主 讲 人：丁庆军 教授、博导 所在单位：武汉理工大学,混凝土内养护技术,一、项目背景,,,,,,内养护与外养护,内养护可促进胶凝材料最大程度水化、混凝土内部最小程度自干燥，明显区别于补偿收缩、纤维阻裂及外加剂减缩等技术，成为一种极具潜力的抗裂防裂前沿技术内养护指混凝土在绝湿、绝热条件下，依靠预先内置的吸水性材料在适当时候释水进行内部养护的过程特点：由内向外、原位养护 与洒水、喷雾、围水、覆盖（覆草、覆袋、覆砂）、覆膜（覆盖塑料膜、涂刷养护剂膜或止水剂）等外养护方法在水分分布状态、水分扩散方向、水分载体材料上有明显不同研究目的、意义,针对混凝土碱性环境，科学设计材料组成和结构，低成本制备了系列可控吸水-释水、经济实用的新型内养护材料； 为抑制采用低水胶比、矿物掺合料和高效减水剂的HSC/HPC早期开裂提供了一种新选择对延长混凝土结构服役寿命具有现实意义； 对提升混凝土抗裂防裂技术水平具有积极意义部分替代传统养护方法，优化施工工艺，促进施工技术进步；,,,项目来源： 国家自然科学基金 “基于内部相对湿度调节的钢管高强膨胀混凝土体积变形的控制”（50508034）、国家自然科学基金 “具有互穿网络结构的阴-非离子化混凝土内养护材料的设计、合成与性能研究”(51202039) 、 广西自然科学基金“耐盐耐碱高释水性混凝土内养护材料的分子设计及性能研究（2012GXNSFBA053157）”。
一）混凝土内部湿度补偿理论,解决混凝土早期收缩开裂问题，需要设法减小混凝土的内部湿度下降梯度由于混凝土结构非常致密，外部水分难以进入混凝土内部，因而采用加强外部养护的方法效果将不明显 据此，提出了混凝土内部湿度补偿理论，其设计思想如图所示湿度补偿理论的内涵是通过在混凝土内部引入湿度补偿介质，使其在水泥水化硬化过程中释放出水分对混凝土内部湿度下降过程进行补偿，以延缓高强混凝土湿度下降梯度，减少混凝土的早期自收缩，防止早期自收缩应力过大而混凝土抗拉强度不足而产生的开裂二、本课题组取得的创新成果,内养护技术的关键在于内养护材料，其选择的一般要求是： 含有一定亲水性组成，或具有内部多孔结构，在碱性环境下具有较好吸水-储水-释水性能，具有合适颗粒尺度，在混凝土内部均匀分布； 释水过程与混凝土内部湿度下降过程协调一致，不在拌合、运输、浇筑等过程中释水，其释水速度、释水量可为混凝土内部湿度下降实施有效补偿； 与原材料适应性好，尤其是与外加剂、水泥适应性好； 可与水泥石形成良好粘结，对混凝土工作性能、力学性能、耐久性等无明显负面影响； 原材料来源广泛、易得、价格便宜、使用方便使用时不增加特殊工艺环节和复杂设备、材料现场无需复杂加工即可使用；,（二）内养护材料的设计和制备,轻集料,现有内养护材料,现有材料常见轻集料、高吸水树脂两大类，以及重集料、木屑、塑料绒等。
SAP释水无残留，不作为最终结构组成； 少量即可显著增加混凝土内部相对湿度、优化孔结构，降低自干燥； 含大量亲水基团且呈三维网状结构，吸水量大；,高吸水树脂,多孔结构、内部连通； 少量即可改善混凝土内部相对湿度、降低自干燥；,高吸水率多孔材料可以通过外界和自身的毛细管作用调整和转换储存与释水功能 轻集料中的水在早期水化阶段不参与化学反应，当体系中自由水分降至一定程度时，能释放水分维持体系中的反应进行系列自制内养护材料之一高吸水率多孔材料,高吸水率多孔材料是一类改性轻集料，以粘土或页岩为主要原料，通过改进表面处理工艺，得到一种硬质、多孔、高吸水性的新型内养护轻集料，具有储存与释放水的相互转换功能系列自制内养护材料之二SAP（高吸水聚合物）,改变传统内养护材料的淀粉主链上接枝单一基团形式，在淀粉主链上同时接枝乙烯基阴离子基团-SO3H和乙烯基非离子基团-CONH2，形成了淀粉接枝阴/非离子高吸水性聚合物内养护SAP分子结构,内养护SAP粉末及块状样品,系列自制内养护材料之三重集料,通过对攀钢高炉冶炼钒钛磁铁矿时产生的熔融矿渣水冷后形成的一种由钛辉石、钙钛矿等矿物为主的多孔、高强石质材料进行表面和微细化处理得到一定高吸水、高释水的内养护材料重集料。
