水泥混凝土由于脆性大、早期易收缩变形等特点，导致服役过程中易发生开裂，并诱发混凝土结构渗水漏水等问题。混凝土开裂渗漏的及时与有效修复一直是工程界关注的重点。高吸水树脂(SAP)水凝胶是近几年发展的一种新型自封堵材料，具有快速吸水，且体积显著膨胀的特性，在潮湿环境中混凝土的裂纹愈合封堵方面具有较大应用潜力。本文分析了水凝胶的裂纹自封堵机理，综述了水凝胶用于混凝土裂纹自封堵的设计方法，归纳了水凝胶对混凝土抗渗、力学及耐久性恢复的影响规律，总结了裂纹愈合封堵测试评价方法。最后，对当前水凝胶作为裂纹自封堵材料面临的主要挑战及未来方向进行了展望。

高收缩率是限制高性能工程水泥基复合材料(HP-ECC)大规模工程应用的瓶颈之一。本文通过引入超吸水性聚合物(SAP)来缓解HP-ECC的收缩, 研究了不同掺量的SAP对HP-ECC抗压强度、抗折强度、拉伸性能、自收缩和干燥收缩性能的影响, 并采用扫描电子显微镜(SEM)研究了SAP对HP-ECC拉伸后纤维表面形貌变化的影响。结果表明, HP-ECC中掺入SAP后的抗压强度和抗折强度降低, 自收缩和干燥收缩得到缓解, 且自收缩和干燥收缩随SAP掺量的增加而降低。此外, HP-ECC的拉伸强度降低, 拉伸延伸率提高。SAP的引入降低了基体的断裂韧度, 使基体更容易形成微裂缝, 从而改善了HP-ECC的应变硬化行为和多缝开裂现象。随着SAP掺量的增加, 纤维从基体中拔出时的表面形貌越来越光滑, 纤维-基体界面黏结性能降低。

本文基于中心质假说, 通过测试单个吸水树脂集料(SAP集料)或聚苯乙烯颗粒(EPS集料)的混凝土抗压强度, 定量表征了不同颗粒粒径(6~20 mm)SAP集料的正、负中心质效应。结果表明, SAP集料释水对水泥砂浆表现出界面增强的正中心质效应与形成孔洞造成的负中心质效应。提出了SAP集料引入气孔带来负中心质效应的经验公式。随着SAP集料颗粒粒径增加, 负中心质效应逐渐增强, 同时正中心质效应呈先增强后变弱的趋向。提出了SAP集料在不同水灰比砂浆基体中的“临界尺寸”的概念, 临界尺寸与基体的水灰比、养护龄期等因素有关。