未拆模构件立面和底面养生，拆模期内构件收缩开裂明显；（4）对于构件立面和隐蔽、复杂部位，外养生施工难度大，养生质量不易保证。
针对外养生防治桥梁混凝土施工开裂存在的技术问题，研究内养生成为混凝土结构养生技术的发展趋势。内养生指将预吸水材料分散于混凝土内部，水在混凝土凝结硬化过程释放，保证混凝土内部湿度。内养护概念于 1991 年首次提出，2001 年丹麦首次提出高吸水性树脂型（Super Absorbent Ployers，SAP）内养生技术可行性，2003 年 RILEM TC-ICC 2003 成立了专业技术委员会，肯定了混凝土内养生技术应用前景，推动了高吸水性树脂型混凝土内养生技术研究发展[4]。相关研究成果主要体现在：混凝土内养生机理研究、混凝土内养生材料设计方法与制备工艺、内养生混凝土配合比设计和内养生混凝土性能研究四个方面[5，6]。
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1.2 国内外研究现状
水胶比较低的高性能混凝土能提供水泥水化的自由水分少，较高的早期强度发展率使自由水消耗较快，因而水泥等胶凝材料在水化过程中会产生相当大的化学收缩和自干燥，因此混凝土硬化过程中会产生较大的自收缩变形。当混凝土的自收缩变形受到约束时，就会在混凝土内部产生应力，而当内应力超过混凝土极限抗拉强度时，混凝土将在早期出现开裂的现象，使得混凝土耐久性明显降低。解决这类问题的最为有效途径是在养护过程中为混凝土提供足够的水分，保障水泥混凝土的早期水泥水化进程[7，8]。当混凝土被浇注于实体结构中，良好及时的养护是保证其在设计工作年限内获得使用性能和安全性能的必要条件。且养护对混凝土材料的长期耐久性能（尤其是碳化性能和抗渗性能）有着重要的影响，如缺乏适当的养护，将会导致混凝土结构劣化和耐久性降低。
混凝土的养护方法主要有外部养护和内部养护两种。传统的外养护方法主要包括喷水、覆盖塑料膜、覆盖湿草袋、节水养生膜覆盖、化学养护等。但传统养护方法既费工、费时、浪费资源，又由于高等度等级混凝土结构致密，使得外部喷洒养护水很难渗透到混凝土的内部，硬化水化石水化后期所需要的水分无法通过外部养护得到有效补充，所以对于高强混凝土来说单纯依靠外部补水的方式难于取得良好的养护效果。混凝土内养护的定义是在新拌或浇筑混凝土过程中加入可以提供混凝土内部水化所需水分的释水材料，按释水材料的种类将混凝土内养护分为——轻集料和高吸水树脂两类内养护技术。研究表明，混凝土内养护可以显著增加内部的相对湿度，提高胶凝材料的水化程度，增加水泥石的密实性。且随着内养护材料蓄水量的增加，混凝土的自收缩会越来越小[9~12]。
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第 2 章 原材料及试验方法
2.1 原材料及基本性能
本文研究所选用的原材料主要有 SAP，水泥、粉煤灰、细集料、粗集料、高性能减水剂等。
2.1.1 水泥
水泥采用 P·O42.5 普通硅酸盐水泥，其比表面积 331/m2·kg-1，初凝时间200min，终凝时间 275min，3d 抗压强度 28.3Mpa，28d 抗压强度 48.5MPa。
2.1.2 粉煤灰
粉煤灰采用 F 类 I 级粉煤灰，粉煤灰需水比 90.5%，烧失量 3.70%，SO3 含量 1.45%，活性指数 65%。
2.1.3 细集料
细集料为河砂，Ⅱ区中砂，细度模数 2.91，含泥量 1.08%，泥块含量 0.21%，细集料的级配曲线见图 2.1。
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2.2 试验方法
2.2.1 混凝土性能测试方法
（1）工作性能
混凝土的工作性能相关测试参照《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》GB/T 50080 标准测定混凝土拌合物的标准稠度、凝结时间、流动度等性能指标。
（2）力学性能
参照《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T 50081 进行混凝土抗压强度、抗折强度测试。
（3）混凝土抗冻性试验
参照《普通混凝土长期性能及耐久性能试验方法标准》（GB/T50082）规定进行抗冻试验。
（4）混凝土抗渗性试验
参照《普通混凝土长期性能及耐久性能试验方法标准》（GB/T50082）规定进行混凝土抗渗性试验，采用逐级加压法，按“混凝土试件的成型与养护方法”成型和养护试件，试验以 6 个试块为一组。
（5）混凝土收缩试验
按《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》（GB/T50082）进行混凝土收缩试验。试件带模养护 1-2 天后拆模进行标准养护，此后在 1、3、7、14、28、60、90 天测定试件的变形量。
2.2.2 微观分析测试方法
（1）SEM 测试
选用 SEM 方法分析 SAP 干粉与水泥和粉煤灰干混均匀后，制备成硬化水泥石观测的微观结构、晶体形状、孔隙填充情况。
