用于低水胶比混凝土拌合物的新型养护方法
混凝土的养护常常被忽视，其中很重要的一点是不懂得：养护不仅在于促进水化反应，而且还在于最大限度地减少收缩。通常，减少混凝土早期收缩和开裂的手段和方法有：水泥改性、掺加矿物掺合料和化学外加剂、掺加纤维和进行合理的养护。当前，若干个国家的研究小组正在深入研究如何采用以先进和独特的内养护为基本方法，来减少混凝土收缩为目的的新型养护方法。
这些新型养护方法，正是国际实验室和专家联盟中，建筑材料、体系和结构（ILEM）196-ICC 混凝土内养护技术委员会关注的重点。该技术委员会由来自17个国家的37名代表组成。
若干年来，混凝土技术的进步，已使一种低水胶比混凝土进入了实际的应用阶段。但是，令人遗憾的是，除非采用特殊的预防措施，这种低水胶比混凝土在早期阶段很容易产生开裂。由于，其拌合物的用水量相对比较低，因此，专家们不得不尽力寻找使其干缩也比较低的措施。近十年来，注意力已集中在大家所公认的，但知者甚少的所谓：自生收缩现象上了。随着低水胶比高性能混凝土的广泛应用，已成功开发出若干种新型的旨在克服这种自生收缩现象的养护技术。
自生收缩：高性能混凝土的致命弱点
自生收缩并非外部因素，诸如：失水或温度变化所致。产生自生收缩的原因是，经水化的水泥产物的体积，小于水化前水泥和水的体积。在硬化过程中，伴随自生收缩的是自脱水，或者是水泥持续水化时，消耗掉孔隙水所引起的混凝土内干燥。这个过程可能要持续数天或数周之久。但是，最明显的自生收缩，发生在硬化过程的第一或第二天之内。
一般来说，对于水胶比大于0.4的混凝土，自生收缩的影响不是很大。随着水胶比下降到其极限值时，自生收缩往往会增加，甚至会成为一项起主导作用的因素。事实上，一种水胶比为0.3的混凝土，自生收缩大约能占其总收缩量的50%。矿物掺合料也会增加自生收缩。早期产生的自生收缩，会使混凝土产生开裂之风险，这是混凝土最脆弱的阶段。其间，混凝土的抗拉强度最小，而且，还会受到高温差的影响。
内、外养护方法分类
根据建筑材料、体系和结构（ILEM）196-ICC 混凝土内养护技术委员会推荐草案，混凝土养护方法的分类可参见图1。传统的养护方法，基本上是通过外部实施养护作业，并可分为两种类型：水养护—即那些通过提供额外的水分，来防止混凝土失水的方法；密封（或无水）养护—即那些仅防止失水的方法。
养护水也能从内部提供水源，即众所周知的内养护（IC）。内养护包括在混凝土拌合物中采用一种起养护剂作用的组分。这种养护剂可以是一种新组分（比如是一种外加剂或是一种特种骨料），也可以是混凝土拌合物中，采用的一种处于特殊状态的普通骨料，诸如呈饱和水状态。内养护和外养护也同样可划分为两种类型：1) 水养护 (有时可称作引水型)， 这里的养护剂起蓄水器的作用，逐步把水分释放出来；2）密封养护，这里的养护剂起延迟或阻止正在硬化的混凝土产生的失水作用。
图1 混凝土养护方法的分类
内部水养护（引水型）
大多数高强和高性能混凝土的水胶比很低，其拌合水不足以保持粗毛细孔内充满能维持水泥水化和进行火山灰反应所需的水分。因此，对于这类混凝土，一般公认的更有效的养护方法是，额外加水（内部供水）。内部供水养护的可取之处在于，内部密封已不能防止其自脱水。
内养护剂是该养护体系的一个组成部分，而且它最终被自身分散。这种内养护方法有助于克服由于低水胶比体系的低渗透性，使传统的外养护效果下降所带来的问题。这种内供水养护方式，由于它可直接降低自脱水，因此，是一种降低自身收缩的有效方法。
内供水养护的优点，远远超过了其能提高混凝土后期强度的发展。使用过这种内养护的施工人员认为，内养护的主要贡献是，通过大幅度延长养护期，可降低渗透性。延长养护，还可增加所形成的胶凝材料产物的体积，从而使毛细孔不贯通。当混凝土拌合物中，由于掺加矿物掺合料，诸如硅灰和磨细矿渣，使孔结构更为致密，从而增加自脱水，使内供水养护的优点变得日益重要。
Powers 模型已用于计算出减少自脱水所需内养护水的总量。如图2所示，水灰比为0.36时，所需的内养护水用量最高，相当于水泥重量的6.5%。对于一种水泥用量为400kg/m3的高性能混凝土，内养护水所需用量是26kg/m3。根据Powers模型，如果w/c +wic/c=0.42时，水灰比在0.36-0.42范围时，水泥有可能完全水化。图2中下降段即可为证。水灰比低于0.36时，尽管有内养护，但是，也只能是部分水泥水化，因为，水化将会受到水化反应产物所占空间的限制。