重集料外观,内养护混凝土内部湿度变化规律 高强混凝土的早期相对湿度下降梯度非常快 ，在相同龄期内，水胶比越低，混凝土的相对湿度下降梯度越大 三）内养护混凝土性能,,,（R2=0.9915）,,自收缩与混凝土内部相对湿度的关系,Cf单方混凝土水泥用量，kg/m3； CS单位质量水泥水化所需额外水量，一般 取0.06kg/kg水泥； max混凝土最大可能水化度(水胶比/0.36)； S：轻集料的吸水率，%；m：轻集料的掺量，kg/m3高强混凝土内部湿度补偿介质的轻集料最佳粒径范围为510mm 或516mm,,同一龄期，混凝土内部相对湿度与引入水量之间呈线性关系，1d、3d、7d、14d和28d的相对湿度均随引入水量的增加而增大， 关系式为： RH相对湿度/%； Q引入水量/kg/m3；Kn内部相对湿度的补偿效果评价参数； n龄期； b常数相比基准混凝土，随着预湿轻集料的掺入，6#9#混凝土的自收缩减小，引入水量越大，自收缩越低建立引入水量与28d混凝土自收缩关系式，根据该式可确定预湿轻集料的引入水量和掺量，从而实现对混凝土自收缩的有效控制R=0.976 ，AS混凝土28d自收缩/10-4；Q引入水量/kg/m3,可以通过调节内部相对湿度抑制自收缩。
内 养 护 材 料 的 吸 释 水 特 性,,图2.3 内养护材料的释水特性,,SAP超吸水树脂 LA1粘土陶粒 LA2页岩陶粒,内养护材料的养护作用,轻集料的内养护效果,吸水性树脂的内养护效果,超吸水性树脂(SAP)：聚丙烯酸钠吸水树脂，最大粒径小于0.5mm, 密度0.75g/ml, 掺量1.59 kg/m3内养护水量相同时： 轻集料抑制自收缩的效果较好，但对混凝土强度影响较大 高吸水性树脂抑制自收缩的效果比粘土陶粒差，但对混凝土强度影响较小轻集料,+,高吸水性树脂,复合使用,,将轻集料与高吸水性树脂复合使用，既明显减小了自收缩，又避免了抗压强度的严重损失其中以轻集料和高吸水性树脂各引入50%的内养护水的养护效果最好水泥：华新P.I. 52.5硅酸盐水泥； 粉煤灰：武汉汉川热电厂I级粉煤灰，比表面积380m2/kg； 超吸水性树脂(SAP)：聚丙烯酸钠吸水树脂，最大粒径小于0.5mm， 密度0.75g/ml； 减水剂：FDN型高效减水剂； LS：最大粒径为4.75mm的陶砂，吸水率7%内养护混凝土长期力学性能,图3.1 不同水灰比条件下 内养护效果对比,图3.2 不同内养护材料的 内养护效果对比,,抗 压 强 度 随 龄 期 的 变 化 规 律,孔 隙 率 随 龄 期 的 变 化 规 律,孔 径 分 布 随 龄 期 的 变 化 规 律,（1）随着水灰比降低，孔分布图向细孔方向偏移； （2）随着龄期增长，孔分布 趋于集中； （3）内养护条件下，水泥石后期孔分布更加趋于集中。
扫 描 电 镜（SEM）微 观 分 析,7d 28d 90d,,（1）与混凝土中的水分散失相比，内养护材料中的水分散失相对较难，在混凝土失水时能逐步释放，减少因表面失水过快导致的开裂； （2）SAP中部分水以氢键的形式被固定在高分子链上，其蒸发需消耗的能量更大，且SAP粒子表面成膜也降低了干燥速度内养护混凝土耐久性能,抗裂性,,抗渗性,抗冻性,碳化深度随龄期变化规律,混凝土在内养护条件下，水泥水化程度更高，集料与水泥石之间的界面过渡区更密实，有效阻断CO2在混凝土中的传播路径，从而体现出良好的抗碳化性能抗碳化性能,内 养 护 混 凝 土 在 摩 尔 城 中 的 应 用,现场扩展度检测,内养护混凝土 出泵情况,施工完的内养护混凝土,三、混凝土内养护技术工程应用,内 养 护 混 凝 土 在 大 智 嘉 园 中 的 应 用,出机扩展度检测,内养护混凝土入泵情况,泵送现场,施工完整体效果,,,,,复合内养护混凝土工程 （武汉摩尔城）,SAP内养护工程应用 （江西新余中能）,四、主要研究成果,利用南方广泛分布、廉价的木薯淀粉为主要原料，与廉价亲水单体丙烯酰胺、无机凝胶水玻璃一起，采用水溶液聚合方法，合成了一种高吸水、释水可控、具有实用价值的新型混凝土内养护剂SAP； 提出了以页岩、粘土为主要原料，经高温烧成和表面处理制备高吸水-高释水的内养护轻集料的新方法，并在大量钢管混凝土桥梁中得到了广泛应用。
提出了一种以高吸水、高释水的改性多孔重质重钛矿渣为内养护材料的内养护新方法，显著地改善了高性能混凝土的早期收缩。