（2）差热综合热分析
（TG-TSC）选用 TG-TSC 综合热分析质谱联用仪分析掺 SAP 与不掺 SAP 的试样受热后Ca(OH)2 脱水量及含量变化，升温范围控制在为室温~1000℃，保持升温速率10℃/min。
（3）孔结构分析（MIP）
对硬化砂浆孔结构及其变化规律的测定采用压贡方法测定（MIP）。试验仪器采用 Quantachrome 公司生产的 Poremaster 进行测试。
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3.1 试验方案...................................... 12
3.2 试验结果分析.................................. 13
3.3 本章小结............................... 14
第 4 章 SAP 对水泥混凝土性能影响研究.............................16
4.1 配合比设计方法................................. 16
4.2 SAP 对混凝土工作性能的影响.............................17
4.3 SAP 对混凝土力学性能的影响...............................18
第5章 SAP对水泥混凝土性能影响机理研究...............................33
5.1 基于 SEM 的性能影响机理研究.............................33
5.2 基于核磁共振(NMR)的性能影响机理研究..............................34
5.3 基于 MIP 的性能影响机理研究................................................36
第 6 章 基于 SAP 内养护的高性能混凝土 制备与应用技术
6.1 原材料选择
配制高吸水树脂（SAP）内养护混凝土宜采用反相悬浮聚合法丙烯酸胺—丙烯酸共聚型树脂。一方面，由于颗粒过大，树脂释水过快，不利于内养护效果的发挥，且对强度降低作用较大；另一方面，过小颗粒的树脂，其低活性的特点会影响到减缩效果；研究表明，粒径在宜介于 0.2~0.4mm 之间。
其他材料须满足相关国家及行业规范的要求，采用满足标准《通用硅酸盐水泥》的硅酸盐或普通硅酸盐水泥；矿物掺合料可选用粉煤灰、磨细粒化高炉矿渣粉等，粉煤灰选用组分均匀、各项性能指标稳定的低钙灰，技术指标符合国家标准《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T 1596）的规定，选用的矿粉的技术指标应满足《用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》（GB/T18046）规定。
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第 7 章 结论与展望
7.1 结论
本文以桥梁混凝土为研究对象，立足于桥梁混凝土收缩裂缝的防治问题，在消化和吸收国内外已有研究成果基础上，重点研究高吸水树脂吸水释水特性及其对混凝土性能的影响规律以及影响机理，同时开展基于 SAP 内养护的高性能混凝土制备与应用技术研究，取得了如下的主要结论：
(1) 超吸水树脂(SAP)吸水率主要的影响因素为 A(丙烯酰胺与丙烯酸比例)、F（SAP 粒径）以及 B（丙烯酸的中和度）；SAP 粒径的降低有利于 SAP 吸水倍率的提高；以饱和氢氧化钙溶液和水泥水化溶液为测试介质，丙烯酰胺与丙烯酸比例提高有利于饱和氢氧化钙溶液和水泥水化溶液的吸收。
(2) 同等用水量条件下（不额外引水），通过外加剂的掺量来调整混凝土的坍落度基本相同，随着 SAP 掺量的增大（同等 SAP 粒径），混凝土的坍落度有所增大，坍落度损失有所降低，含气量和压力泌水增大，凝结时间略有延长；混凝土的抗压强度、抗折强度、弹性模量降低，混凝土的自收缩、干缩、塑性开裂性能呈减小趋势，混凝土的抗冻性能、抗氯离子渗透能力有显著提高。基于 C40桥墩混凝土配合比，最佳 SAP 掺量为胶凝材料质量的 0.4%。
(3) 同等用水量条件下（不额外引水），通过外加剂的掺量来调整混凝土的坍落度基本相同，随着 SAP 粒径的增大（同等 SAP 用量），混凝土的主要力学性能指标，包括抗压强度、抗折强度和弹性模量先增长后下降；混凝土的自收缩、干缩、塑性开裂性能呈先减小后增大的趋势；混凝土的抗冻性、抗氯离子渗透能力呈现先增大再减小的趋势；基于 C40 桥墩混凝土配合比，最佳 SAP 粒径 0.4mm。
(4) 当 SAP 添加到混凝土中时，凝胶孔和小毛细孔增加，大毛细孔和气孔的尺寸减小，细化了混凝土孔结构；同时 SAP 后期释放水分促进了水泥和粉煤灰的二次水化，进入C-S-H结构中 Al[4]的数量增多，从而提高C-S-H 凝胶的 Al[4]/Si，提高浆体的密实程度，从而提升混凝土的耐久性。
参考文献（略）