图2（根据Powers模型）
水化过程中，获得水泥最大程度水化，又能防止自脱水所需的的最低内养护用水量
预饱和轻骨料
众所周知的使轻骨料吸足水，呈高度饱和水状态，获得内养护所需用水，已有数十年之久了。举例来说，1967年，Campbell 和 Tobin 就证明：通过使轻骨料吸足水分，可生产出对现场劣质养护不敏感的宽容性混凝土。
早在上世纪九十年代初，就有人构想出通过使用预饱和轻骨料，来克服自脱水的理念。就是通过采用预饱和轻骨料，提供内水源，以此来补充水化过程中，化学收缩所消耗的用水。随着水泥水化，轻骨料中较大孔隙中的水分被吸出，流向水泥净浆体中尺寸较小的孔隙。因为，可以根据Kelvin-Laplace方程中的最小空孔尺寸来控制收缩应力，因此，这就可以大大减少自生收缩的发展。
接着，对用完全由预浸泡吸足水的轻骨料生产的轻骨料混凝土，或用部分由预浸泡吸足水的轻骨料生取代普通重量的骨料生产的混凝土，进行自生变形的研究。大量的实验显示，采用内水源养护，可生产出没有自生收缩的高强混凝土。
上世纪九十年代后期，Bentur 和 Bentz提出，通过采用非常少量砂粒尺寸的轻骨料，大大增加向水泥净浆体提供最有效内养护水的方法，来防止自脱水的理念。一个由研究人员组成的国际小组，对此理念进行了彻底的评估。该国际研究小组代表来自：以色列技术学院、美国国家标准技术学会、美国伊利诺斯大学、丹麦技术大学和荷兰德尔夫大学。对此理念的实验性评估已断定，砂粒尺寸的轻骨料产生的影响范围仅在数毫米之间。这表明：使用非常少量的细轻骨料，减少自生收缩是可行的。
最近，一项由美国和以色列联合进行的研究计划，对使用浮石作内养护轻骨料进行了评估。在搅拌过程中，使浮石吸足水分，并使用具有良好力学性能和有助于获得高吸水量的，有很高开-闭孔隙率的浮石。这样，只需使用相对较少量的轻骨料，就可以获得内养护所需用水，而且，对混凝土的强度影响也微乎其微。举例来说，若采用相当于水泥重量6%的轻骨料，就可以完全消除高强混凝土的自生收缩。
超吸收性聚合物
最近，已提出了一种采用超吸收性聚合物（SAPs）来防止自脱水的新养护方法。大多数SAP是由交叉状连接的高分子电解质组成的。由于其离子的性质和互相连接的结构状态，一颗SAP可以在其周围吸收大量的液体，并且将液体保持在其结构中又不溶解。当前应用的这类聚合物，理论上的最大吸水性是其自重的5000倍。但是，商业生产的SAPs的吸收性，可能仅为其自重的20倍，而且，在诸如水泥净浆体孔隙液体中，有很高的离子溶解性。SAP吸水性的基本原理是其次化学键。由于其保持的是松散水分，因此，基本上可将其视为散装水。
混凝土搅拌过程中，SAP颗粒形成了含有大量松散自由水的宏观保水物质。这类自由水会在水泥水化过程中消耗掉。它不仅可以向水泥净浆体周围提供内养护，而且还可防止自脱水。这一理念正是模拟了用于混凝土防冻的引气原理。因此，可称之为引水。同样，该术语--引水，也可应用于前述的预饱和轻骨料养护法。
与轻骨料形成鲜明对照的是，由于SAP会在搅拌过程中吸收水分，因此它可用作干硬性混凝土的外加剂。此外，合理选择SAP，可以对硬化中的混凝土，自由地设计其孔隙的形状和尺寸分布。
作为一种高科技材料，SAPs已开拓出广泛的应用领域，诸如触摸镜头，乳房植入，消防以及土壤调理剂。但是，当前全球每年超过85%的SAP产品中，即500,000吨，是用于可处理性婴儿尿布。
内封闭养护法
内封闭是另一种混凝土养护法。其基本途径是，既不需要进行外部养护， 也无需向混凝土额外加水。这类自养护化学用品包括：在搅拌过程中，加入水溶性化学用品，以降低混凝土硬化过程中的水分蒸发和底层混凝土的水分损失。这些外加剂由水溶性聚合物组成，含有羟基和醚功能基团，可提高混凝土的保水性，从而增加水化程度。氢结合键出现在这些功能基团之间，可降低水的蒸发压力，减少水分的蒸发。这些外加剂改变了C-S-H凝胶的形态，降低了混凝土的吸收性。
深入研究
若干国家正在进行的研究工作，都集中在先进的内养护法，它既可降低混凝土的自生收缩，又可促进混凝土的合理水化。在这一领域中，日益增长的兴趣，部分原因应归于与日俱增的对高强和高性能混凝土迫切需求。这些重点研究工作已证明，在同样场合下，如果采用传统的外养护法，对防止混凝土的收缩和开裂的效果极为有限时，各种内养护方法却能非常有效地防止混凝土的收缩和开裂。
