在现代混凝土技术发展过程中，高工作度、高强度、高耐久性一直是高性能混 凝土研究的重点。其中高强高性能化仍是高性能混凝土的主要发展方向之一。 水对混凝土服役寿命起着至关重要的作用。研究水在高性能混凝土不同服役阶 段中的变化与影响作用显得十分重要。水分扩散与自干燥是高性能混凝土中水分变 化的最常见的现象，也是影响高性能混凝土耐久性的主要原因。本文正是以水在高 性能混凝土中不同阶段的变化与影响为研究主线索，采用混凝土内部相对湿度测 定、XRD、SEM、DSC、MIP、激光粒度分布、X荧光分析等试验方法，借助物理化学、 热动力学、物理力学、数值分析等基础理论，通过对大流动度高强高性能混凝土 (HFS-HPC)的宏观性能、耐久性能、水化特性、微观结构、水分扩散、自干燥与 自收缩性能的系统试验、典型工程的实际应用、混凝土内部相对湿度变化机制与自 收缩机理的理论分析，揭示了大流动高强混凝土的组成、结构与性能的关系，自干 燥与水分扩散对其内部相对湿度的影响规律，并建立了高性能混凝土早期自收缩的 数学预测模型。论文的主要工作成果概括如下： 一、HFS-HPC配制技术及其组成与性能的关系 根据混凝土基础理论与研究结果，提出在HFS-HPC配合比设计思想中应用两个 基本理论公式：Feret强度公式与Farris模型。应用Feret公式通过有限的配合比 参数对混凝土的强度进行预测，根据Farris模型对混凝土的工作度进行控制。据 此定性的提出了HFS-HPC配合比设计思想和配合比设计步骤，并配制出初始坍落度 为20±1cm、2小时坍落度在17cm以上、28d强度在100MPa以上、高耐久性的 HFS-HPC。系统研究了HFS-HPC的材料组成与性能的关系。应用广州与上海两地的 原材料，均配制出HFS-HPC，试验结果有相同的规律，具有较好的复演性。配制出 的HFS-HPC并在广州工程中成功应用。 二、HFS-HPC的水化特性与微观结构研究 采用XRD、SEM、DSC、MIP、激光粒度分布、x荧光分析等微观测试手段，研究 了水泥-硅灰-磨细矿渣三组分胶凝材料浆体体系的水化过程、水化产物特性、复合 胶凝效应以及复合高效减水剂对HFS-HPC性能的影响机理等。从微观、次微观层次 揭示HFS-HPC结构形成机理主要在于：火山灰效应、超叠效应、紧密堆积效应和微 集料效应。与普通混凝土完全不同的水化产物数量与形貌、孔隙率与孔径分布以及 界面过渡区的特征是HFS-HPC具有大流动度、高强、低脆、高耐久的根本原因。 三、考虑自干燥时等温干燥条件下混凝土中水分扩散的研究 以热力学理论为基础推导出等温干燥条件下混凝土中水分扩散的非线性微分 方程，认为混凝土内部相对湿度主要受水分扩散与自干燥的控制。在国内首次提出 了混凝土内部相对湿度测定的试验方法，并系统研究不同水灰比、胶凝材料体系的 水泥浆体与混凝土水分扩散与自干燥引起的内部相对湿度变化规律。并与传统质量 损失方法的试验结果进行了比较。研究结果充分证明，混凝土内部相对湿度测定方 法能有效地反映了混凝土内部因水分扩散与自干燥效应引起的水分变化。水分扩散 引起的内部相对湿度变化受水灰比、矿物掺合料种类与掺量、浆体含量等因素影响。 水分扩散系数是水灰比的函数，同时又是龄期的函数，随龄期增长而呈非线性下降。 基于混凝土中水分扩散的试验结果，对混凝土中水分扩散的非线性微分方程进行数 值分析与求解，理论计算值与试验值具有较好的一致性。 四、高性能混凝土自干燥效应及其内部相对湿度预测模型 试验系统研究不同水灰比、矿物掺合料及其掺量等因素对高性能混凝土自干燥 引起的内部相对湿度影响，并从水化动力学角度分析了混凝土内部相对湿度变化机 制。提出了矿物自干燥效应系数k与有效水胶比re的参数概念，并利用这些参数， 采用非线性最小二乘法对混凝土自干燥引起的内部相对湿度试验结果进行非线性 Levenberg-markuardt迭代拟合。最终建立高性能混凝土早期因自干燥引起的内部 相对湿度预测模型。采用提出的预测模型对文献试验数据进行预测，试验值与预测 值具有很高的一致性。 五、高性能混凝土的自收缩性能、改善措施及预测模型 应用千分计与差动式电阻应变计的试验方法，系统研究了不同水灰比、矿物掺 合料及其掺量等因素对水泥浆体与混凝土自收缩的影响，对试验数据进行回归分 析，探讨了同-龄期下密封的水泥浆体与混凝土内部相对湿度与其相应的自收缩之 间的相关性，并研究了高性能混凝土自收缩改善措施。从物理力学、热力学角度探 讨了产生混凝土自收缩的机理，并分析了高性能混凝土孔结构与自收缩之间的关 系。研究结果证实密封的水泥浆体与混凝土内部相对湿度与自收缩大小具有非常显 著的线性相关性，尤其对于低水胶比的高性能混凝土；毛细作用产生的毛细孔负压 是引起混凝土自收缩的直接原因，而高性能混凝土中微毛细孔增多是混凝土自收缩 增大的原因之一。掺加减缩剂以降低表面张力与减缓早期混凝土内部相对湿度的下 降是改善高性能混凝土自收缩的有效方式之一。在理论分析与试验基础上，提出并 建立高性能混凝土早期自收缩的数学预测模型。 关键词：混凝土，水化，微观结构，相对湿度，水分扩散，拟合，自干燥效应，自 收缩，模型